结构选型案例分析之北京工人体育馆
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北京工人体育场看台混凝土结构振动特性现场试验研究
北京工人体育场看台混凝土结构振动特性现场试验研究北京工人体育场是中国著名的体育场馆之一，为了确保体育场的安全和稳定性，对其结构的振动特性进行研究具有重要意义。
本文通过对北京工人体育场看台混凝土结构进行现场试验研究，以探讨其振动特性和影响因素。
一、引言体育场是承载大型体育赛事的场所，其结构的安全性和稳定性对于保障观众和运动员的安全至关重要。
而体育场的看台作为承载观众的部分，其结构振动特性是影响体育场安全性的重要因素之一。
通过对北京工人体育场看台混凝土结构进行现场试验研究，可以为类似场馆的设计提供重要参考。
二、试验方案1.现场试验布置本次试验选择了北京工人体育场主看台作为研究对象，设置了多个测点来测量不同位置的振动响应。
试验选取了不同观众密度、不同运动负载和不同激励条件下的工况进行测试，以全面了解混凝土结构的振动特性。
2.试验参数试验参数包括振动频率、振动加速度、结构响应等，通过现场测试设备进行实时监测和记录。
试验期间，对振动响应进行分析和处理，得到相应的振动特性数据。
三、试验结果1.振动频率通过现场试验可以得到不同位置的振动频率分布情况。
研究发现，不同位置的振动频率存在差异，主要受到结构形式和材料特性的影响。
2.振动加速度试验中对振动加速度进行了测量和记录，研究发现，在不同工况下，振动加速度的大小和分布存在差异。
振动加速度过大可能导致结构的破坏，因此对振动加速度的研究具有重要意义。
3.结构响应通过试验可以获取结构的响应信息，包括位移、速度和加速度等参数。
分析研究发现，不同工况下结构响应的差异较大，这与观众的运动负载和激励条件有关。
四、影响因素分析1.结构形式体育场看台的结构形式对其振动特性有一定影响，例如双曲面结构的振动频率较高，而圆锥形结构的振动频率较低。
2.材料特性试验研究还发现，混凝土的强度和刚度也会影响结构的振动特性。
强度越高，结构的刚度越大，从而会引起振动频率的增加。
3.观众密度和运动负载观众密度和运动负载也是影响体育场看台振动特性的重要因素之一。
钢结构案例分析
案例一：美国亚特兰大体育馆（佐治亚穹顶）索穹顶结构索穹顶结构是20世纪80年代美国工程师盖格（Geiger）发展和推广富勒（Fuller）张拉整体结构思想后实现的一种新型大跨结构，是一种结构效率极高的张力集成体系或全张力体系。
它采用高强钢索作为主要受力构件，配合使用轴心受压杆件，通过施加预应力，巧妙地张拉成穹顶结构。
该结构由径向拉索、环索、压杆、内拉环和外压环组成，其平面可建成圆形、椭圆形或其他形状。
整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态，可充分发挥钢索的强度，这种结构重量极轻，安装方便，经济合理，具有新颖的造型，被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。
1992年，美国工程师李维（M.P.Levy）和T.F.Jing对盖格设计的索穹顶结构中索网平面内刚度不足和易失稳的特点进行了改进，将辐射状脊索改为联方型，消除了结构内部存在的机构，并取消起稳定作用的谷索，成功设计了佐治亚穹顶（Georgia Dome）（1992年建成，椭圆形平面，240.79m*192.02m），成为1996年亚特兰大奥运会的主体育馆屋盖，用钢量不到30kg/m²。
佐治亚穹顶体育馆位于亚特兰大的中心地带，1992年作为美国橄榄球联盟亚特兰大大猎鹰队的主场开放。
该馆因成为1996年奥运会主体育场馆，是世界上最大的电缆支撑穹顶形体育馆。
佐治亚穹顶，是目前世界上最大的索穹顶结构，双曲抛物面型张拉整体索穹顶结构，由美国工程师列维等设计，是1996年亚特兰大奥运会主赛馆的屋盖结构，其长轴为240米，短轴为193米，为钻石形状，曾被评为全美最佳设计。
整个结构由联方型索网、三根环索、不连续撑杆及中央桁架组成。
佐治亚体育馆的结构是一个空间桁架，其底部弦杆由环形索代替。
这个屋顶为240m*193m的椭圆形，是同类索膜结构中世界上最大的。
它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维膜覆盖。
屋面呈钻石状，看上去象水晶一般。
整个屋顶由7.9m宽、1.5m厚的混凝土受压环固定，共52根支柱支撑着700m周长的混凝土受压环，钢焊接件被预埋进受压环内，以提供26个屋顶连接点。
体育馆结构
2、空间网格结构
• 由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称 之为空间网格结构。 • 按外形分为平板网架结构和网壳结构。 • 平板网架结构一般为双层的，有时也为三层的。可分为交叉桁架体系 和角锥体系。 交叉桁架体系是由两向或三向相互交叉的平面桁架所组成； 角锥体系是分别由三角锥、死角锥、六角锥等组成。 网壳结构即为网状的壳体结构，是以杆件为基础，按一定规律组成网 络，按壳体坐标进行的空间构架。 网壳结构分为单曲面（筒网壳）和双曲面（球网壳和扭网壳）
