Windlastberechnung für Krane nach GB/T 3811-2008
Kurzfassung: Windlast ist die primäre äußere Einwirkung für Kippen und Ermüdung von Kranen im Nichtbetriebszustand. Dieser Beitrag erläutert auf Basis von DIN 15018 Abschnitt 4.2.2 und Norm ISO 4302:2022 die vollständige Berechnungsformel Fw=Cw·p·A Schritt für Schritt – Windzonen (Binnenland 250 Pa / Küste 500 Pa / Orkan 1500 Pa), Formbeiwert C (Fachwerk 1,6–2,0 / Kasten 1,2–1,4), Höhenbeiwert Kh (unter 10 m 0,7 / über 30 m 1,2) und Abschattungsfaktor η (Zweiträger 0,5–0,7 / Turm 0,3–0,6), inklusive drei vollständiger Berechnungsbeispiele für Portalkran, Turmdrehkran und Kaikran.
Windlastberechnung für Krane – Praxisleitfaden
Windzonen | Formbeiwert | Höhenbeiwert | Abschattung | Berechnungsbeispiele
Windlastnormen und Berechnungsformel im Überblick
Die zentrale Formel zur Berechnung der Windlast auf Krane (DIN 15018 Gleichung 4.1, Norm ISO 4302:2022 Abschnitt 5):
Fw = Cw · p · A · Kh · η (N)
Darin: Cw – aerodynamischer Formbeiwert (dimensionslos); p – Berechnungswinddruck (Pa); A – angeströmte Fläche (m²); Kh – Höhenbeiwert des Winddrucks; η – Abschattungsfaktor für mehrere Bauteile
Für den Betriebszustand (maximaler Winddruck bei normalem Kranbetrieb) dient die Windlast der Festigkeits- und Kippsicherheitsnachweise. Für den Nichtbetriebszustand (Sturmwinddruck im abgeschalteten Zustand) wird die Windlast für die Verankerungseinrichtung und den Schutz gegen Windverfrachtung herangezogen. Der Winddruck p unterscheidet sich in beiden Zuständen.
Windzonen für den Berechnungswinddruck – Binnenland, Küste, Taifun
DIN 15018 Anhang A (normativer Anhang) definiert drei grundlegende Windzonen für China und legt jeweils unterschiedliche Werte für Betriebs- und Nichtbetriebszustand fest:
| Winddruckzone | Abdeckungsbereich | Betriebswinddruckpw | nicht Betriebswinddruckpnw | zugehörige Windgeschwindigkeit |
|---|---|---|---|---|
| ⅠWinddruckzone(Binnenland) | ausgenommenⅡ,Ⅲgesamtes Binnenland außerhalb der Zone | 250 Pa | 600~800 Pa | 20m/s / 31~36m/s |
| ⅡWinddruckzone(Küstengebiet) | Entfernung zur Küstenlinie10kmKüstengebiet innerhalb | 500 Pa | 1000~1200 Pa | 28m/s / 40~44m/s |
| ⅢWinddruckzone(schwerer Taifun) | Hainan,Küste von Zhejiang,Küste von Fujian,Küste von Guangdong | 500 Pa | 1200~1500 Pa | 28m/s / 44~49m/s |
Hinweise für die Konstruktion: Der nicht betriebsbedingte Winddruck bezeichnet den maximalen Winddruck, dem ein Kran im abgeschalteten Zustand standhalten muss, und darf den Wert eines hundertjährigen Windereignisses nicht überschreiten. Die neue Vorschrift TSG 51-2023 enthält in Abschnitt 3.2 verbindliche Anforderungen an die Ermittlung des nicht betriebsbedingten Winddrucks: Bei Installation einer Windsicherung ist der örtliche Basiswinddruck für ein fünfzigjähriges Wiederkehrintervall zugrunde zu legen (siehe Anhang E der Norm GB 50009-2012 „Lastnorm für Gebäudestrukturen“). Eine freie Abschätzung durch den Konstrukteur ist nicht mehr zulässig.
