2. Die Haupttragelemente und deren Funktion

 2.1. Die Dachkonstruktion

Dem Dach ist eine besondere Bedeutung als Haupttragelement beizumessen. Es besteht aus parallel angeordneten sowie senkrecht dazu verlaufenden Fachwerkbindern. Die 3.500 Tonnen schwere Stahlkonstruktion kommt ohne tragende Stützpfeiler aus. Jeder einzelne Fachwerkbinder ist etwa 50m lang, 16m hoch und wiegt zwischen 45 und 65 Tonnen. Ein solcher Binder wiederum besteht aus 14 Einzelteilen, welche vor Ort zusammengeschweißt wurden. Die Stahlkonstruktion des Schiebedaches ist mit einem mit Teflon beschichteten Glasfasergewebe bespannt. Diese zweilagige, 560 Tonnen zum Eigengewicht beitragende Konstruktion bewirkt außerdem eine verbesserte Schallisolierung. 

Im Bild 2 sind ein Längs- und ein Querschnitt durch die Arena dargestellt. Man erkennt die fachwerkartige Dachkonstruktion mit dem Schiebedach. Die Tribünen bestehen aus 14 Segmenten, die durch Bewegungsfugen voneinander getrennt sind.

                                                                                            Bild 2: Längs- und Querschnitt

Bild 3 zeigt den Querschnitt, jetzt jedoch mit abgeschnittenem Dach. In dieser zweidimensionalen Ansicht ist eine statisch bestimmte Lagerung des Daches erkennbar. Das in sich statisch bestimmte Fachwerk ruht auf den jeweils gegenüberliegenden Tribünen, die nicht zug-/druckfest miteinander verbunden sind. Durch die Dachkonstruktion werden sowohl die ausschließlich vertikal wirkenden Lasten in Form von Schnee und Eigengewicht aufgenommen, als auch die Windlasten, die vertikale und horizontale Komponenten enthalten. werden können.

                                                      Bild 3: Querschnitt mit abgetrenntem Dach und äußeren Lasten 

Der Lastfall „Wind bläst in das geöffnete Dach“ entfällt. Dazu sind an den Rändern des Schiebedaches Windabweiser angebracht, die ein Einblasen des Windes in das Arena-Innere verhindern sollen.

                                                                                Bild 4: Windabweiser

 Durch die in das Dach eingetragenen Lasten werden in den Fachwerkstäben Druck- und Zugkräfte hervorgerufen. Die an der Oberseite befindlichen Stäbe sowie die großen senkrechten und kleinen diagonalen Stabelemente nehmen Druck auf (in der Grafik rot dargestellt). Die Unterseite des Fachwerks wird hingegen ebenso auf Zug beansprucht wie die großen Diagonalen und die kleinen senkrechten Stabelemente (in der Grafik blau dargestellt). Die Kräfteverläufe sind in Bild 5 qualitativ dargestellt.

                                                                        Bild 5: Kräfteverlauf im Dachbinder

Die gesamte Dachkonstruktion kann idealisiert als eine Scheibe dargestellt werden. Die Windlasten repräsentieren hierbei die in der Scheibenebene angreifenden Kräfte. Die Scheibenwirkung wird im Mittelteil des Daches durch die sich gegenseitig durchdringenden Fachwerkbinder, in den Randbereichen durch die Verspannung der Binder durch Zugseile (blau eingezeichnet) hergestellt. Dadurch werden die Horizontallasten in die jeweiligen Windverbände (blau eingezeichnet) eingetragen. Von dort aus werden sie in die Tribüne eingeleitet. Die an den Windverbänden ankommenden Kräfte liegen in einer Größenordnung von bis zu 140 Tonnen Zugkraft.

                                                                                    Bild 6: Dachaufsicht

Die Stahlkonstruktion des Daches ist nur im mittleren Bereich aller vier umgebenden Seiten mittels der erwähnten Windverbände fest mit der Tribüne verbunden.

                                                                                Bild 7: Windverband

                                                                                Bild 8: Pendelstütze

 Mit dem Ziel, die Bewegungsmöglichkeiten des Daches nur bedingt einzuschränken, wurde dieses an den meisten Knoten auf Pendelstützen mit Kugelgelenken gelagert. Hierdurch wird eine horizontale Verschiebung von bis zu 40cm ermöglicht.

