Der Eurocode 9, veröffentlicht als EN 1999, ist die europäische Norm für die Bemessung von Aluminiumkonstruktionen. Er beantwortet die Frage, ob eine Konstruktion fest und steif genug ist – was eine andere Frage ist als die nach ihrer Herstellung. Eine Spezifikation, die das eine, aber nicht das andere nennt, lässt die Hälfte der Aufgabe undefiniert, und das kommt oft genug vor, um es ausdrücklich hervorzuheben.
Dieser Artikel richtet sich an Personen, die Aluminiumkonstruktionen in Auftrag geben, anstatt sie selbst zu berechnen: Was die Norm abdeckt, worin sie sich von der entsprechenden Norm für Stahl unterscheidet und welche Anforderungen in einer Ausschreibung gestellt werden sollten, damit die eingehenden Angebote vergleichbar sind.
Wie es im Vergleich zu den anderen Standards abschneidet
Die Aufteilung ist klar, sobald sie festgelegt ist. Der Eurocode 9 regelt die Bemessung: Querschnittsabmessungen, Verbindungskapazität, Durchbiegung, Standsicherheit, Ermüdungslebensdauer. Die Norm EN 1090-3 regelt die Ausführung: wie das entworfene Bauwerk tatsächlich gefertigt, geschweißt, behandelt und dokumentiert wird. Die eine Norm legt fest, wie das Bauwerk auszusehen hat, die andere entscheidet, ob das, was auf der Baustelle ankommt, den Vorgaben entspricht.
Beides ist notwendig, und wobei nur der Ausführungsstandard genannt wird Die Angabe in einer Spezifikation führt zu einer ordnungsgemäßen Fertigung einer nicht näher definierten Konstruktion. Umgekehrt – wenn man lediglich den Eurocode 9 nennt – ergibt sich eine korrekte Berechnung, ohne dass man Einfluss darauf hat, was geschweißt wird.
Die Teile und das eine, das fehlt
Der Eurocode 9 ist in fünf Teile gegliedert. Teil 1-1 enthält die allgemeinen Regeln für den Hochbau, Teil 1-2 befasst sich mit der brandtechnischen Bemessung von Bauwerken, Teil 1-3 mit ermüdungsanfälligen Bauwerken, Teil 1-4 mit kaltgeformten Profilblechen und Teil 1-5 mit Schalenkonstruktionen.
Was nicht enthalten ist, ist besonders bemerkenswert. Der Eurocode 3, das Pendant für Stahl, enthält separate Teile für Brücken, Türme und Kranunterbauten. Der Eurocode 9 enthält nichts dergleichen: Teil 1-1 deckt alle bautechnischen Anwendungen ab, wobei Materialauswahl, Bauteile und Verbindungen im selben Dokument behandelt werden. Eine Fußgängerbrücke aus Aluminium wird nach demselben allgemeinen Teil bemessen wie ein Vordach aus Aluminium.
Die praktische Konsequenz für eine Leistungsbeschreibung ist, dass es keinen brückenspezifischen Teil gibt, auf den verwiesen werden muss. Was einen Entwurf zu einem Brückenentwurf macht, ist die Kombination aus Eurocode 9 und den für eine Brücke geltenden Belastungs- und Ermüdungsanforderungen – nicht ein separates Kapitel der Aluminiumnorm.
Drei Dinge, die Aluminium auszeichnen
Aluminium ist kein leichter Stahl. Drei Eigenschaften beeinflussen die Konstruktion in einer Weise, die sich unmittelbar auf die Kosten eines Bauwerks und dessen Verhalten im Betrieb auswirkt.
Steifheit. Der Elastizitätsmodul von Konstruktionsaluminium wird mit etwa 70.000 N/mm² angenommen, was etwa einem Drittel des für Stahl verwendeten Wertes entspricht. Die Festigkeit lässt sich durch die Wahl einer geeigneten Legierung oder durch Materialzugabe ausgleichen; die Steifigkeit hingegen nicht, da sie eine Eigenschaft des Metalls ist. Die Folge ist, dass bei der Bemessung einer Aluminiumkonstruktion häufig nicht die Festigkeit, sondern die Durchbiegung im Gebrauchszustand ausschlaggebend ist. Bei einer Fußgängerbrücke ist dies der Mechanismus, der hinter dem Problem der „wackelnden Brücke“ steckt: Eine Spannweite, die vollkommen sicher ist, kann sich unter den Füßen dennoch unangenehm anfühlen.
Schweißnähte machen das Metall in ihrer Umgebung weicher. Die beim Schweißen entstehende Wärme verringert die Festigkeit des Grundwerkstoffs in einem Bereich beiderseits der Schweißnaht, und der Eurocode 9 berücksichtigt dies ausdrücklich durch die Anwendung von Schwächungsfaktoren in dieser Wärmeeinflusszone. Das Ausmaß der Verringerung hängt von der Legierungsreihe und dem Schweißverfahren ab; bei den in der Baukonstruktion häufig verwendeten 6xxx-Legierungen kann die lokale Festigkeit auf etwa die Hälfte derjenigen des Grundwerkstoffs sinken. Die in Tabellen aufgeführten Faktoren gehen zudem von bestimmten Verfahren und Dicken aus; außerhalb dieser Annahmen gelten größere Verringerungen.
Aus diesem Grund ist die Anordnung der Schweißnähte bei Aluminiumkonstruktionen eher eine konstruktive Entscheidung als eine Frage der Detailgestaltung, und aus diesem Grund bleiben bei einer Konstruktion, die vor Ort mit Schraubverbindungen zusammengebaut wird, die Schweißnähte dort, wo sie ursprünglich vorgesehen waren: im Werk, unter kontrollierten Bedingungen und an den Stellen, die in der Berechnung zugrunde gelegt wurden.
