Moderner Flughafenbau: Entwurf, Dimensionierung und Bauausführung von Landebahnen und sonstigen Verkehrsflächen

134 Pages·1956·7.206 MB·German

by  Friedrich Kohl (auth.)

Moderner Flughafenbau
Entwurf~ Dimensionierung und Bauausführung
von Landebahnen und sonstigen Verkehrsflächen
Von
Friedrich Kohl
Dipl.-Ing., T. H. Wien
Mit 101 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Alle Rechte,
insbesondere das der übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
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ISBN 978-3-642-52944-3 ISBN 978-3-642-52943-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-52943-6
@ by Springer-Verlag Berlin Reidelberg 1956
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag ORG., BerlinlGöttingenIHeidelberg 1956
Vorwort.
Mit der stürmischen Entwicklung der Luftfahrt in den letzten Jahren hat
auch die Bautechnik Schritt halten müssen und vor allem in Amerika und West
europa eine neue Technik ausgebildet, die sich mehr und mehr von der ursprüng
lich geübten Straßenbautechnik entfernt.
Das Ziel dieser Arbeit ist der Versuch, den Stand dieser Technik auf Grund
der zahlreich erschienenen Einzeldarstellungen und Veröffentlichungen in der
deutschen und fremdsprachigen Literatur einmal sinngemäß unter Zuhilfenahme
der auf zahlreichen Baustellen gemachten Erfahrungen zu ordnen und zusammen
zustellen. Kritik und alle Anregungen, die der Ergänzung der vorliegenden Ar
beit dienen, werden daher vom Verfasser dankbar angenommen.
Da der moderne Flughafenbau die Lösung einer Unmenge von Fragen an den
Projektanten und die Ausführenden heranträgt, sei bewußt von allen nicht das
Bauwesen berührenden Fragen Abstand genommen. Ebenso ist nicht auf die
Ausbildung der Hochbauten wie Flugbahnhöfe, Hangars usw. näher eingegangen
worden, da sie den jeweiligen besonderen Umständen wie Lage, Größe, Klima
und Zweck zu entsprechen haben und es auf diesem Gebiet daher noch keine
Vereinheitlichung gibt.
Das Buch erhebt also nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, um so mehr
als ja die Entwicklung in vollem Fluß ist. Es will jedoch allen jenen nützlich
sein, die mit dem Aufbau der Luftfahrt und der Anlage neuer Basen befaßt sind
und somit eine empfindliche Lücke in der technischen Fachliteratur schließen .
. Es ist dem Verfasser ein aufrichtiges Bedürfnis, folgenden Personen seinen
besonderen Dank für die zur Verfügung gestellten Unterlagen auszusprechen:
Herrn HENRI BOUZIN, Industrieller, Brüssel.
Herrn Dr. NORMAN W. McLEoD, Engineering Consultant, Department of
Transport, Ottawa (Kanada).
Herrn WARREN E. YOUNG, Department of the Navy, Bureau of Yards and
Docks, Washington.
Herrn S. G. COOPER, Information Officer, International Civii Aviation Organi-
sation (OACL), Montreal (Kanada).
Herrn A. O. SANDERSON, Press Officer, Ministry of Civil Aviation, London.
Herrn J ANSEN, Generaldirektor des belgischen Flugverkehrs.
Den Firmen Boeing, Convair, Lockheed, De Havilland, Bristol, United
Aircraft Corp., Caterpillar, Blackwood Hodge (Euclid) und mehreren anderen
danke ich für die Hergabe von Bildern und anderen Unterlagen.
Meiner Frau, Dr. EDITH KOHL, danke ich für ihre Mitarbeit, dem Springer
Verlag für die sorgfältige Ausstattung.
Brüssel, am 16. Jan. 1956.
F. Kohl.
Inhaltsverzeichnis.