上海交大体育馆（张拉膜结构）
• 该工程为张拉膜结构，整个 体育馆全长94m，宽77.4 m 。总承重 • 结构为钢筋 • 膜织物而构成，整个顶棚投 影面积为5720.2 m2，表面 积为8910m2。
上海交大体育馆
水立方（充气膜结构）
• 水立方的双层ETFE 膜结构由3 097个气枕组成, 覆盖面积达10. 5万平 方米, 展开面积达26万平方米, 是世界上规模最大的ETFE 膜结构工程; 同时水立方是世界上首次采用不规则多面体空间钢架结构, 该结构填 补了世界空白, 令世人惊叹。
二、柔性结构
1、悬索结构
悬索结构是以一系列受拉钢索为主要承重构件，按一定规律 布置，并悬挂在边缘构件或支撑结构上面形成的一种空间 结构。 2、膜结构和索-膜结构； 当膜结跨度较大时，需用索加强，可称为索-膜结构； 悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外 荷载的作用，总称为张力结构。
北京工人体育馆
日本代代木体育馆（鞍形索网）
日本代代木体育馆
第一场馆 其类似于悬索桥的系统， 两边各有一个半圆形的 混凝土的刚环，刚环于 地面形成一个倾角，丹 下并没有把主揽铆钉在 中轴线上，而是在各个 端部伸出了一个尖角的 铆钉，这样才形成了最 终两个错开半圆的样子。
北京工体构造
北京工人体育场和北京工人体育馆两座圆形建筑的外立面， 是由众多办公房间组成的。现在仅对外出租办公用的面积就高 达数万平方米，首层还有上万平方米的商业面积对外出租
2008年奥运会改造工程
此次北京工人体育馆改造工程，包括对奥运用房、屋顶、观众 席座椅、记者评论员席、残障观众设施、结构加固、给排水系统、 通风系统和强弱电系统等进行全面更换。改造后的工人体育馆外观 基本保持了原样，却较大增加了使用功能。外观上最大的变化来自 窗户的更换，工人体育馆原来的窗户已经不能满足现代节能环保的 要求，此次改建全部更换为绿色环保的铝合金双层玻璃窗户。原来 只有北门、东门以及小南门的工人体育馆，改造后在西侧开一个和 东门一样大小的西门。奥运会期间，运动员及工作人员将从西门进 入，媒体及VIP人员从小南门进入，观众则从北门和东门进入场馆。 场馆西侧外的城中村拆除后新建一个能容纳400辆汽车的停车场。 改造后的工体，能够保证赛时人员疏散正常、有序疏散，以满足北 京奥运会的需求。此外，工人体育馆还增加使用功能，增加了240 个记者席、30多个贵宾席和40平方米的贵宾休息室，使体育馆设 计更加富有人性化，安全性更高，舒适性更强，更具有现代气息。
制作人：毛建琳、杨云、李莹
悬索结构是由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承
重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、 链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。 悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做 到跨度大、自重小、材料省、易施工。中国是世界上 最早应用悬索结构的国家之一，在古代就曾用竹、藤 等材料做吊桥跨越深谷。明朝成化年间（1465～1487 年）已用铁链建成霁虹桥。近代的悬索结构，除用于 大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、 仓库等大跨度屋盖结构中应用。
结构选型案例分析之北京工人体育馆
建筑首层北、东、西三面为 观众入口，深达6m的门廊 保证了疏散时有足够的缓冲 地带。穿过7.5m深的门厅 就进入宽敞的两层高的大厅。
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
建筑空间特点
门廊门厅及入口大厅
建筑首层北、东、西三面为 观众入口，深达6m的门廊 保证了疏散时有足够的缓冲 地带。穿过7.5m深的门厅 就进入宽敞的两层高的大厅。
休息区
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
建筑空间特点
休息区
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。
门廊 大厅 运动员休息室 比赛场
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
门厅 休息厅 运动员准备场
功能布局
二层平面图
二层的主要功能是办 公室和休息室，在场 馆的南侧是运动员的 专有区，运动员们可 以在此休闲娱乐。
办公室及休息室
运动员小吃部 大厅上 空
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
北京工人体育馆
建造特色与建造过程
改造目的：
