Eine besondere Untergruppe der Speichenradkonstruktionen sind solche, die zusätzlich zu einem festen Dach im Außenbereich über eine raffbare Struktur im zentralen Bereich verfügen. Durch diese Option der Wandelbarkeit lässt sich je nach Bedarf der Zustand offen oder geschlossen erreichen, wodurch sich die Nutzbarkeit solcher Sportstätten deutlich erweitert. Ganzjährig sind dann witterungsunabhängige Veranstaltungen möglich, wobei durch das transluzente Material die Tageslichtversorgung auch in geschlossenem Zustand stets gewährleistet ist. Als wesentliche Vorläufer für wandelbare Membrandächer in diesem Maßstab sind vor allem die Arena Saragossa (1989) und das Frankfurter Waldstadion (2005) zu nennen, deren Ingenieure ebenfalls sbp waren.
Die Firma Hightex ist seit Jahrzehnten im Bau von innovativen Membrandächern für Sportstätten aktiv, darunter finden sich fixe Dächer bei den Stadien von Stuttgart, Busan, Abuja, Berlin, Robina, Johannesburg, Kapstadt und Kiew sowie die verfahrbaren Dächer von Hamburg-Rothenbaum, Wimbledon und Warschau.
Nationalstadion Warschau
Für den Neubau des polnischen Nationalstadions in Warschau wurde nach dem Wettbewerbsgewinn 2007 ein Dachtragwerk nach dem Speichenradprinzip errichtet (Abb. 1– 5, s. S. 1122ff.Dabei ermöglicht das schließbare Innendach des Stadions eine ganzjährige und wetterunabhängige Nutzbarkeit nicht nur für Fußball. Radial angeordnete Seilbinder spannen zwischen einer zentralen Nabe, einem Seilring über dem Spielfeldrand und einem umlaufenden äußeren Druckring. Die Radialseile verlaufen vom oberen Ende der Schrägstützen bzw. vom Druckring aus in Richtung Stadionmitte, kreuzen sich in Gussknoten (Abb. 5) und schließen an zwei in der Höhe versetzte Ringseile an. Der äußere Dachbereich, der sich über die gesamte Tribüne bis hin zum Spielfeldrand erstreckt, stellt den dauerhaft eingedeckten Teil der Seilkonstruktion dar. Zwischen je zwei unteren Radialseilen sind als Teilflächenstabilisierung jeweils neun Stahlbögen in den Segmentfeldern eingefügt (Abb. 5) und bilden die Randgeometrie der Dachmembran, die in diesem Bereich als PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe ausgeführt ist und eine Gesamtfläche von ca. 55 000 m2 aufweist. Im Werk vorkonfektioniert, werden die einzelnen Membranpakete in die Konstruktion gehoben, ausgefaltet und über die Bögen an Druckring, Radial- und Ringseil unter Vorspannung befestigt.
Das wandelbare Dach im Zentrum
Das innere Stadionoval im Bereich des Spielfelds wird von einer zweiten Konstruktion überspannt. Eine fliegende Mittelstütze von 70 m Länge hängt über vier Seilstränge am unteren Radialseil. 60 achsweise nach oben führende Seile halten die Stütze in ihrer Mitte. Am unteren Teil des Masts ist eine verfahrbare Membrangarage befestigt (Abb. 2). Nach Absenken der Garage kann das in ihr verstaute Dachmembranpaket auf den 60 Radialseilen über je 15 linear gleitende Befestigungspunkte nach außen aufgefaltet werden. Diese so genannten »Gleitwagen« sind über radiale Gurtbänder mit der Membran verbunden. Elektroseilwinden ziehen so genannte »Fahrwagen«, die am Membranrand befestigt sind, nach außen, die Gleitwagen werden nachgezogen (Abb. 4). Durch unterschiedliche Zuggeschwindigkeiten auf den einzelnen Achsen wird ein gleichzeitiges Einrasten der Fahrwagen in die sich verriegelnde hydraulisch angetriebene Spannkonstruktion erreicht, die die kraftgesteuerte Endspannung der ausgefalteten Membran gewährleistet. Anschließend wird die Membran in ihre endgültige Position gezogen und achsweise vorgespannt, sodass sie die erforderlichen Lasten aufnehmen und das Stadion vor Witterungseinflüssen schützen kann. Dieser ganze Vorgang dauert ca. eine halbe Stunde. Die Fuge zwischen festem und verfahrbarem Dach schließt ein 10 m breites auf den Radialseilen befestigtes Glasdach, das sich unmittelbar unterhalb der Membranen befindet und durch eine Neigung nach außen eine entsprechende Entwässerung sicherstellt (Abb. 3). Die Dachmembran des verfahrbaren Teils besteht aus einem PVC-beschichteten Polyestergewebe, einem transluzenten Material, das sich für häufiges Verfahren und Falten eignet. Im äußeren Bereich wurde so genanntes Typ-4-Material verwendet, hier sind die Lasten am höchsten. Im zentralen Bereich ist etwas leichteres Typ-3-Material ausreichend. Der aufmerksame Betrachter kann dies an leicht unterschiedlichen Transluzenzgraden erkennen. Das verfahrbare Dach wurde werkseitig in vier Teilen vorkonfektioniert (Abb. 1), angeliefert und dann bauseits auf dem Dach zu einer großen Fläche von ca. 10 500 m2 gefügt. Dazu kam eine stationäre, temporär am Seiltragwerk hängende Schweißmaschine zum Einsatz. Die verwendeten Gurte bestehen aus Polyester und besitzen Zugfestigkeiten bis zu 40 t. Eine intensive Untersuchung ihres Langzeit-, Dehn- und Kriechverhaltens war Voraussetzung, um den notwendigen Spannweg des verfahrbaren Dachs ermitteln zu können.
