Lärmschutzhalle Flughafen Zürich

Aufgabenstellung des Bauherren

Das Schweizer Luftfahrtgesetz verpflichtet die Flughafen Zürich AG (FZAG), einen ordnungsgemäßen, sicheren Betrieb zu gewährleisten und für die dafür erforderliche Infrastruktur zu sorgen. Dazu gehören auch die für die Durchführung von Triebwerksläufen erforderlichen Schallschutzanlagen zur Funktionsprüfung der Triebwerke bzw. der Flugtüchtigkeitsschreibung eines Flugzeugs. Für den Schutz der Bevölkerung über die gesetzlichen Anforderungen hinausgehend hat die FZAG die Planung einer Schallschutzhalle der neuesten Generation beauftragt. Die Schallschutzhalle stellt technisch eine durchströmungsoffene und zugleich Schall reduzierende Gebäudekonstruktion für Verkehrsflugzeuge dar. Die Anlage ist bis zum Flugzeugmuster Boeing 747-8 mit einer Spannweite von 68,5 m ausgelegt.

WTM Engineers hat diese Aufgabe als Generalplaner bearbeitet und mit einer termin- und kostengerechten Inbetriebnahme im Juni 2014 zu einem erfolgreichen Abschluss geführt. Der Auftrag umfasste die interdisziplinare Planung beginnend mit der Machbarkeitsstudie inkl. Standortauswahl, über das Plangenehmigungsverfahren bis hin zur Bauüberwachung dieses außergewöhnlichen Bauwerks in der Schweiz. Zum Auftragsumfang gehörten auch die akustischen und strömungsmechanischen Berechnungen, die von dem Planungsteam aus WTM, Suisseplan, GAC, LSB und Flowmotion vollständig bearbeitet wurden.

Beschreibung der Haupttragkonstruktion

Die Dachkonstruktion der Schallschutzhalle mit einer Fläche von 5.200 m² wird über eine außen liegende Stahlkonstruktion aus räumlichen und ebenen Fachwerken sowie Aussteifungsverbänden über eine maximale Spannweite von 78,50 m stützenfrei getragen. Haupttragelemente sind zwei Fachwerkrahmen, die die gesamte Halle überspannen. Diese sind an den Fußpunkten in Fundamentblocken eingespannt, die auf Pfählen gegründet sind.

Der gesamte Stahlbau ist so konstruiert, dass innenseitig eine Montageebene zur Befestigung der Trapezblechprofile des Daches und der Stahlbetonfertigteile der Außenwände entsteht. Die Stahlbeton-Fertigteilelemente sind Bestandteil des akustischen Aufbaus der Außenwände und sind wie alle Innenflächen der Halle akustisch hochwirksam verkleidet.

Die frontseitigen Wandbereiche bestehen aus kreisabschnittsförmigen, ebenfalls akustisch verkleideten Lamellen mit einem definierten Abstand und Krümmungsradius. Sie sind auf jeweils vier Fahrwerken gelagert, die auf im Boden bündig eingelassenen, beheizten Stahlprofilen Iaufen. Aus akustischen Gründen und zum Schutz vor starken rückwärtigen Winden ist die hintere Öffnung der Halle mit einem Umlenkelement versehen.

Wahl der Baustoffe

Die Stahlkonstruktion der Schallschutzhalle und des Umlenkelementes besteht aus verschweißten und verschraubten Profilen in den Stahlguten S235 und S355 nach SN EN 10025 und SN EN 10210. Aufgrund des Einsatzes verschiedener Enteisungsmittel auf dem Flughafen wird die außenliegende Stahlkonstruktion durch ein mehrlagiges Beschichtungssystem geschützt. Der Korrosionsschutz wird für niedrig legierte Stahle und für die Korrosivitätskategorie C51 nach der SN ISO-Norm 12944-5 ausgeführt. Für die Dachbereiche sind die Kategorien C3 bzw. C4 zu berücksichtigen. Die erwartete Schutzdauer ist hoch.