2.2. Die Tribüne

 Die Tribüne besteht, mit Ausnahme der Südseite, aus Stahlbeton. Es wurden hierfür hauptsächlich Beton-Fertigteile verwendet, insgesamt etwa 10.000 m³. Für die Produktion der Fertigteile wurden spezielle Anforderungen hinsichtlich der notwendigen Eigenfrequenz der Fertigteile vorgegeben, um Resonanz-Effekte durch gleichmäßige Zuschauerbewegungen zu vermeiden.

Die durch die Dachkonstruktion aufgenommenen Kräfte werden in den Tribünen-Oberrang  übertragen. Von dort aus müssen sie in den Baugrund abgeleitet werden. Hinzu kommen die äußeren Lasten in Form von Wind sowie die Verkehrslasten durch Zuschauer. In Bild 9 sind diese Belastungen graphisch dargestellt.

Die in den Bildern zu erkennenden Lasten werden vor allem vertikal, aber zu einem geringeren Anteil auch horizontal nach unten geführt. Der Kräfteverlauf ist anhand der eingezeichneten Pfeile nachzuvollziehen.

                                Bild 9: Tribünenquerschnitt - Lasten aus Dach, Verkehr und Wind

 Die 14 Tribünensegmente der Arena ruhen auf 616 Betonpfählen. Diese verfügen über eine Länge von 10 bis 18m und einen Durchmesser von 0,8 bis zu 2m. Die Länge der Bohrpfähle ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Lasten durch die Waschberge in den tiefer gelegenen, festen Mergel-Boden zu leiten.

Die aufgeschütteten Waschberge bestehen vor allem aus Schieferton. Sie sind zur Lastaufnahme nicht geeignet. Auch bei der Planung der Anschlüsse der Bohrpfähle an die Bodenplatten berücksichtigten die Planer die Auswirkungen der durch den Bergbau verursachten Bodensenkungen. Nur vier Pfähle pro Segment sind fest mit der darüber gelegenen Bodenplatte verbunden. Die übrigen etwa 30 Pfähle sind als Gleitlager ausgebildet. Die dementsprechend notwendigen Fugen zwischen den14 Tribünensegmenten betragen bis zu 40cm. Die Arena ist somit ein in sich voll beweglicher Komplex.

                                                                                        Bild 10: Bohrpfahlfeld

 2.3. Die Stahlfachwerkbrücke

 Um die ca. 9.300 m² große Betonwanne mit dem darauf befindlichen Spielfeld nach Spielende aus dem Stadion schieben zu können, ist im Bereich der Südtribüne eine Brücke konstruiert worden. Dieses 85 m überspannende Stahltragwerk liegt an beiden Seiten auf dem Unterrang auf. Die Bewegungsmöglichkeit in horizontaler Richtung von bis zu 5 cm wird durch Elastomer-Gleitlager gewährleistet (Bild 13). Die Brücke besteht aus drei parallel zueinander angeordneten Fachwerkbindern, die untereinander verbunden sind. Die Fachwerkbinder wurden jeweils komplett geschweißt, um anschließend aufgerichtet und an die entsprechende Position getragen zu werden. Jeder einzelne Fachwerkbinder hat ein Gewicht von etwa 330 Tonnen. Für die Konstruktion dieser Brücke sowie des ebenfalls als Stahlgerüst konzipierten Unterranges sind insgesamt 1.700 Tonnen Stahl eingesetzt worden.

                                                                            Bild 11: Stahlfachwerkbrücke

                                                                   Bild 12: Gleitlager für Stahlfachwerkbrücke

Ende des Auszuges.

Die Bilder zu dieser Seite entstanden zum Teil bei einer Baustellenführung, die den o.g. Studenten durch die freundliche Hilfe der zuständigen Bauleitung möglich wurde. Weitere Bilder wurden der offiziellen Seite zum Bau der Arena "Auf Schalke" entnommen. 

Vielen Dank für Interesse. Haben Sie Fragen, dann mailen Sie uns.

Zurück zur Homepage