Stadion »BC-Place«, Vancouver
Auch im Stadion »BC-Place« in Vancouver sorgt ein verfahrbares Dach für eine flexible und witterungsunabhängige Bespielbarkeit. Das Traglufthallendach des Anfang der 1980er-Jahre errichteten »Airdomes«, der 60 000 Zuschauer fassenden Arena, bei dem die Konstruktion durch einen erhöhten Luftdruck im Innenraum stabilisiert war, wird durch eine neue, auf dem vorgespannten Speichenradprinzip basierende Dachkons-truktion ersetzt. Ihre 36 umlaufenden, hoch aufragenden Stützen prägen das neue Bild des Stadions und akzentuieren den Veranstaltungsort in der imposanten Skyline von Vancouver (Abb. 6). Die Ränge sind dabei mit einer einlagigen Membran aus PTFE-beschichtetem Glasfasergewebe fest überspannt, die Dachmitte kann dagegen mittels einer zweilagigen pneumatischen Kissenkonstruktion geöffnet und geschlossen werden. Im aufgefalteten Zustand kann sie durch Druckluft zu formstabilen Kissen aufgeblasen werden. Das verfahrbare Dach aus beschichtetem PTFE-Gewebe ist in diesem Zustand für die Aufnahme von Schnee- und Windlasten ausgelegt und bietet durch die Zweilagigkeit der Kissenkonstruktion einen gewissen Wärmeschutz. Im Gegensatz zum verfahrbaren Dach in Warschau ist in diesem Fall die Regelstellung des Dachs »geschlossen«. Das verfahrbare Dach mit seiner ovalen Grundrissform hat im ausgefahrenen Zustand eine Abmessung von ca. 80 ≈ 100 m. Auf 36 Achsen verteilt, ordnen sich die einzelnen Kissenfelder radial um einen zentralen Masten etwa 60 m über dem Stadionspielfeld. Der Mast ist Träger der Parkgarage des Dachs, in die die verfahrbare Membran hineingefaltet werden kann (Abb. 7).
Zum Öffnen des Dachs saugen die am zen-tralen Mast installierten Gebläseeinheiten durch in den Kissen verlegte Luftversorgungsschläuche die Druckluft aktiv aus ihnen heraus (Abb. 12). Anschließend wird die entlüftete Membran über ihre Schlittenaufhängung am Seiltragwerk motorisch nach innen gezogen. Die Membran faltet sich mittig zusammen und wird durch die nach oben fahrende Garage geschützt. Beim Schließen des Dachs wird die Membran nach außen auf die unter dem Ringseil installierte Glasdachschürze gezogen (Abb. 10 a, b). Durch das anschließende Aufblasen der Kissen stabilisiert sich die Dachkonstruktion (Abb. 10 c). Radial umlaufend ist ein Dichtungswulst als äußerer Abschluss des verfahrbaren Membrandachs ausgebildet, der sich mit zunehmender Druckluft fest auf das Glasdach presst und damit die notwendige Abdichtung der Konstruktion herstellt (Abb. 11). Das Öffnen bzw. Schließen des über 7500 m2 großen verfahrbaren Dachs, das als »blue sky roof« bezeichnet wird, benötigt lediglich 20 Minuten. Es ermöglicht eine ganzjährige, wetterunabhängige Nutzung des Stadions und ist als verfahrbare Kissenkonstruktion in dieser Art und Dimension weltweit einzigartig.
Resümee In den vergangenen Jahrzehnten haben sich biegeweiche Textil- und Folienwerkstoffe als Ergänzung »klassischer« Baumaterialien fest etabliert. Ihr Einsatz bietet noch immer erhebliche Differenzierungsmöglichkeiten für Gestalter, deren Entwicklung keinesfalls abgeschlossen ist. Membranen verweisen in die archetypische Frühgeschichte der Architektur, als hocheffiziente Hightech-Materialien weisen sie gleichzeitig in die Zukunft. Ein dauerhafter Einsatz in verschiedenen Klima- und Kulturräumen ist möglich, zum einen aufgrund prinzipieller Werkstoffeigenschaften, aber auch aufgrund der Anpassbarkeit der Konstruktion und der möglichen Bandbreite bestimmter Eigenschaften, wie zum Beispiel der Einstellung unterschiedlicher Lichttransmissionsgrade. Biegeweiche Werkstoffe erlauben zudem neben starren Strukturen auch bewegbare und damit veränderliche Konstruktionen in großem Maßstab. Weitere Vorteile ergeben sich gesamtheitlich betrachtet hinsichtlich der sehr geringen erforderlichen Massen – Membranmaterialien wiegen zwischen 0,4 und 2 kg/m2. Im Vergleich zu alternativen Konstruktionen ist das Flächengewicht in der Regel um ein Vielfaches geringer, was sich auf einen reduzierten Materialeinsatz in Primär- und Sekundärkonstruktion ebenso auswirkt wie auf den Aufwand für Transport, Montage und letztlich auch den erforderlichen Rückbau nach Ablauf der Nutzungszeit (Abb. 8, 9). In der Summe ist daher die Gesamtenergiebilanz über den Lebenszyklus gegenüber massiveren Konstruktionsalternativen günstiger. Grundsätzlich zeigen Membrankonstruktionen, die nahezu immer Prototypen sind, welche anspruchsvollen Leistungen durch die Zusammenarbeit von Teams mit hochqualifizierten Planern und ausführenden Firmen erreicht werden können – eine maßgebliche Voraussetzung für Innovationen. Dies gilt in besonderem Maße für die hier vorgestellten herausragenden Beispiele wandelbarer Strukturen höchster Komplexität.
