CFD-Studie der Windeinwirkungen auf zwei Hochhäuser des Viertels Les Olympiades, im 13. Arrondissement von Paris, im Rahmen eines Sanierungsprojekts.
Im Rahmen eines Sanierungsprojekts wurde EOLIOS beauftragt, die Windeinwirkung auf zwei als Hochhäuser eingestufte Gebäude im Viertel Les Olympiades, im 13. Arrondissement von Paris, zu analysieren. Die Studie findet in einem dichten städtischen Kontext statt, mit zugleich strukturellen und betrieblichen Herausforderungen, die mit der großen Höhe der Gebäude verbunden sind.
Das Hauptziel des Auftrags war es, die Standorteffekte durch eine numerische aerodynamische Studie zu charakterisieren. Die CFD-Simulation ermöglichte es, die Verteilung der Geschwindigkeiten und Drücke um die Gebäude für acht Windrichtungen zu bewerten.
Die Analyse konzentrierte sich auf drei kritische Punkte: die Identifizierung der Zonen der Rezirkulation, der Übergeschwindigkeit oder des Schutzes; die Auswirkung der Standorteffekte auf den Einsatz der Wartungsarbeitsbühnen; und die Messung der Fassadendrücke, per CFD und per Eurocode.
Das Wesentliche. Sanierung (EIFFAGE) von zwei als Hochhäuser eingestuften Wohngebäuden im Viertel Les Olympiades, Paris 13., den Türmen Tokyo und Osaka. CFD-Studie über 8 Windrichtungen: Standorteffekte (Venturi zwischen den Türmen, Downwash, Eckeffekte), Böen verstärkt bis zu +77 % bei 80 m, Sicherheit der Arbeitsbühnen (Schwelle DIN EN 280 von 12,5 m/s → ~250 h/Jahr Nichtverfügbarkeit) und gegenüber dem Eurocode validierte Fassadendrücke.
Die Windanalyse in bebauten Zonen beruht auf einem guten Verständnis der vertikalen Struktur der Atmosphäre und der Effekte der Topografie und der Urbanisierung. Die atmosphärische Grenzschicht gliedert sich in drei Teilschichten: die raue Teilschicht (bodennah, ungeordnete Turbulenz), die oberflächennahe Schicht (10 bis 100 m, starker Geschwindigkeitsgradient) und die äußere Schicht (höher, die den geostrophischen Wind widerspiegelt). Die Geschwindigkeit variiert dort gemäß einem logarithmischen Profil — die vertikale Scherung.
Die Rauheit des Bodens und des städtischen Gefüges verändert die Windprofile stark. Eine dichte Umgebung (eng stehende Gebäude, Vegetation) bremst den Wind am Boden und verstärkt den vertikalen Gradienten; umgekehrt lässt ein offenes Gelände (Ebene, Meer) den Wind freier entwickeln. Diese Effekte werden über einen Rauigkeitsbeiwert in die CFD-Modellierung einbezogen, abgeleitet aus den Geländemerkmalen gemäß den Empfehlungen des Eurocode.
Die Anwesenheit hoher Gebäude und eines komplexen städtischen Gefüges erzeugt zahlreiche Windstörungen. Diese Effekte müssen identifiziert werden, um die Sicherheit und den Komfort der Nutzer zu gewährleisten, insbesondere bei Arbeiten in der Höhe.
Die Anwesenheit hoher Gebäude und eines komplexen städtischen Gefüges erzeugt zahlreiche Störungen: Venturi-Effekt (Beschleunigung zwischen zwei nahen Gebäuden), Kanalisierungseffekt (Konzentration in den nach dem dominanten Wind ausgerichteten Straßen) und Eckeffekt (Turbulenzen und Böen an scharfen Ecken). Diese Phänomene können hohe Geschwindigkeiten erzeugen, Quellen von Unkomfort oder Gefahr.
