国家奥林匹克体育中心体育场改扩建工程结构设计

型进行计算分析，研究确定下部结构的薄弱部位及主要加固内容和加固方法。
未加固模型：依据新的建筑要求，在原结构未加固前提下，于层 2 轴 C 钢筋混凝土柱
顶上和层 1 轴 D 钢筋混凝土柱顶上铰接生根新建上部结构钢柱；下部原结构仍采用框架结
构体系，采用混凝土梁板封堵层 1 轴 C，D 间顶板，取消原环向结构缝，保留原四道径向结
国家奥林匹克体育中心体育场改扩建工程结构设计
ห้องสมุดไป่ตู้覃阳 刘立杰 高鹏飞 耿晋 宗海
（北京市建筑设计研究院 北京 100045）
［提要］ 国家奥体匹克体育中心体育场为一改扩建项目，始建于 1989 年，原为 1990 年亚运会主体育场，
现为了满足 2008 年北京第 29 届奥运会现代五项比赛的各项要求而进行改扩建，改建后体育场的建筑面积
Keywords: stadium rebuild and strengthen; damping and energy dissipation structure;
steel structure; steel frame-cabled shed
1 工程概况 原奥体中心体育场是 1990 年亚运会主体育
拆除轴 B，C 间层 2 池座看台及层 2 轴 C 混凝土柱，新建钢结构看台及钢骨混凝土柱； 于轴 D 柱首层顶板标高处新建斜钢柱，与轴 C 新建柱共同作用，支撑上部新建结构（图 2 中剖面 A-A）。
拆除轴 C 外池座看台及其上部的房屋和钢罩蓬，新增三、四两层用屋（层高为 3.9 和 4.0m）、楼座看台及钢罩蓬，罩蓬最高点标高为 43m，新建结构部分每层作为一个温度区段， 未设结构缝（图 2 中剖面 A-A）。
板厚 100mm，层 2 池座看台板采用密肋梁板，板厚 80mm。
西看台改造后，由于建筑座席数的大幅度增加，导致建筑面积、结构质量及建筑高度均
增加很多，表 1 列出了改造前后对比结果（改造后上部新建结构质量按照钢结构体系计算）。
由对比结果可知，上部新增结构部分即使采用了轻型钢结构，整体结构的质量也比原结构增
工程进行了全面的结构检测鉴定，主要结果为：自建成使用已 16 年，体育场结构出现 了较多的耐久性问题，环形高架平台病害程度比看台严重，大部分平台板出现渗漏，部分平 台柱等构件碳化深度已达主筋，个别严重的钢筋锈蚀已造成保护层脱落，环形高架平台梁及 看台梁存在较多收缩裂缝；看台梁板、环形高架平台梁板混凝土强度满足原设计（C18）要 求；大部分看台及高架平台柱混凝土强度等级低于原设计值（C28），西看台占 4/5，东看台 占 3/5，高架平台占 3/4。 2 西看台主要改扩建内容
concrete frame with damping and enerty dissipission steel braced structure was adopted. With the use of damping
absober, both the difficulty and quantity of the strengthening were decreased, and the lateral stiffness of the
3 西看台结构设计
3.1 结构设计标准
根据《国家奥林匹克体育中心体育场奥运工程设计大纲》的要求，改扩建结构设计除必
须满足现行规范要求外，还须满足：本结构改造后的设计使用年限为 50 年，结构设计基准
值为 50 年；结构设计安全等级为二级；抗震设防类别为乙类建筑；抗震设防烈度为 8 度，
设计基本地震加速度值为 0.2g，设计地震分组为第一组，结构抗震措施为 9 度；建筑物场地
几部分，东、西看台及东西高架平台用变形缝各
分为 10 个区段，南、北高架平台各分为 5 个区段。 西看台地上三层，东看台地上两层，东西看台首
层层高均为 5.0m，层 2 均为斜池座看台，层高为 13.65m～16.10m，西看台于看台中部池座看台上 设置局部三层房屋，层高为 3.4m，房屋上部设置
(b) 改造后 图 1 改造前后鸟瞰图
加固方法。屋面采用型钢-拉索钢罩棚，预应力索的使用有效控制了屋面竖向变形，使外挑型钢梁强度可以
充分发挥，达到强度和刚度双控的优化设计。结构分析采用 PMSAP、SAP2000、ANSYS 三种软件。
［关键词］ 体育场改造加固 减震耗能结构 钢结构 型钢-拉索钢罩蓬
Rebuild and Extended Structural Design of the National Olympic Center Stadium
北 4
5
7 56
5 3
76
5
7
3
2
1
A
A
3
7
5
76
3
5
56
7
7
5 4
1 池座看台区域
2 高架平台区域 3 径向结构缝 4 环向结构缝 5 新增径向耗能钢支撑 6 新增环向耗能钢支撑 7 高架平台与池座看台连接桥
图 2 西看台改造前首层平面图
剖面 A-A 改造前后剖面对比图
2
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fully by the use of prestressed cable, the best design was achieved by the control of strength and stiffness.The
analysis softwares PMSAP, SAP2000 and ANSYS were used during the design.