:,leite
Einführung 1
1 Allgemeines über Anlage, Abmessungen und Verkehrslasten von Flug-
häfen . . . . . . . . . . . . . 3
2 Charakteristik der Flughäfen. 4
2.1 Start- und Landebahnen. . . 4
2.1.1 Anzahl und Orientierung 4
2.1.2 Länge und Breite der Pisten 5
2.1.3 Neigung der Pisten. 7
2.1.4 Verkehrslasten . . . . . . . 7
2.2 Rollfelder. . . . . . . . . . . . 7
2.3 Bremsverlängerung der Startbahnen (Ausrollänge) 10
2.4 Rollbahnen, Verkehrsfläehen . . . . . . . . . . 10
2.5 Flugzeugabstellplätze, Abfertigungsvorfelder usw. . 11
2.6 Allgemeine Gesamtsituation (Bautenschutzbereich) 11
2.7 Hochbauten, Installationen, Flugsicherung. . . . 13
3 Besonderer Einfluß der Düsenflugzeuge auf Anlage und Ausrüstung von
Landflughäfen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 Beanspruchung der Beläge von Betriebsflächen .. . . . . . 19
3.1.1 Beanspruchung durch Hitze und Rückstoß (Düsenstrahl) . 20
3.1.2 Der Auswurf heißen Treibstoffes. 23
3.2 Länge der Pisten . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3 Verkehrsflächen . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4 Flugzeugabstellplätze, Ausweichen, Warteplätze . 26
3.5 Lärm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.6 Signalisation für Verkehr am Boden, Diverses. 28
4 Bereehnungsmethoden der Tragfähigkeit von starren Belägen für Start-
und Landebahnen. . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.2 Praktische Anwendung der Methode WESTERGAARD. 31
4.2.1 Bodenkonstante k (Bettungsziffer) 34
4.2.2 Kritik der Versuches. . . . . 35
4.2.3 Die Benützung der Diagramme 35
4.2.4 Temperaturspannungen 36
4.3 Anzahl der Lastspiele . 38
4.4 Sonstige Spannungen . 39
4.5 Fugen in Betondecken . 40
4.6 Dübel . . . . . . . . 41
4.7 Bemessung von Bewehrungen 41
4.8 Randverstärkungen . . . . . 42
4.9 Betonfestigkeit . . . . . . . 42
4.10 Doppelte Platten (zweischichtige Bauweise) 42
4.11 Färbung . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Inhaltsverzeichnis. V
Seite
4.12 Fugeneinlagen . 43
4.13 Luftbeton . . 44
4.14 Spannbeton 44
5 Flexible Beläge 45
5.1 Tragfähigkeitsversuch CBR. 45
5.2 Beispiele . . . . . . . . . 51
5.3 Methode Dr. McLEoD . . . 52
5.4 Methode P ALMER und BARBER 53
5.5 Nord-Dakota Kegelmethode . . 54
5.6 HousELs Methode. . . . . . 54
5.7 Methode HOGG und BURMISTER 54
5.8 HVEEM Methode (California) .. 54
5.9 Methode LCN. . ...... . 55
5.10 Decken von beschränkter Lebensdauer 56
5.11 Landeteppiche - Stahlroste 57
5.12 Andere Beläge 57
6 Bodenvermörtelung . 59
7 Projektierung ... . 60
8 Entwässerung ... . 64
9 Verhütung von Frostschäden. 69
9.1 Begriffsbestimmungen . 69
9.2 Arten des Bodenfrostes 69
9.3 Schutzmaßnahmen 70
10 Der Boden als Baustoff - Verdichtungsgeräte 72
10.1 Der Proktorversuch .... 72
10.2 Andere Bodenprüfverfahren . 76
10.3 Der Gruppenindex 80
10.4 Schaffußwalzen . . . . . . 80
10.5 Gummiradwalzen . . . . . 83
10.6 Transportmittelverdichtung . 85
10.7 Andere Verdichtungsmittel . 86
11 Erdbaugeräte und Erdtransportmittel 86
11.1 Sattelschlepper, Bottomdllmpers 87
11.2 Autoschütter ........... . 88
11.3 Lastkraftwagen mit automatischem Kipper für Erdtransport 89
11.4 Scraper und Motorscraper 90
11.5 Lader .............. . 96
11.6 Aufreißer. . . . . . . . . . . . . . 98
11.7 Geräte für kontinuierliche Transporte . 98
11.8 Diverses . . . . . . . . . . . . 100
12 Die Ausführung der Betondecken. 100
12.1 Fundierung ..... . 100
12.2 Herstellung der Decken ... 102
12.2.1 Papier . . . . . . . . 102
12.2.2 Betonzusammensetzung 102
12.2.3 Fugen . . . . 104
13 Asphaltbetondecken 107
14 Statistik und Diverses 110
15 Hubschrauber und Heliports 113
Schrifttumsverzeichnis . 123
Sachverzeichnis .... 128
Einführung.