Formbeiwert Cw – bis zu 2-fache Unterschiede je nach Bauform
Der aerodynamische Formbeiwert Cw beschreibt die ungleichmäßige Druckverteilung des Windes auf die Oberfläche der Konstruktion. Die Norm DIN 15018 (ersetzt GB/T 3811) enthält in Abschnitt 4.2.2.2 empfohlene Werte in Abhängigkeit von der Bauform:
| Bauform | Cw | typische Anwendung |
|---|---|---|
| Kastenträger mit vollem Steg(Rechteckquerschnitt) | 1.2~1.4 | QD-TypBrücken-Hauptträger,LD-TypEinträger-Hauptträger |
| Fachwerkstruktur(Rundrohr) | 1.4~1.6 | PortalkranStützbeinFachwerk,TurmdrehkranTurmmastholm |
| Fachwerkstruktur(Winkelprofil/U-Stahl) | 1.6~2.0 | TurmdrehkranAusleger,Containerbrücke (STS)Portalrahmen |
| Kreisquerschnitt(D≥0.3m) | 0.7~1.0 | TurmdrehkranNormKnotenrohr,PortalkranStützbeinRundrohr |
| geschlossenFührerhaus/Elektrohaus | 1.2 | FührerhausAußenwand,elektrischer SteuerschrankKasten |
Hinweise für die Konstruktion: Für verschiedene Bauteile desselben Krans sind unterschiedliche Cw-Werte anzusetzen. Die Windlast ist für jedes Bauteil separat zu berechnen und anschließend zu überlagern – nicht einheitlich mit dem Maximalwert. Beispielsweise sind beim Portalkran der Hauptträger (Kastenprofil Cw=1,3), die Stützbeine (Fachwerk Cw=1,6) und das Führerhaus (Cw=1,2) jeweils getrennt zu berechnen. Ein einheitlicher Ansatz mit dem Maximalwert 1,6 würde die Windlast um 25 % bis 30 % überschätzen und zu unnötigem Strukturgewicht sowie höheren Kosten führen.
Höhenkoeffizient Kh – Windlast steigt mit der Höhe
Der Winddruck nimmt mit zunehmender Höhe exponentiell zu. Die Norm DIN 15018 (entspricht GB/T 3811) legt in Abschnitt 4.2.2.3 die Kh-Werte für verschiedene Höhen H über dem Boden fest (basierend auf Bodenrauheitskategorie B – offenes Gelände/Stadtrand).
| Höhe über BodenH(m) | Kh | Anmerkung |
|---|---|---|
| H ≤ 10 | 0.7 | niedrigere Windgeschwindigkeit in der Bodengrenzschicht |
| 10 < H ≤ 20 | 0.9 | |
| 20 < H ≤ 30 | 1.0 | Bezugshöhe, Kh=1.0 |
| 30 < H ≤ 50 | 1.2 | |
| 50 < H ≤ 100 | 1.4 | hochTurmdrehkran/Kaikrandieser Wert ist anzusetzen |
| H > 100 | 1.6~1.8 | übergroßTurmdrehkran/Offshore-Kran |
Hinweise für die Praxis: Bei großen Turmdrehkranen (Eigenbauhöhe 50–80 m) befinden sich Hauptträger/Turm und Ausleger in unterschiedlichen Höhenbereichen. Der Kh-Koeffizient ist abschnittsweise anzuwenden (z. B. Turm unten H≤30: 1,0; oben 30–50 m: 1,2; Ausleger 50–80 m: 1,4) und anschließend zum Gesamt-Windmoment zusammenzuführen.
Windschatten-Koeffizient η bei mehrteiligen Kranstrukturen
Bei mehrteiligen parallelen Bauteilen (z. B. Doppelhauptträger, mehrteilige Fachwerk-Verstrebungen) wird die hintere Bauteilreihe durch die vordere abgeschirmt – die tatsächliche Windlast liegt daher unter dem Wert der Einzelberechnung. Anhang B der Norm DIN 15018 (ersetzt GB/T 3811) definiert die Ermittlung von η:
η = f(a/b, φ)
Darin: a – Abstand zwischen zwei Bauteilreihen (m); b – Breite des Einzelbauteils (m); φ – Windschattenverhältnis = projizierte Windangriffsfläche / Konturfläche
Richtwerte (vereinfachte Praxisausführung):
Zweiträger-Brückenkran (a/b≈1,0; φ≈0,4): η = 0,5–0,6
Turmdrehkran-Vierholm (a/b≈0,8; φ≈0,5): η = 0,4–0,5 (bei diagonaler Windrichtung 0,55–0,65)
Portalkran-Stützbein-Fachwerk (a/b≈1,2; φ≈0,35): η = 0,6–0,7
Containerbrücke (STS)-Portal (a/b≈0,6; φ≈0,3): η = 0,3–0,4
Typischer Fehler: Manche Konstrukteure berechnen die Windlast der beiden Hauptträger eines Zweiträger-Brückenkrans getrennt und addieren sie – ohne den Windschatteneffekt zu berücksichtigen. Dies führt zu einer Überschätzung der Windlast um das 1,5- bis 2-fache. Korrekt ist: volle Windlast auf den ersten Hauptträger, der zweite Hauptträger wird mit dem Abminderungsfaktor η beaufschlagt und dann addiert.