2006年5月26日工人体育馆开始进行 奥运改造工作，而改造后的工人体育 馆被作为北京2008年奥运会拳击比赛 和残奥会盲人柔道比赛场馆。
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
建筑空间特点
门廊门厅及入口大厅
建筑首层北、东、西三面为 观众入口，深达6m的门廊 保证了疏散时有足够的缓冲 地带。穿过7.5m深的门厅 就进入宽敞的两层高的大厅。
休息区
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
建筑空间特点
休息区
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。
门廊 大厅 运动员休息室 比赛场
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
门厅 休息厅 运动员准备场
功能布局
二层平面图
二层的主要功能是办 公室和休息室，在场 馆的南侧是运动员的 专有区，运动员们可 以在此休闲娱乐。
办公室及休息室
运动员小吃部 大厅上 空
Workers' Gymnasium
北京工人体育馆
北京工人体育馆
建造特色与建造过程
改造目的：
2006年5月26日工人体育馆开始进行 奥运改造工作，而改造后的工人体育 馆被作为北京2008年奥运会拳击比赛 和残奥会盲人柔道比赛场馆。
结构选型PPT课件
水立方夜景
二、建筑物的功能要求
包括：空间要求、使用功能要求以及美观要求
1、使用空间的要求
●建筑物的尺度、体量大小和空间组合关系都应根 据业主对建筑物客观空间环境的要求来加以确 定。
●体育馆、剧场、住宅、工业建筑
△结构形式应与建筑物使用空间的要求相适应 ● 北京工人体育馆采用悬索结构体系：场地两侧看台 座位向上升高与层盖悬索的垂直度协调一致，既能符合 使用功能要求又能经济有效地利用室内空间、立面造型 也可处理成轻巧新颖的形状。
适用于：教学楼、医院、商店、旅馆等建筑物。
承重方案的比较
方案
平面布置
刚度
材料
适用范围
纵墙承重 横墙承重 混合承重 内框架承重
室内空间较大 使用布置灵活
横墙较密， 布置受限制
布置比较灵活
布置灵活，易 满足使用要求
横向刚度 较差
楼、屋盖用材 料多，墙使用
材料少
要求空间大的房屋 如厂房、仓库等
横向 刚度好
3．墙体要适当加壁柱或构造柱 4．墙体要适当设伸缩缝 5．墙体要适当设置沉降缝
2.2.4防止或减轻墙体开裂的主要措施 1.防止温差和墙体干缩引起的裂缝 由于温差和墙体干缩等原因，可能引起房屋在正常使
用条件下出现墙体竖向裂缝。为此，应在墙中设置伸 缩缝。
伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、 砌体产生裂缝可能性最大的地方。
（2）框架轻板结构
2. 2 砖混结构房屋的墙体布置 2.2.1砖混结构房屋的墙体布置 1．横墙承重方案 楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要承重竖向构件， 纵墙仅起围护、分隔、自承重及形成整体作用。 其荷载的主要传递路线是：
屋（楼）面荷载→横墙→基础→地基 横墙是主要的承重墙
悬索结构设计
杭州体育馆
郑州国际会展中心
北京工人体育馆
在许多悬索结构中，
美国明尼亚波利斯 (Minneapolis)联邦储 备银行大厦的结构设 计很有特色。 此银行为一座11层 大楼，跨度达83.2m， 用悬索（ Suspended Cable）作为主要承重结构，
悬索锚固在两侧的两个筒体结构上，筒体承受大楼的全部竖向 荷载。柱顶设有大梁，以平衡悬索在柱顶产生的水平力，整 个大楼就悬挂在悬索和顶部大梁上。索的水平力将由柱顶大 梁来平衡，相当于给大梁施加一个压力。可以看出，只要精 心调整索对大梁的偏心距，可以大大减小大梁的弯矩。
拟解决的问题和措施
悬索结构的理论研究：
1.悬索结构的 初始形状确定 2.悬索结构的地震反应分析 3.悬索结构的风振反应分析 关于对悬索结构动力性能的 研究，尤其是在地震和风激 作用下的反应分析，是更全 面的了解这类结构的工作性 能，进一步提高设计水平的 重要基础性工作。
以下问题需要进一步 研究探讨：
索网支承式膜结构的典型代表 就是“索弯顶”，它是由美国 工程的盖格尔创建，并首先于 1986年建成直径120m的汉城奥 运体育馆，1990年又在美国佛 罗里达州建成“雷声穹顶”大 型体育馆，直径达210m。1993 年台湾桃园再建直径136m体育 馆。到目前为止，该类型结构 全世界也仅建成十余幢，均由 美国人设计，相关资料极其封 闭。迄今，我国尚无该类项目 建成，但近年来我国在“索穹 顶”结构研究方面，做了大量 的工作，有相当的理论储备， 即将在济南建成的直径120m的 体育馆，将是我国索穹顶结构 零的突破。
俄罗斯圣彼得堡体育馆
美国雷里体育馆
加拿大卡尔加里滑冰馆
