珠海KA工程（一标段）项目建筑面积27.9万平方米。2015年1月开工建设，旅检楼A区地下一层，地上三层，建筑高度50.78 m，2015年5月地下室底板结构施工完成，2015年9月完成主体结构封顶。旅检楼B区地上三层，建筑高度29.5 m，钢筋混凝土框架结构，钢结构屋盖，根据GB 50009—2001，设计基本风压为0.85kPa，地面粗糙度为A类。2017年4月完成主体结构封顶。2017年12月完成旅检A区、旅检B区大楼主体结构的建设，2018年3月组织工程竣工验收。建筑造型宛如一柄晶莹剔透的翡翠“如意”，寓意“一地三通，如意牵手”。交通中心包括长途汽车站、旅游集散中心、公交出租车换乘岛、旅客配套服务用房、长途巴士站以及上部景观平台和旅客服务设施组成的综合体建筑。现场办公区包括地下一层，地上7～9层，建筑最高度49.64 m，见图3.11.2-1。
图3.11.1-15 少数铝板出现了一些变形
图3.11.1-16 周边海堤损毁
图3.11.1-17 部分市政设施损坏
旅检A区和交通中心平面示意图见图3.11.2-2，投影面积6.89万平方米。整个屋架采用42根钢管柱支撑，为双曲空间网架结构，网架自重约9600t，屋盖钢结构长329 m，宽237 m。侧悬挑雨篷考虑建筑效果要求采用悬挑桁架结构，见图3.11.2-3，最大悬挑长度37 m，安装高度35 m，在柱顶网架高度最大约7 m，天窗周边网架高度最小约3 m。
图3.11.2-1 珠海KA工程总平面图
图3.11.2-2 旅检A区和交通中心屋盖平面示意图
图3.11.2-3 旅检A区横向非天窗区域
图3.11.2-4 旅检A区纵向天窗区域
图3.11.2-5 旅检A区纵向非天窗区域
旅检A区屋面分布有7个大小不等的椭圆形天窗，均位于柱间跨中，见图3.11.2-2。因建筑效果要求天窗部位结构尽可能简洁，故需采用单层结构。尽管支撑屋盖的柱子是双向布置的，受天窗削弱的影响，天窗之间的屋面主要依靠柱顶的结构单向传递竖向荷载，见图3.11.2-4。其余没有天窗的屋面荷载则可以双向传递到柱子。下部承重和抗侧力结构采用锥形钢管混凝土柱，柱顶铰接。在钢管中灌注高强混凝土，以提高支承柱的侧向刚度。在满足抗震和抗风侧向刚度和整体抗扭要求的前提下，为减小屋盖结构温度作用，将远离交通中心侧最外排支承柱柱顶支座设置为单向滑动支座，释放纵向位移约束。同时将该排柱两侧角柱柱顶支座的双向位移约束释放，成双向滑动支座。双层网格结构对风相对不敏感，被天窗开洞削弱后的双层网格结构屋盖仍具有较好面内和面外刚度，见图3.11.2-4、图3.11.2-5。旅检A区和交通中心的屋面采用防水卷材+金属屋面的双层系统。直立锁边铝镁锰合金金属屋面板宽度为300 mm，厚度1.0 mm，见图3.11.2-6。
3.11.2.1 风洞试验
本项目位于人工岛上，受台风影响较大，设计要求采用50年一遇10 min 平均风速所对应的基本风压取0.85kPa。设计时间为2013年10月，该项目在强风多发地区的海岛，地面粗糙度为A类。空间复杂的大跨空间结构，主体结构空间曲面造型复杂，结构的柔性表现较为突出，其在风荷载作用下的响应较为明显，该项目进行了风洞试验研究，更准确地确定整体结构在不同风向角下的风荷载分布情况，为完成本项目的结构抗风设计提供必要的技术支撑。工程的刚性模型进行了风洞试验，测试了模型表面的平均压力和脉动压力，试验结果用于整体结构设计和围护结构设计。
（1）根据工程所在地理位置和地貌特点，在A类大气边界层模拟风场，通过电子压力扫描阀测量出刚体模型表面的平均压力及同步脉动压力，风向角在360°范围内，按15°的间隔为一个风向角。试验段底板上的大转盘直径为6.5 m，试验风速范围从1.0～15 m/s连续可调。流场性能良好，试验区流场的速度不均匀性小于2%，湍流度小于2%，平均气流偏角小于0.5°。根据试验测得的风压数据进行数据处理，给出用于主体结构设计的风荷载：主体结构在24个风向角上的测点体型系数和各分块的体型系数。用于围护结构设计的风荷载：围护结构在24个风向角上各测点重现期为50年的最大、最小阵风风压。