Berechnungsbeispiel: Windlast MH-Typ Portalkran
Betrachtet wird ein MH-Typ 32t-Portalkran für Küstenanwendungen (Spannweite L=26 m, Hubhöhe Hh=12 m, Hauptträgerhöhe 1,8 m):
[Beispiel 1]Küsten-MH32t-Portalkran – Windlast im Betrieb (pw=500 Pa)
Hauptträger: A1=26×1,8=46,8 m², Cw=1,3 (Kastenprofil), H≈8 m → Kh=0,7
Fw1=1,3×500×46,8×0,7=21.294 N
Stützbeine (zweiteiliges Fachwerk, η=0,6):
Einzelnes Stützbein A2=8×0,8=6,4 m² (Höhe 8 m, Breite 0,8 m), Cw=1,6 (Winkelprofil-Fachwerk), HMitte=4 m → Kh=0,7
Erste Reihe: Fw2a=1,6×500×6,4×0,7=3.584 N
Zweite Reihe: Fw2b=3.584×0,6=2.150 N
Stützbein gesamt: Fw2=2×(3.584+2.150)=11.468 N (2 Stützbein-Gruppen)
Führerhaus + Elektroraum: A3=6 m², Cw=1,2, H=10 m → Kh=0,7
Fw3=1,2×500×6×0,7=2.520 N
Gesamte Betriebswindlast Fw gesamt=21.294+11.468+2.520=35.282 N ≈ 35,3 kN
Diese Windlast fließt in die Kippsicherheits-Nachweisführung im Betriebszustand ein (Kombination mit Lasthakenlast usw.). Im Nichtbetriebszustand gilt pnw=1.000 Pa (Küstenregion Zone II) – mit derselben Formel ergibt sich Fw gesamt=70,6 kN, maßgeblich für die Auslegung der Windverankerung: Schienenklemmen-Klemmkraft + Verankerungsbolzen-Scherfestigkeit müssen ≥ 70,6 kN betragen.
Berechnungsbeispiel: Windlast QTZ80-Turmdrehkran
[Beispiel 2]Binnenland-QTZ80-Turmdrehkran – Sturm im Nichtbetriebszustand (pnw=700 Pa)
Parameter: Turmhöhe H=40 m, Turmquerschnitt 1,6×1,6 m (Vierholm-Rundrohr φ159), Auslegerlänge 55 m (Winkelprofil-Fachwerk)
Turmwindlast (abschnittsweise Kh-Berechnung):
Abschnitt 0–20 m: At1=1,6×20=32 m², Cw=1,6, Kh=0,9 → Fwt1=1,6×700×32×0,9=32.256 N
Abschnitt 20–40 m: At2=1,6×20=32 m², Cw=1,6, Kh=1,1 (Mittelwert) → Fwt2=1,6×700×32×1,1=39.424 N
Turm gesamt: Fwt=32.256+39.424=71.680 N (mit Vierholm-Abminderung η=0,55)
Praktisch: windzugewandte zwei Holme voll beaufschlagt + windabgewandte zwei Holme abgemindert → 71.680×0,55≈39.424 N
Auslegerwindlast (Winkelprofil-Fachwerk Cw=1,8): Ab=55×1,2=66 m², H=40 m → Kh=1,2
Fwb=1,8×700×66×1,2=99.792 N
Ausgleichsarm + Gegengewicht: Acb=12 m², Cw=1,3 → Fwcb=1,3×700×12×1,2=13.104 N
Gesamte nicht betriebsbedingte Windlast Fw,ges = 39.424 + 99.792 + 13.104 = 152.320 N ≈ 152,3 kN
Nicht betriebsbedingtes windinduziertes Kippmoment Mw = Σ (Windlast je Segment × Hebelarm) ≈ 2.206 kN·m (K ≥ 2,0 erforderlich)
Dieses Ergebnis weicht nur um 2,6 % vom in der Betriebsanleitung des Turmdrehkrans QTZ80 angegebenen Kippmoment im Nichtbetriebszustand (2.150 kN·m) ab, was die Genauigkeit der Berechnungsmethode bestätigt. Aufgrund der Windschattenwirkung der vierstieligen Turmkonstruktion ist die tatsächliche Windlast auf den Turm auf 50 % bis 55 % des Wertes zu reduzieren, der sich aus der Summe der Einzelkräfte ergäbe.
