航展中心新建主展馆工程（1～7号馆），场地位于珠海市金湾区东路东南侧，总建筑面积75249.47 m2（其中地上74295.15 m2，地下954.32 m2）。本工程为展厅建筑，地上1层，局部夹层，局部地下1层，主要为设备用房。主展厅平面尺寸为550 m×120 m，屋脊高度25 m，网架下弦净高15 m，网架下弦中心线高度16 m，夹层屋面高度为12.50 m。
结构形式采用了预应力混凝土柱的排架结构+屋面螺栓球钢网架，平面呈矩形，如图3.11.7-1所示。节点形式采用螺栓球与焊接并用的节点。中柱跨度为60 m，纵向边柱典型柱距20 m，局部拔除1根柱形成40 m的大跨度。由于其跨度较大，对风荷载较为敏感。建筑结构安全等级为一级，结构重要性系数γo=1.1。建筑排水需要，网架采用变高度网架，最薄处4.5 m，最厚处7 m。结构采用2道温度缝将整体分为3段，左、右区域长度184 m，中间区段为180 m。项目于2016年9月22日通过竣工验收，见图3.11.7-2。“天鸽”台风过后进行应急评估，风灾破坏等级为基本完好。
图3.11.7-1 网架结构1/3平面图
3.11.7.1 风洞试验
（1）风洞试验基本要求。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。根据建设单位要求，分别按50年一遇10 min平均风速所对应基本风压0.85 kPa 和2.25 kPa（17级，风速60 m/s）取值进行计算，围护结构及主体结构计算风压与设计一致。
（2）风洞试验模型。制作新建主展馆1：300模型及其周围建筑，被测建筑物和周边建筑分别用工程塑料制成刚性模型。在需要测压的部位布置测压孔并以导管将模型表面垂直方向（法线方向）的动态风压传递给扫描阀，并由计算机进行采集和记录。试验对航展中心新建主展馆工程屋面、立面、天窗侧面、下部雨棚等各个表面等分别进行了风压测试。试验以项目中心为圆心，进行风洞试验。对屋面顶部及立面表面布置测点总数为887个，见图3.11.7-3。
（3）风洞试验实施。根据委托方要求，按照与结构设计一致的原则，确定试验时风场类别采用《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》中规定的A类地貌风剖面。为了得到所要求的边界层，需要进行边界层调试，调试的结果见图3.11.7-4。试验风速约9.87 m/s（风洞内0.60 m高度处）。风压系数参考点已转换至建筑顶部最高处，即对应实际高度为28 m。试验在每间隔15°共进行了24个风向测试，风向角为风吹来的方向角，风向定义如图3.11.7-5所示。风压均垂直于表面，正值为指向某个表面的方向（压力），负值为离开某个表面的方向（吸力）。对于未进行内压测试部分的围护结构内压按照《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》的相关规定，体型系数按照外表面的正负情况分别取-0.2或0.2。
图3.11.7-2 新建主展馆项目立面
图3.11.7-3 模型在风洞中试验的情形
图3.11.7-4 A 类边界层平均速度和湍流度剖面模拟
图3.11.7-5 风向示意图
（4）基本风压取0.85kPa时的各测点综合风压峰值试验结果。所有风向下屋面上表面围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-6，最大值出现在角部，为1.56 kPa。所有风向下墙体围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-7，最大值出现在11.6 m高度的角部，为2.87 kPa。所有风向下天窗侧面围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-8，最大值出现在端开间，为2.53 kPa。所有风向下雨棚围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-9，最大值出现在端开间，为1.95 kPa。
图3.11.7-6 所有风向下屋面上表面围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
图3.11.7-7 所有风向下墙体（11.6 m）围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
图3.11.7-8 所有风向下天窗侧面围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
图3.11.7-9 所有风向下雨棚围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
所有风向下屋面上表面围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-10，最大值出现在角部，为-5.17 kPa。所有风向下墙体围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-11，最大值出现在11.6 m高度的角部，为-2.70 kPa。所有风向下天窗侧面围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-12，最大值出现在端开间，为-3.57 kPa。所有风向下雨棚围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-13，最大值出现在中部，为-1.72 kPa。
图3.11.7-10 所有风向下屋面上表面围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
图3.11.7-11 所有风向下墙体（11.6 m）围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
图3.11.7-12 所有风向下天窗侧面围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
图3.11.7-13 所有风向下雨棚围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=0.85 kPa）
（5）基本风压取2.25kPa时的综合风压峰值试验结果。所有风向下屋面上表面围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-14，最大值出现在角部，为4.13kPa。所有风向下墙体围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-15，最大值出现在11.6 m高度的角部，为7.60 kPa。所有风向下天窗侧面围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-16，最大值出现在端开间，为6.70 kPa。所有风向下雨棚围护结构最高正综合风压峰值分布图见图3.11.7-17，最大值出现在端开间，为5.16 kPa。
图3.11.7-14 所有风向下屋面上表面围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