。 2.国内 在平行双层悬索体系方面，我国 1961年建成的圆形车辐式双层悬索结 构北京工人体育馆及1986年建成的索 桁架结构吉林滑冰馆，在吸取国外先 进技术经验的基础上有所创新，从规 模大小和技术水平来看，在当时都达 到国际先进水平，受到国内外工程界 的好评。迄今为止，北京工人体育馆 仍为我国跨度最大的悬索结构。 我国在鞍形“索网”结构方面也 有成功的范例。1967年建成的杭州体 育馆，索的边缘构件为钢筋混凝土空 间曲梁，由双向正交抛物面预应力鞍 形索网组成屋面，有较好的技术经济 指标，达到当时的世界先进水平
悬索结构
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工程实例 ◆北京工人体育馆
下索采用72φ5 ㎜平行钢丝束，共 144根，垂跨比为 1/15.7；上索采用 72φ5㎜平行钢丝 束，共144根，拱 跨比为1/19；中心 钢环直径16㎜，高 11.0m。
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工程实例 ◆北京工人体育馆
北京工人体育馆车辐式悬索屋盖，在下部框架 和外环浇筑完成后，经历了如下几个施工步骤：
安装钢内环→ 安装钢索→下索就位并建立下索 初应力→内环就位→施加预张力→铺设屋面
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工程实例 ◆吉林滑冰馆
工程实例 ◆吉林滑雪馆
屋盖采用 平行布置的 预应力双层 悬索体系， 承重索与稳 定索沿短向 并相互错开 半个柱间布 置。
工程实例 ◆吉林滑雪馆
该屋盖体系的优点： 承重索与稳定索在竖向交叉，节省了结构空间； 中间的筒形与两边的波形屋面很好的解决了矩 形悬索屋面通常遇到的排水问题； 两边的支承结构与波形屋面结合形成空间框架， 既增强了结构刚度，又做到了与新颖的建筑造 型的有机结合。
钢索的防护：
⑴灌水泥浆法；钢索张拉后，在钢套管内进行压力灌浆， 钢套管外表面刷防锈漆； ⑵涂油裹布法：钢索表面涂防锈油脂，裹麻布或玻璃 布。 ⑶涂油包塑法：采用机械化涂抹防锈油脂并外包热挤 成型的高密度聚乙烯（PE）套管。必要时，可在整束钢管 上加包PE套管，采用双层做法。一般内层PE套管厚1.2㎜， 外层厚0.4~～0.8㎜。 ⑷PE料包覆法：钢索用PE料进行包覆。 ⑸多层防护做法：采用镀锌钢绞线或涂环氧钢绞线， 再灌水泥浆或者涂油包塑，在无粘结钢绞线束外加钢套管 或PE套管，内灌水泥浆或液体氯丁橡胶。 钢索的防护做法应根据钢索所在的部位，使用环境及 具体的施工选用 。不论采用哪种方法，在钢索防护前均 应进行除污除锈工作。
建筑外观材质分析
改造后的工人体育馆馆内全景
据北京城建集团工人体育馆改造项目负 责人介绍，改造后的工人体育馆将作为北京 2008年奥运会拳击比赛和残奥会盲人柔道比 赛场馆，共设固定坐席12000个，临时坐席 1000个。目前，正在对工人体育馆进行结构 加固和功能改造，将柱子截面直径增加10厘 米，大大增加了梁板的承载力，完全能满足 体育赛事活动的需要。
除此以外，工人体育馆还将增加使用功能。除全面改造更新了通风、照明、机 电等设施，还增加了240个记者席、30多个贵宾席和40平方米的贵宾休息室，使体 育馆设计更加人性化，安全性更高，舒适性更强。
另外，根据场馆疏散以及不同人员的分流，原本只有北门、东门以及小南门的 工人体育馆增设了西门。奥运会期间，运动员及工作人员将从西门进入，媒体及VIP 人员从小南门进入，观众则从北门和西北门进入场馆。另外，场馆西侧外的城中村 拆除后，将修建成能容纳400辆汽车的停车场
只是进行重新进行了清洗和粉饰，就连门上的镂空装饰都得以保留。即 使是熟悉工人体育馆老人也不会的变化来自窗户的更换。工人
体育原来的窗户已经不能满足现代节能环保的要求，此次改建将全部更
换为绿色环保的铝合金双层玻璃窗户。正是这个小小的变化将给工人体
育馆带来一点现代和陌生的感觉。
结构形式：
大厅屋盖选用双层悬索结构， 有索网，边缘构建和内环三部分组 成，各部分的作用布置情况叙述如 下：
1.悬索：悬索沿径向辐射布置， 索网分上索网和下层索网。上层索 网直接承受屋面荷载，并作为 稳定 索。它通过中央系环（内环）将荷 载传递给下索，并使上下层同时张 紧，以增强屋面刚度。下索为承重 索，将整个屋盖悬挂起来。上下索 给为144根，其截面大小由各自承 受的拉力确定。为了便于悬索在外 环上锚固，并避免上下索相交在同 一截面而对外环削弱过大，因而上 下索在平面内个错开半个间隔布置。
结构选型课件-讲义
水立方施工现场
水立方
水立方夜景
二、建筑物的功能要求
包括：空间要求、使用功能要求以及美观要求
1、使用空间的要求
●建筑物的尺度、体量大小和空间组合关系都应根 据业主对建筑物客观空间环境的要求来加以确 定。
●体育馆、剧场、住宅、工业建筑
△结构形式应与建筑物使用空间的要求相适应 ● 北京工人体育馆采用悬索结构体系：场地两侧看台 座位向上升高与层盖悬索的垂直度协调一致，既能符合 使用功能要求又能经济有效地利用室内空间、立面造型 也可处理成轻巧新颖的形状。
材料经济指标 表2—1
砖混结构 1m² 建筑面积所用工料
钢材8~10kg 水泥80~90 kg 木材约0.023m3 砖200~250块 劳动力约3工日
