13. Jul. 2018
Die Skyline von San Francisco bei Nacht.

Die Skyline von San Francisco bei Nacht.

Die Antwort der US-amerikanischen Bauingenieure auf die Erdbebengefährdung der Westküste war der Stahlskelettbau. Wolkenkratzer, die den Bebenwellen nachgeben und ihre Energien durch Verformung abpuffern prägen die Skylines von San Diego bis Seattle. Doch das Northridge-Beben von 1994 zeigte, dass zumindest eine weitverbreitete Art der Stahlskelettbauweise wider Erwarten schwächelte. 25 Jahre nach dem Augenöffner geraten jetzt die Bestandsbauten in den Blick, von denen weiterhin Tausende an der Westküste stehen. Unter ihnen befinden sich Ikonen der Architekturgeschichte.

Die Bay Bridge ist sicher nicht die schönste Brücke in der Bucht von San Francisco, doch sie bietet die schönste Aussicht auf die Stadt. Wer von Oakland kommend den Westteil der Brücke befährt, sieht hinter dem 120 Jahre alten Fährgebäude mit seinem berühmten Uhrenturm die Skyline des Finanzdistrikts aufragen - eine fast ebenso beeindruckende Silhouette wie die New Yorks. Ein beträchtlicher Teil der glitzernden Türme hat allerdings ein Problem, und das könnte sie bei einem schweren Erdbeben zum Einsturz bringen. 39 Hochhäuser im Finanzdistrikt und den angrenzenden Stadtteilen sind auf eine Weise gebaut, die beim moderaten Northridge-Beben von 1994 fast zum Kollaps geführt hätte.

Die Transamerika-Pyramide vom Ende der 1960er Jahre ist ein Wahrzeichen von Downtown San Francisco.

Die Transamerika-Pyramide vom Ende der 1960er Jahre ist ein Wahrzeichen von Downtown San Francisco.

Bild: Wikimedia/Daniel Schwenn (CC BY-SA 2.5)
Der Verlauf der Störungszonen in der Bucht von San Francisco.

Der Verlauf der Störungszonen in der Bucht von San Francisco.

Bild: USGS
Luftbild der Universitätsstadt Berkeley mit der in rot eingezeichneten Hayward-Störung, die unter anderem genau unter dem Stadion der Universität verläuft.

Luftbild der Universitätsstadt Berkeley mit der in rot eingezeichneten Hayward-Störung, die unter anderem genau unter dem Stadion der Universität verläuft.

Bild: USGS
Massive Schäden am Wasserverteilnetz der San Francisco Bay Area ergab die HayWired-Simulation unter Leitung des USGS.

Massive Schäden am Wasserverteilnetz der San Francisco Bay Area ergab die HayWired-Simulation unter Leitung des USGS.

Bild: USGS
Das Straßennetz der San Francisco Bay Area würde durch ein 7.0-Beben, wie in der Haywired-Studie simuliert, erheblich beschädigt werden.

Das Straßennetz der San Francisco Bay Area würde durch ein 7.0-Beben, wie in der Haywired-Studie simuliert, erheblich beschädigt werden.

Bild: USGS
Die Skyline von San Francisco beeindruckt durch ihren Glanz. Doch die Pracht ist bedroht.

Die Skyline von San Francisco beeindruckt durch ihren Glanz. Doch die Pracht ist bedroht.

Bild: Wikimedia/Kaddi Sudhi (CC BY-NC-SA 2.0)
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Die Transamerika-Pyramide vom Ende der 1960er Jahre ist ein Wahrzeichen von Downtown San Francisco.

Bild: Wikimedia/Daniel Schwenn (CC BY-SA 2.5)

Der Verlauf der Störungszonen in der Bucht von San Francisco.

Bild: USGS

Luftbild der Universitätsstadt Berkeley mit der in rot eingezeichneten Hayward-Störung, die unter anderem genau unter dem Stadion der Universität verläuft.

Bild: USGS

Massive Schäden am Wasserverteilnetz der San Francisco Bay Area ergab die HayWired-Simulation unter Leitung des USGS.

