Speziallösung für Olympiastadion

Dach-Lager für wechselnde Lasten

Das historische Olympiastadion von Helsinki wird grundlegend modernisiert. Dazu hat Maurer spezielle Lager entwickelt, die das neue Dach vor dem Abheben schützen, hohe wechselnde Lasten aufnehmen und komplexe Bewegungen ausgleichen.

Das 1934 bis 1938 erbaute Stadion beheimatete 1952 die olympischen Spiele. Die Stadionarena wird als die schönste der Welt bezeichnet – sie war das Ergebnis eines Architekturwettbewerbs, den die Architekten Yrjö Lindegren und Toivo Jäntti gewannen.

Renovierung des Stadions

Errichtet und bis heute betrieben wird das Stadion von der Stadionstiftung (Stadium Foundation). Es wurde bereits mehrmals baulich aktualisiert, hat aber immer seinen Charakter behalten und das soll auch weiter so bleiben: insbesondere der Blick auf die markante Fichtenholz-Fassade. Im Inneren wird aber seit 2017 grundlegend modernisiert: Das Stadion erhält unter anderem eine Aufwärmhalle, ein Einkaufszentrum sowie deutlich erweiterte gastronomische, technische und sanitäre Einrichtungen und soll damit zum größten Veranstaltungsort für Sport, Kultur und Unterhaltung in Finnland werden.

Ein Dach für das historische Stadion

Alle Ränge sollen künftig überdacht sein. Die Aufgabe war also, in der bestehenden Struktur zusätzlich vollumfänglich zu überdachen, ohne die denkmalgeschützte Außenfassade zu verändern. Das neue Dach wurde in einer Skelettbauweise aus Stahl konzipiert und liegt auf Hauptstützen in den Rängen. Anstelle von Gegengewichten werden die kranähnlichen Ausleger über den Stützpunkt verlängert und an 84 Lagerpunkten auf der äußeren Stadionhülle fixiert, unter Berücksichtigung der notwendigen Bewegungsfreiheiten.

Lange Anforderungsliste für die Lager

Die Stadionstiftung als Bauherr formulierte deshalb folgende, hier gekürzte, Anforderungen an die Lager:

Wechselnde vertikale Druck- und Zugkräfte

Verwindungen und horizontale Bewegungsfreiheit

Temperaturbeständig von -36 °C bis +50 °C

Begrenzte Geometrie

Lebensdauer mehr als 50 Jahr

Höchste Sicherheitsanforderungen

Dirk Wilming von Maurer, in Lünen zuständig für Nordeuropa: „Die entscheidenden Lösungskomponenten waren Zug-Druck-Lager und der Gleitwerkstoff MSM – beides Eigenentwicklungen von Maurer.“

MSM löst Platznot

Der Denkmalschutz und die Architektur beschränkten die Größen der Lagerkörper. Die 84 oberen Lager durften nicht groß ausgeführt werden, damit die äußere Ansicht der Fichtenfassade ungestört bleibt. Für die Lagerungen der Fußpunkte der Hauptstützen auf den Tribünenstufen standen ebenso nur sehr kleine Flächen zur Verfügung. Gleichzeitig mussten aber die dort liegenden Hauptlager alternierende Lasten von -12.000 kN Druck bis zu +3.000 kN Zug aufnehmen, wobei gleichzeitig Verdrehungen von bis zu 0,010 rad bei horizontalen Lasten infolge der Stahlbauweise und der Temperaturschwankungen auftreten.

Verschärft wurden die Vorgaben durch die Sicherheitsanforderungen. Die zulässigen Eurocode-Belastungsgrenzen wurden auf 80 % reduziert, d. h.: Alle Lager mussten rechnerisch auf 25 % mehr Last ausgelegt werden. Die Einhaltung der maximal möglichen Baugrößen wurde noch einmal erschwert. Das war nur mit dem Gleitwerkstoff MSM zu realisieren. Das „Maurer Sliding Material“ nimmt im Vergleich zu üblichem PTFE (Teflon) doppelt so hohe Lasten bei gleicher Größe auf und kann stark variierende vertikale Kräfte ohne Verschleiß oder Ermüdung aufnehmen. Die Hauptpfeiler in den Tribünenkurven stehen auf 11 Zug-Druck-Lagern mit einem Durchmesser von je 1.500 mm.

Zug-Druck-Lager gegen abhebende Kräfte

Die speziellen Windverhältnisse und die besondere Tragkonstruktion des Daches führen zu komplexen Kräften und Bewegungen.

Auf den Lagern der Hauptstützen in den mittleren Rängen liegt meist eine hohe Druckbelastung, denn diese Stützen tragen das ganze Dach. An den äußeren Lagerungspunkten hingegen, hinter den obersten Tribünenrängen, herrschen vorwiegend Zugkräfte, da das Hauptgewicht des Daches infolge der Hebelwirkung in den Hauptauflagepunkten im Inneren des Stadions nach unten zieht. Wenn aber der Wind ins Stadion fährt, drehen sich die Druck- und Zugverhältnisse um: Die oberen Lager erfahren eine Druckbelastung und die Lager der Hauptstützen eine Zugbelastung.

Das Dach musste also gegen das Abheben gesichert werden. Deshalb wurden die MSM-Kalottenlager durch einen Zugkern und seitliche, gleitfähige Haltevorrichtungen ergänzt. Gleichzeitig ermöglichen die speziell konstruierten Zug-Druck-Lager die nahezu zwängungsfreie Abtragung von vertikalen Druck- und Zugkräften in jedem Verdrehungs- und Verschiebungszustand.

Zahl und Lokalisierung der Lager

Für das Stadiondach in Helsinki wurden insgesamt 95 Lager in 12 verschiedenen Lagervarianten gebaut. Sie wurden zum Teil in einem mehrstufigen Entwicklungs- und Abstimmungsprozess auf die jeweilige Anforderung der Lagerpunkte ausgelegt.

Die 11 Lager mit den höchsten Lasten liegen an den Fußpunkten der Hauptstützen auf den Tribünenkurven und sind feste Lager. Die 84 oberen Lager sind fest, geführt oder allseits beweglich. 10 davon sind einfacher ausgeführt, nicht als Zug-Druck-Lager, sondern in Zwillingsbauweise: Zwei Lager übereinander, die durch verbindende Träger gegen das Abheben gesichert sind.

Über 50 Jahre Lebensdauer

Die weiteren oben angeführten Lageranforderungen werden durch die Verwendung von MSM in allen Gleitflächen zusätzlich erfüllt. Herausragend ist die nachgewiesene Lebensdauer von mehr als 50 Jahren. Der Abrieb des Gleitmaterials geht gegen Null, auch bei hohen Gleitwegsummen. Zudem erfüllt MSM die geforderte Temperaturbeständigkeit von -36 °C bis +50 °C und mehr.
Zusätzliche Zulassungen und Prüfungen

Die Zug-Druck-Lager wurden entwickelt auf der Basis von MSM Kalottenlagern gemäß ETA-06/0131. Die einzelnen Bauteile haben das CE-Kennzeichen. Durch FE-Berechnungen, Tests und Grenzzustandsanalysen wurden die Sonderlager gründlich geprüft. Zudem wurden sie entsprechend finnischen Regelwerken zugelassen.

Das Stadion soll 2021 eröffnet werden.

Maurer SE

www.maurer.eu

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