对比相同层数的 钢筋混凝土结构所用材料
20~28kg 100~140kg 约0.026m3 90~120块
约4工时
2．1．2 砖混结构房屋的主要缺点 （1）强度较低，房屋层数受到限制。 （2）抗震性能差，在地震地区使用也受到一定限制。 （3）墙体砌筑工程繁重，施工进度慢。 （4）烧砖取土破坏农田。 墙体改革：（1）大型墙板和砌块结构
框架结构
框架-剪力墙结构
剪力墙结构
金茂大厦立面
金茂大厦平面
1．4 学习本课程的方法
一、要注意掌握各种建筑结构的特点与影响因素，选型 中应综合考虑各方面影响，做到全面、客观地考虑问题。
二、既要单独考虑某个结构类型，也要将其与其他适用 的结构类型做必要的对比和分析，才能优化结构选型。
三、尽可能多地阅读工程实例，结合工程实例进行分析 与思考，不断提高自己发现问题、分析问题和解决问题 的能力。
采用砖墙和钢筋混凝土屋面、楼面承重的房屋 ▲我国有史以来使用时间最长、应用最普遍 ▲取材方便、造价低廉、施工简单、保湿隔热效果好。 ▲广泛应用于住宅、学校、办公楼、医院等建筑。
北京工人体育厂
4
和赛事的重要场所。在这里，人们可以欣赏到各种类型的比赛和演出，包括足球、篮球、田径、游泳 等等。同时，北京工人体育场也见证了中国体育事业的发展和变化，成为了中国体育历史上的重要象
征之一
北京工人体育场的设施和功能
北京工人体育场的设施和功能
北京工人体育场是一个综合性体育场，拥有多个运
01 动场地和设施，可以满足不同类型赛事和活动的需
北京工人体育场的社会影响
总之，北京工人体育场作为 一座具有历史意义、文化价 值和社交功能的建筑，具有 重要的社会影响
它不仅为观众和运动员提供 了优质的赛事和服务，也为 推动中国体育事业的可持续 发展做出了贡献
北京工人体育场与国际交流
北京工人体育场与国际交流
北京工人体育场作为中国重要的体育场馆之一，不仅在国内具有很高的影响力，在国际上 也具有一定的影响力。以下是一些北京工人体育场与国际交流的例子
1961年，第26届世界乒乓球锦标赛在北京工人体育场举行。这是中国第一次承办的综合性国际体育赛
3 事，也是新中国成立以来第一次举办的洲际比赛。这次比赛吸引了来自世界各地的优秀运动员和观众
前来参赛和观赛，为中国的体育事业发展奠定了基础
在随后的几十年中，北京工人体育场不仅成为了北京市的重要体育设施，也成为了举办各种大型活动
北京工人体育场的历史
北京工人体育场的历史
北京工人体育场的建设可以追溯到1959年，当时中国政府为了展示中国工人阶级的力量和为举办大型
1 国际赛事而决定兴建这座体育场。体育场的建设工作于1959年8月正式启动，由北京市的建筑师和工程
师们共同参与设计
2
在建设过程中，工人们发扬了"鼓足干劲、力争上游、多快好省地建设社会主义"的精神，在短短的两 年时间内完成了体育场的主体工程。随后，体育场的配套设施和周边环境也得到了逐步完善
第九章-悬索结构
为使单层悬索屋盖结构具有必要的稳定性，一般可采取以下几种措施：
1 增加悬索结构上的荷载
一般认为，当屋盖自重超过最大风吸力的1.1～1.3倍，即可认为是安全的。
2 形成预应力索－壳组合结构
对钢筋混凝土屋面施加预应力，使之形成一倒挂的薄壳与悬索共同受力、整体工作。
北京工人体育馆：建于1961年，其屋盖为圆形平面，直径94m，采用车辐式双层悬索体系，由截面为2m X2m的钢筋混凝土圈梁、中央钢环，以及辐射布置的两端分别锚定于圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m，高11m，由钢板和型钢焊成，承受由于索力作用而产生的环向拉力，并在上、下索之间起撑杆的作用。
椭圆形，24.6×36.6m 椭圆形，60m×80m 椭圆形，36m×50m
双曲抛物面索网 天津大学健身房 浙江人民体育馆 新疆化肥厂俱乐部
1961 1979 1991
圆形，直径94m 圆形，直径61m 圆形，直径44m
车辐式双层索系 北京工人体育馆 成都城北体育馆 广汉市文体馆
建成年份
平面及尺寸
工程名称
我国悬索结构工程一览表
1988 1990
六边形，74m×79m 卵形，73m×89m
鞍形索网、以拱作为中央支承 四川省体育馆 青岛市体育馆
1990
近似椭圆，66m×78m
鞍形索网、以索--拱体系作为中央支承 北京朝阳体育馆
闭合曲线形环梁
由两组相互正交的、曲率相反的拉索直接交叠组成，形成双曲抛物面 边缘构件的形式可分为：
交叉索网体系
垂跨比
优缺点
拉索水平力的传递
形式
组成Βιβλιοθήκη 1991矩形，43m×44m
平行双层平面索系（索桁架） 无锡市体育馆
1 增加悬索结构上的荷载
一般认为，当屋盖自重超过最大风吸力的1.1～1.3倍，即可认为是安全的。
2 形成预应力索－壳组合结构
对钢筋混凝土屋面施加预应力，使之形成一倒挂的薄壳与悬索共同受力、整体工作。
北京工人体育馆：建于1961年，其屋盖为圆形平面，直径94m，采用车辐式双层悬索体系，由截面为2m X2m的钢筋混凝土圈梁、中央钢环，以及辐射布置的两端分别锚定于圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m，高11m，由钢板和型钢焊成，承受由于索力作用而产生的环向拉力，并在上、下索之间起撑杆的作用。