Bild: USGS

Das Straßennetz der San Francisco Bay Area würde durch ein 7.0-Beben, wie in der Haywired-Studie simuliert, erheblich beschädigt werden.

Bild: USGS

Die Skyline von San Francisco beeindruckt durch ihren Glanz. Doch die Pracht ist bedroht.

Bild: Wikimedia/Kaddi Sudhi (CC BY-NC-SA 2.0)

Ein im April veröffentlichter Bericht des US-amerikanischen Geologischen Dienstes USGS über die Erdbebensimulation „HayWired“ in der Bucht von San Francisco listet die Gebäude minutiös in einem Anhang auf. Simuliert wurde ein Beben der Magnitude 7 auf der Hayward-Störung, die im Osten der Bucht verläuft. Die Wellen hätten binnen Sekunden auch Downtown San Francisco erreicht und die dortigen Wolkenkratzer gehörig durchgeschüttelt. Und genau da beginnt das Problem der 39 aufgelisteten Gebäude: Die Chance, dass ihre Stahlskelette den Bewegungen nicht standhalten und zusammenbrechen, sind drastisch höher als gedacht.

Schweißen schwächte die Verbindung

„Die Erkenntnis ist nicht neu“, betont Ronald O. Hamburger vom Ingenieurbüro Simpson Gumpertz & Heger in San Francisco, einer der führenden Erdbebeningenieure Kaliforniens. Er war führend an einem umfassenden Gutachten beteiligt, das nach dem Northridge-Beben für den US-Katastrophenschutz erstellt und 2001 veröffentlicht wurde. Das Beben hatte zwar nur eine moderate Magnitude von 6,7, doch dafür erzeugte es ungewöhnlich schnelle Bodenbewegungen, die bei insgesamt 60 Gebäuden Schäden im Stahlskelett verursachten. In einem Fall hätten sie sogar fast zum Einsturz geführt. Die Verbundstellen ihrer Stahlskelette sind verschweißt, statt verschraubt. „Wir entdeckten damals, dass in Gebäuden, die im ganzen Gebiet von Los Angeles verteilt sind, die geschweißten Verbindungen spröde geworden waren, was uns als Experten sehr beunruhigt hat“, berichtet Hamburger. Beunruhigend war für die Ingenieure, dass die Schweißstelle durch die Sprödigkeit zum Schwachpunkt wurde, denn die Erwartung war eigentlich gewesen, dass sie stärker hätte sein müssen als die Stahlträger selbst. Die unmittelbare Folge: Die Bauvorschriften in Kalifornien wurden so verschärft, dass keine Stahlskelettbauten mit geschweißten Verbindungen mehr genehmigt wurden.

„Aber die Bauvorschriften regeln normalerweise nur Neubauten, Änderungen gelten nicht für den Bestand und keiner schreibt vor, diese älteren Bauten zu ertüchtigen“, sagt Keith Porter, Forschungsprofessor für Hochbau an der Universität von Colorado in Boulder. Und so stehen überall in Kalifornien Stahlskelettbauten mit geschweißten Verbindungen herum, denn die Bauweise wurde zwischen Ende der 50er und den Erdbeben von Northridge und Kobe 1994/5 sehr gern genutzt. Die Stahlskelettbauweise galt als sehr erdbebenresistent, und das Schweißen der Verbindungen war schneller und preiswerter als Verschrauben. Diese Argumente zählten auch in San Francisco, in dessen Downtown damals die Wolkenkratzer nur so sprossen.

Architekturikone als Problemfall

Der bekannteste Problemfall ist sicherlich die Transamerica-Pyramide am Nordwestrand des Finanzdistrikts, die bis 2017 das höchste Gebäude der Stadt war. Inzwischen hat der 260-Meter-Riese nicht nur seinen Titel an den rund einen Kilometer entfernten Salesforce-Tower abgeben müssen, auch die Fragen über das weitere Schicksal der eleganten Spitze nehmen zu. Zwar sind die Probleme mit den geschweißten Verbindungen seit 1994 bekannt, doch nennenswerten Druck auf die Eigentümer, die damals schon bestehenden Bauten entsprechend zu ertüchtigen, gab es nicht.

