国家奥林匹克体育中心综合训练馆工程结构设计
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钢筋混凝土框架结构，由于楼面跨度较大，短跨方向框架梁截面高度由刚度控制，梁高 无法满足建筑使用要求，为降低梁高，采用了预应力钢筋混凝土梁，且短跨方向柱距采用
2
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6m（中跨）和 5.5m（边跨）。经计算，短跨方向梁端弯距很大，同时由于层高很高，需很 大柱截面才能提供梁充足的转动约束刚度，柱网密且截面大，影响建筑使用，不可取。
附属用房和训练场馆采用相互独立的结构体系，二者通过六条双层钢走廊相连。训练 场馆根据功能划分，由六个两两相叠的高大空间组成，结合建筑使用功能要求，三个场馆屋 面均采用预应力索桁架曲屋面结构体系。
训练馆设计基准期和使用年限均为 50 年，抗震设防类别为丙类，安全等级为二级，抗 震设防烈度 8 度，设计基本地震加速度值为 0.20g，地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。
（平面预应力钢桁架）
梁柱连接
铰接
铰接
刚接
刚接
刚接
铰接
铰接
短跨梁间距
6
4
12
12
12
6
6
(m)
钢柱wenku.baidu.com面
1100x700 1300x700 1500x700
—
—
—
—
(mm)
x25x60 x25x60 x25x60
钢梁截面 (mm)
2300x690 x30x70
2300x550 2300x580 2300x500 2300x410 x30x50 x30x60 x30x50 x30x50
国家奥林匹克体育中心综合训练馆工程结构设计
刘立杰 覃阳 耿晋 高鹏飞 周凯
（北京市建筑设计研究院 北京 100045） ［提要］国家奥林匹克体育中心综合训练馆是为了满足国家柔道队、摔跤队、网球队备战 2008 年奥运会的 需要而建设的，由附属用房和训练场馆两部分组成。训练场馆由三个大跨双层高大空间结构组成，属大跨 空间结构，结构体系确定时，对混凝土结构、钢－混凝土混合结构和钢结构体系进行了详细的分析对比， 结合楼面结构布置研究，最终采用了较为合理的钢框架－V 型钢支撑结构体系。屋面设计中，结合建筑功 能要求，采用了新颖的预应力索桁架双曲屋面结构体系。采用 PMSAP 和 ANSYS 软件。 ［关键词］ 结构体系 大跨空间结构 钢结构 预应力索桁架
通过上面分析，对于 43mx70m 网球馆单体建筑，更适合采用钢框架－钢支撑结构体系。 钢框架结构中，短跨方向梁高可以满足建筑使用要求，梁截面高度由强度控制，在满足承载 力前提下，结构在短跨方向的侧移刚度有所不足，短跨方向柱截面由侧移刚度控制。通过增 设钢支撑，整体结构的抗侧移刚度大幅度提高，框架柱截面减小，整体用钢量降低，使用空 间增大，可以充分发挥钢结构轻质、高强的特点（柱网布置详见图 2）。
刚度要求情况下整体达到最经济。
因此，楼面采用梁柱刚接布置方式（布置 3，4，5）可以充分发挥梁柱强度，结合整体 考虑，其经济性显著，适合工程特点，图 5 给出了 36mx70m 场馆楼面结构布置图。
不同钢结构楼面布置的计算结果对比
表1
布置 1
布置 2
布置 3
布置 4
布置 5
布置 6
布置 7
（型钢梁）
1
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(a) 场馆鸟瞰图
(b) 奥体中心总平面图 图1
图 2 训练场馆首层结构顶板平面图
1-1
预应力索桁架
女网球训练馆 男网球训练馆
14.500 ± 0.000
预应力索桁架
2-2
预应力索桁架
女摔跤训练馆 女柔道训练馆
2 训练场馆结构体系确定
根据建筑使用功能要求，工程楼面和屋面结构体系布置受下面两点限制：建筑檐口高 度不大于 24.0m；网球馆净高大于 12.0m。这两点高度要求使网球馆楼面及屋面梁的高度受 到严格限制，楼面梁高度最大为 2.39m（混凝土梁）和 2.3m（钢梁），屋面预应力索桁架水 平段最大桁架高度为 2.2m（见图 3）。
11.000 ± 0.000
男摔跤训练馆 男柔道训练馆
11.000 ± 0.000
3-3 图 3 剖面图
2.1 多种结构体系分析 采用 PMSAP 计算软件，对 43mx70m 网球馆单体建筑进行了钢筋混凝土框架及框架－
剪力墙结构、钢梁－混凝土柱混合结构和钢结构多种结构体系的计算分析，计算中屋面结构 均与框架柱采用铰接。
1 工程概况
工程位于奥体中心总体规划的东北部，与原有比赛馆、游泳馆、训练馆沿弧线组成同 圆心的序列（图 1），它是为了满足国家柔道队、摔跤队、网球队备战 2008 年奥运会的需要 而建设的。综合训练馆平面尺寸约为 116.7mx134.3m，房屋檐口高度为 24m，平面由呈扇形 布置的附属用房和训练场馆两部分组成，建筑面积 26983.9m2。附属用房地下一层，层高 6.0m， 局部设置六级人防区，层高 3.81m，地上共 3 层，层高分别为 6，5 和 5m。训练场馆由两个 36mx70m 和一个 43mx70m 场馆组成，地上 2 层，36mx70m 场馆层 1 高为 11m、屋面檐口 标高为 19.5m，43mx70m 场馆层 1 高为 14.5m、屋面檐口标高为 23.4m。图 2，图 3 给出了 训练馆首层结构顶板平面图及剖面图。.
