arena da amazônia, manaus

383© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 83 (2014), Heft 6

Fachthemen

DOI: 10.1002/stab.201410162

Arena da Amazônia, Manaus

Knut GöppertKnut StockhusenSebastian Grotz

Im März 2010 fand die feierliche Grundsteinlegung für das FIFA WM Stadion in Manaus statt. Das als einfaches aber hocheffizientes Gebäude geplante Stadion stellt das Herzstück eines Sportparks in einem der wichtigsten Zentren des Ökotourismus in Südamerika dar. Es lag nahe, für das Leitbild des Entwurfs regelmäßige Struk-turen technisch zu interpretieren, die in der Manaus alles umge-benden Natur vorkommen. Die Riesenseerose Victoria Regia, ein perfektes Vogelnest oder ein aus Palmblättern geflochtener regio-naler Korb, alles lässt sich hier wiederfinden. Das Resultat ist die nun fertiggestellte intelligente, rautenförmige Stahlgitterschalen-struktur, die an Dach und Fassade mit, in der Äquatorsonne hell leuchtenden, Membranpaneelen eingedeckt ist (Bilder 1 und 2).

Arena da Amazônia, Manaus. The basic and efficient new Stadium in Manaus, inaugurated in March 2014, forms the centre part of a large sports complex. For the design of a stadium, situated in one of the most important hubs of eco tourism in South America, a tech-nical interpretation of natural structures have been performed. It seemed to be obvious to interpret technically all the regular struc-tures which can be found in the Manaus completely surrounding nature. The giant water lily Victoria Regia, a perfect bird’s nest or a local basket woven from palm leafs, everything can be interpreted. The result is the now completed intelligent diamond-shaped steel grid shell structure, which is covered at roof and facade by in the equatorial sun brightly shining membrane panels (Figs. 1 and 2).

1 Allgemeines

Manaus ist die Hauptstadt des Bundesstaates Amazonas und liegt in mitten des größten zusammenhängenden Regen-

walds am Rio Negro. Im Kautschukboom zwischen 1870 und 1910 wurde die Stadt sehr reich, doch der Verfall kam nach dem kurzen Aufstieg mit dem sinkenden Interesse an Naturkautschuk aus Brasilien umso heftiger. Erst 1957 wurde Manaus, um dem weiteren Abstieg entgegenzuwir-ken, zur Freihandelszone bestimmt. In Manaus produzie-rende Unternehmen können seither erforderliche Rohmate-rialien nahezu zollfrei einführen, was seit den 1970er Jahren zu einem Boom und Wiedererwachen des öffentlichen Le-bens in der Stadt führte. Heute kennt man Manaus außer-halb Brasiliens dennoch fast ausschließlich als Ausgangs-punkt für Ökotourismus in die artenreiche Gegend.

Durch die Lage abseits der Wirtschaftsmetropolen sind die Stimmen der Kritiker bis heute nicht verstummt, was die Wahl des Standortes betrifft. Dennoch gibt es wie immer mehrere Blickwinkel und die Mehrzahl der Ein-wohner von Manaus begrüßt die Entscheidung, ein neues Stadion zu bauen. So spürt man in allen Teilen der Stadt den Aufbruch und die Motivation, die städtische Infra-struktur zu modernisieren. Und für die Menschen am Amazonas steigen spürbar eigene Wahrnehmung und Zu-gehörigkeitsgefühl. Die Entscheidung, Manaus als einen der WM-Austragungsorte zu wählen, hat der Stadt defini-tiv gut getan.

Neben der Planung von Tribüne und Dach, die haupt-sächlich in Deutschland erfolgte, waren über die gesamte Bauzeit unsere Ingenieure vor Ort, um die Umsetzung der Planung zu überwachen oder einzufordern und dem gele-gentlichen Sturm der qualitätsmindernden Wünsche von Seiten der Baufirmen in der Ausführung die Stirn zu bieten.

