Warum Stahl bei 600 Grad versagt: Lehren aus dem Einsturz des World Trade Center

September 2001 steht der Versagensmechanismus der Türme des World Trade Center erneut zur fachöffentlichen Diskussion. Der Befund berührt zentrale Nachweisverfahren der modernen Tragwerksplanung und liefert Hinweise auf aktuelle Schwachstellen im Bestand.

Versagensmechanismus

Nach Darstellung Mobashers löste der Aufprall der Flugzeuge den Einsturz nicht aus. Die progressive Kollapssequenz folgte aus der thermischen Beanspruchung der Stahlstruktur. Die Brände nach dem Aufprall hielten die kritische Temperatur über mehrere Stunden aufrecht. Der Lastabtrag versagte mit dem progressiven Versagen der Geschossdecken und der Übertragung der dynamischen Zusatzlast auf die tiefer liegenden Stützen.

Die Türme waren für Windlasten jenseits des Dreißigfachen des Flugzeuggewichts ausgelegt. Die Maschinen stellten für die Primärstruktur keine außergewöhnliche Einwirkung dar. Wenige metallische Komponenten der Flugzeuge erreichten die Festigkeit der Außenstützen. Die Ingenieurleistung der ursprünglichen Bemessung wird von Mobasher ausdrücklich gewürdigt; die Konstruktion habe die ihr zugedachte Funktion erfüllt.

Zdeněk P. Bažant, Professor an der Northwestern University und Mentor Mobashers, dokumentierte den Mechanismus in einer ersten Analyse, die zwei Tage nach dem Ereignis verfasst und sechs Tage später publiziert wurde.

Lehre für die Bemessung

Mobashers Lehrveranstaltung stützt sich auf die Untersuchungsberichte des National Institute of Standards and Technology. Studierende des Stahlbaus analysieren die Lastpfade, die redundante Auslegung der Außenstützen und das Verhalten der Verbunddecken unter Brandlast. Die Auseinandersetzung mit dem Schadensfall dient als Instrument zur Überprüfung eigener Modellannahmen.

Mobasher benennt zudem aktuelle Schwachstellen am ehemaligen Pfizer-Hauptsitz in Manhattan, E. 42nd Street. Die Tragwerksanalyse solcher Bestandsbauten erfordert Nachweise jenseits der ursprünglichen Bemessungsgrundlagen. Insbesondere die Bewertung der Feuerwiderstandsdauer bestehender Stahlverbunddecken steht im Fokus.

Praxisrelevanz

Drei Punkte folgen aus dem Befund für die tägliche Arbeit:

• Bemessung gegen progressive Kollapsmechanismen verlangt redundante Lastpfade und alternative Lastabtragungswege.
• Die Reduktion der Streckgrenze von Stahl oberhalb 500 °C ist in der Heißbemessung konsequent zu führen.
• Bestandsbauwerke mit sensibler Nutzung verlangen eine wiederkehrende Überprüfung der Feuerwiderstandsdauer.