钢筋混凝土框架－剪力墙结构，剪力墙作为主要的抗侧力构件，框架柱截面可以减小， 但对于这种大跨楼面结构，为提供框架梁充足的转动约束刚度，框架柱截面尺寸不能降低， 只有采用梁柱铰接的连接做法，柱截面尺寸才能减小，由于两端铰接混凝土梁的梁高不能满 足建筑使用要求，因而这种结构体系也不可取。
钢-混凝土混合结构，与钢柱相比，钢筋混凝土柱具有较大的抗侧移刚度，而且造价低， 与混凝土梁相比，钢梁具有自重轻、刚度大的优点，结合两者的长处形成混合结构体系。楼 面钢梁与钢筋混凝土柱有两种连接方式，即刚接和铰接。当采用刚接连接时，钢筋混凝土柱 应为钢骨混凝土柱以满足节点连接需要；当采用铰接连接时，由于梁高的限制，钢梁必须采 用预应力钢梁或预应力钢桁架形式才能满足要求，而且短跨方向柱距应采用 6m（中跨）和 5.5m（边跨）。通过与钢框架结构对比分析：对于刚接连接，两者楼面用钢量基本相同，钢 骨混凝土柱节点连接复杂，施工难度大，周期长，综合性能并不优；对于铰接连接，楼面用 钢量要远远高于钢框架结构，柱网较密，需增设剪力墙提高抗侧刚度，预应力钢索的使用增 加了钢结构造价和施工费用，施工难度很大，要求高。由此，混合结构也不是合理的选择。
中，由计算结果可以看出：
（1）根据布置 1，2 特点，梁柱铰接连接中，
楼面梁由刚度控制，其强度不能充分发挥，因而用
钢量巨大，不经济，而且随着楼面梁间距的减小，
用钢量在增加。
（2）根据布置 6，7 特点，预应力钢桁架的桁
图 4 楼面结构分析计算简图
架高度限制着预应力效果的发挥，由于工程网球馆
梁高受到限制，预应力作用不能充分发挥，因而预
型、层间位移角）与单体结构基本相同，就抗震性能而言，两者区别很小；由楼面布置分析
的结果可知，短跨方向框架柱刚度对楼面用钢量影响显著，整体计算模型中，层 2 楼面在场
图 5 楼面结构布置图
3
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（3）与梁柱铰连接相比，梁柱刚接具有更好的经济性，梁强度可以充分发挥，楼面用 钢量很低，整体用钢量也不高。
（4）由布置 3，4，5 对比可知，随着柱截面加大，梁强度可以逐步得到充分发挥，梁 柱整体用钢量会降低，因而通过适当调整柱截面，充分利用其刚度，可以实现在满足强度和
以 43mx70m 场馆为例，取一榀中间短跨方向框架进行多模型计算分析，重点研究短跨方
向梁的布置方案。计算软件采用 ANSYS，计算简图详图 4，结构构件材质均为 Q345-B,楼面
荷载：恒荷载 6.0 kN/m2（不包括梁自重），活荷载
4.0 kN/m2，挠度按 L／400 控制。计算结果列于表 1
桁架高 2300 下弦张拉索
桁架高 4000 下弦张拉索
跨中挠度 (f/L)
1/400
1/400
1/400
1/400
1/400
1/400
1/400
梁最大应力
上弦杆：0.76 上弦杆：0.80
0.64
0.66
0.78
0.85
0.91
比
下弦杆：0.85 下弦杆：0.89
梁用钢量
钢桁架：109 钢桁架：67
Abstract: The national olympic center general physical training gymnasium is built for the training of the national judo team,wrestle team and tennis team for the 2008 olympic games held in Beijing. It consists of accessorial buildings and physical training gymnasium. The physical training gymnasium consists of three two-stories large span frameworks, it belongs to large span and spacial structures. The concrete structure, steel and concrete composite