Der Grund ist simpel: „Jede Methode die Schwachstelle zu beseitigen ist sehr teuer“, sagt Ronald Hamburger. So kostet es seinen Angaben zufolge etwa 20.000 Dollar eine einzige geschweißte Verbindung durch verschraubte Kopfplatten so zu verstärken, dass sie den Kräften eines Erdbebens standhält. „Ein typisches Hochhaus hat Tausende dieser Verbindungen“, so Hamburger. Die Alternativen wären der Abriss oder der Einbau von Schockabsorbern im Bereich der Fundamente, die die Energie der Bebenwellen dämpfen – Maßnahmen, die mindestens ähnlich kostspielig sind. Aus diesem Grund hat die Stadt Santa Monica, die als eine der wenigen in Kalifornien schon jetzt die Ertüchtigung der problematischen Stahlskelettbauten verlangt, den Eigentümern eine großzügige Frist von 20 Jahren eingeräumt.

Zeit der Nachsicht scheint abzulaufen

Inzwischen sieht es allerdings so aus, dass die Zeit der Nachsicht abläuft. Der kalifornische Kongress berät über ein Gesetz, um die betroffenen Gebäude im Westküstenstaat in einer öffentlichen Liste aufzuführen. Viele Experten sehen darin den ersten Schritt, die Immobilieneigner entweder zur Nachrüstung oder zum Abriss zu veranlassen. „Es gibt Tausende dieser Gebäude in den erdbebengefährdeten Gebieten der USA“, so Porter, „in ihnen leben Hunderttausende oder sogar Millionen Menschen.“ Und weil die Lebensdauer der Wolkenkratzer viele Dutzend Jahre beträgt, ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass sie auch dann noch stehen, wenn „The Big One“ wahlweise die Bay Area oder Südkalifornien trifft.

Die Magnitude wird eher bei der des großen San-Francisco-Bebens von 1906 liegen als bei derjenigen, die der HayWired-Studie zugrundelag, also eher 7,8 als 7,0. Damit würde es etwa 15 Mal so viel Energie freisetzen, die vor allem von den spröden Verbindungen aufgenommen werden müsste. Die Eintrittswahrscheinlichkeit dieser zerstörerischen Erdbeben ist noch gering, doch sie steigt, je mehr Jahrzehnte verstreichen. „Viele dieser Gebäude werden noch stehen, wenn sich eines dieser schweren Erdbeben schließlich ereignet“, ist Keith Porter überzeugt. Der Forscher hält es daher für gut möglich, dass sich aus der veröffentlichten Liste schließlich so etwas wie eine zivilrechtliche Verantwortung der Eigentümer zu Behebung der strukturellen Schwächen ergeben wird. „Aber das wird voraussichtlich erst auf dem Gerichtswege geklärt werden“, betont Keith Porter.

Deutschland von dem Problem nicht betroffen

In Deutschland ist dieses spezielle Risiko dagegen eher gering. „Ich würde nicht davon ausgehen, dass wir ein Problem haben“, urteilt etwa Jochen Schwarz, der an der Bauhaus-Universität Weimar das Earthquake Damage Analysis Center leitet. Zum einen habe man nicht in dem Maße auf geschweißte Verbindungen gesetzt wie in den USA, sondern weiterhin Schrauben bevorzugt. Zum andern ist aber auch die seismische Gefährdung eine andere. „Wir haben in Deutschland nicht die großen Magnituden und auch nicht die Verwerfungen in der Nähe unserer Ballungsräume“, so die Einschätzung des Bauingenieurs. Insbesondere die Tatsache, dass die Maximalmagnitude der hierzulande möglichen Erdbeben unterhalb der Schwelle von 7,0 liegt, schützt die Stahlskelettbauten. „Man braucht eine große Erdbebenstärke und eine gewisse Distanz, um solche Hochhäuser in Schwingungen zu versetzen“, erklärt Schwarz.