Bild 1. Arena da Amazonia mit transluzenter Membran Fig. 1. Arena da Amazonia with translucent fabric

Bild 2. Innenaufnahme von Tribüne und DachFig. 2. Interior view of stands and roof

K. Göppert/K. Stockhusen/S. Grotz · Arena da Amazonia, Manaus

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2 Tribünentragwerk

Die Tribüne der Arena da Amazônia besteht aus Ober- und Unterrang. Die Eingangsebene bzw. äußere Podiumsebene dient der Verteilung. Der Unterrang überdeckt im Westbe-reich noch zwei zusätzliche Funktions-Untergeschosse. Die Oberränge werden von gleicher Ebene über Treppen-häuser und Mundlöcher in jedem Block erschlossen.

Das gesamte Tragwerk wurde ursprünglich als Stahlort-betonstruktur geplant, welche auf Bohrpfählen gegründet ist. Auf sehr spätes Drängen des Generalunternehmers wur-den soweit als möglich die Ortbetonteile durch Fertigteile ersetzt. Annähernd alle Decken wurden in Halbfertigteile aus Pi-Platten mit 10 cm Aufbeton umgeplant, die auf Kon-solen der Fertigteilunterzüge aufgelagert wurden. Auch Teile der Stahlbetonstützen wurden durch die Baufirma auf der Baustelle zu Halbfertigteilen umgeplant und vorproduziert.

Dass dies zu Fügeproblemen bei der Einrichtung der monolithischen Gesamtstruktur führen würde, wurde bauseits in Kauf genommen.

Um den Schalungsaufwand in großer Höhe zu mini-mieren und den Bau des Oberrangs zu beschleunigen, wur-den die weit auskragenden Bereiche der Oberrang-Zahnbal-ken als Fertigteile vorproduziert (Bild 3). Lediglich der Kern mit Treppenanlagen wurde als Ortbeton realisiert. Um eine mögliche klaffende Fuge zwischen Fertigteil und Ortbeton dauerhaft zu vermeiden, wurden Litzenbündel durch die vorgesehenen Hüllrohre von Kragarmspitze des Zahnbal-kens bis zum Ende der Balkonplatte im Innenraum – den Ortbetonkern durchdringend – eingelegt. Für den Bauzu-stand war die schlaffe, verschweißte Bewehrung zwischen Fertigteil-Zahnbalken und Kern gerade tragfähig. Nach dem Verguss der Kontaktfugen mit schwindarmem Mörtel konn-ten die Spannlitzen vorgespannt und verpresst werden.

Die Aussteifung des Stahlbetontragwerks wird in Radial richtung über Wände in jeder dritten Tragwerk-sachse gewährleistet. In Tangentialrichtung übernehmen mehrere Wände bzw. Wandverbünde in jedem der acht Sektoren die Ableitung der horizontalen Kräfte aus dem Oberrang. Hierzu wurden im Wesentlichen Wände des Sa-nitärbereichs, aber auch zum Teil die Treppenhauswände herangezogen.

Die späte Forderung nach Umplanung in Halbfertig- und Fertigteile sorgte für große Reibung und intensiven Leistungs- und Zeitdruck im Projekt und erzielte auch nicht in allen Fällen das gewünschte Ergebnis in punkto

Kosten- und Zeitersparnis. An diesem Beispiel zeigt sich klar, dass eine Konstruktion von vornherein als Ortbeton- oder Fertigteilkonstruktion konzipiert werden sollte, und man dann auch die jeweiligen Vorteile realisieren kann.

