forces in motion

Portland. Die Optik ist überwältigend: Ein Holzdach schwebt über dem sanierten und erweiterten Flughafenterminal von Portland. Y-Säulen tragen das Dach. Erdbebensicher wurde die visionäre Konstruktion mit 68 doppelkonkaven SIP®-Lagern, die jeweils oben auf den Zinken der Y-Säulen sitzen: eine Herausforderung für die Erdbebenschutzspezialisten von MAURER.

In einer mehrjährigen Aktion wird am Internationalen Flughafen Portland (PDX) in Oregon, USA das Hauptterminal erweitert, saniert und erbebensicherer ausgerüstet. Die bestehenden Gebäude sind für die neu geltenden Vorgaben und Erdbebenstärken nicht ausgelegt. Optisch prägend wird das neue, rund 32.500 m2 große Holzdach. Das Dach ist in Bögen und Wellen geformt, ein Entwurf von ZGF Architects und KPFF Consulting Engineers. Das Dach liegt auf 34 etwa 16,2 m hohen, mit Beton gefüllten Stahl-Y-Säulen, die in einem Abstand von gut 30 m angeordnet sind.

Jenseits der Optik war die Erdbebenisolierung der hölzernen Schönheit eine Herausforderung. Es ging bei der Berechnung der Erdbebenisolation darum, alle möglichen Lastfälle im Betrieb und bei Erdbeben abzudecken.

Gemäß den Vorschriften wurde das Bauwerk für den MCER-Fall (Risk-Targeted Maximum Considered Earthquake) analysiert, der ungefähr dem maximal denkbaren Erdbeben in Portland in 2.500 Jahren entspricht. Zusätzlich wurde das Bauwerk auch auf die deterministische seismische Gefährdung durch ein Erdbeben der Stärke 9,0 in der Cascadia-Subduktionszone untersucht, die sich etwa 100km westlich von Portland befindet. So ergaben sich am Ende große Dachverschiebungen von ± 406 bis ± 572 mm.

Diese enormen Verschiebungen werden von sog. SIP®-D-Lagern aufgenommen, Details siehe unten. Die Auslegung der Lager wurde in enger Abstimmung zwi- schen KPFF Consulting Engineers und MAURER München erarbeitet.

SIP®-D: Doppel-Gleitpendellager
SIP® steht für Sliding Isolation Pendulum (Gleitpendellager). Sie haben vier Funktionen:

• Sie isolieren bzw. Trennen das Terminaldach von den Säulen und erlauben horizontale Bewegungen in alle Richtungen.
• Sie begrenzen die Erdbebenbewegungen durch innere Reibung, indem die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wird.
• Sie zentrieren das Dach nach einem Erdbeben wieder in seine ursprüngliche Position, weil sie konkave Gleitflächen besitzen.
• Sie übertragen vertikale Lasten von bis zu 4.115 kN.

Das „D“ (Double) signalisiert, dass die Lager zwei konkave Flächen (statt ei- ner) haben, zwischen denen ein Puck gleitet. Grund dafür ist, dass die großen horizontalen Erdbebenverschiebungen sehr große Lager erfordern würden. Bei den Double-Lagern wird die Verschiebung gleichmäßig auf zwei konka- ve Flächen verteilt und damit der Durchmesser um ca. ein Drittel reduziert. SIP®-D-Lager können deshalb kleiner gebaut werden, was den Vorgaben der Architekten entsprach.

Hochleistungsgleitmaterial MSM®​​​​​​​
„In der Summe ging es aber nicht nur um die Bauart unserer Lager. Die Anforderungen an die Bewegungen und die Auflasten auf engstem Raum waren nur mit unserem Hochleistungsgleitmaterial MSM® zu bewältigen“, berichtet Mark Kaczinski, MAURER USA.

MSM® steht für MAURER Sliding Material (Gleitwerkstoff). Im Gegensatz zu Alternativen wie z. B. PTFE ist es PFAS-frei. MSM® hat zudem eine weitaus höhere Lebensdauer (mehr als 50 Jahre) und eine doppelte Druckbeständigkeit. Das führt dazu, dass die Lager kleiner gebaut werden können. Die größten haben einen maximalen Durchmesser von nur 1.000 mm.

Insgesamt liegen 68 dieser Doppel-Gleitpendellager von MAURER oben auf den je zwei Zinken der Y-Säulen. Die Lager wurden für extremste seismische Belastungen ausgelegt. Deshalb wurde ein umfangreiches Testprogramm gefahren.

Mehrere Testreihen in speziellen Prüflaboren
Von allen vier Lagertypen wurden Prototypen in Originalgröße gefertigt und im EUCENTRE (Pavia) dynamisch und statisch geprüft.

Um reale Erdbebenbedingungen zu simulieren, wurden die Lager bei Geschwindigkeiten von bis zu 1m/s und bis zu ±380mm Verschiebung mit einer maximalen Auflast von 420t getestet. Als noch größere Herausforderung wurde die Hälfte der Prototypen erneut im SISMALAB (Crispiano) getestet, um sicherzustellen, dass die anschließenden Produktionstests ebenfalls valide Ergebnisse liefern. Mit diesen Tests wurden mehr als drei maximale Erdbeben simuliert. „Selbst bei diesen hohen Anforderungen zeigten die Lager keine Anzeichen von Verschleiß oder Schäden“, berichtet Kaczinski.

Die Kombination aus einem robusten Entwurfsverfahren und der Leistungsfähigkeit der SIP®-D-Lagerleistung wird die Sicherheit der Passagiere gewährleisten und die Gebäudeschäden bei den schlimmsten Erdbeben erheblich reduzieren, so dass der Flughafen seinen Betrieb ohne lange Unterbrechung wieder aufnehmen kann.

Der erste Bauabschnitt des neuen PDX-Flughafenterminals soll im August 2024 eröffnet werden. Ende 2025 ist die komplette Fertigstellung geplant.