Arena da Amazônia

To cover the spectator stands and VIP areas of the new stadium in Manaus, a steel roof structure was developed, consisting of diagonally arranged, cantilevering steel box girders, incorporated with a secondary steel structure carrying the membrane cladding.

The compression ring at the inner roof edge and the outer tension ring are main parts of the primary steel structure which is supported by spherical bearings at the base points, resulting an unique load-bearing structure design.

The selection of this structural system, especially the diagonal arrangement of roof girders, was made to visualize the architectural concept and to generate a distinctive characteristic structural design. The reactions of the roof structure are transferred to the foundation by the reinforced concrete structure with up to 2 basement levels.

Arena da Amazônia Manaus, Brasilien

Durch die Wahl von Manaus als Austragungsort der FIFA-Fußballweltmeisterschaft in Brasilien 2014 wurden mehrere Infrastrukturprojekte ins Leben gerufen. Hierzu sollte auch das bestehende Fußballstadion durch den Neubau einer modernen Fußballarena ersetzt werden, welcher den Anforderungen des Großevents gerecht wird.

Beim Entwurf des Stadions für 44.400 Zuschauer stand die Idee im Vordergrund, ein einfaches, aber hocheffizientes Stadion zu konzipieren, das gleichzeitig eine Referenz an den besonderen Ort, an die Faszination und die natürliche Formenvielfalt des tropischen Regenwalds darstellt.

Das interdisziplinäre Planer Team hat sich sensibel und intensiv mit den gegebenen natürlichen Randbedingungen auseinandergesetzt und eine perfekte Symbiose von Architektur, Technik und Funktionalität erzielt – eine intelligente rautenförmige Stahlgitterschalenstruktur, welche an Dach und Fassade mit in der Äquatorsonne hell leuchtenden Membranpaneelen eingedeckt ist.

Das primäre Tragwerk des Dachs gehört zur Familie der Gitterschalen. Allerdings ergeben sich durch die große Öffnung über dem Spielfeld und die architektonisch gewollte, scharf abgeknickte Abzeichnung zwischen Dach und Fassade Besonderheiten, die den Tragwerksentwurf maßgeblich beeinflussten. In den ersten Gedanken zum Tragwerk wurden die radial ausgerichteten rautenförmigen Stahlbinder biegesteif in Fundament und Baugrund eingespannt. Doch erste Berechnungen offenbarten, dass die großen Auflagermomente nicht im sandigen Boden verankert werden könnten. Eine gelenkige Lagerung an den Fußpunkten war die einzige denkbare Alternative.

Um dies zu realisieren wurden am Dachinnenrand ein Druckring und am Außenrand ein Zugring vorgesehen, die durch ihr Zusammenspiel das Kragmoment durch ein horizontales Kräftepaar aufnehmen können und räumlich über die rautenförmigen Träger abtragen. Die komplette Stahlstruktur des Daches steht nun auf 36 Kalottenlagern, welche die Lasten die Stahlbetonkonstruktion mit bis zu 2 Untergeschossen abträgt und dies ohne eine weitere Anbindung an den Oberrang der Tribünen.

Alle primären Dachelemente sind als verschweißte Stahlhohlkästen modular hergestellt. Die schlanken Stege der transportablen Einzelelemente sind zur Stabilisierung gegen Beulen durch Trapezsteifen und regelmäßige Schotte ausgesteift. An den Kreuzungspunkten der Träger sind die Blechstärken soweit erhöht, dass die räumlichen Spannungszustände aufgenommen werden können. Vor allem am äußeren Zugring erforderte das eine intensive Detailbearbeitung und Bemessung, da das Verbindungsblech der einzelnen Zugringelemente durch die Knotenstruktur durchgehend verlaufen muss.

Zur Limitierung der äußeren Abmessungen sind hier S460 Bleche zum Einsatz gekommen, die bananenförmig den Knoten durchdringen. Bei Fassaden und Dachträger wechseln sich primäre und sekundäre Elemente ab. Dies fällt auf den ersten Blick nicht auf, da die äußeren Abmessungen identisch sind. Der Aufbau der Struktur, der eine maßgebliche Rolle spielte, musste aber von Beginn an berücksichtigt werden. Um nur in jeder alternierenden Dachachse temporäre Schwerlasttürme verwenden zu müssen, wurden die primären Elemente zunächst solitär aufgebaut und im Anschluss, immer einer vordefinierten Sequenz folgend, mit den in Folge eingehängten sekundären Trägerkreuzen durch vollflächige Verschweißungen verbunden.

Der Baustoff Stahl bietet sich aufgrund seiner hohen Tragfähigkeit für weitgespannte Dachkonstruktionen an. Durch die hohe Tragfähigkeit in Kombination mit intelligenter Planung erlaubt er den Bau von schlanken Konstruktionen mit reduziertem Materialverbrauch. Auch die mögliche Vorfertigung in Übersee und die Anlieferung mit dem Schiff hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen. Aufgrund des extrem feucht-warmen Umgebungsklimas und der intensiven Sonneneinstrahlung wurde für die Dach und Fassadenhaut eine hochfeste und dauerhafte, PTFE beschichtete Glasfasermembran gewählt. Eine Sekundärstruktur in Rautenform wirkt mit nur sehr geringer Vorkrümmung der eingehängten Pfetten für die Membran als Rahmen und Unterstützung.

Erläuterungsbericht von gmp Architekten von Gerkan Marg und Partner zur Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015