（2）风洞测压试验模型。刚体模型，见图3.11.2-7，主体结构用有机玻璃板和ABS板制成，具有足够的强度和刚度，在试验风速下不发生变形，并且不出现明显的振动现象，以保证压力测量的精度。考虑到实际建筑物和风场模拟情况，选择模型的几何缩尺比为1：250，模型与实物在外形上保持几何相似。试验时将测试模型放置在转盘中心，通过旋转转盘模拟不同风向角。同时考虑了周边较为典型的建筑物，通过ABS板制作实现。
（3）风向角按逆时针方向增加，试验风向角间隔取为15°，该项目方位及风向角定义，以主体建筑为参照，风从屋顶较高处吹向较低处为0°风向角，见图3.11.2-8。
图3.11.2-6 屋面系统构造
图3.11.2-7 模型制作照片
图3.11.2-8 风向角定义示意图
（4）在风洞中模拟大气边界层风场是建筑模型风洞试验的重要内容。根据本项目周围数千米范围内的建筑环境，确定了本试验的大气边界层流场模拟为A类地貌风场，因此本风洞试验按照以1：250的几何缩尺比模拟了A类风场，风洞中模拟的A类地貌平均风速剖面见图3.11.2-9，风洞中模拟的A类地貌紊流度剖面和脉动风功率谱见图3.11.2-10。
图3.11.2-9 风洞中模拟的A类地貌平均风速剖面
图3.11.2-10 风洞中模拟的A类地貌紊流度剖面和脉动风功率谱
（5）模型测压点布置在主体结构的外表面，其中对于中间敞开的结构，其内外侧面都布置有测点，测点总数超过1000个。主体结构表面测点布置将主体结构外表面大致分为三个区域，分别对应为屋盖的上部区域，屋盖的下部区域，以及主体结构的周围侧面区域。
（6）主体结构屋顶上部体型系数是负风压控制，各分块在不同风向角下分块体型系数的最小值出现在旅检A区和交通中心的大洞角部，最小值为-1.64kPa，见图3.11.2-11；各分块在不同风向角下分块体型系数的最大值出现在旅检A区和交通中心的大洞另外角部，最大值为0.11kPa，见图3.11.2-12。
主体结构屋顶下部体型系数，在来流不同风向角下，正风压、负风压均存在。各分块在不同风向角下分块的最小值出现在旅检A区第3个椭圆形天窗，最小值为-0.40kPa，见图3.11.2-13；各分块在不同风向角下分块的最大值出现在旅检A区的角部，最大值为0.67kPa，见图3.11.2-14。
主体结构四周侧边体型系数，在来流不同风向角下，正风压、负风压均存在。各分块在不同风向角下分块体型系数的最小值出现在旅检A区角部，最小值为-0.62kPa，见图3.11.2-15；各分块在不同风向角下分块体型系数的最小值出现在旅检A区的东部，最大值为0.98kPa，见图3.11.2-16。
图3.11.2-11 屋顶上部分块体型系数最小值
图3.11.2-12 屋顶上部分块体型系数最大值
图3.11.2-13 屋顶下部分块体型系数最小值
图3.11.2-14 屋顶下部分块体型系数最大值
图3.11.2-15 主体结构四周侧边体型系数最小值
图3.11.2-16 主体结构四周侧边体型系数最大值
（7）围护结构设计的风压试验结果。对于建筑外围设计用风荷载的确定，按照现行的建筑结构荷载规范提供的围护结构设计用风荷载，即阵风风荷载。根据试验所得的平均风压系数和现行的建筑结构荷载规范计算的阵风风荷载（50年重现期），作为用于屋面及玻璃幕墙等围护结构设计用风荷载。在进行围护结构及其覆面（如玻璃、金属、石材等各种幕墙）设计时，考虑一定的内压修正。
24个风向角中各测点的最大阵风风压和最小阵风风压（kPa，50年重现期），其中屋顶上部分围护结构的最大值分布在交通中心的边缘区域，最大值为1.12kPa，见图3.11.2-17；屋顶上部分的较小值分布在边缘区域，最小值为-3.84kPa；屋顶下部分围护结构的较大值同样出现在曲面的外围区域，最大值为2.10kPa；屋顶下部分的较小值同样出现在曲面的外围区域，最小值为-1.81kPa。
