O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWi n d te chnolog iecement 2005 562CUR-Aanbeveling 103 geeft devoorwaarden voor het gebruikalsmede richtlijnen voor het uit-voeren, verwerken en interprete-ren van windtunnelonderzoekvoor de bepaling van ontwerp-windbelastingen op (hoge) gebou-wen en onderdelen daarvan. DeCUR-Aanbeveling is als bijlagebij deze uitgave van Cement ge-voegd en is bedoeld voor op-drachtgevers, uitvoerenden engebruikers van windtunnelmetin-gen voor de bepaling van ont-werp-windbelasting op gebouwenen onderdelen ervan, en is tevensde basis voor de toetsende instan-ties.Bij het opstellen van de CUR-Aanbeveling is ervoor gezorgd,dat het uitvoeren en analyserenvan windtunnelonderzoek con-form deze aanbeveling leidt totwaarden voor de windbelastingop gebouwen die ten minste vol-doen aan de betrouwbaarheidsei-sen uit NEN 6700 [1] en als zoda-nig gelijkwaardig zijn aan NEN6702:2003 [2]. Wijzigingsblad A.1bij [2] verwijst in de toelichtingvan artikel 8.6.1.3 naar de CUR-Aanbeveling voor het bepalen vande windbelasting aan de hand vanwindtunnelonderzoek.Windtunnelonderzoek voor debepaling van de windbelasting opgebouwen en onderdelen van ge-bouwen wordt aanbevolen voor:? gebouwvormen die significantafwijken van de in [2] gegevenvormen, zoals verwoord in [2] inde toelichting bij artikel 8.6.4:"Voor situaties waarin de normgeen windvormfactoren specificeertmoeten de windvormfactoren be-paald zijn met behulp van model-onderzoek of literatuurstudie."Dit kan betrekking hebben opde vorm van de plattegrond vanhet gebouw, maar ook op deinvloed van de hoogte. De ge-bouwhoogte wordt in [2] niet alsaparte parameter ter bepalingvan de windvormfactor meege-nomen;? gebouwen die in een complexeomgeving worden gepland,waardoor wederzijdse interactie(afschermende en belastingver-hogende effecten) mag wordenverwacht.I n r i c h t i n gw i n d t u n n e l o n d e r z o e kWindtunnelonderzoek voor debepaling van de windbelasting opgebouwen moet worden uitge-voerd in een `atmosferischegrenslaag windtunnel'. In een der-gelijke windtunnel moet een tur-bulente grenslaag worden opge-bouwd met eigenschappen dievergelijkbaar zijn met de aardseatmosfeer. De eisen waaraan dezeturbulente grenslaag moet voldoenzijn gegeven in de CUR-Aanbeve-ling.Benodigde gegevensAlvorens een windtunnelonder-zoek wordt opgezet, moeten mini-maal de volgende gegevens vanhet gebouw en van de omgevingbeschikbaar zijn:Omgeving? een kaart van de directe omge-ving, in elk geval overeenko-mend met de in de windtunnelop de draaischijf te modellerengebouwen, inclusief ori?ntatievan gebouw en omgeving(noordpijl);? hoogtematen van de omliggen-de gebouwen die op de draai-schijf worden gemodelleerd;Bepaling van ontwerp-windbelastingen op (hoge) gebouwen en onderdelen ervanWindtunnelonderzoekir. I.A.R.Woudenberg, Corsmit Raadgevend Ingenieursbureau BVdr.ir. C.P.W. Geurts, TNO Bouw en OndergrondWindbelasting speelt een dominante rol bij het constructief ontwerp van(hoge) gebouwen en onderdelen ervan. Naast een berekening volgens norm-bladen, kan windtunnelonderzoek een belangrijk hulpmiddel hierbij zijn.Windtunnelonderzoek is bij hoogbouw en meer in het algemeen bij slankegebouwen dan ook zeer wenselijk. De huidige bouwregelgeving sluit op dezewenselijkheid niet goed aan en staat het doelmatig gebruik van windtunnel-onderzoek in de weg. Dit kan leiden tot het willekeurig goed- of afkeuren vanuit windtunnelonderzoek bepaalde waarden. Deze situatie is zowel voor deveiligheid als voor de economie een slechte zaak. Thans wordt in NEN-com-missie 351 001 01 `TGB Basiseisen en belastingen' een wijziging voorbereid,waarin windtunnelonderzoek zal worden aangewezen als mogelijke bepa-lingsmethode voor de windbelasting op gebouwen en onderdelen ervan.1 |Omgevingsmodelleringboven: als aanwezig en/of geplandonder: afgetopt tot 15 mO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWindte chnolog iecement 2005 5 63? eventuele bijzondere objecten inde omgeving die van invloedkunnen zijn op het