Eurokoodi 9, joka on julkaistu standardina EN 1999, on alumiinirakenteiden suunnittelua koskeva eurooppalainen standardi. Se vastaa kysymykseen siitä, onko rakenne riittävän luja ja jäykkä, mikä on eri asia kuin se, miten se valmistetaan. Määritys, jossa mainitaan toinen mutta ei toista, jättää puolet asiasta määrittelemättä, ja tämä tapahtuu niin usein, että asia on syytä tuoda selvästi esiin.
Tämä artikkeli on tarkoitettu niille, jotka tilaavat alumiinirakenteita eivätkä itse laske niitä: mitä standardi kattaa, missä se eroaa vastaavasta terässtandardista ja mitä tarjouspyynnössä tulisi vaatia, jotta saadut tarjoukset ovat vertailukelpoisia.
Miten se sijoittuu muiden standardien joukkoon
Jakautuma on selkeä, kun se on määritelty. Eurokoodi 9 säätelee suunnittelua: poikkileikkausmitoja, liitosten kantokykyä, taipumaa, vakautta ja väsymisikää. EN 1090-3-standardi säätelee toteutusta: miten suunniteltu rakenne tosiasiallisesti valmistetaan, hitsataan, käsitellään ja dokumentoidaan. Toisessa päätetään, millainen rakenteen on oltava, toisessa päätetään, vastaako työmaalle toimitettu rakenne vaatimuksia.
Molempia tarvitaan, ja mainitaan vain täytäntöönpanostandardi määrityksessä johtaa määrittelemättömän rakenteen asianmukaiseen valmistukseen. Päinvastaisessa tapauksessa – kun mainitaan pelkästään Eurokoodi 9 – laskelma on oikea, mutta hitsattavia osia ei voida hallita.
Osat ja se, joka puuttuu
Eurokoodi 9 on jaettu viiteen osaan. Osa 1-1 sisältää yleiset rakennesäännöt, osa 1-2 käsittelee rakenteiden palosuunnittelua, osa 1-3 käsittelee väsymisalttiita rakenteita, osa 1-4 käsittelee kylmämuovattuja rakennelevyjä ja osa 1-5 käsittelee kuorirakenteita.
On syytä kiinnittää huomiota siihen, mitä sieltä puuttuu. Teräkselle vastaava Eurokoodi 3 sisältää erilliset osat siltoja, torneja ja nosturien tukirakenteita varten. Eurokoodissa 9 ei ole mitään tällaisia: osa 1-1 kattaa kaikki rakennesovellukset, ja materiaalien valinta, rakenteet ja liitokset käsitellään samassa asiakirjassa. Alumiininen kävelysilta suunnitellaan saman yleisen osan mukaisesti kuin alumiininen katos.
Tämän käytännön seurauksena suunnitteluohjeissa ei ole mainittavaa silta-spesifistä osaa. Suunnitelman luonnehtii siltasuunnitelmaksi Eurokoodi 9 yhdistettynä ylityspaikkaan sovellettaviin kuormitus- ja väsymisvaatimuksiin, ei alumiinistandardin erillinen luku.
Kolme asiaa, jotka erottavat alumiinin muista materiaaleista
Alumiini ei ole kevyt teräs. Kolme ominaisuutta vaikuttavat rakenteiden suunnitteluun tavalla, joka näkyy suoraan rakenteen kustannuksissa ja sen käyttäytymisessä käytön aikana.
Jäykkyys. Rakennusalumiinin kimmomoduuliksi otetaan noin 70 000 N/mm², mikä on suunnilleen kolmasosa teräkselle käytetystä arvosta. Lujuutta voidaan kompensoida valitsemalla sopiva seos tai lisäämällä materiaalia; jäykkyyttä ei voi kompensoida, koska se on metallin ominaisuus. Tämän seurauksena alumiinirakenteen suunnittelussa ratkaisevana tekijänä on usein taipuma käyttökelpoisuusraja-tilassa eikä niinkään lujuus. Kävelysillan tapauksessa tämä on syy niin sanotun ”pomppusillan” ongelmaan: jopa täysin turvallinen jänneväli voi silti tuntua epämukavalta jalan alla.
Hitsauskohdat pehmentävät niiden ympärillä olevaa metallia. Hitsauksesta aiheutuva lämpö heikentää perusmateriaalin lujuutta hitsin molemmin puolin olevalla alueella, ja Eurokoodi 9 ottaa tämän nimenomaisesti huomioon soveltamalla pehmennyskertoimia kyseiselle lämpövaikutusalueelle. Lujuuden heikkenemisen suuruus riippuu seossarjasta ja hitsausmenetelmästä; rakenteissa yleisesti käytetyissä 6xxx-seoksissa paikallinen lujuus voi laskea noin puoleen perusmateriaalin lujuudesta. Taulukoidut kertoimet perustuvat myös tiettyihin menetelmiin ja paksuuksiin, ja näiden oletusten ulkopuolella lujuuden heikkeneminen on suurempaa.
Tämän vuoksi hitsauskohdan valinta alumiinirakenteissa on rakenteellinen päätös eikä yksityiskohtien suunnitteluun liittyvä valinta, ja siksi rakenteessa, joka kootaan työmaalla pulttiliitoksilla, hitsauskohdat pysyvät siellä, mihin ne on suunniteltu: tehtaalla, hallituissa olosuhteissa ja laskelmissa oletetuissa paikoissa.