structure, steel structure were analyzed and compared in detail. Considering the floor structure setting,the more reasonable steel frame with V style brace system was adopted. During the roof design, combined with the functional demand,the novel hyperboloidal roof with prestressed cabled truss system was adopted. The analysis softwares PMSAP and ANSYS are used during the design course. Keywords: structural system; large span and spacial structure; steel structure; prestressed cabled truss
Structural Design of General Physical Training Gymnasium in the National Olympic Center Liu Lijie Qin Yang Geng Jin Gao Pengfei Zhou Kai (Beijing Institute of Architectural Design,Beijing,100045)
211
237
88
76
70
kg/m2
钢索：24
钢索：10
柱用钢量
—
—
74
78
81
—
—
kg/m2
2.3 单体和整体结构性能分析
训练馆由三个高低不同场馆呈扇形布置组成，每个场馆均为大跨高大空间结构，整体
结构体系布置可采用两种方式，即每个场馆作为单体进行结构体系布置和三个场馆作为一个
整体进行结构体系布置，通过分别建立模型计算表明：整体结构体系的结构性能（周期、振
应力钢桁架的布置用钢量也较高。对于 36mx70m 场
馆而言，梁高不受限制，对比布置 4，7，在预应力
效果充分发挥作用下，其楼面用钢量也和梁柱刚接
布置基本相同，但张拉钢索的使用无疑增大了钢结
构造价，施工费用高，难度大。预应力桁架布置可
以一定程度降低框架柱的用钢量，但结合网球馆整
体分析，其综合造价并不优。
2.2 楼面结构布置研究
通过计算分析可知，对于 36mx70m 和 43mx70m 两种跨度场馆，其层 2 楼面的长短边
之比分别为：1.94 和 1.63，整体楼面基本接近于单向板，其楼面的竖向变形主要受短跨方向
梁、柱刚度控制，长跨方向梁、柱刚度对楼面竖向刚度影响很小，因而不再讨论楼面长跨方
向梁的布置方式。
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6m（中跨）和 5.5m（边跨）。经计算，短跨方向梁端弯距很大，同时由于层高很高，需很 大柱截面才能提供梁充足的转动约束刚度，柱网密且截面大，影响建筑使用，不可取。
附属用房和训练场馆采用相互独立的结构体系，二者通过六条双层钢走廊相连。训练 场馆根据功能划分，由六个两两相叠的高大空间组成，结合建筑使用功能要求，三个场馆屋 面均采用预应力索桁架曲屋面结构体系。
训练馆设计基准期和使用年限均为 50 年，抗震设防类别为丙类，安全等级为二级，抗 震设防烈度 8 度，设计基本地震加速度值为 0.20g，地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。
（平面预应力钢桁架）
梁柱连接
铰接
铰接
刚接
刚接
刚接
铰接
铰接
短跨梁间距
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12
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(m)
钢柱wenku.baidu.com面
1100x700 1300x700 1500x700