resultaat;? ruwheidsgegevens ter bepalingvan het voorland in de windtun-nel;? informatie betreffende het be-stemmingsplan in de te model-leren omgeving.Te onderzoeken gebouw? aanzichten en doorsnedes vanhet gehele gebouw;? tekeningen van eventuele bij-zondere onderdelen;? ruwheid van het geveloppervlak;? hoofdassenstelsel en dwars-krachtencentrum (torsiecen-trum) van de constructie.MaquetteEen windtunnelmaquette bestaatin eerste instantie uit het te onder-zoeken gebouwmodel en een mo-del van de directe omgeving. Demaquette op schaal wordt speci-fiek voor het windtunnelonder-zoek gemaakt (foto 1). Het modelmoet geschikt zijn voor het aan-brengen van instrumentaria enmoet van zodanige schaal zijn, datvoldaan wordt aan de modelle-ringseisen zoals die in de CUR-Aanbeveling worden gesteld.Daarnaast moet dit model dekrachten die in de windtunnelworden opgewekt weerstaan zon-der daarbij significant te vervor-men.Keuzes voor bepalingsmethodeDe CUR-Aanbeveling geeft drieuitgewerkte bepalingsmethodenA, B en C, voor de windbelastingmet behulp van windtunnelonder-zoek (tabel 1). Deze bepalingsme-thoden zijn een combinatie vande:? modelleringswijze van het wind-klimaat in de windtunnel;? meettechniek (drukmeetpuntendan wel componentenbalans,zie fig. 2 en 3);? analysemethode (verwerkings-methode van de resultaten).E i s e n a a n m o d e l l e r e ne n m e t e nDe CUR-Aanbeveling geeft mini-mumeisen voor het modelleren enmeten in de windtunnel. De gemo-delleerde atmosferische grenslaagwordt beschreven aan de hand vanschalingsvoorwaarden en gelijkvor-migheidseisen. Daarnaast moet hetinstrumentarium voldoen aan deeisen die afhangen van de gekozenmeettechniek.ModellerenDe CUR-Aanbeveling geeft mini-mumeisen voor het modellerenvan gebouw, omgeving en de at-mosferische grenslaag. De belang-rijkste aspecten die daarbij wordenbehandeld zijn:? blokkering: van het doorstroom-profiel in de windtunnel;? omgeving: de te modellerenconfiguraties van de omliggendebebouwing;? detailleringeisen: mate van de-taillering, afhankelijk van hetonderzoeksdoel;Tabel 1 | Overzicht van bepalingsmethoden die in deze CUR-Aanbeveling worden gehanteerdbepalings- stuwdruk invloed vormfactor druk- dynamische toe te passen voor niet toepassen voormethode afmetingen vereffening vergrotingbouwwerkreferentie:NEN situaties buiten6702:2003, artikel 8.6.2 artikel 8.6.3 artikel 8.6.4 artikel 8.6.5 artikel 8.6.6 toepassingsgebied toepassingsgebiedartikel 8.6 NEN 6702:2003 NEN 6702:2003NEN6702:2003; lokale vormfactoren;methode A artikel 8.6.2, NEN CUR- NEN CUR- belasting op hoofd- belasting hoofddraag-i.c.m. 6702:2003; Aanbeveling: 6702:2003: Aanbeveling: draagconstructies constructie bij slankeCUR-Aanbeveling artikel 8.6.3 hoofdstuk 7 artikel 8.6.5 hoofdstuk 7 (krachten of drukken) en hoge gebouwenhoofstuk 7 met slankheid > 5.NEN situaties waarbij6702:2003; bijzonderemethode B artikel 8.6.2, dynamische effecteni.c.m. CUR- een rol kunnenCUR- Aanbeveling CUR-Aanbeveling: hoofdstuk 8 Aanbeveling: lokale belastingen spelen, zoals:hoofdstuk 8 NEN hoofdstuk 8 ? vortex excitaties;6702:2003: en ? galloping;artikel 8.6.5 ? overige aerodyna-belasting op hoofd- mische instabiliteiten;draagconstructie ? gebouwen waarbijCUR- (krachten of drukken) eerste eigenfrequen-methode C CUR-Aanbeveling: hoofdstuk 9 Aanbeveling: ties voor buiging enhoofdstuk 9 torsie binnen 0,05 Hzvan elkaar liggen.windtunnelonderzoekO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWi n d te chnolog iecement 2005 564? ruwheid van omliggend terrein(buiten de draaischijf in dewindtunnel);? windsnelheidskeuze in samen-hang met het getal van Reynoldsen Strouhal;? grenslaaghoogte;? referentiehoogte ten behoevevan opschaling naar de realiteit;? turbulentie-intensiteit.Modelleren van de omgevingDe invloed van obstakels in deomgeving dient te worden be-schouwd in samenhang met de eisuit NEN 6700 dat `alle belastingendie geacht worden op te tredentijdens de levensduur' moetenworden bepaald. Voor de bepalingvan de windbelasting op (hoge)gebouwen en