Die Hochhäuser induzieren ausgeprägte Downwash-Effekte (Abwind): die auf die hohe Fassade treffende Strömung wird zum Boden umgelenkt und erhöht die Geschwindigkeiten am Gebäudefuß. Diese Konfiguration ist oft problematisch rund um Eingänge, Terrassen und Fußgängerzonen. Die CFD quantifiziert diese Effekte, um die Übergeschwindigkeiten vorwegzunehmen und angepasste Schutzmaßnahmen zu gestalten. Auf dem Bild sind die Eckeffekte deutlich erkennbar.
Bei einem Hochhaus wird der auf die hohe Fassade treffende Wind zum Boden abgelenkt und erhöht die Geschwindigkeiten am Gebäudefuß stark, typischerweise rund um Eingänge und Fußgängerbereiche.
Die Hochhäuser sind erheblichen aerodynamischen Lasten ausgesetzt, die präzise zu bewerten sind, um die Robustheit der Hülle zu gewährleisten. Der Wind übt dynamische Drücke auf die exponierten Wände und Sogkräfte auf die gegenüberliegenden Flächen aus, konzentriert an den vertikalen Kanten (Stauung und Ablösung) und auf den dem dominanten Wind ausgesetzten Flächen.
Die Fassadenelemente (Vorhangfassaden, Verglasungen, Befestigungen) müssen diesen lokalen Drücken ohne übermäßige Verformung standhalten. Die CFD lokalisiert die am stärksten beanspruchten Zonen und ermöglicht es, die Wirkung von Gestaltungsvarianten vor der Ausführung zu testen.
Um die Gültigkeit der Simulationen und die Übereinstimmung mit den regulatorischen Praktiken zu gewährleisten, bezieht die CFD-Modellierung die Anforderungen der Norm EN 1991-1-4 (Eurocode Wind) sowie die Ergebnisse einer eingehenden meteorologischen Studie ein. Die Simulationen stützen sich auf:
Die Basiswindgeschwindigkeit, bestimmt nach Lage und Topografie des Standorts.
Die Rauigkeits- und Orografiebeiwerte, an die Geländekategorie angepasst: sie geben den Einfluss des Bodens und des Reliefs auf das vertikale Windgeschwindigkeitsprofil wieder.
Ein logarithmisches vertikales Geschwindigkeitsprofil Vm(z), aus diesen Parametern definiert und an die Besonderheiten des Standorts angepasst.
Dieser Rahmen ermöglicht es, repräsentative Windgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen zu simulieren und sie mit den festgelegten Sicherheitsschwellen abzugleichen.
Das Geschwindigkeitsprofil am Gebietseingang — gleichförmige Basisgeschwindigkeit und geländespezifische Rauheitsparameter — wird gemäß dem Eurocode berechnet. Das eingesetzte spezifische Modell simuliert acht Hauptausrichtungen: ausgehend von diesem Referenzprofil werden die Standorteffekte für jede Richtung analysiert und machen lokale Beschleunigungen, Rezirkulationszonen und Ablenkungseffekte sichtbar.
Gemäß der Norm DIN EN 280 dürfen Arbeitsbühnen nicht jenseits von 12,5 m/s eingesetzt werden. In komplexem städtischem Kontext können die Standorteffekte diese Geschwindigkeit lokal verstärken, daher die Notwendigkeit einer feinen Bewertung durch Simulation.
Die Norm DIN EN 280 untersagt den Einsatz von Hubarbeitsbühnen jenseits von 12,5 m/s Wind. Die CFD liefert die mittlere Geschwindigkeit je Richtung; umgerechnet in eine Böengeschwindigkeit, zusammen mit der Turbulenzintensität und dem dynamischen Druck, wird sie mit dieser Schwelle verglichen, um die Stunden der Nichtverfügbarkeit zu schätzen.
Dank der CFD werden die Übergeschwindigkeitszonen, die die Stabilität der Arbeitsbühne beeinträchtigen können, identifiziert. Die geschützten Zonen oder Zonen geringer Turbulenz werden ebenfalls lokalisiert, um sichere Einsatzfenster zu definieren. Die Ergebnisse werden mit den meteorologischen Daten abgeglichen, um direkt vor Ort verwertbare Empfehlungen zu formulieren.
