Die Massivbaukonstruktion der Frankfurter Commerzbank-Arena

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1 bearbeiteter Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbeton - Ausgabe 01/2006 Die Massivbaukonstruktion der Frankfurter Commerzbank-Arena Herrn Dr.-Ing. Gerhard Kiefer ( ) zum Gedenken Autoren: Dr.-Ing. Ioannis Retzepis Prüfer für bautechnische Nachweise im Eisenbahnbau (EBA) Dipl.-Ing. Gunther Beier Prof. Dr.-Ing. Dan Constantinescu Prüfingenieur für Baustatik VPI Prüfer für bautechnische Nachweise im Eisenbahnbau (EBA) Geschäftsführender Gesellschafter Krebs und Kiefer, Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Karlsruhe Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH B E R L I N D A R M S T A D T E R F U R T F R E I B U R G K A R L S R U H E Karlstraße Karlsruhe Telefon (0721) Telefax (0721) kuk@ka.kuk.de

2 Berichte Ioannis Retzepis Gunther Beier Dan Constantinescu Die Massivbaukonstruktion der Frankfurter Commerzbank-Arena Herrn Dr.-Ing. Gerhard Kiefer ( ) zum Gedenken Die Massivbaukonstruktion der Frankfurter Commerzbank-Arena (vormals Waldstadion) ist weitgehend eine Fertigteilkonstruktion. Dies war primär aus Bauzeitgründen notwendig und sicherte gleichzeitig die geforderte hohe Qualität der Sichtbetonoberflächen. Außerdem durfte während der Bauarbeiten der Spielbetrieb nicht beeinträchtigt werden. Diese Bedingungen haben das Konzept der gesamten Konstruktion maßgeblich beeinflußt. Der Aufsatz beschreibt die Grundlagen des Tragsystems der Tribünen die auch die Dachlasten abtragen und der weiteren Massivkonstruktionen (Medientürme, Tiefgarage usw.), insbesondere die Abtragung der Vertikal- und Horizontallasten sowie die statisch-konstruktive Ausbildung der Fertigteile und deren Anschlüsse. 1 Allgemeines Im Zuge der Vorbereitung zur Fußballweltmeisterschaft in Deutschland im Jahr 2006 mußte das Anfang der zwanziger Jahre des vorigen Jahrhunderts gebaute alte Waldstadion in Frankfurt am Main einem kompletten Neubau an gleicher Stelle weichen. Das neue Stadion ist als reine Fußballarena mit überdachten Sitzplätzen konzipiert [1]. Die neue Fußballarena besteht aus einer dreistöckigen Massivbaukonstruktion mit vier Untergeschossen, einem Ober- und Unterrang sowie einem verschließbaren Dach (Bild 1). Die Tribünenkonstruktion des Oberrangs ist von außen offen, für den Bereich der Haupttribüne ist eine vorgehängte Glasfassade vorgesehen. Die untersten vier Geschosse (UG1, EGA, EGB und OG1 Bild 2) der beiden Seitentribünen und der Gegentribüne dienen als Parkebenen und sind zur besseren Raumausnutzung jeweils höhenversetzt. Die Erschließung der höhenversetzten Ebenen erfolgt über Rampenbauwerke, die gleichzeitig zur Aussteifung herangezogen sind. Die Zufahrt zu den Parkebenen ist dabei über zwei Tunnelbauwerke gewährleistet, die der Gegentribüne vorgelagert sind. Die Stützen im Bereich der Achse D-E im 2. OG und 3. OG verspringen und bilden die sogenannte Kaskade. Diese bautechnische Besonderheit gewährleistet eine bessere und flexiblere Raumaufteilung. In der Haupttribüne sind die einzelnen Geschoßebenen nicht mehr höhenversetzt und das zweite Erdgeschoß EGB entfällt. Während des abschnittsweisen Abrisses der alten Tribünen und der Neubauarbeiten durfte es zu keiner Beeinträchtigung des Spielbetriebs kommen. Deshalb mußten in jeder Bauphase eine Mindestanzahl von Tribünenplätzen gewährleistet werden. Das neue Stadion wurde in sechs Bauabschnitte unterteilt: die Bauabschnitte I bis IV umfaßten die Tribünen (Bild 3), der Bauabschnitt V die Dachkonstruktion und der Bauabschnitt VI die Tiefgarage, Technikbereiche und die beiden Medientürme vor der Haupttribüne. Die Bauabschnitte I und II wurden zeitgleich hergestellt. Der vorliegende Aufsatz behandelt die Massivbaukonstruktion des Waldstadions. Die Dachkonstruktion wird in [2] und [3] ausführlich behandelt. Bild 1. Die Commerzbank-Arena [Foto: Bild 2. Regelquerschnitt der Seitentribünen mit dem Lastabtragungssystem des Daches 2006 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1 3