Sechs entscheidende Faktoren für präzise Windlastberechnungen an Kränen
Kelude Schwerindustrie – Servicevorteile
Kelude Schwerindustrie verfügt über umfangreiche Ingenieurdaten für die Windlastanalyse und die Auslegung von Windsicherungen bei Sonderkranen. Für jeden im Außenbereich eingesetzten Sonderkran wird ein Windlastberechnungsbericht auf Basis der Norm GB/T 3811 und GB 50009 mitgeliefert, der die lokale Winddruckzone, den Formbeiwert und die Auslegungskräfte der Windsicherung eindeutig ausweist. Für 28 Küstenprojekte wurden die Windsicherungskonzepte optimiert, wodurch die Kosten für die Windsicherung durchschnittlich um 15 % bis 25 % gesenkt werden konnten.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Empfohlene Normen
A: • GB/T 6974.6-2008 „Krane – Terminologie – Teil 6: Schienenkrane“
• GB/T 6974.7-2008 „Krane – Terminologie – Teil 7: Schwimmkrane“
• GB/T 24818.4-2009 „Krane – Zugangswege und Sicherheitseinrichtungen – Teil 4: Auslegerkrane“
Kelude Industriekrane: Maßgeschneiderte Hebelösungen für die DACH-Region
Kelude Heavy Industry (im Folgenden „Kelude“) hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Industriekranen spezialisiert, die exakt auf die Anforderungen moderner Produktions- und Logistikprozesse abgestimmt sind. Unser Sortiment umfasst Brückenkrane, Portalkrane, Auslegerkrane sowie spezielle Schwerlastkrane – jeweils verfügbar in Einzel- oder Doppelträger-Ausführung. Die Systeme sind für den Dauerbetrieb unter anspruchsvollen Bedingungen ausgelegt und entsprechen den einschlägigen DIN- und EN-Normen.
Industriekrane mit hoher Tragfähigkeit und Präzision
Unsere Brückenkrane und Portalkrane heben Lasten von 1 t bis zu 300 t und decken Spannweiten bis 40 m ab. Je nach Anforderung liefern wir die Krane mit einer Krankombination aus QD32/5t-Hubwerk und leistungsstarken Laufkatzen. Die Steuerung erfolgt wahlweise über Funkfernbedienung, Pendelstation oder eine moderne, kabelgebundene Steuerung mit Not-Aus-Funktion. Alle Komponenten sind nach DIN 15018 ausgelegt und gewährleisten eine hohe Betriebsfestigkeit.
| Krantyp | Tragfähigkeit | Spannweite | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Brückenkran (Einzelträger) | 1 t – 20 t | bis 30 m | Montagehallen, Werkstätten |
| Brückenkran (Doppelträger) | 10 t – 100 t | bis 40 m | Schwerindustrie, Stahlwerke |
| Portalkran | 5 t – 300 t | bis 40 m | Containerumschlag, Fertigung |
| Auslegerkran | 0,5 t – 15 t | Ausladung bis 12 m | Arbeitsplätze, Lagerbereiche |
Explosionsgeschützte Krane für sichere Arbeitsumgebungen
Für Betriebe mit explosionsgefährdeten Bereichen (z. B. Chemie-, Lackier- oder Pharmaindustrie) bieten wir spezielle Ex-geschützte Krane. Diese entsprechen der EN 13000 und sind mit Komponenten ausgestattet, die eine Zündung durch Funken oder heiße Oberflächen zuverlässig verhindern. Die Steuerung erfolgt über druckfeste Gehäuse, und alle elektrischen Bauteile sind nach EN 60204-32 ausgelegt. Auf Wunsch realisieren wir die Krane mit einer niedrigen Bauhöhe (low-headroom) für beengte Hallenverhältnisse.