Müdigkeit. Wiederholte Belastungen spielen bei Aluminium eine größere Rolle als bei Stahl, weshalb ihnen im Eurocode 9 ein eigener Abschnitt gewidmet ist. Bei einer Fußgängerbrücke, die täglich von einigen hundert Menschen genutzt wird, ist die Ermüdung kein rein theoretischer Prüfpunkt; sie bestimmt die Auslegung der Verbindungen und ist der Grund dafür, dass eine Fußgängerbrücke nicht so entworfen werden kann, als wäre sie ein statisches Vordach mit derselben Spannweite.
Legierung und Härtegrad sind Teil der Spezifikation
Aluminium ist kein einheitlicher Werkstoff. Ein Bauteil wird durch seine Legierung und seine Härte zusammen definiert, was beispielsweise als EN AW-6082 T6 angegeben wird. Diese beiden Faktoren bestimmen die Festigkeit, die Schweißbarkeit, das Korrosionsverhalten und den Materialverlust in der Nähe einer Schweißnaht.
Für einen Auftraggeber ist dies bereits in der Ausschreibungsphase von Bedeutung. Zwei Angebote für dieselbe Spannweite können unterschiedliche Legierungen enthalten, und das günstigere Angebot ist möglicherweise nur deshalb günstiger, weil es sich um eine Legierung mit geringerer Festigkeit handelt, die sich stärker durchbiegt. Die Forderung, dass die Legierung und die Härte im Angebot angegeben werden, sorgt für einen fairen Vergleich – und es kostet nichts, danach zu fragen.
Was muss in der Leistungsbeschreibung enthalten sein?
Drei Punkte decken das Wesentliche ab. Es muss vorgeschrieben werden, dass die Tragwerksplanung gemäß Eurocode 9 unter Berücksichtigung des nationalen Anhangs des Landes erfolgt, in dem die Brücke errichtet wird. Es muss vorgeschrieben werden, dass die Legierung und der Härtegrad der Hauptbauteile angegeben werden. Es muss vorgeschrieben werden, dass Durchbiegungs- und Schwingungskriterien festgelegt werden und nicht dem Ermessen des Lieferanten überlassen bleiben, denn genau darin liegt der Unterschied zwischen einer komfortablen und einer unangenehmen Brücke.
Es lohnt sich zudem, nicht nur die Schlussfolgerung, sondern auch die Berechnungen selbst als Liefergegenstand zu verlangen. Ein Baugutachten, das der Ingenieur des Auftraggebers selbst prüfen kann, ist etwas anderes als eine Erklärung, dass die Konstruktion den Anforderungen entspricht – und dieser Unterschied wird erst bei der Übergabe und nicht bereits bei der Ausschreibung deutlich.
Daneben gibt es noch die operative Seite: die von Ihnen erwartete Ausführungsklasse angeben und wobei die Leistungserklärung zu den zu erbringenden Leistungen gehört. Konzeption und Ausführung werden entweder gemeinsam festgelegt oder gar nicht ordnungsgemäß festgelegt.
So sieht das in einem echten Angebot aus
Ein seriöses Angebot für eine Aluminiumkonstruktion enthält Angaben zur Legierung und zum Härtegrad, verweist auf den Eurocode 9 und den angewandten nationalen Anhang, nennt die Durchbiegungs- und Frequenzkriterien, die die Konstruktion erfüllt, und gibt die Ausführungsklasse an, nach der die Fertigung erfolgen soll. Ein Angebot, in dem alle vier Angaben fehlen, ist nicht unbedingt unzulänglich, lässt sich jedoch nicht mit einem Angebot vergleichen, das diese Angaben enthält.
Unsere statischen Berechnungen werden gemäß Eurocode 9 erstellt und als Teil der Projektunterlagen ausgehändigt, sodass sie vom Ingenieur des Auftraggebers überprüft werden können, anstatt sie einfach als gegeben hinzunehmen. Dasselbe gilt für die Fußgänger- und Fahrradbrücken Wir liefern standardmäßig Spannweiten: Die Auslegungsgrundlage ist im Bauwerk enthalten.
Bevor die Berechnung in Auftrag gegeben wird
Der Eurocode 9 ist keine exotische Norm, verhält sich jedoch in einigen Punkten anders als der Eurocode für Stahl, was Teams, die an die Bemessung von Stahlkonstruktionen gewöhnt sind, oft überrascht. Es gibt keinen Abschnitt über Brücken, auf den man sich beziehen könnte. Die Durchbiegung spielt eher eine entscheidende Rolle als die Festigkeit. Schweißnähte verringern die lokale Tragfähigkeit, und ihre Anordnung ist eine konstruktive Entscheidung. Die Ermüdung hat einen eigenen Abschnitt und gilt für jede Überführung im täglichen Gebrauch.
Eine Leistungsbeschreibung, in der der Eurocode 9 genannt wird, Angaben zur Legierung und zum Härtegrad enthält und die Gebrauchstauglichkeitskriterien festlegt, führt zu vergleichbaren Angeboten. Eine, in der lediglich angegeben ist, dass die Konstruktion aus Aluminium bestehen soll, führt zu vier verschiedenen Konstruktionen zu vier unterschiedlichen Preisen. Unsere Ingenieure prüfen einen Entwurf der Leistungsbeschreibung anhand des Eurocodes 9 und der Norm EN 1090-3, bevor er versandt wird, und die Zertifizierungs- und Konstruktionsunterlagen im Besitz von DR VERSLAS wird veröffentlicht, damit beide Hälften überprüft werden können.