3 2 Konstruktion der Tribünen Zwischen den vier Bauabschnitten der Massivbaukonstruktion sind die Bauwerksfugen gemäß Bild 3 angeordnet. Die Bauwerksfugen erlauben eine gegenseitige Horizontalverschiebung von bis zu +/ 5 cm. Aus Gründen der Bauausführung waren die Arbeitsfugen nicht identisch mit den Bauwerksfugen. Das Stadion hat 44 radiale Hauptachsen (Achse 10 bis 440) und die Tangentialachsen A bis K (siehe auch Bild 2). Die Tribünen verlaufen ohne Unterbrechung rund um das Spielfeld. Das Stadion ist aus Zeit- und Qualitätsgründen weitestgehend als Fertigteilkonstruktion konzipiert. Zum Einsatz kamen dabei insgesamt fast Fertigteile [1]. Die Ausbildung der Anschlüsse erforderte eine umfangreiche Entwicklung zahlreicher Details unter Berücksichtigung statischer und konstruktiver Gesichtspunkte. Die Aussteifung des gesamten Systems erfolgte über Treppenhauskerne, Rampenwände sowie einzelne Wandscheiben, die in Ortbeton errichtet sind. Bild 2 zeigt einen typischen Schnitt durch die Konstruktion. Die Fertigteilkonstruktion des Ober- und Unterrangs besteht aus den Sägezahnträgern und den Tribünenstufen. Der mittlere Abstand zwischen den Sägezahnträgern beträgt ca. 5,2 m. Die Tribünenstufen sind in der Regel als Dreierstufen ausgebildet. Die Geschoßebenen bestehen aus Decken, Unterzügen und Stützen. Alle Unterzüge und Stützen sind als Fertigteile konzipiert. Alle Decken, bis auf die Kurvenbereiche neben der Haupttribüne, sind als Fertigteile mit Ortbetonergänzung erstellt. Die Decken in den Kurvenbereichen der Haupttribüne (Achse und Achse ) sind als Flachdecken ausgeführt. Sämtliche Fundamente sind in Ortbeton hergestellt. Alle Stützen, außer den Außenstützen in Achse A, spannen in Köcherfundamente ein. Unter den Kernen der Treppenhäuser und Rampen ist eine Plattengründung, unter den Stahlbetonwänden sind Streifenfundamente vorgesehen. Bild 3. Darstellung der Tribünenabschnitte mit den Arbeitsund Bauwerksfugen, sowie Bezeichnung der radialen Hauptachsen 3 Statisches System und Aussteifung 3.1 Allgemeines Jeder Bauabschnitt der Massivbaukonstruktion ist als eigenständiges Bauwerk geplant. Zwischen den einzelnen Abschnitten sind Raumfugen ab Oberkante Fundament vorgesehen (siehe Bild 3). Eine wesentliche Vorgabe war, die Anzahl der Fertigteile zu maximieren und damit die Ortbetonbereiche so gering wie möglich zu halten. Auch die Planung einer optimalen Aussteifung war maßgebend für die Wirtschaftlichkeit der Fertigteilkonstruktion. Eine besondere Stellung nahm die Aussteifung des Oberrangs mit den hohen horizontalen Kräften aus der Dachkonstruktion ein. Aus architektonischen Gründen waren keine sichtbaren Aussteifungselemente gewünscht, die das Gesamterscheinungsbild beeinträchtigen würden. Mehrere unterschiedliche aussteifende Systeme wurden ausgiebig untersucht. In [4] wurden verschiedene mögliche Aussteifungssysteme im Detail aufgezeigt, so daß an dieser Stelle nur das gewählte System erläutert wird. 3.2 Aussteifung des Oberrangs Bei den von den aussteifenden Bauteilen aufzunehmenden horizontalen Kräften wird zwischen den Kräften aus der Dachkonstruktion kommend und denen direkt aus der Tribünenkonstruktion des Oberrangs kommend, unterschieden. Zum Verständnis der Kräfte aus der Dachkonstruktion ist im Bild 2 das Tragsystem der Dachkonstruktion dargestellt [2]. Das Konzept besteht nach dem Prinzip des Speichenrads im wesentlichen aus zwei inneren Zugringen, einem äußeren Druckring und den radialen Seilen. Infolge der Dachform entstehen in den vier Ecken des Stadions hohe horizontale Radialkräfte (Bild 4). Zur horizontalen Aussteifung der Dachkonstruktion sind vier vertikale Auskreuzungen in den Achsen X und Y in tangentialer Richtung des Druckrings angeordnet. Folgende maximale Auflagerkräfte entstehen aus der Dachkonstruktion infolge Eigengewicht, Ausbaugewicht, Schiefstellung, Wind und Schnee und wirken folglich als Belastung auf die massive Oberrangkonstruktion: Horizontale Tangentialkräfte in den Achsen X und Y des Randträgers im Oberrang: maximal kn je Dachverband Horizontale Radialkräfte in den Eckbereichen auf die Randträger des Oberrangs: maximal kn je Ecke Vertikale Lasten V, die