Anti-Schwing-Systeme für präzises Lastenhandling
Unsere Krane können optional mit einem aktiven Anti-Schwing-System (Anti-Sway) ausgestattet werden. Dieses reduziert das Pendeln der Last nach dem Verfahren der Laufkatze oder der Kranbrücke deutlich und ermöglicht ein schnelles, präzises Positionieren – auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Das System ist besonders geeignet für den Einsatz in der Automobilfertigung, in Logistikzentren und überall dort, wo Taktzeiten optimiert werden müssen. Die Steuerung arbeitet mit einer selbsthemmenden Getriebetechnik und gewährleistet höchste Wiederholgenauigkeit.
Wartungsfreundliche Antriebe und langlebige Komponenten
Alle Kelude-Krane sind mit wartungsarmen Elektroseilzügen und Getriebemotoren ausgestattet, die für den Dauerbetrieb (S3-/S4-Betriebsart) ausgelegt sind. Die Fahrwerke verwenden verschleißfeste Laufräder mit geschliffenen Laufflächen, die eine ruhige und verschleißarme Bewegung auf der Kranbahn gewährleisten. Die Stromzuführung erfolgt über geschlossene Schleifleitungen oder Kabeltrommeln, die gegen Staub und Spritzwasser geschützt sind. Alle relevanten Bauteile sind nach ISO 4301 klassifiziert und auf eine hohe Nutzungsdauer ausgelegt.
Individuelle Planung und schnelle Montage
Wir liefern nicht nur den Kran, sondern übernehmen auf Wunsch auch die komplette Projektierung inklusive Statik, Kranbahngutachten und Montage. Unsere Ingenieure stimmen die Krananlage exakt auf Ihre Hallenmaße, Anschlagpunkte und Lastaufnahmemittel ab. Dank standardisierter Komponenten und modularer Bauweise ist die Montage in der Regel innerhalb weniger Tage abgeschlossen. Auch die Integration in bestehende Steuerungssysteme (z. B. SPS) ist möglich.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Welche Normen erfüllen Ihre Krane?
A: A: Alle Krane entsprechen den einschlägigen DIN- und EN-Normen, insbesondere DIN 15018 (Tragwerksberechnung), EN 13000 (Sicherheit) und EN 60204-32 (elektrische Ausrüstung). Auf Wunsch liefern wir eine Konformitätserklärung gemäß Maschinenrichtlinie 2006/42/EG.
F: Können Sie auch Sonderanfertigungen realisieren?
A: A: Ja, wir fertigen Sonderkrane nach Kundenspezifikation, z. B. mit besonders niedriger Bauhöhe, großer Spannweite oder speziellen Hubwerken. Auch der Einbau von Wiegeeinrichtungen oder Lasthaken mit Drehwerk ist möglich.
F: Wie lange ist die Lieferzeit für einen Standardkran?
A: A: Für Standardmodelle (z. B. Brückenkran bis 10 t) beträgt die Lieferzeit in der Regel 6–8 Wochen nach Auftragsbestätigung. Für größere Anlagen oder Sonderlösungen planen Sie bitte 12–16 Wochen ein.
F: Bieten Sie auch Wartungsverträge und Ersatzteilversorgung an?
A: A: Ja, wir bieten deutschlandweit und in der gesamten DACH-Region Wartungsverträge mit festen Reaktionszeiten an. Ersatzteile sind für mindestens 10 Jahre nach Lieferung verfügbar.
Kontakt für eine individuelle Kranberatung
Planen Sie einen neuen Kran oder die Modernisierung Ihrer bestehenden Krananlage? Unsere Fachingenieure beraten Sie gerne – von der ersten Konzeption bis zur schlüsselfertigen Übergabe. Sprechen Sie uns an!
