结构选型案例分析之北京工人体育馆

1、北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium项目基本概况北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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：4万平方米北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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

2、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。场馆简介北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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。 圆形主体+圆形

3、基座优点：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。直分隔带平檐口挺拔有力，简洁大方，施工简单。 直分隔带小壳檐新颖活泼，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。 横分割和体育场不太协调，而且缺乏“力”的表现，施工也比较费事。 最终成果整个建筑显得轻快豁朗。建筑设计概念北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium总体布局周边环境概况建筑设计特点功能布局建筑设计特点北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium北京工人体育馆位于朝阳区三里屯

4、工人体育场北路，整体呈圆形。整个场地地势平坦，四条入口道路分别连接城市主次干道，体育馆构成了场地的核心部分。建筑位置主要道路城市主干道总体布局北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium紧邻工人体育馆的是工人体育场，于1959年8月31日投资兴建，是北京最大的一座综合性体育场之一。该场包括3组建筑群：北京工人体育场、工人体育馆和游泳场。它的中心运动场能容纳6万观众。两个圆形建筑，分别位于主干道两侧，相互呼应，相得益彰。周边环境概况北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium场地的主入口位于北

5、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。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场地内还设有各种服务类建筑，包括餐饮、零售店等。功能布局北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium门厅门廊大厅休息厅比赛场运动员准备场运动员休息室一层平面图 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，层次分明功能布局北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers

6、 Gymnasium办公室及休息室运动员小吃部运动员准备场上空运动员俱乐部大厅上空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。功能布局二层平面图 北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium休息廊小卖部饮水处三层主体由一圈休息廊组成，观众可以在此俯瞰体育馆内部全貌。功能布局三层平面图 北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium比赛场主席台休息室裁判席四层功能与三层类似。都是休息室与休息廊。功能布局四层平面图 北京工人体育馆北京工人体育馆Worke

7、rs GymnasiumWorkers Gymnasium观众从东北两个入口进入场馆，贵宾从西侧进入，而运动员则从后方进入，很好地实现了人流的集散以及分流。观众流线贵宾及工作人员流线运动员流线二层西侧是办公区，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。流线分析北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium建筑空间特点建筑结构类型建筑结构层分解结构和空间设计特殊结构问题建造特色与建造过程结构选型与构造设计分析北京工人体育馆北京工人体育

8、馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium建筑空间特点北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers 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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers 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。北京工人体育馆北京

9、工人体育馆Workers GymnasiumWorkers 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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers 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。北京工人体

10、育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers 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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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

11、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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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

12、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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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

13、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。从大厅看休息厅休息厅一角观众休息廊运动员休息茶室记者休息室运动员准备室北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium建筑空间特点北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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。钢网架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

14、设备仅需塔式起重机一台，施工较钢架结构简便。悬索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。壳体结构结构方案比较北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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结构层分解北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium悬索屋顶钢混框架承重结构钢混支承桩基础稳定索受力索FF结构传力分析结构剖面北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymna

15、sium结构传力分析结构剖面北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium轮辐式双层悬索结构相似屋顶结构北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium屋顶结构内径为94米的绷筋混凝土外环北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium外环（受压环）使用具优良抗压性能钢混材料内环（受拉环）选择延性好的钢材下悬钢绞索承受轴向拉力整个屋顶结构形成一个受力平衡系统屋顶受力北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymn

16、asium立面展开节点平面内环结构剖析北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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。上下索间还设有两道交叉的抗震拉条，通过上下索及屋面整个体系的自振频率计算, 整个系统中共振的现象不可能产生。结构稳定性北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium特殊结构问题抗

17、风与抗雪荷载、受温度影响也经过精密的计算。 北京工人体育馆的结构设计与施工 北京工人体育馆机构设计小组“北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium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

18、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建造特色与建造过程北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasiumb. 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

19、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。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。3. 结构方面：对体育馆进行结构加固 加大柱体截面积和钢绞线 体育馆主

20、要采用涂刷阻锈剂，加大柱体截面积和钢绞线等加固的方法对体育馆进行了结构加固改造。工人体育馆屋盖的轮辐式双层悬索结构，犹如巨大的自行车车轮一样，上面布满密密麻麻的辐条，都汇集到盖顶中心。这是一种轮辐式双层悬索结构，它的跨度达到94米，有144根悬索。这种结构在当年是世界先进的，在我国建筑教科书中被称为“工体经典结构”。针对之前建筑强梁弱柱的特点，此次改建按照8度抗震的要求对工人体育馆进行结构加固和功能改造体育馆内全景，柱子截面边长增加30厘米，板厚度增加3厘米，圆形的柱子也变成方型的柱子。改造后增加了10吨的梁板承载力，完全满足体育赛事活动中吊挂转播器材、灯具的需要。2. 安全方面：北京工人体育

21、馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium功能改造1. 观众大厅座椅全部更换以及通风、照明、音响等设施全部更新2. 增设无障碍设施总而言之在对北京工人体育馆的结构进行加固，增添新的功能和人性化设施和设备以及翻新装饰，使之焕发新的活力。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium施工当时的施工场景改造的施工场景北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium钢索安装中心环临空就位 上下素采用简隔旋转对称安装的方法, 先在下环东南西北四面各安装几根网索, 以

22、保证钢环及支承架的稳定, 然后间隔旋转对称地悬挂钢索。 中心环的就位是借助于设置在中心环底部和支承房架之间的八个相等间距放置的油压千斤值。在千斤顶的两旁各设置保险平台一个, 为千斤便倒换冲程或发生意外时承托钢环之用。具体构造是采用三层道木上置七层钢板, 中,心环下沉时, 先将千斤值顶起, 撤出原先拼装时用的钢凳子, 再将油压千斤值同时逐渐回油,中心环徐徐下放, 然后统一抽掉保险平台上的一层钢板再继续下沉， 在抽掉第三层钢板时, 千斤顶需倒换冲程, 将中心环下落至保除平台上, 以后再用八个千斤值同时顶起, 逐次下沉至中心环临空悬挂于平衡位置。北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium比赛大厅平面呈正圆形, 看台比较规则,48个轴线 可做成同样规格的构件。中心竞技场可由39.3米直径圆移去四角活动看台而成使竞技场大小可灵活应用。但从预制构件规格而言,当活动看台移去后,除缺角部分规格太多而采用现捣混凝土外, 其余均采用预制装配式看台预制梁安装看台预制梁详图北京工人体育馆北京工人体育馆Workers GymnasiumWorkers Gymnasium四层休息环廊