3 Stahltragwerk des Daches

Das primäre Tragwerk des Daches gehört zur Familie der Gitterschalen (Bild 4). 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 ra-dial ausgerichteten rautenförmigen Stahlbinder biegesteif in Fundament und Baugrund eingespannt. Die ersten Berech-nungen offenbarten, dass die großen Auflagermomente nicht im sandigen Boden verankert werden könnten. Eine gelen-kige Lagerung an den Fußpunkten war die einzige denkbare Alternative. Um dies zu realisieren, wurden am Dachinnen-rand ein Druckring und am Außenrand ein Zugring vorge-sehen (Bild 5), die durch ihr Zusammenspiel das Kragmo-ment durch ein horizontales Kräftepaar aufnehmen können und räumlich über die rautenförmigen Träger abtragen.

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 Blechdicken soweit erhöht, dass die räumlichen Span-nungszustände aufgenommen werden können. Vor allem am äußeren Zugring erforderte dies intensive Detailbearbei-tung und Bemessung, da das Verbindungsblech der einzel-nen Zugringelemente durch die Knotenstruktur durchge-hend verlaufen muss. Zur Limitierung der äußeren Abmes-sungen sind hier S460-Bleche zum Einsatz gekommen (Bild 6), die bananenförmig den Knoten durchdringen. Bei Fassaden und Dachträger wechseln sich primäre und se-kundäre Elemente ab (Bild 7). Dies fällt auf den ersten Blick nicht auf, da die äußeren Abmessungen identisch sind.

Der Aufbau der Struktur, der auch in der Bemessung 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 anschließend eingehängten se-kundären Trägerkreuzen durch vollflächige Verschweißun-gen verbunden.

Die Dach- und Fassadenhaut besteht aus hochfester und dauerhafter PTFE-beschichteter Glasfasermembran. Eine Sekundärstruktur in Rautenform wirkt mit nur sehr geringer Vorkrümmung der eingehängten Pfetten für die Membran als Rahmen und Unterstützung.

4 Fertigung Dachtragwerk

Zur Vorbereitung der Fertigung des Dachtragwerks wur-den die Montageabfolge der Einzelelemente und die ge-naue Position der temporären Unterstützungstürme minu-tiös festgelegt. Gemeinsam mit den maximalen Fertigungs- und Transportlängen wurden die Einzelfertigungselemente

Bild 3. Tribüne während des BausFig. 3. Stands during construction


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Bild 5. Lastabtrag und sekundäre HülleFig. 5. Load bearing behavior and secondary cladding

Bild 4. Manaus InnenaufnahmeFig. 4. Manaus interior view

Bild 6. Knoten mit S460-ZugringblechFig. 6. Node with S460 tension ring plate



bestimmt. Aus diesen Randbedingungen und der geplanten finalen Form wurde in aufwendigen nichtlinearen Berech-nungen eine spannungsfreie Werkstattform für jedes Ein-zelelement ermittelt (vgl. Bild 8), welche aufgrund des gro-ßen Zeitdrucks in Echtzeit in die Werkstattplanung und Fertigung eingeflossen ist. Für jedes Element wurden sämt-liche Eckkoordinaten und eine leicht eingerückte Kontroll-

koordinate ermittelt, geprüft und in der Fertigung umge-setzt. Bei der Montage auf der Baustelle musste daraufhin exakt die geplante Abfolge eingehalten werden, damit die durch sich gegenseitig beeinflussende Elemente resultie-rende Stirnplattenverdrehung sich der theoretischen Vor-hersage entsprechend einstellte und ein Fügen mit dem Folgeelement ohne große Spalte und damit innerhalb der definierten Toleranzen möglich wurde.

Aufgrund des engen Zeitrahmens, der für Werkstatt-planung, Fertigung, Transport und Montage zur Verfügung stand, wurde die Fertigung der Elemente auf zehn Produk-tionsstätten auf der gesamten iberischen Halbinsel verteilt. Um den damit einhergehenden Informationsverlusten ent-gegenzuwirken und dennoch die hohen geometrischen An-forderungen erfüllen zu können, waren unsere Ingenieure sehr gefordert, auch Aufgaben der Koordination, der Ferti-gungsplanung und der Qualitätskontrolle zu übernehmen.

