Vanaf 1955 werkt Braem in opdracht van de gemeente Deurne aan de omvorming van het zogenaamde 'Fortje' tot een sport- en cultuurcentrum, een project dat pas in 1965 wordt voltooid. Het voormalige Fort van Deurne maakt deel uit van de vestingwerken van het Versterkt Kamp Antwerpen, een gordel van zeven forten en een lunet, die in 1852-1854 door de Belgische Staat werden opgetrokken rond de Spaanse omwalling. Nauwelijks voltooid raken deze forten al overbodig door de bouw van de Brialmontvesting in 1859-1867, een volledig nieuwe omwalling met een meer vooruitgeschoven fortengordel. Het 'Fortje' behoudt een militaire functie tot omstreeks 1920 en wordt tijdens de Tweede Wereldoorlog gebruikt als schuilkelder en noodwoningen. Vanaf 1946 wordt Braem betrokken bij de plannen voor de aanleg van een nieuwe wijk op de vroegere vestinggronden, gelegen tussen de Herentalsebaan, de Muggenberglei en de Waterbaan in het dichtbevolkte Deurne-Zuid. In zijn stedenbouwkundig concept streeft hij aanvankelijk een integrale herbestemming van het 'Fortje' na als een community centre met culturele en sportinfrastructuur gericht op een bevolking van 25 000 inwoners. Het gebouwencomplex krijgt daarbij een nieuwe functie als feestzaal, terwijl de vestinggronden grotendeels worden heraangelegd als een groenzone met sportterreinen. In de opeenvolgende versies van het aanlegplan moet dit idee echter stelselmatig wijken voor een uitbreiding van de woondensiteit. Samen met Geo Brosens, Flor Laforce en Louis Kuypers realiseert hij hier in 1946-1949 de eerste fase van de Nationale Werf van Deurne, maar hij ziet de tweede fase al in een vroeg stadium opgeschort worden. Na aankoop besluit de gemeente Deurne in 1955 alsnog tot de herbestemming van het 'Fortje' als sport- en cultuurcentrum. Voor dit project gaat Braem een samenwerking aan met architect Octave De Koninckx. Vanaf hun eerste schetsen koppelen zij het ontwerp van de zogenaamde Arenahal opnieuw aan de ontwikkeling van een sociale woonwijk, met een combinatie van woontorens en strokenbouw. Het plan voor deze Arenawijk krijgt echter pas concreet gestalte vanaf 1960 en wordt gedeeltelijk uitgevoerd tussen 1966 en 1970. Van de verschillende projecten voor openbare infrastructuur en stedenbouw in Deurne, waar Braem en De Koninckx tijdens de ambtsperiode van burgemeester Maurice Dequeecker (1954-1982) samen aan werken, vormen de Arenahal en het gelijktijdig ontworpen Marktplein de eerste, en bovendien de enige twee die integraal worden gerealiseerd.

Het Fort van Deurne vormt oorspronkelijk een omwalde, gebastioneerde vijfhoek, met een gemetseld reduit in het centrum. Deze robuuste bakstenen constructie heeft een plattegrond in de vorm van een half ovaal, met een halfronde kop, rechte flanken en korte zijvleugels aan het keelfront. De opstand omvat een souterrain, een verhoogde begane grond en een gevechtsplatform, opgetrokken rond een binnenplein van 51 m lang en 35,5 m breed. Verder is het interieur van het hoofdniveau door zware scheimuren radiaal ingedeeld in een groot aantal parallelle lokalen van 14 m diep en maximaal 4,5 m breed. In zijn concept voor de omvorming tot een sport- en cultuurcentrum vertrekt Braem van meet af aan van een integraal behoud van het fort. Het binnenplein vormt immers een natuurlijke 'arena', terwijl de specifieke indeling van het gebouw zich zonder meer leent tot een hergebruik als dienstruimten. Tussen 1955 en 1956 ontstaat een reeks schetsontwerpen, waarin hij het hele complex verhoogt met een beglaasde trommel en overkapt met een dakspant. In de meest complexe variant neemt deze overkapping de vorm aan van een vrijstaande portiekconstructie, met externe trappenhuizen. Die evolueert van een portaalspant met rechte liggers in de vroegste versie, tot een meer gestroomlijnde boogspant in de laatste. In deze schetsontwerpen wordt de verbouwing van het fort telkens gekoppeld aan de nieuwbouw van een woonblok met een twaalftal verdiepingen, schuin ten opzichte van het bestaande complex. Analoog aan de vormgeving van de overkapping, evolueert ook de architectuur van dit gebouw in organische zin van een orthogonaal volume met gordijngevels naar een kwartrond volume met terrassen. Als pendant van het woonblok breidt Braem het fort uit met een foyer en een cirkelvormig cafépaviljoen, waardoor een trapeziumvormig voorplein ontstaat. Het open keelfront van het fort sluit hij af met een toneeltoren, die de arena zowel geschikt maakt voor sportieve als voor culturele manifestaties. Zoals in het stadion van het Sportpark van Berchem, is de enorme poort die dit volume doorbreekt, bedoeld om doorgang te verlenen aan optochten en massaspektakels. Braem werkt dit concept begin 1958 uit tot een concreet voorontwerp, dat zich meer terughoudend opstelt ten opzichte van de oorspronkelijke bouwmassa van het fort. De arena wordt daarbij teruggebracht tot het volume van het binnenplein, zodat het vroegere gevechtsplatform een nieuwe functie krijgt als daktuin. Vanaf dit stadium van het ontwerpproces introduceert hij rondom de Arenahal een groep van zeven woontorens, een concept dat aan de basis ligt van de latere stedenbouwkundig aanleg van de Arenawijk. De