—
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(mm)
x25x60 x25x60 x25x60
钢梁截面 (mm)
2300x690 x30x70
2300x550 2300x580 2300x500 2300x410 x30x50 x30x60 x30x50 x30x50
国家奥林匹克体育中心综合训练馆工程结构设计
刘立杰 覃阳 耿晋 高鹏飞 周凯
（北京市建筑设计研究院 北京 100045） ［提要］国家奥林匹克体育中心综合训练馆是为了满足国家柔道队、摔跤队、网球队备战 2008 年奥运会的 需要而建设的，由附属用房和训练场馆两部分组成。训练场馆由三个大跨双层高大空间结构组成，属大跨 空间结构，结构体系确定时，对混凝土结构、钢－混凝土混合结构和钢结构体系进行了详细的分析对比， 结合楼面结构布置研究，最终采用了较为合理的钢框架－V 型钢支撑结构体系。屋面设计中，结合建筑功 能要求，采用了新颖的预应力索桁架双曲屋面结构体系。采用 PMSAP 和 ANSYS 软件。 ［关键词］ 结构体系 大跨空间结构 钢结构 预应力索桁架
通过上面分析，对于 43mx70m 网球馆单体建筑，更适合采用钢框架－钢支撑结构体系。 钢框架结构中，短跨方向梁高可以满足建筑使用要求，梁截面高度由强度控制，在满足承载 力前提下，结构在短跨方向的侧移刚度有所不足，短跨方向柱截面由侧移刚度控制。通过增 设钢支撑，整体结构的抗侧移刚度大幅度提高，框架柱截面减小，整体用钢量降低，使用空 间增大，可以充分发挥钢结构轻质、高强的特点（柱网布置详见图 2）。
刚度要求情况下整体达到最经济。
因此，楼面采用梁柱刚接布置方式（布置 3，4，5）可以充分发挥梁柱强度，结合整体 考虑，其经济性显著，适合工程特点，图 5 给出了 36mx70m 场馆楼面结构布置图。
不同钢结构楼面布置的计算结果对比
表1
布置 1
布置 2
布置 3
布置 4
布置 5
布置 6
布置 7
（型钢梁）
1
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn
(a) 场馆鸟瞰图
(b) 奥体中心总平面图 图1
图 2 训练场馆首层结构顶板平面图
1-1
预应力索桁架
女网球训练馆 男网球训练馆
14.500 ± 0.000
预应力索桁架
2-2
预应力索桁架
女摔跤训练馆 女柔道训练馆
2 训练场馆结构体系确定
根据建筑使用功能要求，工程楼面和屋面结构体系布置受下面两点限制：建筑檐口高 度不大于 24.0m；网球馆净高大于 12.0m。这两点高度要求使网球馆楼面及屋面梁的高度受 到严格限制，楼面梁高度最大为 2.39m（混凝土梁）和 2.3m（钢梁），屋面预应力索桁架水 平段最大桁架高度为 2.2m（见图 3）。
11.000 ± 0.000
男摔跤训练馆 男柔道训练馆
11.000 ± 0.000
3-3 图 3 剖面图
2.1 多种结构体系分析 采用 PMSAP 计算软件，对 43mx70m 网球馆单体建筑进行了钢筋混凝土框架及框架－
剪力墙结构、钢梁－混凝土柱混合结构和钢结构多种结构体系的计算分析，计算中屋面结构 均与框架柱采用铰接。
1 工程概况
工程位于奥体中心总体规划的东北部，与原有比赛馆、游泳馆、训练馆沿弧线组成同 圆心的序列（图 1），它是为了满足国家柔道队、摔跤队、网球队备战 2008 年奥运会的需要 而建设的。综合训练馆平面尺寸约为 116.7mx134.3m，房屋檐口高度为 24m，平面由呈扇形 布置的附属用房和训练场馆两部分组成，建筑面积 26983.9m2。附属用房地下一层，层高 6.0m， 局部设置六级人防区，层高 3.81m，地上共 3 层，层高分别为 6，5 和 5m。训练场馆由两个 36mx70m 和一个 43mx70m 场馆组成，地上 2 层，36mx70m 场馆层 1 高为 11m、屋面檐口 标高为 19.5m，43mx70m 场馆层 1 高为 14.5m、屋面檐口标高为 23.4m。图 2，图 3 给出了 训练馆首层结构顶板平面图及剖面图。.