主体结构四周侧边围护结构的最大阵风风压为2.38kPa，位于交通中心西边边缘区域，见图3.11.2-18。主体结构四周侧边的最小阵风风压为-2.26kPa，见图3.11.2-19。
图3.11.2-17 屋顶上部围护结构最大阵风风压
图3.11.2-18 主体结构四周侧边围护结构最大阵风风压
图3.11.2-19 主体结构四周侧边围护结构最小阵风风压
（8）风振分析结果。对于风敏感的或跨度大于36 m的柔性屋盖结构，应考虑风压脉动对结构产生风振的影响。屋盖结构的风振响应宜依据风洞试验结果按随机振动理论计算确定。所谓风振系数是指风荷载的总响应与平均风产生响应的比值，风荷载的总响应包括平均风产生的响应和脉动风产生的响应。因此按照定义可以得出结构上任意点的风振系数：
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式中：βi——任意点的风振系数；
——该点的平均风位移；
σi——该点响应的均方差；
g——对应的峰值因子。
同时可得该响应的峰值（Rpeak）、极大值（Rmax）和极小值（Rmin）定义为：
采用整体结构风振位移作为风振系数的评估对象，采用该值来定义结构的整体风振系数。其中为了方便处理风荷载垂直作用于结构表面，将桁架结构全部用无质量和刚度的膜单元封闭。
对于空间复杂结构体系，对整个结构定义一个整体的风振系数无法体现结构的风振响应特点，因此可把模型分为上下表面共34个分块，其中上表面分块情况见图3.11.2-20。风振系数较大的两个区域是5分区45°风向角，风振系数2.157和15区315°风向角，风振系数2.336。5分区和15区均为旅检A区和交通中心之间的连廊，跨度大，柔性特征显著，脉动风产生的响应大。
（9）对整体结构进行等效静风荷载计算，给出了各风向角下结构各节点的等效节风荷载，计算结果显示珠港旅检楼30°、45°、330°和45°等角度较为不利，交通中心150°、240°～345°等角度较为不利，验算风荷载时应于更多的关注。
3.11.2.2 结构计算
屋面系统的风荷载计算根据风洞试验的结果进行取值，天沟两侧、檐口内侧各3 m范围内的风压按重现期50年的1.1倍计算，其余部位按照重现期50年计算。要求金属屋面的抗风性能需满足在极端气候条件下屋面板不被掀开破坏，故参照《单层防水卷材屋面工程技术规程：JGJ/T 316—2013》[10]，抗风揭试验的风荷载试验值为风荷载设计值的2倍，见图3.11.2-21。试验方法按《压型金属板工程应用技术规范：GB 50896—2013》附录D采用，该方法参考了美国FM标准FM 4471《Approval Standard for Class 1 Panel Roofs》。
图3.11.2-20 风振响应上表面分块平面图
3.11.2.3 风灾致损
尚处于施工阶段的旅检A区、交通中心、旅检B区屋面工程均遭受到不同程度的破坏。旅检B区金属屋面系统风致破坏，见图3.11.2-22，特别是檐口负风压较高破损较多，见图3.11.2-23。旅检A区、交通中心区、旅检B区建筑悬臂柱支承的双层空间网架主体结构完好。旅检A区金属屋面系统受损严重，见图3.11.2-24；交通中心区金属屋面系统基本完好，见图3.11.2-25；旅检B区屋盖钢桁架基本完好，金属屋面系统破坏，见图3.11.2-22、图3.11.2-26、图3.11.2-27。
旅检A区金属屋面系统由钢方通檩条和铝镁锰合金金属屋面板组成，“天鸽”强台风过后该建筑屋面板等围护结构缺损面积超过10%低于50%，风灾破坏等级为中等破坏，其破坏特征是：
（1）承重结构：旅检A区锥形钢管混凝土柱+双层空间网架屋盖，体系合理，在强台风中基本完好。
（2）墙体围护结构：旅检A区墙体围护结构为玻璃幕墙，“天鸽”强台风时未施工。
图3.11.2-21 屋面系统抗风揭试验
图3.11.2-22 旅检B区屋面系统受损严重
图3.11.2-23 旅检B区檐口受损严重
图3.11.2-24 旅检A区屋面板受损严重（来自网络）
图3.11.2-25 交通中心屋面板基本完好（来自网络）