椭圆形，24.6×36.6m 椭圆形，60m×80m 椭圆形，36m×50m
双曲抛物面索网 天津大学健身房 浙江人民体育馆 新疆化肥厂俱乐部
1961 1979 1991
圆形，直径94m 圆形，直径61m 圆形，直径44m
车辐式双层索系 北京工人体育馆 成都城北体育馆 广汉市文体馆
建成年份
平面及尺寸
工程名称
我国悬索结构工程一览表
1988 1990
六边形，74m×79m 卵形，73m×89m
鞍形索网、以拱作为中央支承 四川省体育馆 青岛市体育馆
1990
近似椭圆，66m×78m
鞍形索网、以索--拱体系作为中央支承 北京朝阳体育馆
闭合曲线形环梁
由两组相互正交的、曲率相反的拉索直接交叠组成，形成双曲抛物面 边缘构件的形式可分为：
交叉索网体系
垂跨比
优缺点
拉索水平力的传递
形式
组成Βιβλιοθήκη 1991矩形，43m×44m
平行双层平面索系（索桁架） 无锡市体育馆
北京工人体育馆.
周边用地
序号 类别
1
餐馆
2
酒店
3
酒吧
4
咖啡厅
5
购物
合计
店铺数量 27 2 20 5 16 70
所占比 备注 例 38.6% 2.8% 包括宾馆
28.6%
7.1%
22.9%
100%
2022/1/18
体育馆特质分析
• 体育馆是“动感生活”、“活力生活”及“城市 生活”的接口，是一个枢纽。
• 体育馆是一个城市的重要场所，是人们进行体育 锻炼以及观看比赛演出的通道，也是人们近距离 接触明星的窗口，在这里人们将在兴奋时刻留下 深刻印象。
• 2、2006年4月18日起，为迎接2008年北京奥运会，工人体 育场奥运改扩建工程对体育场进行了全面改造。
• 3、2007年1月，拆除了位于工体北侧的亚运会主火炬台， 在原地增设了一台120平方米的超大旋转显示屏。
• 4、2008年2月28日，完成了全部改造工程。改造后的体育 场成为可容纳观众坐席62000人规模的奥运会足球比赛场， 场内设施完全满足奥运会足球比赛技术标准要求。
2022/1/18
IRENA商业圈的成功开发
• 工体IRENA商圈是依托工人体育场而呈现的商业运 营与开发，引进多家国际国内著名品牌，融合运 动、美食、夜店、休闲、酒店、办公等业态为一 体的多元化综合商业街区。成功整合了体育场馆 文化及周边的商业资源。2001年底，世界最大的 酒商芝华士CHIVAS公司在工体设立国际概念酒屋 后，MIX和VICS酒吧率先进驻工体北门。2004年以 后，规模更大、装修更豪华、娱乐功能更齐全、 更有个性的酒吧在工体西门聚集，形成了今天工 体IRENA商圈的雏形。体育产业的发展正是应该是 以体育为中心，通过发展相关休闲行业的方法， 从而达到营造良好商业氛围、建设新型商业圈这 一目的。
北京工人体育场改建工程钢结构关键施工技术研究
北京工人体育场改建工程钢结构关键施工技术研究摘要：以北京工人体育场改建工程为例，对其钢结构关键施工技术做了详细介绍。
北京工人体育场屋顶为拱壳结构，针对该结构施工中面临的结构安装面积大、施工作业面广、高空作业量大等难题，采用带中心压力环大开口拱壳内外环同步安装施工方法。
通过采用格构钢柱临时支撑、内环梁和外环梁分段吊装、主拱肋吊装、钢结构合拢及卸载等关键技术，达到了体育场设计安全、优雅、适用、经济的目的。
关键词：北京工人体育场；钢结构；拱壳结构；关键施工技术0引言随着经济和科学技术的高速发展,许多大型体育场馆都采用了大跨度空间结构,其具有建筑造型独特、受力合理、空间利用率高等优势[1-2]。
钢结构拱壳结构因其良好的静力及抗震性能而在大跨度空间结构中得到广泛应用[3-4]。
钢结构拱壳包含拱支单层网壳、拉索杂交网壳、弦支拱壳等，多为闭合屋盖的结构形式[5]。
专业化体育场馆既需要敞开的观赛环境，又需要对观众坐席进行遮挡，避免日晒及雨淋，提供现代化舒适的观赛环境，而现代化体育场馆屋盖很适用于开口拱壳结构形式。
本文以北京工人体育场改造复建工程为对象，采用一种带中心压力环大开口拱壳结构。
解决了场地占用大、无法交叉作业、起重机械要求高等问题，减少了高空焊接工作量，提高施工效率，可为类似工程提供参考。
1北京体育工人体育场改建工程概况北京工人体育场原设计未考虑抗震设防，结构材料的强度也较低，基础为木桩加毛石基础。
对这一已使用超过60年的标志性建筑，要使其满足高等级国际足球比赛的需求，其改建工作面临着巨大的挑战[6]。
2020年7月,北京市工人体育场启动保护性改造复建，北京工人体育场改造复建项目位于北京市朝阳区工人体育场内，主体建筑面积约64000m2，改造后建筑总面积为385000m2。
屋顶罩棚钢结构采用大开口单层拱壳结构，该结构包括受拉外环梁、受压内环桁架、主拱肋、交叉斜撑及内悬挑钢梁等。
结构平面长轴271m，短轴205m，最大悬挑跨度约74m，屋盖投影覆盖所有低区看台，可给观众提供舒适、视野开阔的平台。
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Workers' Gymnasium