über den Randträger direkt die Außenstützen in Achse A belasten: maximal 2400 kn in den Achsen X und Y In Bild 4 sind die Horizontallasten infolge Wind entlang der Achse X exemplarisch dargestellt. Die horizontale Belastung direkt auf die Tribünenkonstruktion des Oberrangs resultiert aus dem horizontalen Anteil des Verkehrs, dem Wind und der Schiefstellung der Stützen. Aufgrund des gewählten statischen Systems des Oberrangs entstehen nur sehr geringe Kräfte aus Temperatureinwirkung. Zusätzlich ist auch der Lastfall Erdbeben zu betrachten. Für die Dimensionierung der Bauteile ist jedoch der Lastfall Wind maßgebend. Die Windlasten auf die Tribünenkonstruktion sind nach DIN 1055, Teil 4 [6] ermittelt. 4 Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1

4 Bild 4. Dachlasten [kn] auf Randträger infolge Wind entlang der Achse X Eine maßgebende Rolle zur Abtragung der Horizontallasten in Tangentialrichtung spielen die gekrümmten Randträger in Achse A. Diese sind auf den Außenstützen gabelgelagert und untereinander in Tangentialrichtung nur mit Zug-Druckverbindungen gekoppelt (siehe Bild 11 und 12). Die Sägezahnträger werden in Nischen der Randträger vertikal gelagert und in radialer Richtung mit diesen zug- und druckfest verbunden. Ferner sind sie in den Nischen zur Übertragung von Torsionsmomenten gabelgelagert. Dagegen erlaubt die gelenkige Auflagerung keine Weiterleitung von Biegemomenten in die Randträger. Die Tangentiallasten aus Wind, Schiefstellung und Verkehr auf die Tribünenstufen sind gering und werden durch die Tribünenstufen direkt in die Sägezahnträger eingetragen. Diese sind horizontal in den Achsen A und C gehalten. Zur Aufnahme der geringen Radialkräfte infolge Wind, Horizontallast aus Verkehr und Schiefstellung sind die Tribünenstufen mit den Sägezahnträgern über Dollen kraftschlüssig verbunden. Diese Aussteifungslasten werden über die Sägezahnträger in Achse D in geknickte Abfangträger eingeleitet (siehe Bild 5). Dabei ist ein in dem Fußpunkt des Sägezahnträgers eingelassenes Stahlprofil mit einer in dem Abfangträger vorgesehenen Stahlplatte verschweißt (siehe Detail im Bild 5). Der geknickte Abfangträger leitet die Horizontallasten über die Deckenscheibe des 3. OGs in die angrenzenden Kerne weiter. Die sich aus der Tribüne ergebenden Tangentialkräfte in Achse A werden über die Randträger an eine zentral angeordnete schräge aussteifende Scheibe weitergeleitet, die auch die hohe Tangentiallast aus dem Dachverband (1200 kn) übernimmt (Bild 6). Diese Scheibe befindet sich unterhalb der Tribünenstufen aber noch innerhalb der Höhe der Sägezahnträger (Bild 7). Sie hat eine Fläche von ca m und eine Stärke von 25 cm und ist im Regelfall aus Massivfertigteilen mit Fugenverguß hergestellt. In Teilbereichen mit hoher Beanspruchung ist die Scheibe aus 6 cm dicken Fertigteilplatten mit Ortbetonergänzung hergestellt. Die Scheibe ist monolithisch mit dem Randträger und den Sägezahnträgern der Haupt- und Nebenachsen Bild 5. Abtragung der horizontalen Lasten in Radialrichtung verbunden und leitet die horizontalen Tangentialkräfte in die Wandscheiben der Achse C weiter. Das entsprechende Versatzmoment wird als Kräftepaar von radialen Wandscheiben aufgenommen (Bild 6). Die Scheibe erhält außer ihrem Eigengewicht keine vertikale Last. Die sich aus der Tribüne ergebenden Tangentialkräfte in Achse C werden Bild 6. Abtragung der horizontalen Lasten in Tangentialrichtung Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1 5

5 Aussteifende schräge Scheibe zwischen den Sägezahnträgern in der Symmetrieachse des Stadions Unterzugskette in radialer Richtung zwischen den Achsen A und E Decken über 3. OG und Wandscheiben in der tangentialen Achse C Treppenhaus- und Wandscheiben Je nach Bauabschnitt variiert das aussteifende System des Oberrangs geringfügig, wobei die genannten wesentlichen aussteifenden Elemente erhalten bleiben. 