Väsymys. Toistuva kuormitus on alumiinissa merkittävämpi tekijä kuin teräksessä, ja Eurokoodi 9 käsittelee sitä omassa osassaan. Kun kyseessä on silta, jota käyttää muutama sata ihmistä päivässä, väsymislaskelma ei ole pelkkä teoreettinen tarkastus; se ohjaa liitosten suunnittelua, ja se on syy siihen, ettei kävelysiltaa voida suunnitella ikään kuin se olisi saman jännevälin pituinen staattinen katos.
Seos ja karkaisu kuuluvat tekniset vaatimuksiin
Alumiini ei ole yksi ainoa materiaali. Rakennusosa määritellään sen seoksen ja karkaisutason perusteella, jotka merkitään esimerkiksi muodossa EN AW-6082 T6, ja nämä kaksi tekijää määräävät lujuuden, hitsattavuuden, korroosiokäyttäytymisen sekä sen, kuinka paljon metallia menetetään hitsauskohdan läheisyydessä.
Asiakkaan kannalta tällä on merkitystä tarjouskilpailuvaiheessa. Samalle jänneväliin annetuissa kahdessa tarjouksessa voidaan käyttää erilaisia metalliseoksia, ja halvempi tarjous voi olla edullisempi juuri siksi, että siinä käytetään lujuudeltaan heikompaa karkaisua, joka taipuu enemmän. Vaadittaessa, että metalliseos ja karkaisu mainitaan tarjouksessa, vertailu on rehellistä, eikä kysymisestä aiheudu mitään kustannuksia.
Mitä vaatimuksia erittelyssä tulisi esittää
Kolme kohtaa kattavat suurimman osan asiasta. Vaaditaan, että rakennesuunnittelu tehdään Eurokoodin 9 mukaisesti, ottaen huomioon asennusmaan kansallinen liite. Vaaditaan, että pääelementtien metalliseos ja karkaisu ilmoitetaan. Vaaditaan, että taipuma- ja tärinäkriteerit ilmoitetaan eikä jätetä toimittajan harkintaan, koska juuri siinä piilee ero mukavan ja epämiellyttävän sillan välillä.
On myös syytä vaatia, että toimitettavien asiakirjojen joukossa ovat itse laskelmat, ei pelkästään johtopäätös. Rakenneselvitys, jonka asiakkaan oma insinööri voi tarkistaa, on eri asia kuin lausunto siitä, että rakenne täyttää vaatimukset, ja tämä ero tulee esiin pikemminkin luovutuksen yhteydessä kuin tarjouskilpailun vaiheessa.
Sen rinnalla on toteutuspuoli: määrittämällä odotetun suoritusluokan nimen ja vaaditaan suorituskykyilmoitusta toimitettavien tulosten joukossa. Suunnittelu ja toteutus määritellään joko yhdessä tai kumpaakaan ei ole määritelty asianmukaisesti.
Miltä se näyttää todellisessa tarjouksessa
Alumiinirakenteesta tehdyssä vakavassa tarjouksessa mainitaan seos ja karkaisuaste, viitataan Eurokoodiin 9 ja käytettyyn kansalliseen liitteeseen, ilmoitetaan taipuma- ja taajuusvaatimukset, jotka rakenne täyttää, sekä mainitaan valmistuksessa noudatettava toteutusluokka. Tarjous, josta puuttuvat kaikki nämä neljä seikkaa, ei välttämättä ole virheellinen, mutta sitä ei voida verrata tarjoukseen, jossa ne on mainittu.
Rakennuslaskelmamme laaditaan Eurokoodin 9 mukaisesti ja toimitetaan osana projektidokumentaatiota, mikä tarkoittaa, että asiakkaan insinööri voi tarkistaa ne sen sijaan, että ne hyväksyttäisiin sokeasti. Sama pätee myös jalankulku- ja pyöräilysillat Toimitamme vakiojänneväleillä: suunnitteluperusteet ovat osa rakennetta.
Ennen laskennan käynnistämistä
Eurokoodi 9 ei ole mikään eksoottinen standardi, mutta se eroaa teräsalan eurokoodista tavoilla, jotka saattavat yllättää teräksen määrittelyyn tottuneet tiimit. Siinä ei ole viitattavaa siltaosaa. Taipuma on todennäköisesti ratkaisevampi tekijä kuin lujuus. Hitsausliitokset vähentävät paikallista kantokykyä, ja niiden sijainti on suunnittelupäätös. Väsymislaskelmille on oma osansa, ja se koskee kaikkia päivittäisessä käytössä olevia siltoja.
Ehdotus, jossa mainitaan Eurokoodi 9, täsmennetään metalliseos ja karkaisu sekä määritellään käyttökelpoisuusvaatimukset, tuottaa vertailukelpoisia tarjouksia. Ehdotus, jossa todetaan vain, että rakenteen on oltava alumiinia, johtaa neljään erilaiseen rakenteeseen neljällä eri hinnalla. Insinöörimme tarkastavat ehdotusluonnoksen Eurokoodin 9 ja standardin EN 1090-3 perusteella ennen sen lähettämistä, ja DR VERSLASin hallussa olevat sertifiointi- ja suunnitteludokumentit julkaistaan, jotta molemmat osat voidaan tarkistaa.