onderdelen ervanmoet worden uitgegaan van tweemetingen (zie ook fig. 2):? Een windtunnelmeting waarbijop de meetplaats de omliggendebebouwing wordt gemodelleerd,als bekend ten tijde van uitvoeringvan het windtunnelonderzoek. Ditis nodig voor de bepaling van delokale belasting, en van de invloedvan gebouwen op elkaar voor watbetreft de windbelasting. Bij dezemodellering moet rekening ge-houden worden met mogelijketoekomstige ontwikkelingen, zoalsdie in bestemmingsplannen zijnvastgelegd.? Een tweede meting, waarbij deop de draaischijf aanwezige omlig-gende bebouwing wordt weggeno-men, of, indien de ruwheidslengtevan de omgeving, bepaald volgensNEN 6702 art. 8.6.2.3, groter isdan 0,7 m, waarbij de op de draai-schijf aanwezige omliggende be-bouwing wordt verlaagd tot eenhoogte van maximaal 15 m opware grootte.MetenDe CUR-Aanbeveling geeft alsalgemene eis dat voor het bepalenvan snelheden, drukken, krachtenen momenten gebruik moet wor-den gemaakt van apparatuur waar-van de kalibratiegegevens bekendzijn. Daarnaast moeten de ge-bruikte meettechnieken en toege-past instrumentarium wordenbeschreven, tezamen met de gege-vens ten aanzien van nauwkeurig-heid en reproduceerbaarheid.De CUR-Aanbeveling geeft mini-mumeisen voor het meten. Debelangrijkste aspecten die daarbijworden behandeld zijn:? meten van de gesimuleerdeaardse grenslaag;? meten van drukken (locaties,aantallen, integratie van druk-ken tot krachten);? meten van krachten en momen-ten met de statische of dynami-sche zescomponentenbalans;? meten van verschillende wind-richtingen;? meten van tijdreeksen (lengte,aantal en bemonsteringsfre-quenties).Intermezzo: Windrichtingsafhan-kelijkheid en herhalingstijdWindbelasting heeft een bijzon-dere plaats in de Nederlandsevoorschriften: voor een referentie-periode van vijftig jaar wordt terbepaling van de representatievewindbelasting gebruikgemaaktvan de extreme uurgemiddeldewindsnelheid met een herhalings-tijd van 12,5 jaar, ongeacht dewindrichting.In specifieke gevallen wordt dewindbelasting onderschat bij hethanteren van een 12,5-jarige her-halingstijd van de extreme uurge-middelde windsnelheid. Het zourealistischer zijn een vijftigjarigeherhalingstijd te hanteren. De ex-treme uurgemiddelde windsnel-heid met een herhalingstijd vanvijftig jaar is voor Nederland ge-middeld ongeveer 27,5 m/s. Dit isongeveer 10% groter dan bij12,5 jaar, waar deze windsnelheidrond de 25 m/s ligt. Hierdoorwordt de windbelasting 21% gro-ter (p = 1/2v2; 1,12= 1,21). Door derichtingsafhankelijkheid van windmee te nemen, leidt dit niet perdefinitie tot een hogere windbelas-ting.De richtingsafhankelijkheid vande wind kan worden meegenomendoor middel van een statistischonderbouwde windrichtingsfactor.De CUR-Aanbeveling hanteert defactor C. Hieruit volgt een ont-werpstuwdruk die voor sommigerichtingen hoger en voor andererichtingen lager uitvalt dan uit dehuidige norm volgt.E i s e n a a nb e p a l i n g s m e t h o d e nDe CUR-Aanbeveling geeft driebepalingsmethoden A, B en C,voor de windbelasting met behulpvan windtunnelonderzoek. Dekeuze voor de bepalingsmethodehangt af van het doel van hetwindtunnelonderzoek. De bepa-lingsmethoden zijn een combina-tie van drie aspecten:1. Modelleringswijze van hetwindklimaatBepalingsmethoden A en B ma-ken in de windtunnel gebruik vande windklimaatkarakteristiekenvolgens [2]. Deze maakt geen on-derscheid in windrichting. Destatistische verdeling van de uur-gemiddelde windsnelheid over degemeten windrichting moet inrekening worden gebracht doorde factor C. Methode C neemtniet het windklimaat volgens [2]als uitgangspunt, maar maaktgebruik van de windklimaat-statistiek.2 |Schematische drukme-tingenproef ter bepalingvan de resulterendedrukken (krachten d.m.v.integratie)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWindte chnolog iecement 2005 5 653 |Schematisatie compo-nentenbalansproef terbepaling van de resulte-rende krachten2. Meettechniek (drukmeetpuntendan wel componentenbalans)Het meten van de windbelastingkan geschieden door het metenvan