建造特色与建造过程
改造目的： 2006年5月26日工人体育馆开始进行 奥运改造工作，而改造后的工人体育 馆被作为北京2008年奥运会拳击比赛 和残奥会盲人柔道比赛场馆。
改造内容：
改造工程总建筑面积41828平方米， 其中改造原有工人体育馆主建筑面积 40200平方米，新建能源中心1628 平方米。 1. 外观方面： a. 全部更换成绿色环保窗户 镂空浮雕全部被保留 这次改扩建，工人体育馆外观上最大的变化来自窗户的更换。工人体育原来的窗户已经不能满足 现代节能环保的要求，此次改建将全部更换为绿色环保的铝合金双层玻璃窗户。正是这个小小的 变化将给工人体育馆带来一点现代和陌生体育馆内的超级大灯的感觉。 体育馆原来三个大门入口处都镶有成组的水泥浮雕：白胡子老爷爷挥舞斧钺刀叉，马尾辫小姑娘 踢鸡毛毽子……如今，这些反映当年形形色色群众体育、“增强人民体制”的体育活动的浮雕在 重新滩涂涂料后，全部都得到了保留。 体育馆内的超级大灯
屋顶结构
相似 轮辐式双层悬索结构
北京工人体育馆
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屋顶结构
内径为94米的绷筋混凝土外 环
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屋顶受力
内环（受拉 环）选择延 性好的钢材
整个屋顶结构形成 一个受力平衡系统
外环（受压 环）使用具 优良抗压性 能钢混材料
下悬钢绞索承受 轴向拉力
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建筑设计概念 方案生成过程：
圆柱形主体+八角形基座
缺点：外形虽有变化但琐碎； 与上层交接处结构复杂。
优点：外形完整且视线连续可以看到其 他两个大门；角接触结构简单；不会产 生凸角；外圈路最短。
圆形主体+圆形基座
直分隔带平檐口
挺拔有力，简洁大方， 施工简单。
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功能布局
场地的主入口位 于北侧，体育馆 东西北三侧设有 大门，分别让工 作人员、运动员 和观众进场。
场地内还设有各种 服务类建筑，包括 餐饮、零售店等。
观众信息服务亭 商品零售店 餐饮售卖点 治安处理点 无障碍卫生间 无障碍通道
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记者休息室 运动员准备室 观众休息廊 从大厅看休息厅 运动员休息茶室
休息厅一角
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建筑空间特点
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结构方案比较
壳体结构 虽然用钢量较少，但是 耗费木模，尤其是在 20多米的高空中施工 ，操作困难，同时也妨 碍下部工程的施工。
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内环结构剖析
立面展开
节点平面
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结构稳定性
为了保题屋盖有足够的刚度和稳定性, 本工程除了在桔构形式上采用了圆形 双层悬索外, 还在设计中考虑了对上索 施加预应力, 其目的有二： 一是使上索 在屋面荷裁作用下减少下垂度, 以利雨 水的排除；二是可以减少内环受荷载 后的下沉量,增加顶盖的刚度。
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建筑空间特点 比赛场及观众席
比赛场和观众席空间紧凑完 整，整体尺度考虑周全，即 使是最上排观众也能清除看 清比赛场上乒乓球赛的进行。 周围一圈柱间全部开窗，令 比赛场内获得充足的照明。 屋顶上下钢索间在改造的时 候加了吊顶，大大改善了原 本不如意的混响效果，视觉 上也更现代更大气。
＋
新颖活泼，但可能过于精巧， 不能充分反映我国体育事业蓬 勃发展的气魄。
直分隔带小壳檐
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和体育场不太协调， 而且缺乏“力”的表 现，施工也比较费事 。
横分割
整个建筑显得轻快 豁朗。
最终成果
建筑设计特点
总体布局
建筑 设计 特点
周边环境概况
功能布局
北京工人体育s' Gymnasium
建筑空间特点 比赛场及观众席
比赛场和观众席空间紧凑完 整，整体尺度考虑周全，即 使是最上排观众也能清除看 清比赛场上乒乓球赛的进行。 周围一圈柱间全部开窗，令 比赛场内获得充足的照明。 屋顶上下钢索间在改造的时 候加了吊顶，大大改善了原 本不如意的混响效果，视觉 上也更现代更大气。
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项目基本概况
北京工人体育馆