Noch auf dem Werkstattgelände wurden die maßgeben-den Punkte jedes Einzelelements vermessen, um eventuelle Abweichungen festzustellen und erforderliche Korrekturen zu veranlassen. Ein Großteil dieser Elemente konnte dann einer Teil-Probemontage zur Qualitätskontrolle zugeführt werden (s. Bild 9), um grobe globale Fehler noch im Ferti-gungsland ausschließen zu können, da Korrekturen der Ele-mente vor Ort in Manaus kaum realisierbar waren.

Sämtliche Elemente wurden dann im portugiesischen Aveiro auf Frachtschiffe verladen und über den Atlantik und entlang des Unterlaufs des Amazonas direkt nach Ma-naus gebracht.

Bild 7. Primär- und Sekundär-ElementeFig. 7. Primary and secondary elements

Bild 8. Überhöhte Werkstattform und Geometrie nach dem Ablassen der MontagetürmeFig. 8. Superelevated workshop geometry and position after lowering of the temporary towers



5 Montage Dachtragwerk

Nach der Anlieferung der Elemente auf die Baustelle wur-den diese zunächst zu Montageeinheiten zusammengefügt. Dies geschah, an einer im Verlauf des Projekts und damit unter wachsendem Zeitdruck stetig steigenden Zahl von Vormontagehöfen, im Umfeld des Stadions (Bild 10). Eine Montageeinheit umfasste hierbei je nach Montageschritt 4 bis 11 Elemente.

Bevor die Verschweißung der Elemente erfolgte, wur-den diese exakt eingemessen und in die optimale Best fit-Position zueinander gebracht. Schon bei der Werkstattpla-nung wurden an mehreren Stellen der Elemente Markie-rungen zur Vermessung vorgesehen. Im statischen Modell wurden diese Markierungen als Knoten mitgeführt. Somit konnte für jeden Montageschritt die notwendige Sollposi-tion ermittelt werden. Diese Markierungen wurden wäh-rend der Produktion, der Vormontage und dem Positionie-ren im Dachtragwerk je nach Erfordernis vermessen und sind somit ein Teil der laufenden Qualitätskontrolle.

Um hier einen möglichst reibungslosen Aufbau zu er-möglichen, wurden sehr hohe Anforderungen an die Produk-tionsgenauigkeit gestellt. Es wurden gewisse Möglichkeiten des Toleranzausgleichs durch die Detaillierung des Stumpf-stoßes der Elemente vorgehalten. Die Stirnfläche eines neu anzuschließenden Elements konnte auf verbreiterten Kopf-platten am bereits montierten Ende innerhalb statisch nach-gewiesener Grenzen justiert und dann fixiert werden.

Das Schweißen unter den klimatischen Bedingungen im tropischen Regenwald mit sehr hoher Luftfeuchtigkeit stellte hohe Anforderungen an die bis zu 160 Schweißer

auf der Baustelle und auch an Lagerung und Vorbereitung des Schweißguts (Bild 11). Die Stöße wurden im Wesentli-chen durch Metallaktivgasschweißen (MAG) hergestellt. Um die Schweißbereiche vor Feuchtigkeit und Regen zu schützen, wurden temporäre Zelte über den Vormontage-stößen und Endmontagepunkten errichtet.

Die Primärelemente der Fassade, sprich Fassaden-kreuze inklusive anschließender Knoten, wurden nach dem Einheben mit dem Kran horizontal über temporäre Streben am Zahnbalken des Oberrangs gehalten. Bevor mit der Montage der Dachelemente begonnen werden konnte, wurden die sekundären Fassadenelemente ver-schweißt (Bild 12). Gleichzeitig wurden nach und nach die temporären Unterstützungstürme für die Dachelemente auf dem Oberrang aufgestellt. Die Position auf dem Ober-rang wurde durch die Tragfähigkeit des Kernbereichs des

Bild 9. ProbemontageFig. 9. Trial assembly

Bild 10. VormontageFig. 10. Subassembly

Bild 11. StoßuntersuchungFig. 11. Connection check

Bild 12. Montage von FassadenelementenFig. 12. Erection of facade elements



Oberrangs und die daraus resultierende geringe Höhe der Türme gewählt.

