Construit au coût de 300 millions de livres sterling, le Stade national de Pékin, situé au sud de la pièce maîtresse du Vert Olympique, est un magnifique bâtiment historique qui a accueilli les Jeux Olympiques de 2008 du 8 août au 24 août 2008. Les cérémonies d’ouverture et de clôture et les épreuves d’athlétisme de la 29e Olympiade ont eu lieu au stade. Il a également accueilli les Jeux Paralympiques d’été du 6 septembre au 17 septembre 2008 et la Course des Champions 2009.
Le Stade national de Pékin accueillera les cérémonies d’ouverture et de clôture des Jeux Olympiques d’hiver de 2022, faisant de Pékin la première ville à avoir accueilli les Jeux olympiques d’été et d’hiver.
Un volume brut de trois millions de mètres cubes en faisait le plus grand espace clos du monde à cette époque. C’était alors aussi la plus grande structure en acier du monde avec 26 km d’acier non emballé utilisé.
La structure innovante a été conçue par Herzog & De Meuron Architekten, Arup Sport et le China Architecture Design and Research Group, et a été surnommée le « nid d’oiseau » en raison de la bande de sections en acier tordues qui forment le toit.
En plus de concevoir un stade moderne, l’équipe a été mise au défi de créer un lieu qui faisait partie de la culture chinoise et qui mettrait Pékin sur la carte.
Le stade de 91 000 places a été conçu pour intégrer des éléments de l’art et de la culture chinois. La structure principale du Stade national est une énorme structure en acier elliptique en forme de selle pesant 42 000 t. Le stade s’étend sur 333 m du nord au sud et 294 m d’est en ouest, avec une hauteur de 69,2 m. La conception du stade comprenait des sièges démontables de 11 000.
Structure et conception du stade national de Pékin
Le stade a deux structures indépendantes, une cuvette en béton rouge et le cadre extérieur en acier qui l’entoure à une distance de 50 pieds. Comme il s’agissait d’un site olympique, le consortium de conception devait se conformer à de nombreuses normes. Tout, de la largeur de la piste à la taille et à l’emplacement des stands de saut en longueur et en hauteur, est nécessaire pour répondre aux exigences définies par le Comité International Olympique (CIO) et la Fédération Internationale d’Athlétisme Amateur (IAAF).
Les architectes et ingénieurs ont également dû satisfaire aux exigences fixées par la National Stadium Company afin de créer un stade audacieux, remarquable et de classe mondiale et de le concevoir avec autant de flexibilité que possible pour une utilisation future.
La forme circulaire du stade olympique de Pékin représente le paradis, mais a été décrite comme un nid d’oiseau, avec son motif inspiré de la poterie folle de style chinois. Une série de fermes en porte-à-faux a été conçue pour soutenir le toit, ombrageant les sièges. Lors de la conception du stade national, les architectes et les ingénieurs ont également assuré des sièges confortables et une vue optimale pour tous les spectateurs.
L’accent a également été mis sur la conception du stade de Pékin de manière à pouvoir résister aux tremblements de terre sans trop de dommages, car le stade est situé dans l’une des zones les plus sismiques du monde.
Les halls sont larges et spacieux pour rendre les stands de rafraîchissement et de marchandisage facilement accessibles. Il y a aussi un grand développement commercial à usage mixte sous le stade avec des magasins, des restaurants, des cinémas, un club de santé et un parking.
Le terrain de football du stade d’une superficie de 8 000 m2 offrait suffisamment d’espace pour les tuyaux souterrains du système de pompe à chaleur géothermique (GHP), à travers lesquels l’énergie provenant du sol est collectée. En hiver, le système absorbe la chaleur du sol et aide à chauffer le stade, tandis qu’en été, la froideur du sol est stockée, ce qui refroidit le stade.
La simulation numérique de dynamique des fluides (CDF) basée sur la situation des jeux a été utilisée pour calculer la température et la vitesse du flux d’air à chaque angle de la structure et optimiser toutes les installations de ventilation en conséquence.
Financement du stade de Pékin
Le consortium China International Trust and Investment Corporation (CITIC), qui a levé 42% du financement du projet en échange d’un appel d’offres de 35 ans après la fin des Jeux Olympiques, comprend le groupe CITIC, le groupe de construction urbaine de Pékin, le Golden State Holding Group des États-Unis et la filiale du Groupe CITIC Guoan Elstrong (un accord de partenariat public et privé).
Les 58% restants sont financés par le gouvernement municipal de Beijing et ont été confiés à la Beijing State-Owned Assets Management Co Ltd en tant que représentant du gouvernement de la ville.
Entrepreneurs et construction du stade de Pékin
La construction du stade de Pékin a commencé le 23 décembre 2003 et s’est terminée début 2008. Beijing Mechanical Construction Company a remporté l’appel d’offres pour le terrassement et le traitement des fondations en novembre 2003 et les travaux ont commencé presque immédiatement. CITIC International Contracting Inc était le principal entrepreneur en construction.
