Typenstatik: geprüfte Standsicherheit der Aluart-Masten

Ob ein Fahnenmast hält, lässt sich rechnen. Für zehn Masttypen des Schweizer Herstellers Aluart liegt eine solche Rechnung vor: die Typenstatik W 997/1105 eines unabhängigen Ingenieurbüros aus Aachen. Diese Seite fasst zusammen, was darin nachgewiesen ist, unter welchen Annahmen, und wo ihre Grenzen liegen.

Kurz gesagt: Nachgewiesen sind zehn Ausleger-Masten von 5 bis 10 m Höhe bei 20,7 m/s Wind (Windstärke 8 Beaufort) mit einer Fahne von 6 m². Die Masten sind nicht schwingungsanfällig. Ab Windstärke 8 gehört die Fahne herunter.

Der vollständige Bericht mit allen Querschnittswerten und Einzelnachweisen ist als PDF öffentlich zugänglich, eine Zusammenfassung mit den Kernwerten steht auf aluart.com/typenstatik.

Die Typenstatik deckt zwei Bauformen ab, beide mit Ausleger:

Dass gerade Auslegermasten gerechnet wurden, hat einen Grund: Beim Ausleger ist die Fahne dauernd aufgespannt und bietet dem Wind auch bei schwachem Wind ihre volle Fläche. Für den Mast ist das der ungünstigere Fall als bei einem Hissmast, an dem das Tuch bei Böen ausweicht.

Sonderhöhen und Sonderanfertigungen ausserhalb dieser Reihen werden im Einzelfall gerechnet.

Jede Statik gilt nur für die Lasten, mit denen sie rechnet. Hier sind es diese:

Daraus folgt die wichtigste Regel für den Betrieb: Eine Fahne über 6 m² oder ein schwerer Stoff verlässt den nachgewiesenen Bereich. Siehe dazu Fahnengrösse zu Masthöhe und die Sicherheitsregeln.

Gerechnet wurde mit drei stranggepressten Aluminiumlegierungen:

Warum unterschiedliche Legierungen an einem Mast sinnvoll sind, erklärt Masthöhe und Wandstärke: Das Biegemoment ist am Fuss am grössten und nimmt nach oben ab.

• Standsicherheit nachgewiesen für alle zehn Typen unter den genannten Annahmen.
• Nicht schwingungsanfällig. Der dynamische Erhöhungsfaktor liegt bei rund 1,10, die Masten reagieren also gutmütig auf böigen Wind.
• Querschwingungen nur ohne Fahne. Wirbelerregte Schwingungen treten am unbeflaggten Mast auf, bleiben aber mit 3 bis 5 % des Rohrdurchmessers unkritisch. Die gehisste Fahne dämpft.
• Ab Windstärke 8 Fahne einholen. Für höhere Windgeschwindigkeiten gilt der Nachweis nur für den Mast ohne Fahne. Wie man rechtzeitig reagiert, steht unter Sturm und Notfall.

Die Typenstatik ist nach der deutschen Norm DIN 1055-4 gerechnet. In der Schweiz ist die Norm SIA 261 «Einwirkungen auf Tragwerke» massgebend; sie arbeitet mit dem Staudruck am konkreten Standort und der Geländekategorie (siehe Windlastzonen Schweiz).

Für einen normalen Standort im Mittelland liegen beide Ansätze in derselben Grössenordnung. Ein eigener Nachweis nach SIA 261 ist angezeigt bei:

• exponierten Lagen: Jurahöhen, Kuppen, Passlagen, Seeufer mit langer Anströmstrecke
• Masthöhen über 10 m
• Fahnenflächen über 6 m²
• Masten auf Bauwerken, etwa auf einem Flachdach

Für die Baubewilligung. Wo eine Gemeinde für einen Fahnenmast einen Standsicherheitsnachweis verlangt, genügt bei Standardmasten in der Regel die Typenstatik zusammen mit dem Fundamentplan.

Für die Auswahl. Wer Masten verschiedener Anbieter vergleicht, kann fragen, ob und wofür ein Nachweis vorliegt. Eine Typenstatik mit genannten Lastannahmen ist prüfbar, eine Aussage wie «sturmfest» ist es nicht.

Für den Betrieb. Die Annahmen der Statik sind zugleich die Betriebsgrenzen: höchstens 6 m² Fahne, einholen ab Windstärke 8.

• Forschung: Windlasten auf Fahnenmasten (HSLU) — die Messungen der Hochschule Luzern, 2011–2012
• Windlast — Grundlagen
• Bodenhülse einbetonieren — Fundament und Einbau der Hülse

Prof. Sedlacek & Partner, Technologien im Bauwesen GmbH: Typenstatik für Fahnenmaste der Firma ALUART. Bericht W 997/1105, Aachen, November 2005. Zusammenfassung und PDF: aluart.com/typenstatik.