西看台原结构部分通过一道环向结构缝和 4 道径向结构缝分割成了 10 个相互独立的结 构体，根据改造后的建筑功能及结构整体性能需要，此次改造拆除了首层高架平台与池座看 台的 6 座连接桥及环向轴 C，D 间原结构的外挑部分，采用新建混凝土梁、楼板的结构形式 对轴 C，D 间进行了封堵，取消了原结构的环向结构缝，使高架平台和池座看台连接成整体 结构，径向原结构缝保留，层 1，2 原结构划分为 5 个区段（图 2）；
用，阻尼比 4.5％，结构重要性系数取 1.0。
计算结果列于表 2。
由表 2 计算结果可知，原结构保留结
构部分主要存在以下几点问题需解决：层
1
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平板网架钢罩蓬；东西南北高架平台均为一层，层高为 5.0m。原建筑基础形式均采用独立 基础，无地下室。图 1（a）为体育场改造前鸟瞰图。
为全面满足 2008 年北京第 29 届奥运会现代五项比赛的各项要求，改造后的体育场需要 设观众坐席约 4 万个，满足比赛需要的各种配套附属用房，需要建筑面积达到 3.6 万 m2。 其中，东西看台在原池座看台的基础上采用钢框架结构体系新增加了两层用房、楼座看台及 型钢-拉索钢罩蓬，总建筑高度达 43m；南北高架平台采用钢筋混凝土框架结构体系新建一 层池座看台及高架平台，基础形式仍采用独立基础。图 1b 为体育场改造后鸟瞰图。
和建筑高度均发生了很大变化。原结构体系采用钢筋混凝土框架，加固结构体系研究中，结合各种改造加
固手段的可行性及经济性，对比分析了钢筋混凝土框架及框架－剪力墙、钢筋混凝土框架－钢支撑及框架
－耗能钢支撑四种结构体系，最终确定了钢筋混凝土框架－耗能钢支撑的结构体系，通过利用耗能器的减
震作用，有效降低了对原结构的加固难度和加固量，整体结构抗侧刚度增强，这是一种经济、有效的新型
构缝；上部新建部分采用钢框架结构体系，新建部分每层不设置结构缝；屋面罩蓬采用型钢
-拉索钢罩蓬结构体系。
由于工程为复杂空间结构，计算软件采用 PKPM 系列中的 PMSAP 模块进行三维任意空
间建模计算分析（图 3）。计算中，采用平面和立面都不规则，计算 X，Y 方向水平地震作
用及考虑双向效应，考虑 5%偶然偏心作
25.9 （罩蓬）
10868
107378
改造后
40000
5.0 6.0（含罩蓬）
43.0 （罩蓬）
21894
196228
增量
22000 (122%)
2.5 （100%）
17 (66%)
11046 (102%)
88850 (83%)
为了选择合理的加固结构体系，尽量降低下部改造加固量及难度，首先建立了未加固模
为：轴 A 为 350x1200；轴 B 为 400x1400；轴 C 为 400x1700；轴 D、E 为 400x1150，层 2
径向斜梁主要截面尺寸为：轴 A~轴 B 为 350x1200；轴 B~轴 C 为 350x（1200～1600），环
向梁主要截面尺寸为：轴 B 为 450x1200；轴 C 为 400x1200，梁具体位置详图 2。层 1 顶板
Qin Yang Liu Lijie Gao Pengfei Geng Jin Zong Hai
(Beijing institute of architectural design, Beijing, 100045)
Abstract: The national olympic center stadium was built in 1989 for the 1990 asian games, in order to meet the modern pentathlon demand of the 2008 29th olympic games held in Beijing, it needs rebuild and extended
类别为Ⅲ类。
3.2 结构体系研究和确定
根据检测鉴定报告，西看台原结构混凝土柱强度等级较低 C18~C28，4/5 不满足原结构
设计值。梁、板满足原结构设计值 C28。原结构柱截面均采用直径 850 的圆柱，层 1 径向梁