L’ingénierie des structures, l’ingénierie mécanique et électrique, l’ingénierie de la sécurité incendie, la conception acoustique étaient sous la responsabilité des partenaires Ove Arup &. Groupe de Construction Urbaine de Pékin Co. Ltd (BUCG) a organisé le projet avec le groupe de recherche China Architecture Design &.
Pour minimiser la construction du coffrage sur la cuvette, l’équipe de conception a utilisé du béton préfabriqué. Une terrasse d’unités préfabriquées en forme de L s’étendant entre les poutres de soutien en béton armé in situ constituera la section des niveaux moyen et supérieur. Le stade olympique de Pékin est soutenu par 24 colonnes principales de 1 000 tonnes chacune, bien plus que le poids de celles d’un stade conventionnel et espacées selon ce qui semble être un motif aléatoire.
Le toit en acier 3D s’étend sur un espace de 330 m de long sur 220 m de large. La géométrie du toit a été élaborée à partir d’une ellipse de base dont le grand axe mesure 313m et le petit axe mesure 266m. La surface extérieure de la façade présente une inclinaison d’environ 13° par rapport à la verticale. Comme la Chine est très vulnérable aux tremblements de terre, le toit a été séparé de la cuvette pour aider à rendre la structure résistante aux tremblements de terre.
Architecture « Nid d’oiseau » du Stade national
L’équipe souhaitait un équilibre optimal entre s’assurer que chaque spectateur ait une bonne vue, créer une bonne ambiance et concevoir un bâtiment élégant. Il fallait aussi être conscient des différentes utilisations du stade; par exemple, lorsqu’il est utilisé comme stade d’athlétisme, la vue la plus importante se trouve à la ligne d’arrivée de la piste de course, mais lorsqu’il est utilisé pour le football, les meilleures vues se trouvent à la ligne centrale.
Se rapprocher suffisamment de tout le monde dans un si grand lieu était un véritable défi et bien faire les calculs était une tâche immense. Par exemple, changer la hauteur de la première rangée de sièges de seulement 100 mm rendrait le stade beaucoup plus grand et plus élevé et augmenterait le coût de plusieurs millions de livres.
Pour obtenir une conception optimale, l’équipe s’est fortement appuyée sur un logiciel de conception paramétrique. Cela a permis de travailler les lignes de visibilité, la géométrie de la cuvette, le flux d’air pour maintenir l’herbe en bon état, les études sismiques et la conception de l’enveloppe extérieure.
Alors que la surface de la structure est simple, la géométrie est complexe – les calculs étaient si nombreux et compliqués qu’ils ne pouvaient pas être résolus manuellement. Un logiciel était nécessaire pour s’assurer que la bande de sections en acier de torsion s’assemblait, car elles devaient se tordre et se plier pour suivre la surface avec précision.
Les éléments principaux se soutiennent et convergent en une formation de grille. La tribune du stade national est un système de mur de cisaillement de sept étages avec une charpente en béton. La partie supérieure de la tribune et la structure en acier du stade sont en fait séparées l’une de l’autre, mais les deux reposent sur une fondation commune.
La structure « nid », aussi aléatoire qu’elle puisse paraître, suit les règles de la géométrie et contient 36 km d’acier non emballé. La forme du toit a été inspirée par le yin yang, la philosophie chinoise de l’équilibre et de l’harmonie.
Le toit est recouvert d’une structure membranaire à double couche, avec une membrane transparente en ETFE (éthylène tétrafluoroéthylène) fixée sur la partie supérieure de la structure de toiture et une membrane translucide en PTFE (polytétrafluoroéthylène) fixée sur sa partie inférieure. Un plafond acoustique en PTFE est également fixé aux parois latérales de la bague intérieure.
Les espaces de la structure du stade olympique de Pékin sont remplis de coussins ETFE gonflés. Sur la façade, les coussins gonflés sont montés à l’intérieur de la structure si nécessaire, pour assurer une protection contre le vent.
Étant donné que toutes les installations – restaurants, suites, boutiques et toilettes – sont toutes des unités autonomes, il est possible de se passer en grande partie d’une façade solide et fermée. Cela permet une ventilation naturelle du stade national, qui est l’aspect le plus important de la conception durable du stade.
Pour réduire les coûts, tous les éléments structurels du stade y sont contenus, il n’y a donc pas de tours ni de filets de câbles. Le bol de la structure est divisé en huit zones, chacune avec son propre système de stabilité, faisant de chaque zone son propre bâtiment.
L’entrée du stade du Nid d’oiseau est contrôlée par des barrières tripodes fournies et fabriquées par l’Allemand Kaba Gallenschütz. Le projet prévoyait l’installation de 138 de ces unités aux 12 entrées du stade.