Solange das Gewicht der Flugzeuge sich in der Größenordnung eines Autos
(Lastkraftwagens) hielt und damit die auf den Boden übertragenen Beanspru
chungen von ähnlicher Größe waren, haben zum Starten und Landen ebene Grün
flächen oder für Schlechtwetter, wenig befestigte Bahnen genügt. Das Auf
kommen schwerer Flugzeuge, erhöhter Geschwindigkeiten, Vergrößerung der
Verkehrsdichte und der dadurch nötige Aufwand zur Erhaltung der Grasnarbe,
führten zur Anlage mehrerer oder oft nur einer einzigen Hauptlande- und Start
bahn mit tragfähigem Belag in der noch heute üblichen Form nach den Erfah
rungen des Straßenbaues.
Erst nach dem Aufkommen von Startraketen und Reaktionsmotoren mit
ihrem Ausstoß enorm heißer Verbrennungsgase und flüssigen, oft noch brennenden
Treibstoffes auf die Belagoberfläche, wurden Anforderungen an diese Fahrbahn
decken gestellt, die im Straßenbau unbekannt sind. Ebenso wuchsen die Rad
lasten auf Größen von 75 t pro Fahrwerk und die Gesamtgewichte der Flugzeuge
beginnen sich denen der schwersten Lokomotiven zu nähern (180 t).
Die Rückwirkung auf die Anlage der Flughäfen war die Ausbildung folgender
Einrichtungen:
A. Zum Landen und Starten: Landebahn, Startbahn, Abfertigungsvorfelder,
Kontrollturm, Wetterwarte, Leuchtturm, Einrichtungen für Beleuchtung, Be
feuerung, Peilfunk, Radar und Radio.
B. Zur Instandhaltuny (Wartung) des fliegenden Materials: Rollbahnen, Rolle
felder, Flugzeugabstellplätze, Hangars, Montagehallen, Werkstätten.
C. Zur Versorgung des fliegenden Materials: Tankstellen für Treibstoff
pipelines-Behälter, Tankstellen für Öl-Behälter, Versorgung mit elektrischem
Strom, Druckluft, Schmiermitteln usw.
D. Für den Personaldienst: Verwaltungsgebäude für technisches und ad
ministratives Personal, Wohngebäude.
E. Für die Benützer des Flughafens: Abfertigungsgebäude für Reisende und
:Frachten, Restaurant, Zollabfertigung, Straßen- und Bahnanschluß, Post, Tele
phon, Telegraph usw.
Im Prinzip gibt es 5 Arten von Landflughäfen :
a) Flughäfen mit parallelen Pisten [120] (Abb. 1):
Roffbulin
Abh.l.
Beispiel: Militärbasen in Spanien. Leopoldvllle (Belg. Kongo), Bamako (Franz. Westafrika)
s. Ahb. 59, Phalsbourg-Bourscheid (Frankr.) s. Abb. 57.
Kohl, Moderner Flughafenbau. 1
2 Einführung.
b) Flughäfen mit Pisten in sternförmiger Anordnung um den Mittelpunkt
(Abb.2):
c:::::=t=+=~:::::J Slurl
Abb.2.
Beispiel: London Terminal Area s. Abb. 23 u. 24.
c) Flughäfen mit tangentieller Anordnung der Pisten (Abb. 3):
Abb.3.
Beispiel: New York-Idlewild s. Abb. 58.
d) Flughäfen mit sich schneidenden Pisten: (Abb. 4).
Abb.4.
Beispiel: Winnipeg Airport (Kanada) s. Abb. 96, Montreal Airport s. Abb. 97.
e) Heliports (Flughäfen für Hubschrauberverkehr und andere Flugmaschinen
mit Vertikalstart, z. B. XFY-1 Convair) s. Abb. 94.
Die Breiten und Längen der Start-und Landebahnen, Rollbahnen, Rollfelder,
Sicherheitszonen, Quer- und Längsgefälle, sowie der ganze übrige Aufbau der
Bodenorganisation sind Gegenstand internationaler Empfehlungen der "Organi
sation de l'aviation Internationale" (OACI.).