Die Dachhaut besteht aus Trapezblechen, die von unten an der Stahltragkonstruktion befestigt sind. Die Dach- und Wandinnenflachen der Halle sind mit Blechkassetten bei einem Lochanteil von mindestens 30% ausgekleidet. Die Kassetten der Trapezblechverkleidung enthalten einen Mineralwolleblock in 15 bis 20 cm Dicke. Die Konstruktionen müssen frequenzabhängig vorgegebene Schalldammmaße erreichen.

Auch die Kulissen und das Umlenkelement erhalten Kassettenrahmen mit Lochblechverkleidung und Mineralfasermaterial. Die der direkten Bewitterung ausgesetzten Flächen werden zusätzlich zur Glasvlieskaschierung mit einer Hydrophobierung hergestellt.

Erläuterung der Gestaltung

Für die FZAG ist das 2001 für Hamburg umgesetzte Konzept weiter entwickelt worden. lm Vergleich dazu ist das Dach fast vollständig geschlossen. In Hamburg ist für das Seitenleitwerk des Flugzeugs ein Schlitz im Dach vorgesehen, der nur partiell mit Klappen geschlossen wird. In Zürich gibt es stattdessen eine geschlossene Haube. Außerdem weist die größere Züricher Halle eine deutlich höhere rückwärtige Umlenkwand und einen besser ausgestatteten Kontrollraum auf.

Die Halle bietet einen 111 m Iangen und 78,5 m breiten Raum. Damit haben dort Flugzeuge bis zur Große einer Boeing 747-8 Platz. Bei diesem etwa 25,5 Millionen Euro teuren Bau hat allein die Funktion die Gestaltung bestimmt. Es geht nur um den einen Zweck: "Viel Luft rein und wenig Lärm raus." Und trotzdem ist ein ästhetisch ansprechendes Bauwerk entstanden, das im Ensemble der Züricher Flughafenterminals und Wartungshallen bestens bestehen kann.

Besondere lngenieurleistung

Die Erreichbarkeit der Schallschutzanlage durch die Nutzer war mit den Lärmemissionen und den strömungstechnischen Randbedingungen für die Triebwerke aufeinander abzustimmen. Die Halle sollte räumlich unmittelbar mit den Werften im Zusammenhang stehen und kreuzungsfrei erreichbar sein. Die nächsten in knapp 600 m Entfernung befindlichen Anrainer sollten tags/nachts nicht mehr als 60/50 dB(A) ausgesetzt sein. Diese Maximalpegel galt es bei Schallleistungspegeln der Triebwerke von bis zu 152 dB(A) zu garantieren. Zugleich war eine witterungsbedingte Verfügbarkeit von 95 % und eine technische von 99 % sicher zu stellen. Aus diesen vorgenannten Gründen konnte die Halle nicht an der Hauptwindrichtung orientiert aufgestellt werden. Zum Schutz der aber notwendigerweise rückwärtig offenen Einrichtung musste entsprechend ein Umlenkelement mit akustischer Wirkung entworfen werden. Strömungsmechanisch war zeitgleich sicher zu stellen, dass selbst für die modernsten Triebwerke bis zu 1200 m³/s Luftströmung je Triebwerk aus der Halle entweichen kann.

Positive Effekte der besonderen lngenieurleistung

Die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie führten dazu, dass die FZAG, die Anrainergemeinden und die Nutzer nach jahrzehntelangem Streit ein Memorandum of Understanding (MOU) unterzeichnet haben, in dem sich die FZAG zum Bau einer modernen Schallschutzhalle mit abgestimmten Zielwerten verpflichtet hat. Die während der anschließenden Planung rechnerisch simulierten U:irmemissionen konnten bei Projektübergabe durch Messwerte im Realversuch bestätigt werden. Sie unterschreiten sogar an vielen lmmissionsorten die gesetzlich vorgeschriebenen und die darüber hinausgehend im MOU vereinbarten Grenzwerte. Die einwandfreie Funktionsweise der Triebwerke praktisch unter Freifeldbedingungen konnte nachgewiesen werden.

Das Umweltschutzprojekt Schallschutzhalle am Flughafen Zürich ist richtungsweisend für eine Vielzahl von Verkehrsflughafen europäischer und nordamerikanischer Metropolen.

Erläuterungsbericht der WTM Engineers GmbH zur Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015