Die bis zu 100 t schweren primären Dachelemente wurden daraufhin mit einem 750-t-Kran an den Traufkno-ten und auf die temporären Unterstützungstürme aufgesetzt (Bild 13). Hierzu wurden temporäre Auflagerkonsolen an die Trägerenden angeschweißt. Nach Bestätigung der kor-rekten Lage wurden diese vollständig mit dem Traufknoten des Fassadenelements verschweißt. Es wurden verschie-dene Schweißplattformen entwickelt, um für die unter-schiedlichen Situationen im Dach sicheres Arbeiten zu er-möglichen und fehlerfreie Schweißnähte an jedem Verbin-dungsknoten herstellen zu können. Nachdem alle Elemente der Hauptstruktur installiert, verschweißt und die Qualität sämtlicher Arbeiten kontrolliert waren, wurden zunächst die 36 horizontalen Anbindungen zwischen Traufknoten und Stahlbetonzahnbalken des Oberrangs entfernt.

Anschließend konnten die 32 Unterstützungstürme mit Hilfe hydraulischer Pressen und einer exakt berechne-ten Sequenz in Zentimeter-Schritten kontrolliert abgelas-sen werden. Das Einhalten der berechneten Sequenz war unbedingt erforderlich, um Überlastungen einzelner Türme zu vermeiden. Mit diesem Schritt wurde das Tragwerk in das oben beschriebene finale schalenartige Tragverhalten überführt. Der Druckring am Dachinnenrand hat sich hier-bei wie erwartet um bis zu 500 mm abwärts bewegt. Die Messungen der Kräfte in den hydraulischen Zylindern im Einklang mit den geometrischen Vermessungsergebnissen führten letztlich zur Bestätigung der Konformität zwischen Berechnung und Ausführung.

Bild 13. Fertige Primärkonstruktion auf MontagetürmenFig. 13. Final primary structure on temporary towers

Schon während der Montage des Primärtragwerks wurde begonnen, die Rahmen und Pfetten der Membran-felder zu montieren (Bild 14). Auch hierbei mussten defi-nierte Randbedingungen eingehalten werden, damit weder die Montagegeometrie der Primärstruktur beeinflusst, noch einzelne Tragelemente überlastet wurden. Dies bedeutete ausreichend Abstand zur Installation der Primärstruktur einzuhalten. Außerdem durfte die Fassadenmembran erst nach Entfernen der Hilfsunterstützungen installiert wer-den, um Überlastungen aufgrund von Wind zu verhindern.

Die Membran selbst wurde für je einen Rahmen kom-plett vorkonfektioniert geliefert. Während des Ausrollens auf dem Dach wurden die Kederprofile in die vorkonfek-

Bild 14. FassadenansichtFig. 14. Façade elevation

Bild 16. Vogelperspektive Arena da AmazôniaFig. 16. Birdseye view of Arena da Amazônia

Bild 15. InnenansichtFig. 15. Interior view



Birgit Dephoff, Ulrich Dillmann, Natalia Duarte, Andreas Eisele, Stephan Fricker, Florian Geiger, Achim Holl, Alberto Goosen, Roman Kemmler, Hubert Kunz, Sandra Küstner, Elisabeth Naderer, Ole Ohlbrock, Walter Paga-nucci, Jana Pavlovic, Bernd Ruhnke, Guilherme Sayeg, Tilman Schober, Alexander Stäblein, Alfred Straßdeit, Conny Striegan, Augusto Tiezzi, Alicia Torres, Chih-Bin Tseng, Andrzej Winkler, Hristo Zlatanov, Kai ZweigartWindkanaluntersuchung: Wacker Ingenieure, BirkenfeldGeneralunternehmer: Andrade Gutierrez, ManausStahlbau: Martifer Metallic Constructions, Olivera de Frades / PortugalMembranbau: Ceno Tec, Greven

Literatur

[1] Göppert, K., Stockhusen, K.: Bauen mit Buddha – Ein Erfah-rungsbericht aus Indien. Stahlbau 81 (2012), H. 6, S. 470–475.