drukken en/of het meten vankrachtscomponenten. Voor beidemeettechnieken schrijft de CUR-Aanbeveling minimumeisen voor.3. Analysemethode (verwerkings-methode van de resultaten)Voor het bepalen van statistischegrootheden (gemiddelde, maxi-mum, minimum, standaarddevi-atie) moeten per windrichting voorelk meetkanaal (druk, kracht) ??nof meer tijdreeksen van een zekeretijdsduur worden gemeten. Debepalingsmethoden onderschei-den zich in de manier hoe hier-mee wordt omgegaan.Bepalingsmethode A: statischemetingenVoor bepalingsmethode A is perwindconditie ??n tijdreeks nood-zakelijk, waarvan de tijdsduur zo-danig lang is dat een nog langeretijdsduur geen andere gemiddeldewaarde zal opleveren. Methode Ais als zodanig een statische me-ting. Het betreft de analyse vangemiddelde krachten en momen-ten ten behoeve van de bepalingvan de windbelasting op de hoofd-draagconstructie. Methode A isniet geschikt voor het bepalen vande lokale windbelasting.Bepalingsmethode B:extreme-waardenanalyseVoor bepalingsmethode B moetenper windconditie meer tijdreeksenvan een zekere tijdsduur T wordengemeten (deelregistraties ge-noemd). Elke deelregistratie wordtmet dezelfde bemonsteringsfre-quentie uitgelezen. Methode Bmaakt gebruik van een extreme-waardenanalyse van de meetresul-taten en is een vereenvoudigingvan Methode C. Beide methodenzijn geschikt voor de bepaling vande windbelasting op de hoofd-draagconstructie en voor het bepa-len van de lokale windbelasting.Bepalingsmethode C: extreme-waar-denanalyse en windklimaatstatistiekVoor bepalingsmethode C geldtnet als Methode B dat gebruikwordt gemaakt van een extreme-waardenanalyse van de meetresul-taten. Daarnaast wordt dit uitge-breid met de windklimaatstatis-tiek.E i s e n a a n r a p p o r t a g eResultaten uit een windtunnelme-ting en de interpretatie van dezeresultaten moeten schriftelijk wor-den gerapporteerd. De eisen waar-aan de rapportage moet voldoenzijn gegeven in de CUR-Aanbeve-ling.De belangrijkste eisen hebbenbetrekking op de volgende zakendie de rapportage moet bevatten:? algemene administratieve gege-vens (namen en documenten);? beschrijving windtunnel;? basisgegevens gebouw en omge-ving;? beschrijving gemodelleerde ge-bouw en omgeving;? beschrijving gemodelleerdeaardse grenslaag;? beschrijving meetmethode;? beschrijving analysemethode;? beschrijving en interpretatieresultaten uit metingen.Resultaten uit metingenDe relevante resultaten moetenper gemeten richting in termenvan drukken, krachten en momen-ten worden gerapporteerd, als-mede de in rekening te brengenbelastingen. Hiertoe is in de CUR-Aanbeveling aangegeven hoe permethode deze maatgevende geval-len zijn te bepalen. In de rappor-tage moet verantwoord worden:? een bespreking van de resulta-ten (in termen van vormfacto-ren), in vergelijking met be-schikbare resultaten uit de lite-ratuur, ofwel door vergelijkingmet een meting volgens eenandere meettechniek (bijvoor-beeld een balansmeting ter con-trole van een meting aan dehand van drukmeetpunten);? keuze van de relevante belas-tinggevallen (verantwoordelijk-heid van de constructeur);? waarde voor de parti?le veilig-heidsfactor;? bij gevelelementen besprekingvan de keuze voor combinatiesinterne en externe drukken;? wijze waarop de resultaten wor-den gebruikt in de verdere bere-keningen.T e n s l o t t eDe voorlopige versie van de CUR-Aanbeveling is reeds gepresen-teerd op de PAO-cursusdag `Hoog-bouwconstructies en windtunnel-onderzoek' van 26 april jl. Hierzijn ook die achtergronden behan-deld. Deze achtergronden zijntevens als losse bijlage bij de CURte bestellen.Ook internationaal was tot voor-kort geen regelgeving of standaardbeschikbaar voor het gebruik vanwindtunnelonderzoek. De gereali-seerde CUR-Aanbeveling is danook uniek te noemen en zal haarnut in de praktijk bewijzen. L i t e r a t u u r1. NEN 6700 Technische grond-slagen voor bouwconstructies -TGB 1990 - Algemene basisei-sen. NEN, 1997.2. NEN 6702 Technische grond-slagen voor bouwconstructies -TGB 1990 ? Belastingen envervormingen. NEN, 2001.