探索香洲区珠海大剧院的设计理念与防灾措施

珠海大剧院是中国唯一建设在海岛上的歌剧院，位于珠海市香洲区情侣中路野狸岛填海区，是珠海市的地标建筑物。该工程包括大剧场和小剧场，大剧场可容纳1600 人，由贝壳、观众厅和舞台三部分组成，贝壳与观众厅以连桥连接，竖向交通放置在贝壳结构内部。小剧场可容纳600人，大小剧场共用一个入口大厅。总建筑面积约59 000 m2。珠海大剧院大小剧场皆形似贝壳，大小剧场建筑高度分别约为91 m及57 m，宽度分别为126 m及68 m。大小剧场贝壳外层超出屋面部分布有圆孔，属镂空结构，贝壳内层还布有一圈百叶层。2017年1月1日投入使用。“天鸽”台风过后进行应急评估，风灾破坏等级为基本完好。

珠海大剧院设计时间为2014年5月，虽然从建筑外形上来看感觉新颖，但是从建筑结构上来说大小两栋建筑竖立在强风多发地区的海岛，根据GB 50009—2001，设计基本风压为0.85 kPa，地面粗糙度为A类。外形不规则，贝壳状立面迎风面积大，对于风荷载十分敏感，抗风性能并不好。幕墙为异形凸出结构，包括铝板幕墙及玻璃幕墙，幕墙主要围护结构为3 mm厚穿孔铝板及6～50 mm厚玻璃。

3.11.1.1 　风洞试验

对于敏感气动外形、周围地形复杂的建筑，规范尚未能明确地提供体型系数，建议进行风洞试验。此外，规范给出的常规建筑的体型系数并没有具体考虑建筑所处的周围环境、大气边界层、气流三维流动的影响，因而根据规范计算出的结构风荷载在总体上偏保守，而在某些部位不够安全。对于建筑的外围护结构和构件，尤其是屋面板和幕墙来说，需要用到局部体型系数，规范的有限数据不适用于抗风计算。因此珠海大剧院委托某实验室并进行了风洞试验。

（1）试验模型精细设计和制作珠海大剧院1：200模型及其周围建筑，试验以珠海大剧院整体平面中心为圆心，进行风洞试验。在珠海大剧院大小剧场表面布置有代表性的测压点测试风压分布，共布置测点734个，见图3.11.1-1～图3.11.1-3。

图3.11.1-1　风洞试验模型骨架（来自网络）

图3.11.1-2　风洞试验模型传感器（来自网络）

图3.11.1-3　风洞试验模型完成（来自网络）

（2）风向规定，风向角为风吹来的方向角，试验从 0°风向开始，每15°一个风向，共24 个风向下进行。然后确定珠海大剧院上的有关围护结构设计的符合脉动风压测试规定的风压值。风向定义如图3.11.1-4所示。

（3）根据建筑场地的具体地形地貌，确定试验采用的大气边界层为《建筑结构荷载规范：GB 50009—2001》规定的A 类。为了得到所要求的边界层，需要进行边界层调试，A 类边界层平均速度和湍流度剖面见图3.11.1-5。

图3.11.1-4　风向示意图

图3.11.1-5　A 类边界层平均速度和湍流度剖面模拟

（4）围护构件风荷载。

根据风洞试验数据，可确定珠海大剧院外围护结构的抗脉动风压性能指标。根据幕墙设计要求采用50 年一遇10 min 平均风速所对应的基本风压，取0.85kPa，根据地形地貌及其要求确定本工程为A 类地貌。围护结构风荷载标准值可直接采用风压峰值分布图给出的局部风荷载值，见图3.11.1-6～图3.11.1-13。综合值表示上下（或内外）表面叠加，这些风压峰值相当于《建筑结构荷载规范：GB 50009—2001》风荷载条文7.1.1 条中围护结构风荷载标准值wk，可直接用于外围护构件的抗风计算。

图3.11.1-6　大剧场最高正综合风压峰值平分布图(www.xing528.com)

图3.11.1-7　大剧场最低负综合风压峰值平分布图

大剧场贝壳立面表面正综合风压峰值最大值3.72kPa 出现在60°风向下的A25 测点，见图3.11.1-6。大剧场贝壳立面表面负综合风压峰值最小值-4.65kPa 出现在150°风向下的D3 测点，见图3.11.1-7。大剧场屋面正综合风压峰值最大值3.22kPa 出现在135°风向下的G7 测点，见图3.11.1-8。负综合风压峰值最小值-3.79kPa 出现在330°风向下的I13 测点，见图3.11.1-9。

小剧场贝壳立面表面正综合风压峰值最大值3.06kPa 出现在345°风向下的K12 测点，见图3.11.1-10。小剧场贝壳立面表面负综合风压峰值最小值-4.95kPa 出现在75°风向下的K1 测点，见图3.11.1-11。小剧场屋面正综合风压峰值最大值3.25kPa 出现在0°风向下的Q3 测点，见图3.11.1-12。小剧场屋面负综合风压峰值最小值-4.19kPa 出现在45°风向下的P2 测点，见图3.11.1-13。

图3.11.1-8　大剧场屋面正综合风压峰值平分布图

图3.11.1-9　大剧场屋面负综合风压峰值平分布图

图3.11.1-10　小剧场最高正综合风压峰值平分布图

图3.11.1-11　小剧场最低负综合风压峰值平分布图

图3.11.1-12　小剧场屋面正综合风压峰值平分布图

图3.11.1-13　小剧场最低负综合风压峰值平分布图

通过试验方案的制定、模型的制作、试验过程的把关、数据分析处理，进行密切沟通、充分讨论，最终风工程技术人员根据试验结果并结合珠海大剧院当地的气候特征，确定准确的风荷载数据，为珠海大剧院的结构抗风设计提供了重要数据。

3.11.1.2 　台风考验

设计阶段重视抗风压设计和连接方式，连接方式前后做了四次样板，以验证其可行性。在设计过程中，以14级台风作为设计值进行铝板的抗风压试验和破坏性试验，以17级台风作为极限值校验结构及面板的破坏状态。大剧场贝壳立面表面在风洞试验中以风荷载标准值-4.65KPa、小剧场贝壳立面表面在风洞试验中以风荷载标准值-4.95kPa作为铝板表皮风压最高值设计。按此计算可知相当于动态风速44.1 m/s，而“天鸽”强台风的登录平均风速为45 m/s。14级台风，可以把岸上的车刮下海，可以把海里的船刮上岸，可以把几十年的大树连根拔起，见图3.11.1-14。珠海大剧院在天鸽吹袭中没有出现任何扣件松脱或玻璃开裂等情况，只有少数铝板由于风致碎片的撞击出现了一些变形，成功通过此次风灾考验，见图3.11.1-15。

强台风引起的巨浪冲击着整个海岛，海堤周边的一圈石材栏杆在海浪及强台风的冲击下完全损坏，见图3.11.1-16。岛内的市政设施，如路灯、护栏等有损坏，见图3.11.1-17。岛内的市政设施构件损坏，形成风致碎片又撞击着大、小剧场贝壳表面铝板。检查得出铝板的破坏模式为碎片回弹模式，未出现碎片嵌入模式和碎片穿透模式。