3.3 Aussteifung des Unterrangs Bild 7 Konstruktion der aussteifenden Scheibe der Gegentribüne über ein radiales Stabelement, das in Tribünenstufen integriert ist, in die vertikalen Wandscheiben weitergeleitet, die auch die schräge Scheibe stützen (Bild 6). Die Abtragung der Radialkräfte aus dem Dachtragwerk in den vier Eckbereichen (vergleiche Bild 4) wäre alleine über die geknickten Abfangträger wie im Regelbereich vorgesehen (vergleiche Bild 5) nicht möglich. Daher werden in den Stadionecken die Sägezahnträger im Bereich Achse C-D auf Wandscheiben bzw. wandartigen Trägern gelagert (Bild 8), die die Horizontallast über die Deckenscheibe in angrenzende Kerne weiterleiten. Die Kraftübertragung von Sägezahnträger zu Wandscheiben bzw. -trägern erfolgt über Schubnocken in Form mehrerer HEM-Stahlprofile. Das aussteifende System des Oberrangs besteht daher im wesentlichen aus (siehe Bild 5 und 6): Radiale Sägezahnträger in den Haupt- und Nebenachsen Hintereinander geschaltete Randträger in Achse A Tangentiale Ringelemente entlang Achse C (integriert in den Tribünenstufen) Der Unterrang muß nur Horizontallasten infolge Wind, Schiefstellung und Verkehr abtragen. Diese Lasten sind im Vergleich zum Oberrang sehr gering. Sowohl in Tangential- als auch in Radialrichtung werden diese Lasten über die Tribünenstufen in die Sägezahnträger abgetragen. Diese geben die Lasten in die angrenzenden Stützen, Decken und Wände weiter. 3.4 Rechenmodell Für die Berechnung der Aussteifung für den Oberrang und Unterrang wurde für jeden Bauabschnitt ein 3D-FE-Modell mit dem Programm ETABS [7] erstellt. In Bild 9 ist das Rechenmodell für die Haupttribüne dargestellt. Dabei sind nur die aussteifenden Wände, die Stützen in Achse A und C, die Sägezahnträger des Oberrangs, die Randträger in Achse A, die Ringelemente in Achse C und die schräge Stahlbetonscheibe berücksichtigt. Die Wirkung der horizontalen Deckenscheiben erfolgt durch eine starre horizontale Kopplung aller Knoten der Deckenscheibe. Mit diesen FE-Modellen wurde ausschließlich die Abtragung der Horizontallasten des Oberrangs und Unterrangs untersucht. Folgende Lasten wurden dabei berücksichtigt: 5% der vertikalen Verkehrslast (gemäß DIN 1055, Teil 3, [5]) als horizontale Belastung Schiefstellung Dachlasten Wind (mit Versatzmoment gemäß DIN 1055, Teil 4, [6]) Erdbeben Für die Bemessung der Wandscheiben wurden die so berechneten Schnittgrößen mit den Vertikallasten aus den Decken, Unterzügen und Stützen überlagert. Bild 8. Aussteifung in den Eckbereichen Bild 9 Statisches Modell der Haupttribüne 6 Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1

6 3.5 Abtragung des Erddrucks Infolge der viergeschossigen Tiefgarage ergibt sich ein hoher einseitiger Erddruck auf die Außenwand der Achse A der Gegentribüne und der beiden Seitentribünen (Bild 2). Mehrere Möglichkeiten der Lastabtragung wurden im Vorfeld untersucht. Eine Möglichkeit war, den Erddruck über die Decken der Tiefgaragen in radialer Richtung durch das Gebäude bis zur Achse K zu führen und dort über die Wand in das Erdreich einzuleiten. Die zweite Möglichkeit war, den Erddruck über die Deckenscheiben bis zu den aussteifenden Rampen und Treppenhäusern zwischen den Achsen C und E zu führen und dort über vergrößerte Fundamentplatten in den Baugrund einzuleiten. Beide Möglichkeiten hätten nur mit sehr hohem Aufwand realisiert werden können, zumal die Wand in Achse A keine effektive horizontale Lagerung durch die Deckenscheiben über lange Strecken hat, da entlang der Achse A große Deckenaussparungen für die Be- und Entlüftung vorhanden sind (Bild 10). Aus diesem Grund wurde ein Konzept entwickelt, das auf dem Prinzip einer Stützwand basiert. Hierzu wurden in den radialen Hauptachsen zwischen den Achsen A und B radiale Stahlbetonscheiben angeordnet. Da die vertikale Belastung aus den Außenstützen der Achse A für die Einhaltung der zulässigen Exzentrizität der Fundamentkörper unter den radialen Scheiben nicht ausreicht, wurden die Decken der Tiefgaragen ca. 2,0 m in das Erdreich hinein als Balkone geführt (Bild 10). Die Belastung durch das Erdreich auf den überschütteten Balkonen ist zur Gewährleistung der Standsicherheit ausreichend. Gleichzeitig erfüllen diese Balkone eine weitere statische Funktion. Sie dienen als wandartige Träger in horizontaler Richtung