[2] Göppert, K., Haspel, L.: WM 2010: Stadiondach für die „Windy City“ Port Elizabeth. Stahlbau 78 (2009), H. 6, S. 410– 418.

[3] Göppert, K., Justiz, S.: Ein Dach für das neue Stadion Legia Warschau. Bauingenieur 85 (2010), S. 403-411.

[4] Jaeger, F. et al.: Next 3 Stadia - Warsaw Bucharest Kiev. 1. Aufl. Berlin: Jovis Verlag GmbH 2012.

[5] Jaeger, F., et al.: 3+1 Stadia for Brazil. 1. Aufl. Berlin: Jovis Verlag GmbH 2014.

[6] Pawlitschko, R., Hellstern, C., Schönbrunner, E., Weber, M.: Detail engineering. 1. Aufl. München: DETAIL – Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, 2011.

[7] Schmal, P. C., Bögle, A., Flagge, I.: Leicht weit – Light Struc-tures. Frankfurt am Main: Deutsches Architektur Museum (DAM) 2003.

Bildnachweis:Bilder 1, 2, 14, 15, 16Marcus Bredt

Autoren dieses Beitrages:Dipl.-Ing. Knut Göppert, [email protected],Dipl.-Ing. Knut Stockhusen, [email protected],Dipl.-Ing. Sebastian Grotz, [email protected],schlaich bergermann und partner,Schwabstraße 43, 70197 Stuttgart

tionierten Keder unter den bereits verschweißten Schließ-lappen über jeder Pfette eingeschoben und die Membran mit Spanngurten Schritt für Schritt vorgespannt, bis die Kederprofile mit der Pfetten-Sekundärstruktur verschraubt werden konnten. Auf diese Art und Weise wurden nach und nach die 252 Membranflächen geschlossen.

6 Schlussbemerkung

All jenen, die in den Genuss einer Reise nach Manaus kom-men, wird neben der Besonderheit von Manaus auch die des Entwurfs und das gelungene Zusammenspiel von Archi-tektur und Ingenieurskunst in der beeindruckenden Umge-bung des Amazonas deutlich. Eingebettet in die pulsierende Stadt im Regenwald, markiert das Stadion den Aufbruch in eine hoffentlich lang anhaltende neue Blütezeit der Region Amazonas. Erste Anzeichen, dass auch die Menschen am Amazonas von der verbesserten Infrastruktur der Stadt pro-fitieren werden, sind schon heute sichtbar. So wie wir am Ende einer sehr langen und intensiven, dennoch lehrrei-chen Planungs- und Ausführungszeit profitierten und unser unermüdliches Team an den technischen und persönlichen Herausforderungen stetig und nachhaltig gewachsen ist.

ProjektdatenPlanungsbeginn: April 2010Fertigstellung: April 2014Kapazität: 44300überdachte Grundfläche: 25500 m2

Stahlkonstruktion Primärstruktur: 5700 tSekundärstahlkonstruktion für Membran, Catwalk etc.: 1200 tMembranfläche: 31000 m2

Projektbeteiligte:Bauherr: Companhia de Desenvolvimento do Estado do Amazonas, ManausArchitekt: gmp Architekten von Gerkan, Marg und Partner Gesamtkonstruktion (Entwurf, Tragwerksplanung und Ausführungsüberwachung): schlaich bergermann und partner, Stuttgart – Knut Göp-pert und Knut Stockhusen mit Sebastian Grotz, Miriam Sayeg, Anna Lena Assel, Tiago Carvalho,

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