Statische Überprüfung einer PV-Freiflächenanlage im Landkreis Börde, Sachsen-Anhalt

Projektbeschreibung

Für ein PV-Frei­flächen Gen­er­alun­ternehmen wurde die Stahl-/Alukon­struk­tion unter Beach­tung der örtlichen Rah­menbe­din­gun­gen (Wind, Schnee, Bodengüte) sta­tisch geprüft. Geplant und umge­set­zt wurde eine PV-Frei­flächenan­lage auf ein­er vorhan­de­nen Grün­fläche im Nor­den Deutsch­lands. Die Frei­flächenan­lage ist ein genehmi­gungspflichtiges Bau­vorhaben, für welch­es ein Stand­sicher­heit­snach­weis gefordert wurde.

Die Herausforderung

PV-Frei­flächenan­lage sind großflächige Anla­gen mit ein­er Stahl- bzw. Alu­mini­um Unterkon­struk­tion. Damit ein solch­es Pro­jekt wirtschaftlich umge­set­zt wer­den kann, kommt es darauf an, die einzel­nen Bauteile sta­tisch zu opti­mieren. Ziel ist es, Mate­r­i­al best­möglich einzus­paren. Dies führt dazu, dass eigene Pro­file und Verbindun­gen entwick­elt wer­den müssen. Weit­er­führend sind auch die lokalen Rah­menbe­din­gun­gen detail­liert­er zu prüfen. Im Vor­feld der sta­tis­chen Berech­nun­gen wur­den maßstab­s­ge­treue Feld­ex­per­i­mente zur Bes­tim­mung der Wind­las­ten an einzel­nen Bauteilen in Abhängigkeit der örtlichen Windgeschwindigkeit­en bes­timmt. Die Ergeb­nisse galt es zu vali­dieren und rech­ner­isch plau­si­bel zu berück­sichti­gen.

Unsere Ergebnisse

Nach rech­ner­isch­er Nach­mod­el­lierung (Reverse-Engi­neer­ing) kon­nte eine tragfähige und gebrauch­staugliche Kon­struk­tion nachgewiesen wer­den. Für den Auf­tragge­ber führte dies zu wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber Konkur­ren­zan­bi­etern.

Im ersten Schritt wurde der Entwurf des PV-Unternehmens in ein dig­i­tales Mod­ell über­führt. Bevor ein zusam­men­hän­gen­des 3D-FEM Mod­ell erstellt wer­den kon­nte, mussten zunächst indi­vidu­elle Pro­file for­mgerech­net mod­el­liert wer­den. Die Mod­el­lierung dient dazu, die Eigen­schaften der indi­vidu­ellen Pro­file bes­tim­men zu kön­nen. Anschließend gilt es die Verbindun­gen der einzel­nen Stäbe zu bes­tim­men. Frühere Sta­tik­er hat­ten hier vere­in­fachte Annah­men getrof­fen, die so nicht prüf­fähig waren. Anschließend wur­den Las­tan­nah­men – in Abhängigkeit der Örtlichkeit­en bes­timmt. Rand­bere­iche wur­den dabei geson­dert betra­chtet, da hier abwe­ichende Wind­las­ten zu berück­sichti­gen waren. Die Bodengüte und Schnee­las­ten sind als homogen anzuse­hen.

Im Rah­men der Bemes­sung wurde abschließend iter­a­tiv das sta­tis­che Sys­tem opti­miert. Haupt­säch­lich wur­den Abstände einzel­ner Stahlträger ver­größert, bis ein sta­tis­ches Max­i­mum erre­icht wurde. Die entwick­elte Kon­struk­tion ist aus­gesteift, stand­sich­er und gebrauch­stauglich.

Learnings

• Langjährige Erfahrung in der FEM-Mod­el­lierung hil­ft dabei, das sta­tis­che Sys­tem ein­er Stahlbaukon­struk­tion schnell und effizient zu mod­el­lieren.
• Beson­deres Know-How erforder­lich. Wind­last­sim­u­la­tio­nen und indi­vidu­ell entwick­elte Bauteil­pro­file kom­men im klas­sis­chen Hochbau nicht häu­fig vor.
• Sta­tik und Wirtschaftlichkeit hän­gen eng beieinan­der. Die Pro­fes­sion­al­ität in der Branche führt zu sta­tisch opti­mierten Kon­struk­tio­nen. Grund dafür ist ein hoher wirtschaftlich­er Druck durch steigende Mate­ri­al­preise.

Fragen und Antworten