zur Übertragung des horizontalen Erddrucks von der Außenwand auf die vertikalen Radialscheiben. Eine Beanspruchung der Deckenscheiben innerhalb der Tiefgarage wird auf diese Weise nicht mehr benötigt. Verformungsberechnungen am Gesamtsystem haben bestätigt, daß durch diese Maßnahme der größte Anteil des Erddrucks tatsächlich über das vorgesehene Abtragsystem übernommen wird und somit eine Entkopplung von den restlichen horizontalen Lasten erfolgt. Die beschriebene Ausbildung der Außenwand mit den radialen Scheiben und den Balkonen wurde für die beiden Seitentribünen realisiert. Aus baubetrieblichen Gründen wird der Erddruck im Bereich der Gegentribüne durch eine mehrfach rückverankerte Bohrpfahlwand unmittelbar vor der Außenwand Achse A aufgenommen. Die Haupttribüne ist nicht durch Erddruck belastet. 4 Fertigteile Circa 70% der Bauteile des Stadions sind Fertigteile. Die für die Aussteifung benötigten Wände sind aus Ortbeton bzw. aus Kammerwänden mit Ortbetonverfüllung. Wände, die nicht zur Aussteifung dienen, sind als vollständig vorgefertigte Elementwände ausgeführt. Im folgenden wird auf die statischen und konstruktiven Aspekte bei der Ausbildung der maßgebenden Fertigteile eingegangen. Im Regelfall wurden die Fertigteile aus Beton B45 hergestellt. 4.1 Tribünenstufen Die Tribünenstufen sind im Bereich der Stehplätze für eine Verkehrslast von 7,5 kn/m 2 bemessen und im Regelfall als Dreierstufe ausgebildet. Für die Abschrankungen und Blockabtrennungen wurde gemäß MVStättV 2000 [8] eine Horizontallast von p = 2,0 kn/m angesetzt. Die Länge der Stufenelemente variiert zwischen 4,0 m und 5,2 m. Die Plattenstärke beträgt 14 cm, die Stegbreite 18 cm. Die Stufen sind als statisch bestimmt gelagerte Einfeldträger konzipiert und lagern mittels unbewehrter Elastomerlager auf den Sägezahnträgern. Aufgrund der geringen Spannweite der Tribünenstufen liegt die 1. Eigenfrequenz über 35 Hz. Die Tribünenstufen haben geringfügige Horizontallasten abzutragen und sind deshalb untereinander und mit den Sägezahnträgern nur konstruktiv über Dollen verbunden. Im Bereich der Bauwerksfugen wurden die Dollen auf eine Seite der Fuge durch Elastomer-Gleitlager ersetzt, um die relative horizontale Verschiebung der Bauabschnitte von bis zu +/ 5 cm zu ermöglichen. Die Ringelemente entlang der Achse C, die zur Aussteifung des Oberrangs in Tangentialrichtung erforderlich sind (siehe Bild 9), haben einen Querschnitt von cm und sind an der Unterseite der Tribünenstufen integriert. Die zug- und. druckfeste Verbindung unter den Ringelementen erfolgt über die Sägezahnträger. Hierfür sind in den Sägezahnträgern Doppelmuffenstäbe angeordnet, die nach der Montage der Tribünenstufen über Verbindungsbolzen mit in den Tribünenstufen eingelassenen Stahleinbauteilen (Pfeifer-Wandschuhe, Typ PWS 200) kraftschlüssig verbunden sind. Bild 10. Abtragung des Erddrucks auf die Außenwand der Seitentribünen Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1 7

7 4.2 Sägezahnträger Die Sägezahnträger im Oberrang sind im Regelfall als Zweifeldträger von Achse A bis D, mit einem Zwischenlager in Achse C, ausgebildet (Bild 5). Sie lagern in Achse A in einer Nische der umlaufenden Randträger, in Achse C direkt auf einer cm Stütze und in Achse D auf einem geknickten Abfangträger (siehe Detail in Bild 5). Die Sägezahnträger sind 15 m lang, 60 cm breit, 120 cm hoch und 27 t schwer. Die Sägezahnträger im Unterrang sind Einfeldträger und lagern auf Stützen, Unterzügen oder Wänden. Ihre Breite beträgt 50 cm, ihre Höhe variiert zwischen 40 cm und 100 cm. Bild 11. Auflagerung der Sägezahnträger auf den Randträgern 4.3 Randträger Die Randträger des Oberrangs in Achse A sind polygonal gekrümmte Massivfertigteile mit einem Querschnitt von cm, einer Länge von ca. 16 m und wiegen ca. 60 t. Jeder Randträger hat drei Nischen, in denen je ein Sägezahnträger der radialen Hauptachsen und zwei der Nebenachsen auflagern (Bild 11). In Tangentialrichtung sind die Ringbalken miteinander zug- und druckfest verbunden (Bild 12). Die Druckkräfte sind mittels einer ausgebildeten Kontaktzone und die Zugkräfte