图3.11.2-26 旅检B区钢管桁架屋盖基本完好
图3.11.2-27 旅检B区屋面底板基本完好（来自网络）
图3.11.2-28 旅检A区檐口屋面板受损严重
（3）屋面围护结构：旅检A区的跨度、空间比交通中心和旅检B区大，风荷载效应更加明显。墙体围护结构“天鸽”强台风登陆时未施工，风直灌入室内，导致室内风致内压突然加大，金属屋面的外表面负风压及风致内压产生叠加效应。金属屋面在圆弧挑檐属于风荷载敏感区，来流在挑檐产生分离，破坏严重，见图3.11.2-28。金属屋面板采用直立锁边连接，屋面板扣合在高强度的铝合金支座上，破坏形式是铝合金支座弯曲变形，导致金属屋面板与支座连接失效，屋面板风揭破坏，见图3.11.2-29、图3.11.2-30。直立锁边连接优点是可以避免自攻螺丝在屋面板上开孔造成漏水质量的通病。直立锁边连接缺点是屋面板抗风能力主要决定于屋面板与支座的扣合强度，扣合强度目前难以准确计算，大多数有限元模型在模拟接触时比较困难，计算结果有偏差，因此扣合强度需通过构造、计算和足尺检测试验综合确定，采用试验测定与数值模拟为主。屋面板件和连接件之间的直立锁边连接长期使用后温度和风振变形产生磨损和松动效应难以计算，需试验实测。静态检测法和动态检测法。台风荷载为持续反复作用的振动荷载。由于台风风压随时间变化，会出现小一大一小的情况，持续风振造成连接部位磨损、松动、疲劳，静态试验难以反映真实振动状态。采用动态检测法按一定时间间隔模拟加风压、卸风压过程，见图3.11.2-21。检测试件连接（搭接、咬合、锁合）破坏，板被撕裂或掀起，检测试件产生永久变形且其超过板肋高度即为失效，当扣合强度不足时，屋面板与支座连接脱开导致风致破坏，见图3.11.2-31～图3.11.2-33。旅检A区采用直立锁边的连接方式（图3.11.2-34），在强台风中金属屋面板与钢方通檩条连接失效，导致风揭破坏，铝合金固定支座部分弯曲破坏。直立锁边型金属屋面板是否适用于强风多发地区值得商榷。
（4）屋面围护结构的支承构件：钢方通檩条总体完好，见图3.11.2-35。
3.11.2.4 改进措施
旅检A区和交通中心都是采用直立锁边铝镁锰合金金属屋面。但在工程实践中，“天鸽”强台风中此类屋面系统被风揭破坏，暴露出该屋面系统从设计到施工方面还存在问题，提出改进措施：
（1）通过类似工程案例的分析，以及金属屋面抗风揭动态和静态试验，提出由于近些年等效基本风压的增大，基本风压应根据极端天气的变化情况适当进行调整的建议。在广东及港澳等台风多发地区，8～10s的波动周期更能真实反映本地的台风环境。
（2）根据直立锁边金属屋面系统的大样图及现场风灾破坏情况（图3.11.2-33、图3.11.2-36），由于屋面板板肋与铝合金支座（T码支座）的扣合处易脱开，此部位应普遍设抗风夹。在檐口等薄弱部位加密檩条、加密抗风夹，并设抗风压条，见图3.11.2-37。金属屋面按一定间距设置分仓缝，避免金属屋面被风揭时形成多米诺骨牌效应。
旅检A区、交通中心、旅检B区屋面工程受“天鸽”强台风破坏后经过改进返工，成功经历2018年9月强台风“山竹”的考验，见图3.11.2-37、图3.11.2-38。
建议在规范修编或设计中，对金属屋面板、T码支座、自攻螺钉以及抗风夹等的强度和刚度均应补充提出明确要求。
图3.11.2-29 屋面板风揭破坏（来自网络）
图3.11.2-30 铝合金固定支座部分损坏（来自网络）
图3.11.2-31 直立锁边连接破坏简图
图3.11.2-32 直立锁边连接破坏示意图
图3.11.2-33 动态检测中直立锁边连接破坏
图3.11.2-34 直立锁边金属屋面系统
图3.11.2-35 钢方通檩条完好
图3.11.2-36 金属屋面系统大样图
图3.11.2-37 金属屋面系统增设抗风夹
图3.11.2-38 旅检A区屋面板成功经历2018年9月“山竹”台风考验
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