Für schwingungsanfällige Tragwerke wie hohe Stahlschornsteine ist die böige Windeinwirkung bemessungsrelevant. Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zur Böenbeanspruchung durchgeführt. Hierbei wurde ein besonderer Blick auf dem Einfluss von Interferenzeffekten durch benachbarte Bebauung, sowie eine Ermüdungsprognose unter Berücksichtigung von realistischen Windprofilen geworfen. Häufig werden Schornsteine an unmittelbar neben hohen Bauwerken errichtet. Diese benachbarten Gebäude beeinflussen die Windbelastung auf den Schornstein in Abhängigkeit von dessen dynamischen Eigenschaften deutlich, es kann zu höheren Beanspruchungen gegenüber der Windsituation ohne das benachbarte Gebäude kommen. Es hat darüber hinaus wirtschaftliche Vorteile, den Stahlschornstein mit dem benachbarten Gebäude zu verbinden damit das statische System vom Kragarm zum günstigeren Einfeldträger mit Kragarm zu verändern. Am Institut für Stahlbau der Technischen Universität Braunschweig wurden Untersuchungen an maßstäblichen Modellen im Grenzschichtwindkanal durchgeführt. Hierbei zeigt sich, dass das benachbarte Bauwerk, in Abhängigkeit von Windwinkel und Position des Schornsteines, die für die Beanspruchung des Schornsteins maßgebende Windstruktur stark beeinflusst und damit zu einer bemessungsrelevanten Erhöhung der Beanspruchung führt. Um einen direkten Vergleich zwischen die vorliegenden Untersuchungen und dem in Eurocode EN 1991-1-4 verankerten Verfahren zur Ermittlung des Böenreakstionsfaktors zu ermöglichen, sind Informationen die aerodynamische Admittanzfunktion notwendig. Zur Bestimmung dieser Admittanzfunktion wurden im Windkanal die Windkräfte an einem Schornsteinmodell mit Hilfe einer Windkanalwaage erfasst. Die Ergebnisse zeigen keinen deutlichen Einfluss des Interferenzeffektes auf den Verlauf der aerodynamischen Admittanzfunktion. Das in EN 1991-1-4 beschriebener Verfahren zur Böenerregung gilt jedoch nur für ein vertikales Kragsystem unter Berücksichtigung der Grundschwingungsform. Eine Anwendung auf den Fall einer seitlichen Verbindung des Schornsteines mit dem Gebäude und das so veränderte statische System ist jedoch nicht möglich. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Ermittlung des Böenreaktionsfaktors vorgeschlagen, das die Interferenzeffekte sowie das veränderlichen statischen System berücksichtigt. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein Beitrag zur Ermüdung von Stahlschornsteine unter Böerregung vorgestellt. Mit Hilfe von statistischen Auswertungen gemessener Windprofile wird eine verbesserte Prognose der Lebensdauer durchgeführt. Grundlage dieser Statistik sind die Langzeitmessdaten am Mast Gartow II der seit mehr als 20 Jahre vom Institut für Stahlbau betrieben wird. Die Unterteilung der gemessenen Windprofile in sechs verschiedenen Windprofilklassen auf Basis einer vorangegangenen Arbeit wird im Rahmen einer Monte-Carlo Simulation der Böerregung eines Stahlschornsteines berücksichtigt.

This work describes the experimental and numerical investigation about the improvement of the buffeting wind design of industrial slender chimneys considering interference effects and long-term wind profile statistics. The first part of the investigations is related to the along-wind response design of slender chimneys considering the frequent perturbations on the wind field associated with the interference effect. This phenomenon occurs always in the presence of nearby buildings and its importance increases if the slenderness of the chimney becomes larger. The experimental study is carried out in the boundary layer wind tunnel of the Institute of Steel Structures of the TU Braunschweig. To simulate the effect of power houses on the wind flow, a parametric study on the building shape has been carried out. Different building shapes, positions of the chimney and wind directions have been considered. For each configuration, the wind field characteristics acting on the chimney have been measured. Using this information, the buffeting response of a 150 m high propped chimney has been numerically calculated assuming quasi-steady wind loading. The results show a significant increase of the bending moment at the roof support with respect to the undisturbed flow associated with the Eurocode 1. The aerodynamic admittance function under disturbed wind conditions has been also determined experimentally. The wind load acting on a chimney model is calculated again in the wind tunnel using the high frequency force balance technique. The results obtained demonstrate that the aerodynamic admittance function does not vary with respect to the undisturbed configuration. The design approach in Eurocode 1 is based on a procedure proposed by Solari and cannot be implemented when chimneys are supported at the top of the building, since there is no constant sign in the mode shape. The proposed modification takes into account the roof supported structural system as well as the corrected wind profiles and turbulence spectra due to the interference effect. In other words, a linear mode shape from the top of the building to the top of the chimney is chosen. The study reveals a big dependency of the gust response factor on the cantilevered length of the propped chimney. Finally, an increasing factor that fully covers the interference effect as well as the change of the structural configuration for different eigenfrequencies and heights is proposed. It has to be applied to correct the calculation following the Eurocode 1 procedure for the cantilevered length of the chimney.