Die grundlegenden Bestimmungen, die in französisch, englisch und spanisch
veröffentlicht werden, seien hier auszugsweise wiedergegeben, da sie die Basis
aller neuen Projekte bilden (OACI., Annexe 14).
1 Allgemeines über Anlage,
Abmessungen und Verkehrslasten von Flughäfen.
(Nach den internationalen Empfehlungen der OACI.) [1].
Die Landflughäfen werden nach der Grundlänge ihrer Pisten (Start- und
Landebahnen) mit den Buchstaben Abis G in Klassen (s. Tab. 1) eingeteilt,
wobei unter Piste rechteckige Bahnen
zu' verstehen sind, deren Anlage so Tabelle 1.
wohl das Starten als auch das Landen
Grundlänge
Klasse In Fuß
von Flugzeugen auf ihrer gesamten der Piste In m
Länge erlaubt.
Außer einem dieser Buchstaben, A 2550u. mehr 8400 u. mehr
B 2150"'2550 7000"'8400
der die Klasse des betreffenden Flug
C 1800"'2150 5900"'7000
hafens angibt, findet man noch eine D 1500"'1800 5000"'5900
Indexziffer nach Tab. 2, die den größ E 1280"'1500 4200"'5000
ten zulässigen Reifendruck sowie den F 1080"'1280 3500"'4200
G 900"'1080 3000"'3500
größtzulässigen Raddruck angibt.
Das englische Luftfahrtministerium hat eine ähnliche Einteilung aufgestellt,
wobei eine Landebahn durch einen mathematischen Bruch bezeichnet wird. Der
Zähler gibt die Länge der Landebahn an, der Nenner die Radlast und damit
den Reifendruck. Jeder ankommende Flugzeugführer kann also jede Landebahn
Tabelle 2.
Inilex- I, Lagt pro Einzelrad in ii enRtespifreencdhreuncdke r
ziffer I t ;1000 Pfund i kg/cm'. IP fund!Z oll'
I
1 45 I 100 8,5 120
2 35 75 7,0 100
3 27 60 7,0 100
4 20 45 7,0 100
5 13 30 6,0 85
6 7 15 5,0 70
7 2 5 2,5 35
mit einer höheren als für seine Maschine zutreffenden Bezeichnung, bedenkenlos
zum Landen benützen.
Die Franzosen stellen eine Einteilung auf (Tab. 3), bei der Klasse, Gewicht
des Flugzeuges und Landebahnlänge sinngemäß vereinigt sind:
1*
4 Charakteristik der Flughäfen.
Tabelle 3.
I
Klasse gMewaix~ihmta li-n Zweck Rderiufcekn · Landebahnlänge I NReioglulfnegld d· er
kg!cm' , seitenflächen
A 135 Regulärer Transport 10 2100-2500-3000 2%
auf große Distanz
I
>1500 km I
I
B 60 Regulärer Transport 7 1500-1800-2100 I 2%
auf mittlere und
kurze Entfernung
C 20 Reiseflugverkehr nach ;) '800-1000-1200 3%
Bedarf
D 5 Reiseflug., Trainings·, 3 600-80U -1%
Sport. Segelflug.
gelände
2 Charakteristik der Flughäfen.
Nach den Empfehlungen der OACI. ist beim Festlegen des Terrains für einen
anzulegenden Flughafen seine spätere evtl. Vergrößerung in Betracht zu ziehen,
da diese sonst unter Umständen durch örtliche Gegebenheiten unmöglich oder
mit zu hohen Kosten verbunden ist.