Der Standort umfasst zwei Wohntürme: den Tour Tokyo (rechteckige Geometrie, 29 Geschosse, plane Fassade, geneigte Balkone) und den Tour Osaka (35 Geschosse, Fassade mit abwechselnd vollen und verglasten Flächen, sich verjüngende Balkone). Parallel und gleich ausgerichtet, schaffen ihre Höhe und ihre Anordnung einen komplexen aeraulischen Kontext, der Kanalisierung, lokale Beschleunigungen und Wirbel begünstigt.
Um die Variabilität der Windrichtung abzubilden, wurden acht Szenarien analysiert, die die gesamte Windrose abdecken:
Für jede Ausrichtung gibt die Simulation die Dynamik der Luftströmungen sowie die Geschwindigkeit und Richtung der Strömung rund um die beiden Türme wieder und macht lokale Beschleunigungen, Rezirkulationszonen und Ablenkungseffekte sichtbar.
Die Modellierung der 8 Richtungen hat spezifische Phänomene aufgezeigt: bei Nordwind profitiert der Südturm von einer durch den Nordturm erzeugten Rezirkulation (Abminderung der Geschwindigkeiten); umgekehrt ist bei Südwestwind der Nordturm durch den Südturm geschützt; bei Ost- und Südostwind beobachtet man einen ausgeprägten Venturi-Effekt zwischen den beiden Türmen. In allen Konfigurationen erzeugen die exponierten Kanten Vortices mit hohen lokalen Geschwindigkeiten, schaffen aber auch Zonen relativer Ruhe an den Wänden.
Die mittleren Geschwindigkeiten wurden in Böengeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen umgerechnet (turbulente Intensität und dynamischer Druck), was einen Verstärkungsbeiwert je Richtung ergibt. Für einen Nordwestwind: +26 % bei 20 m, +48 % bei 50 m, +77 % bei 80 m. Der Abgleich mit den Wetterdaten ermöglichte es, die Nichtverfügbarkeit der Arbeitsbühnen wegen Überschreitung der Schwelle von 12,5 m/s zu schätzen: etwa 250 Stunden pro Jahr — ein wesentliches Datum für die Planung der Sanierungsarbeiten.
Zum Merken. Im dichten städtischen Umfeld kann die lokale Böe die mittlere Geschwindigkeit bei 80 m um 77 % übersteigen. Es ist diese Verstärkung, und nicht der rohe meteorologische Wind, die über die Sicherheit der Arbeitsbühnen entscheidet: die CFD gibt sie Richtung für Richtung wieder.
Die Simulationen haben die Drücke auf den Fassaden je nach Ausrichtung bestimmt. Die ungünstigste Ausrichtung ist ein Ostwind, mit maximalen Drücken auf der Westfassade und dem Dach eines Turms, und mit den am stärksten beanspruchten Zonen an den hohen Kanten der exponierten Flächen. Der Vergleich mit dem analytischen Eurocode-Ansatz zeigt ein gutes Maß an Übereinstimmung und bestätigt die CFD als ergänzendes Bemessungswerkzeug — insbesondere für die kleinen, den schwersten Lasten ausgesetzten Befestigungen.
Know-how: der Winddruck auf Gebäude — Eurocode 1Die an den Tours Olympiades durchgeführte CFD-Studie hat erhebliche Standorteffekte aufgezeigt, die mit der dichten städtischen Konfiguration und der Interaktion der Winde mit den umgebenden Bauvolumina zusammenhängen. Die numerische Simulation ermöglichte es, die Zonen der Übergeschwindigkeit, der Rezirkulation und des Schutzes je nach Windrichtung präzise zu kartieren und daraus direkt für die Windbemessung verwertbare Ergebnisse abzuleiten.
Die Ergebnisse ermöglichten es insbesondere, die kritischen Höhen und die ungünstigsten Richtungen für den Einsatz der Wartungsarbeitsbühnen zu identifizieren, indem die lokalen Böengeschwindigkeiten mit den meteorologischen Daten abgeglichen wurden. Dieser Ansatz hat präzise die Zahl der Stunden pro Jahr geschätzt, in denen die Windbedingungen die Sicherheitsschwellen überschreiten — ein wertvoller Aufschluss für die Planung der Wartungsarbeiten in der Höhe.