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项目基本概况
建筑所在地：北京市朝阳区三里屯
竣工时间：1961年2月28日 固定座位：12000个 临时座位：1000个 建筑面积：4万平方米
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建筑空间特点 休息区
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。
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建筑空间特点 休息区
功能布局
一层平面图 由门廊、门厅到大厅 ，再到休息室，以及 三个大厅之间，一方 面空间相通，适合于 大量观众集散和休息 ；另一方面，利用层 高、色彩和灯光处理 的变化，将空间加以 分隔，使主题更加突 出，层次分明
门廊 大厅 运动员休息室 比赛场 门厅
休息厅
运动员准备场
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钢网架结构 根据计算, 钢网架结构 需型钢1000吨左右, 并 且须在现场内部拼装起 吊,而且需要较大场地 ，影响看合工程的施 工。
悬索结构 悬索结构用钢量280 吨，并且悬索较轻， 而且柔性较大, 起重设 备仅需塔式起重机一 台，施工较钢架结构 简便。
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结构层分解
轮辐式双层悬索结构屋顶
钢筋混凝土框架结构
钢筋混凝土支承桩基础
洼地地基
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结构传力分析
稳定索
悬索屋顶
受力索
F
钢混框架 承重结构 F 钢混支承桩基础
结构剖面
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结构传力分析
结构剖面
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b. 为奥运增开西门 修建停车场 在场馆疏散人流的设计上，原本只有北门、东门以及小南门的工人体育馆此次改造后增设了西门。 据介绍，奥运会期间，运动员及工作人员将从西门进入，媒体以及VIP人员从小南门进入，观众则从 北门和东门进入场馆。另外，场馆西侧外的城中村拆除后，将修建能容纳400辆汽车的停车场。 2. 安全方面： 窗户遇火灾可自动打开 智能大水炮亦能自动灭火 走进体育馆，向房顶四周观看，您会发现有6门大水炮规则地排列在房顶四周。“这是智能大水 炮，它们会随时‘观察’着馆内的全部空间，一旦发现火灾，就会主动灭火。” 刘丙宇说。 此外，四层休息环廊顶部外窗采用消防联动电控开启方式，遇到火灾时能够自动打开，再加上高科技 的消防水炮等设施，有效地保证了比赛大厅的安全。
场馆简介
工人体育馆是组成工人体育场三组建筑群（北京工人 体育场、北京工人体育馆和游泳场）中的重要部分。 馆内除中心馆外，还有羽毛球馆等专用馆场。 场馆整体形式为圆形，地下一层，地上四层，顶棚 为辐轮式悬索结构，跨度达到94米，能容纳1.5万名 观众。
自2006年5月26日开始，工人体育馆开 始进行奥运改造工作，改造后除了外观 保持原样外，使用功能有了较大的增加 。馆内通风、照明、机电、音响等进行 全面改造更新，观众大厅座椅全部进行 了更换，还增加了240个记者席、30个 贵宾室和休息室。
北京工人体育馆
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建筑空间特点 休息区
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。
北京工人体育馆
二层西侧是办公区，工作 人员从一层的贵宾入口处 楼梯上来。东侧和北侧则 是休息室。运动员在南侧 区域休闲娱乐。
三层以及四层都是 由一圈休息廊组成 ，每一侧都设有小 卖部为观众提供各 种服务。
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结构选型与构造设计分析
建筑空间特点
结构 和 空间 设计
建筑结构类型 建筑结构层分解 特殊结构问题 建造特色与建造过程
建筑空间特点
门廊门厅及入口大厅
建筑首层北、东、西三面为 观众入口，深达6m的门廊 保证了疏散时有足够的缓冲 地带。穿过7.5m深的门厅 就进入宽敞的两层高的大厅。
北京工人体育馆
Workers' Gymnasium
建筑空间特点
门廊门厅及入口大厅
建筑首层北、东、西三面为 观众入口，深达6m的门廊 保证了疏散时有足够的缓冲 地带。穿过7.5m深的门厅 就进入宽敞的两层高的大厅。
由于有机械通风，厕所布置 在内侧较为隐蔽的地方。这 样就可以有效利用看台下部 的空间，把外侧较高、有天 然光线的部分充分利用做休 息厅。而且本是暗房间的运 动员准备室也因为通高处理， 利用高侧窗可以采到比赛场 的漫反射光。