mittels Pfeifer-Balkenschuh-Bewehrungsanschlüssen aufgenommen. Diese Zug- und Druckverbindungen entfallen bei den Bauwerksfugen. Die Befestigung der Fußkonstruktionen für die Stahlstützen der Dachkonstruktion erfolgt über eingelassene Gewindestangen (Bild 12). In den Nischen des Randträgers lagern die Sägezahnträger vertikal auf Elastomerlagern. Sie sind in allen radialen Achsen zug- und druckfest mit den Randträgern verbunden. Für die Übertragung horizontaler Druckkräfte ist der stirnseitige Fugenbereich mit Mörtel nachträglich vergossen. Zugkräfte in radialer Richtung werden übertragen, indem Randträger und Sägezahnträger mit Pfeifer-Fundamentankern/-Balkenschuhen gekoppelt sind. Die Randträger sind in den Außenstützen gabelgelagert. Zu diesem Zweck sind die seitlichen Fugenbereiche zwischen Randträger und Stützen nachträglich mit Mörtel druckfest vergossen. 4.4 Unterzüge Die Unterzüge wurden überwiegend als Einfeldträger konzipiert. Sie sind an ihrem Ende ausgeklinkt, lagern gelenkig auf Stützenkonsolen und verlaufen entlang der Radialachsen in einem mittleren Abstand von ca. 5,2 m. Sie sind als Halbfertigteile mit der Betongüte B 45 hergestellt. Auf den Unterzügen sind Fertigteildecken aufgelegt, die anschließend mit Ortbeton B 35 ergänzt wurden. Die erforderliche obere Bewehrungslage der Unterzüge wurde zusammen mit der Deckenbewehrung verlegt. In der Haupttribüne sind zur Reduzierung der Konstruktionshöhe im Bereich der Kaskade sogenannte Delta-Beams der Fa. Peikko eingebaut. Durch den Einsatz der Delta-Beams konnte die Konstruktionshöhe von 95 cm auf 66 cm reduziert werden. Dies war für die Belange der Haustechnik erforderlich. 4.5 Stützen Bild 12. Anschluß Randträger Sägezahnträger Stütze Die Stützen sind im Regelfall mehrgeschossige Fertigteilstützen bis zu einer maximalen Länge von 27,5 m (siehe Bild 13). Die Betongüte variiert zwischen B45 und B65. Am Fußpunkt sind die Stützen in Köcherfundamente eingespannt. Die horizontale Halterung erfolgt durch die Verbindung mit der Decke in den einzelnen Geschoßebenen. Die Doppelstützen in Achse A bestehen aus zwei Einzelstützen mit einem lichten Abstand von 64 cm und haben jeweils einen Querschnitt von cm. Sie lagern ca. 4 bis 8 m über der Fundamentebene auf einer tangential umlaufenden Außenwand (Bild 2). Die Halterung der Doppelstützen am Stützenkopf erfolgt durch den umlaufenden 8 Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1

8 5 Ortbetonbauteile Bild 13. Bau der Haupttribüne [Foto: Firmengruppe Max Bögl] Randträger (Bild 11 und 12), am Stützenfuß ist eine horizontale Anschlußbewehrung in die angrenzende Decke vorgesehen. Die Doppelstützen sind untereinander über ihre gesamte Höhe nicht verbunden. Ein Anschluß an die Geschoßdecken im 2. OG und 3. OG erfolgt nicht. Die Doppelstützen sind erst nach Fertigstellung aller Geschoßdecken eingebaut. Um einen nachträglichen Anschluß an die Geschoßdecke im Fußpunkt der Stütze zu ermöglichen wurde dieser Deckenbereich bei der Betonage ausgespart. Am Stützenkopf ist jeweils eine Gabel vorgesehen, in denen die Randträger vertikal gelagert sind. Infolge der teilweise sehr hohen Radialbelastung aus den Randträgern (Torsion wegen der Krümmung, exzentrisch angreifende radiale Dachlasten) sind in den Gabeln Stahlprofile (HEM- Profile bzw. zusammengesetzte Stahlprofile) eingebaut. Die Doppelstützen sind vertikal unterschiedlich stark belastet. Die Maximalbelastung der einen Stütze beträgt bis zu kn, während die danebenstehende Stütze nur eine Last von 2500 kn abträgt. Dies liegt an der speziellen Auflagersituation der Randträger. Beide Randträger geben ihre Lasten an jeweils nur eine einzige Stütze ab (Bild 12). Während ein Randträger jedoch nur auf eine Stütze geführt wird und noch innerhalb der Gabel dieser Stütze endet, wird der andere Randträger über die zweite Stütze geführt und endet ebenfalls in der Gabel der ersten Stütze, wo er jedoch vertikal nicht gelagert ist (Bild 12). Somit erfolgt von außen nicht sichtbar die zug- und druckfeste Verbindung der Randträger untereinander im Gabelbereich einer Stütze. Weitere Kräfte können zwischen