Diese Studie veranschaulicht den Nutzen der aeraulischen Modellierung in der Entwurfs- wie in der Sanierungsphase: ein feines Verständnis der Interaktionen zwischen dem Wind und der bebauten Umgebung, um die Eingriffe abzusichern, die technischen Entscheidungen zu optimieren und die Resilienz der Hochhäuser gegenüber den klimatischen Beanspruchungen zu stärken.
Know-how: der Winddruck auf Gebäude — Eurocode 1Sie arbeiten an einem Hochhausprojekt oder an einem dichten Standort? Greifen Sie auf unsere CFD-Expertise zurück, um Ihre Entscheidungen abzusichern und Ihre Eingriffe bereits in der Studienphase zu optimieren.
Standorteffekte, Sicherheit der Arbeitsbühnen und Fassadendrücke an zwei Pariser Hochhäusern.
Es ist die Art, wie die Form und die Position der Gebäude den Wind lokal verändern: Beschleunigungen (Venturi, Kanalisierung), Eckeffekte und Downwash. Diese Effekte können die Geschwindigkeiten gegenüber dem freien Wind verdoppeln. Siehe unser Dossier welche Windwirkungen treten in der Stadt auf.
Der Wind dreht sich: je nach Ausrichtung schützt ein Turm den anderen oder erzeugt im Gegenteil einen Venturi-Effekt zwischen beiden. Die Abdeckung der 8 Richtungen der Windrose erlaubt es, das ungünstigste Szenario für jede Fragestellung zu identifizieren.
Die Strömung, die auf die hohe Fassade eines Hochhauses trifft, wird zum Boden umgelenkt und erhöht die Geschwindigkeiten am Gebäudefuß stark, oft störend rund um Eingänge, Terrassen und Fußgängerzonen.
Die Norm DIN EN 280 legt eine Grenze von 12,5 m/s fest. Durch die lokale Verstärkung des Windes bringen die Standorteffekte die geschätzte Nichtverfügbarkeit auf etwa 250 Stunden pro Jahr, ein wesentliches Datum für die Planung der Eingriffe.
Ja: das Eingangswindprofil wird gemäß Eurocode EN 1991-1-4 berechnet und die Fassadendrücke stimmen mit dem analytischen Ansatz überein. Die CFD bleibt zudem eine Alternative zu Windkanaltests.
Erkunden Sie unsere Kompetenzen, Projekte und technischen Dossiers, um über die FAQ hinauszugehen.
CFD-Studie der Windeffekte auf die Tours Olympiades (Hochhäuser) in Paris: Identifizierung der Zonen der Übergeschwindigkeit, der Rezirkulation und des Schutzes für 8 Richtungen, Venturi-Effekte zwischen den Türmen, Böenverstärkungen, Sicherheit der Wartungsarbeitsbühnen und durch den Eurocode validierte Fassadendrücke.
FußgängerkomfortFußgängerkomfort — La Défense
SolarenergieWindeinwirkung — Solarkraftwerk
RooftopRooftop eines Palastes — Casablanca
SolarKontrolle der Winderosion — Solarkraftwerk
FußgängerkomfortLufttechnischer Komfort — Schule
RooftopWindkomfort — Rooftop
HochhausWindeinwirkung — Hochhaus — Caen
LuftqualitätLuftqualität — RER-Bahnhof Issy
SicherheitAbsicherung Gewerbegebiet — Windrisiko
SportWindkomfort — Trainingszentrum PSG
WindpotenzialWindstudie — La Défense
HochhausTour Liberté — La Défense
LuftqualitätFeinstauberfassung — U-Bahn
WindpotenzialBalenciaga — Windpotenzial
CFD-Expertise, realisierte Projekte und technische Dossiers: der gesamte Bereich Luft & Wind an einem Ort.
Am einfachsten besprechen wir es gemeinsam. Unsere Ingenieure antworten Ihnen mit einer ersten technischen Einschätzung.