钢筋混凝土框架－剪力墙结构，剪力墙作为主要的抗侧力构件，框架柱截面可以减小， 但对于这种大跨楼面结构，为提供框架梁充足的转动约束刚度，框架柱截面尺寸不能降低， 只有采用梁柱铰接的连接做法，柱截面尺寸才能减小，由于两端铰接混凝土梁的梁高不能满 足建筑使用要求，因而这种结构体系也不可取。
钢-混凝土混合结构，与钢柱相比，钢筋混凝土柱具有较大的抗侧移刚度，而且造价低， 与混凝土梁相比，钢梁具有自重轻、刚度大的优点，结合两者的长处形成混合结构体系。楼 面钢梁与钢筋混凝土柱有两种连接方式，即刚接和铰接。当采用刚接连接时，钢筋混凝土柱 应为钢骨混凝土柱以满足节点连接需要；当采用铰接连接时，由于梁高的限制，钢梁必须采 用预应力钢梁或预应力钢桁架形式才能满足要求，而且短跨方向柱距应采用 6m（中跨）和 5.5m（边跨）。通过与钢框架结构对比分析：对于刚接连接，两者楼面用钢量基本相同，钢 骨混凝土柱节点连接复杂，施工难度大，周期长，综合性能并不优；对于铰接连接，楼面用 钢量要远远高于钢框架结构，柱网较密，需增设剪力墙提高抗侧刚度，预应力钢索的使用增 加了钢结构造价和施工费用，施工难度很大，要求高。由此，混合结构也不是合理的选择。
中，由计算结果可以看出：
（1）根据布置 1，2 特点，梁柱铰接连接中，
楼面梁由刚度控制，其强度不能充分发挥，因而用
钢量巨大，不经济，而且随着楼面梁间距的减小，
用钢量在增加。
（2）根据布置 6，7 特点，预应力钢桁架的桁
图 4 楼面结构分析计算简图
架高度限制着预应力效果的发挥，由于工程网球馆
梁高受到限制，预应力作用不能充分发挥，因而预
型、层间位移角）与单体结构基本相同，就抗震性能而言，两者区别很小；由楼面布置分析
的结果可知，短跨方向框架柱刚度对楼面用钢量影响显著，整体计算模型中，层 2 楼面在场
图 5 楼面结构布置图
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（3）与梁柱铰连接相比，梁柱刚接具有更好的经济性，梁强度可以充分发挥，楼面用 钢量很低，整体用钢量也不高。
（4）由布置 3，4，5 对比可知，随着柱截面加大，梁强度可以逐步得到充分发挥，梁 柱整体用钢量会降低，因而通过适当调整柱截面，充分利用其刚度，可以实现在满足强度和
以 43mx70m 场馆为例，取一榀中间短跨方向框架进行多模型计算分析，重点研究短跨方
向梁的布置方案。计算软件采用 ANSYS，计算简图详图 4，结构构件材质均为 Q345-B,楼面
荷载：恒荷载 6.0 kN/m2（不包括梁自重），活荷载
4.0 kN/m2，挠度按 L／400 控制。计算结果列于表 1
桁架高 2300 下弦张拉索
桁架高 4000 下弦张拉索
跨中挠度 (f/L)
1/400
1/400
1/400
1/400
1/400
1/400
1/400
梁最大应力
上弦杆：0.76 上弦杆：0.80
0.64
0.66
0.78
0.85
0.91
比
下弦杆：0.85 下弦杆：0.89
梁用钢量
钢桁架：109 钢桁架：67
Abstract: The national olympic center general physical training gymnasium is built for the training of the national judo team,wrestle team and tennis team for the 2008 olympic games held in Beijing. It consists of accessorial buildings and physical training gymnasium. The physical training gymnasium consists of three two-stories large span frameworks, it belongs to large span and spacial structures. The concrete structure, steel and concrete composite structure, steel structure were analyzed and compared in detail. Considering the floor structure setting,the more reasonable steel frame with V style brace system was adopted. During the roof design, combined with the functional demand,the novel hyperboloidal roof with prestressed cabled truss system was adopted. The analysis softwares PMSAP and ANSYS are used during the design course. Keywords: structural system; large span and spacial structure; steel structure; prestressed cabled truss
Structural Design of General Physical Training Gymnasium in the National Olympic Center Liu Lijie Qin Yang Geng Jin Gao Pengfei Zhou Kai (Beijing Institute of Architectural Design,Beijing,100045)
211
237
88
76
70
kg/m2
钢索：24
钢索：10
柱用钢量
—
—
74
78
81
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kg/m2
2.3 单体和整体结构性能分析
训练馆由三个高低不同场馆呈扇形布置组成，每个场馆均为大跨高大空间结构，整体
结构体系布置可采用两种方式，即每个场馆作为单体进行结构体系布置和三个场馆作为一个
整体进行结构体系布置，通过分别建立模型计算表明：整体结构体系的结构性能（周期、振
应力钢桁架的布置用钢量也较高。对于 36mx70m 场
馆而言，梁高不受限制，对比布置 4，7，在预应力
效果充分发挥作用下，其楼面用钢量也和梁柱刚接
布置基本相同，但张拉钢索的使用无疑增大了钢结
构造价，施工费用高，难度大。预应力桁架布置可
以一定程度降低框架柱的用钢量，但结合网球馆整
体分析，其综合造价并不优。
2.2 楼面结构布置研究
通过计算分析可知，对于 36mx70m 和 43mx70m 两种跨度场馆，其层 2 楼面的长短边
之比分别为：1.94 和 1.63，整体楼面基本接近于单向板，其楼面的竖向变形主要受短跨方向
梁、柱刚度控制，长跨方向梁、柱刚度对楼面竖向刚度影响很小，因而不再讨论楼面长跨方
向梁的布置方式。