den Randträgern nicht übertragen werden. Die Sägezahnträger in den radialen Hauptachsen, die genau zwischen den beiden Stützen verlegt sind, liegen somit in der Nische derjenigen Randträger auf, die über die eine Stütze geführt sind. Diese Randträger kragen somit aus. Die Last der Sägezahnträger wird deshalb nur in eine Stütze eingeleitet. Oberhalb der Nische für den Sägezahnträger sind in den jeweiligen Randträgern Gewindestangen angeordnet, an denen später die Fußkonstruktionen der Dachstützen befestigt werden. Somit bekommt eine Stütze nicht nur die volle Last des Sägezahnträgers der radialen Hauptachse, sondern auch die volle Belastung aus der Dachstütze, während bei der benachbarten Stütze diese Belastung entfällt. Aus terminlichen Gründen sind wie bereits erwähnt die Ortbetonbereiche auf ein Minimum reduziert. Es sind daher nur die Fundamente, die Kerne und die aussteifenden Wandscheiben sowie der Aufbeton der Fertigteildecken in Ortbeton ausgeführt. Im Regelfall sind die Ortbetonbauteile in Beton B 35 ausgeführt. Die vier Treppenhauskerne der Haupttribüne sind aus Termingründen in Gleitbauweise errichtet. Für die Auflagerung der Unterzüge sind Wandtaschen ausgebildet, die Decken sind mit Rückbiegeanschlüssen angebunden. Die Treppenpodeste sind im Nachgang in Ortbeton erstellt, die Auflagerung erfolgt hier ebenfalls über Rückbiegeanschlüsse und Wandtaschen. Die Treppenläufe dagegen sind als Fertigteile nachträglich verlegt. Die Decken sind einachsig gespannte Durchlaufträger in Tangentialrichtung mit Spannweiten zwischen 4,5 m und 10 m, die auf den vorgefertigten Radialunterzügen verlegt sind. Die Deckenplatten bestehen aus einer 6 cm starken Fertigteilplatte und einem Aufbeton mit einer Höhe zwischen 14 und 21 cm. Im Bereich der Bewegungsfugen lagern die Decken über Elastomer-Gleitlager auf Bandkonsolen der Unterzüge bzw. Wände. Die Fundamente sind als Köcherfundamente für Stützen, Streifenfundamente für Wände und Plattenfundamente für Treppenhauskerne ausgeführt. Die Gründung liegt oberhalb des höchsten Grundwasserspiegels. 6 Weitere Massivbaukonstruktionen (Bauabschnitt VI) Zwei Medientürme wurden vor der Haupttribüne errichtet (siehe Bild 1). Die Türme dienen ausschließlich haustechnischen Belangen und als Werbefläche. Sie sind ca. 65 m hoch, 7,80 m lang und 3,20 m breit. Jeder Turm besteht aus einem geschlossenen Rechteckprofil und einem einseitig offenen U-Profil. Beide Profile sind alle 5 m durch horizontale Riegel gekoppelt, die nach innen um 20 cm versetzt sind. Die Wandstärke beträgt 30 cm. Ab 8 m oberhalb der Geländeoberkante sind die Türme im Gleitbauverfahren erstellt. Die Turmfundamente sind 2,20 m dick. Zur Aussteifung der sehr schlanken Türme sind die Turmquerschnitte auf den unteren 15 m mit vertikalen Außenschotten verstärkt, die umlaufend angeordnet sind Zwischen den Medientürmen und der Haupttribüne sind unterirdisch zwei Technikbereiche in Ortbeton errichtet. Sie beherbergen Technikzentrale, Sprinklertank, Notstromdieselaggregate, Kältezentrale und Lüftungszentrale. Lüftungstunnel verbinden die Haupttribüne mit den Medientürmen. Eine eingeschossige Tiefgarage mit 108 Stellplätzen befindet sich direkt vor der Haupttribüne und zwischen den beiden Technikbereichen. Die Tiefgarage ist dem Verlauf der Haupttribüne angepaßt und hat somit eine gekrümmte Form. Die Tiefgaragendecke ist als einachsig gespannter Dreifeldträger ausgebildet, der bei Achse A auf einem Konsolband der Haupttribüne beweglich gelagert ist. Der einseitige Erddruck auf die Außenwand wird sowohl über die Deckenscheibe in Radialwände und deren Fundamente als auch direkt in die vorhandenen Stützenfundamente eingeleitet. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Stützenfundamente mit Druckbalken untereinander verbunden. Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1 9