overkapping neemt nu de vorm aan van een halfronde, getrapte piramide met glasstroken, vergelijkbaar met de Heizelpaleizen van Joseph Van Neck, waarbij het keelfront wordt overspannen door een ellipsboog. Verder laat hij het bestaande gebouw grotendeels ongemoeid, afgezien van enkele plastische toevoegingen als een ingangsluifel in de vorm van een geplooide betonschaal en zeshoekige muuropeningen. Het cafépaviljoen uit het schetsontwerp blijft behouden als een glazen cilinder met een betonstructuur in paddenstoelvorm, maar neemt de plaats in van het woonblok. Als draagstructuur voor de overkapping past Braem in zijn voorontwerp geprefabriceerde kniespanten toe in gelijmd en gelamelleerd hout. De Kortrijkse Kunstwerkstede Gebroeders De Coene, een van de producenten die hij om een prijsofferte vraagt, stelt echter voor als eenvoudiger alternatief gebruik te maken van een boogspant. Dit vormt de basis van het definitieve ontwerp van de Arenahal, dat tussen eind 1958 en begin 1959 tot stand komt. Het wordt Braems belangrijkste toepassing van dit type glulam-spanten, dat De Coene omstreeks 1955 tot ontwikkeling brengt. Ook eerder werkte hij al met het bedrijf samen voor de tentoonstelling 'Het Hout, Vriend van de Mens' en het Marktplein van Deurne, maar nooit op deze schaal. In dit stadium van het ontwerpproces ontstaat ook een niet-uitgevoerd idee om de rondbouw van het fort aan de zijde van de sportterreinen door een "plastische behandeling" tot een gigantische sculptuur om te vormen. Het metselwerk wil hij daartoe over de hele omtrek doorbreken met een patroon van wandopeningen in abstract geometrische of organische vorm, geaccentueerd door primaire kleurcontrasten.

Braem beperkt de reconversie van de Arenahal uiteindelijk tot enkele intelligente, zuiver constructieve ingrepen, die zelfbewust een dialoog aangaan met de imposante architectuur van het fort. De overspanning van het binnenplein wordt uitgevoerd met vijf ranke, gebogen driescharnierspanten in gelijmd en gelamelleerd hout van 46 m lang en ongeveer 10 cm dik, die met betonnen schoren op de bestaande vestingmuren rusten. Acht halve boogspanten die in één scharnier samenkomen, sluiten de overkapping aan de achterzijde af. Dezelfde lichte glulam-elementen worden ook toegepast in de structuur van de glazen schermgevel, met posten die naar de uiteinden toe verjongen. Tussen het dak en de muren voegt Braem met veel effect een doorlopende glasstrook in, die de constructie zijn zwaarte ontneemt en als een ring van licht de ruimte openbreekt. Het dakschild wordt met dezelfde bedoeling over het volledige oppervlak doorboord met ronde perspexkoepels, die de arena op theatrale wijze van daglicht voorzien. Opmerkelijk is de kleurstelling van de buitengevels, met een hardblauwe verflaag op het metselwerk en witgelakt schrijnwerk, die op brutalistische wijze contrasteert met het natuurhout van de spanten en het beton van de geprefabriceerde raamkaders en de dakbalustrade. Ook in het interieur van het fort speelt hij volop de textuur van het ruwe metselwerk uit, in combinatie met zichtbeton en houtwerk. De ring van kazematten wordt met glaswanden van de rondgang afgesloten en wordt via minimale ingrepen aangepast aan nieuwe functies, zoals toiletten, kleedkamers, een foyer en clublokalen met een aparte buitentoegang. In de bestaande lokalen van het keelfront brengt hij de ingangen, de conciërgewoning, tentoonstellingszalen, kantoren, vergaderzalen en het cafetaria onder. De tribune die de arena aan drie zijden omringt, heeft een capaciteit van ruim 750 zitplaatsen, verdeeld over vijf rangen, terwijl de bovengalerij nog eens ruimte biedt aan een 1000-tal staanplaatsen. Braem ontwerpt ook een televisie- en radiocabine, een constructie in porte-à-faux die centraal boven de tribune uitzweeft, maar niet wordt uitgevoerd. Het galerijniveau sluit aan op het dakplatform van het fort, dat in het ontwerp vorm krijgt als een wandelterras met bloemperken, beplantingen en zitbanken. De kunstcriticus K.-N. Elno maakt zelfs gewag van een nog te bouwen "luchtbrug" vanuit het park, om de daktuin permanent toegankelijk te maken voor moeders met kinderwagens. In deze aanleg worden de schoorstenen en de verluchtingsschachten met hun gebogen schaaldak en spuwers als plastische accenten geïntegreerd. De bouw gaat eind 1959 van start met de ruwbouwfase, die zich beperkt tot de dakconstructie en midden 1960 wordt voltooid. De volledige afwerking van de gevels, het interieur en de technische installaties van de Arenahal volgt in meerdere fasen vanaf 1961, maar de definitieve ingebruikname als sporthal laat uiteindelijk op zich wachten tot het najaar van 1965. Ondanks zijn aandringen bij het gemeentebestuur om een permanente en verzelfstandigde werking als sociaal en cultureel centrum voor de wijkgemeenschap te ontwikkelen, beperkt het gebruik van de Arenahal zich hoofdzakelijk tot sportmanifestaties. Het gebouw ondergaat later een grondige aanpassing door het toevoegen van een zware schermgevel in beton en een nieuwe bedaking, waarbij het daglicht uit het interieur wordt geweerd. Door het zandstralen van het baksteenmetselwerk gaat ook de typische kleurstelling verloren.