2.1 Start- und Landebahnen (Pisten).
2.1.1 Anzahl und Orientierung.
Für beide ist das Windhäufigkeitsdiagramm maßgebend. Es wird empfohlen,
die Orientierung einer oder mehrerer Start- und Landebahnen so vorzunehmen,
daß während einer möglichst langen Zeitdauer (die nicht kürzer als 95% eines
Jahres sein darf) das Landen und Starten der Flugzeuge für die der Flughafen
projektiert wurde, ermöglicht wird. Für Pisten von 1500 m und mehr sind größere
Seitenwindgeschwindigkeiten als 20 Knoten (1 Knoten = 0,5145 mjsek) für
Landen und Starten als unzulässig anzunehmen. Dieser Wert ermäßigt sich auf
13 Knoten (6.68 mjsek) für Pisten von 1500 .. ·900 m Länge. Die Beobachtungs
dauer der Windgeschwindigkeit ist während mindestens 5 Jahren mit 8 Messungen
pro Tag erforderlich. Die Erfahrung zeigt, daß in vielen Fällen eine einzige
Richtung genügen kann (z. B. Nancy, Frankreich, sowie 10 neue Flugplätze in
Belgien, Leopoldville im Belg. Kongo usw.). Dies um so mehr, als Flugzeuge,
deren Fahrgestelle mit einem Drehring ausgerüstet sind, tatsächlich die Möglich
keit haben, bei jedem auftretenden Querwind eine bestehende Landebahn zu
benützen (Bomber B-52). Zur Ermittlung der Lage und Richtung der Lande
bahn bedient man sich der Windrose.
Diese Windrose erhält man, indem man die Häufigkeit der Windgeschwindig
keiten zwischen 0,3 und 10 mJsek auf 8 Richtungen reduziert, die miteinander
je 45° einschließen. Auf diesen Achsen trägt man die also entsprechenden Längen
für die Anzahl der jeweiligen Zeitabschnitte auf, die den Winden von 0,3 bis
10 mJsek in den betreffenden Richtungen während der Zeitdauer eines Jahres
entsprechen. Allgemein kann man eine Richtung als benützbar bezeichnen, wenn
sie mit dem gerade herrschenden Wind einen kleineren Winkel als 22° 30' ein-
Länge und Breite der Pisten. 5
schließt. Häufig zeigt die so konstruierte Windrose eine fast ständig herrschende
Hauptwindrichtung auf, seltener 1 oder 2 Nebenwindrichtungen, die zur Anlage
von Nebenlandebahnen von meist geringer Länge zwingen.
Zusammenfassend sind folgende Daten von Einfluß:
a) die Regelmäßigkeit des Verkehrs,
b) zulässige Seitenwindgeschwindigkeit,
c) Art, Dauer und Richtung etwaiger Böen,
d) Wirbelbildungen,
e) Verfügbarkeit von Ausweichflughäfen(Hilfslandeplätzen),
f) allgemeine Windbeobachtung bei Nebel und behinderter Sicht,
g) Länge und Breite der Piste,
h) Zustand der Piste (Schnee, Eis, Regen ~ährend eines Jahres),
i) größte auftretende Windgeschwindigkeiten,
j) Seehöhe des Flughafens,
k) Luftfeuchtigkeit,
I) Temperaturverhältnisse,
m) Dauer von Sichtbehinderungen (Nebel).
2.1.2 Länge und Breite der Pisten (s. Abb. 5 u. 6).
Die Länge einer bestimmten Piste ergibt sich aus folgendem Kriterium: das
für den Flughafen ausschlaggebende Flugzeug befinde sich im Punkte A. Der
v,
Ilindernis
beseitigung
Pi.
A
ll1nderfismnz
I .
benlltzbare Londerlisfonz
11)
Storhlislonz Boden
kn'ltk/
~------O~k~~w~#o#------~~
'-------benllfzborr? Stortdisfonz-------JJ
Abb. 5. Situation der krit. Distanzen zur Ermittlung der Startbahnlängen [1].
Pilot gibt nun Vollgas, beschleunigt Tabelle 4. (Zu Abb. 5.)
und erreicht im Punkte C seine Start Piste tür SIchtlandung
geschwindigkeit VI' In diesem Moment Blindflugpiste Buchstabe der Klasse
(Landebahn) des Flughafen
ist der Ausfall des seiner Leistung nach A,B,C D,E,F,G
wichtigsten Motors anzunehmen. Der
ab = 300m 210m 150m
Pilot kann nun entweder bremsen, bis
cd = 1200m 750m 750m
das Flugzeug im Punkte X zum Still
stand kommt, oder die Beschleunigung fortsetzen bis zum Punkte Y, wo er
mit der Sicherheitsgeschwindigkeit V 2 startet und 15 m Höhe vor Überfliegen
des Endes der Startbahnverlängerung erreicht haben muß. Für die Länge der
befestigten Startbahn ist also die Länge A - X maßgebend, wobei der