9 Tabelle 1. Allgemeine Daten Bauzeit Tribünenkonstruktion ca. 24 Monate Gesamt ca. 36 Monate Kapazität Fußballspiele Plätze Großveranstaltungen Zuschauer Fertigteile Stück dafür benötigter Beton 28000m 3 Ortbeton 50000m 3 Tabelle 2. Projektbeteiligte Bauherr: Waldstadion Frankfurt/Main Gesellschaft für Projektentwicklung mbh Generalübernehmer Max Bögl Bauunternehmung GmbH & Co. KG, Neumarkt Architekten: von Gerkan, Marg und Partner, Berlin Tragwerksplanung: Massivkonstruktion Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Karlsruhe Dachkonstruktion Schlaich, Bergermann und Partner, Beratende Ingenieure im Bauwesen Stuttgart Fertigteile: Fertigteilwerk Max Bögl GmbH & Co. KG, Neumarkt Kaiser-Omnia, Bischofsheim Bodengutachter: Prof. Quick Ingenieure und Geologen GmbH, Darmstadt Prüfingenieur: Massivkonstruktion Dr.-Ing. K. Marten, Frankfurt am Main Dachkonstruktion Prof. Dr.-Ing. U. Peil, Braunschweig An der Planung waren noch beteiligt: Dr. G. Kiefer, F. Stransky, E. Fischer, K. Golonka, W. Kisthardt, U. Lange, A. Pellar, B. Reister, J. Scheller und C. von Zimmermann (Krebs und Kiefer), H. Kinast (Max Bögl) und S. Lerzer (Ingenieurbüro BHL, Neumarkt). der Errichtung des Neubaus erhalten. Bei einer Fertigteilkonstruktion dieser Größenordnung war der Entwurf eines effektiven Aussteifungskonzepts unter Berücksichtigung statisch-konstruktiver und architektonischeraspekte von entscheidender Bedeutung. Im vorliegenden Aufsatz wurde auf das gewählte System der Aussteifung ausführlich eingegangen. Ferner wurden die maßgebenden Fertigteile und ihre Anschlüsse beschrieben. Dabei wurden die Besonderheiten der konstruktiven Ausbildung erläutert und die gewählten Lösungen analysiert. Literatur [1] Alexander, M. und Orth, F.: Faszination des Ovals Vom Waldstadion zur Commerzbank-Arena. Societäts-Verlag [2] Göppert, K.: Sportstadien für die Fußball-Weltmeisterschaft in Stuttgart, Hamburg, Frankfurt, Köln und Berlin. Bauingenieur 79 (2004), S [3] Thiele, K.: Neues Waldstadion Frankfurt das größte Cabrio der Welt. Stahlbau Spezial 2005, S [4] Retzepis, I.: Stability Concepts in Design of Stadia in Germany. IABSE Symposium 2004, Metropolitan Habitats and Infrastructure, Shanghai. [5] DIN 1055, Teil 3: Lastannahmen für Bauten, Verkehrslasten. Ausgabe Juni [6] DIN 1055, Teil 4: Lastannahmen für Bauten, Verkehrslasten, Windlasten bei nicht schwingungsanfälligen Bauwerken. Ausgabe August [7] ETABS Plus: Extended 3D Analysis of Building Systems, Computers and Structures, Inc. Version Berkeley, California, USA. [8] MVStättV 2000: Musterverordnung über den Bau und Betrieb von Versammlungsstätten, Projektgruppe MVStätt der FK Bauaufsicht, Entwurf Zwei Tunnelbauten sind vor der Gegentribüne für die Anbindung der Parkplätze in den Untergeschossen des Stadions errichtet. Die Tunnelbauwerke sind zweistöckig und in mehrere Blöcke unterteilt. Sie sind insgesamt 8,5 m breit und 9,0 m hoch. Die Längen betragen je ca. 100 m. Die oberen Tunnelröhren enden bereits nach ca. 30 m Länge, die unteren Röhren laufen weiter und gehen in einen offenen Trogquerschnitt über. 7 Zusammenfassung Dr.-Ing. Ioannis Retzepis ret@ka.kuk.de Dipl.-Ing. Gunther Beier bei@ka.kuk.de Die Massivbaukonstruktion der neuen Frankfurter Commerzbank-Arena ist weitgehend eine Fertigteilkonstruktion. Dies war primär aus Zeitgründen notwendig und sicherte gleichzeitig eine hohe Qualität der Sichtbetonoberflächen. Der Spielbetrieb mit der notwendigen Infrastruktur blieb während des Abrisses des alten Waldstadions und Prof. Dr.-Ing. Dan Constantinescu cn@ka.kuk.de Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH Karlstraße 46, Karlsruhe, 10 Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 1

10 Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Berlin Kochstraße Berlin Telefon (030) Telefax (030) Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Darmstadt Hilpertstraße Darmstadt Telefon ( ) Telefax ( ) Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Erfurt Am Seegraben Erfurt Telefon (03 611) Telefax (03 611) kuk@ef.kuk.de Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Freiburg i. Br. Bertoldstraße Freiburg i. Br. Telefon (07 61) Telefax (07 61) kuk@fr.kuk.de Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH, Karlsruhe Karlstraße Karlsruhe Telefon (07 21) Telefax (07 21) kuk@ka.kuk.de Besuchen Sie uns auch im Internet unter