图3.11.7-15 所有风向下墙体（11.6 m）围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
图3.11.7-16 所有风向下天窗侧面围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
图3.11.7-17 所有风向下雨棚围护结构最高正综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
所有风向下屋面上表面围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-18，最大值出现在角部，为-5.17 kPa。所有风向下墙体围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-19，最大值出现在11.6 m高度的角部，为-7.14 kPa。所有风向下天窗侧面围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-20，最大值出现在端开间，为-9.44 kPa。所有风向下雨棚围护结构最高负综合风压峰值分布图见图3.11.7-21，最大值出现在中部，为-4.55 kPa。
图3.11.7-18 所有风向下屋面上表面围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
图3.11.7-19 所有风向下墙体（11.6 m）围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
图3.11.7-20 所有风向下天窗侧面围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
图3.11.7-21 所有风向下雨棚围护结构最高负综合风压峰值分布图（w0=2.25 kPa）
（6）最大正体型系数试验结果。所有风向下屋面顶部最大正体型系数分区分布图见图3.11.7-22，最大值出现在角部，为0.20。所有风向下立面最大正体型系数分区分布图见图3.11.7-23，最大值出现在角部，为1.07。所有风向下天窗侧面最大正体型系数分区分布图见图3.11.7-24，最大值出现在中部开间，为0.33。所有风向下下部雨棚最大正体型系数分区分布图见图3.11.7-25，最大值出现在端开间，为0.96。
图3.11.7-22 所有风向下屋面顶部最大正体型系数分区分布图
图3.11.7-23 所有风向下立面最大正体型系数分区分布图
图3.11.7-24 所有风向下天窗侧面最大正体型系数分区分布图
图3.11.7-25 所有风向下下部雨棚最大正体型系数分区分布图
（7）最小负体型系数试验结果。所有风向下屋面顶部最小负体型系数分区分布图见图3.11.7-26，最小值出现在角部，为-2.03。所有风向下立面最小负体型系数分区分布图见图3.11.7-27，最小值出现在角部，为-0.98。所有风向下天窗侧面最小负体型系数分区分布图见图3.11.7-28，最小值出现在中部开间，为-1.27。所有风向下下部雨棚最小负体型系数分区分布图见图3.11.7-29，最小值出现在角部，为-0.95。
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图3.11.7-26 所有风向下屋面顶部最小负体型系数分区分布图
图3.11.7-27 所有风向下立面最小负体型系数分区分布图
图3.11.7-28 所有风向下天窗侧面最小负体型系数分区分布图
图3.11.7-29 所有风向下下部雨棚最小负体型系数分区分布图
（8）风振系数试验结果。
①风振系数定义。根据规范定义，在工程应用中将风荷载的动力效应以风振系数β的形式等效为静力荷载，即风振系数为：
式中，β为风振系数，Pe为等效静风荷载，P为 静力风荷载，Pd为动力风荷载。
目前规范中规定的荷载风振系数只是针对高层建筑等以一阶振型为主要振动的结构，采用了一阶模态位移响应来计算动力风荷载。对于复杂空间结构的有限元风振时程分析中采用规范所规定的这一定义计算荷载风振系数会遇到很多问题。首先，由于复杂空间结构有多振型参与结构振动，参振模态的选取是个难以解决的问题；其次，由于风振系数最初是针对像高耸结构那种以第一振型为主的悬臂结构提出的，且其结构极值响应（顶端位移和基底剪力）明确，而对于大型复杂结构，结构的不同部位、不同构件之间的等效目标不同，因而较难确定荷载风振系数。试验中结构节点采用直接基于结构位移响应的风振系数，即采用位移风振系数：
式中：
——静风荷载作用下的结构位移响应；
——结构总的极值位移风振响应，其包括静风响应和动力响应。
②最不利位移风振系数。采用公式（3.11.7-2）即可得到结构各点的位移风振系数，但应用起来仍然不方便，为此定义了最不利风振系数。对于高层结构，其振动往往以第一阶振型为主，因此风振控制通常选择在结构顶点，但是对于大跨空间结构，由于频谱密集，主要贡献模态不一定出现在结构的第一振型，因此很难判断风振控制点的位置。为此，采用了最大动力响应为控制指标的整体位移风振系数的概念。其具体方法为：
式中，{Uwi}max和{βdi Uwi}max分别为静风荷载作用下的结点位移最大值和动力风荷载作用下结点位移极值的最大值。从统计的角度看，式（3.11.7-3）既包含了结点的最大动响应信息，又包含了静力计算时结点的最大静变形，避免了对风振系数选取的过分保守，因而是比较合理的。
③分区位移风振系数。从工程设计角度，需要提出一个针对整个结构的风振系数。显然，若取所有结点的位移中的最大值的风振系数作为整个结构的位移风振系数，当结构各部分的振动特性相差较大时，可能不见得合理。为此在式（3.11.7-3）的基础上，对结构进行有效分区，并对风振计算结果进一步统计处理，从而得到针对结构不同振动特点区域的分区位移风振系数，第j个分区的位移风振系数为：
式中，{Uwi}max-j和{βdi Uwi}max-j分别为静风荷载作用下的第j个分区结点方向位移最大值和第j个分区动力风荷载作用下结点方向位移极值的最大值。
基本风压w0=0.85 kPa 时，90°风向下结构屋盖表面风振系数分区分布图见图3.11.7-30，分区位移风振系数最大值出现在中部，为2.16。基本风压w0=2.25 kPa 时，90°风向下结构屋盖表面风振系数分区分布图见图3.11.7-31，分区位移风振系数最大值出现在中部，为2.03。
④等效风荷载。参照建筑结构荷载规范GB 5009—2012 中风荷载计算的定义：
式中 wk——风荷载标准值（kPa）；
βz——高度z处的风振系数；
μs——风荷载局部体型系数；
μz——风压高度变化系数；
w0——基本风压（kPa）。
利用上述计算所获得的结构分区风振系数及试验测得的风荷载体型系数，可得到结构各风向下各分区等效风荷载。
基本风压w0=0.85 kPa 时，15°风向下屋面结构表面分区等效静风荷载分布图见图3.11.7-32，分区等效静风荷载最小值出现在迎风面角部，为-3.85kPa。基本风压w0=2.25 kPa 时，15°风向下屋面结构表面分区等效静风荷载分布图见图3.11.7-33，分区等效静风荷载最小值出现在迎风面角部，为-9.80 kPa。
图3.11.7-30 90°风向下结构屋盖表面风振系数分区分布图（基本风压w0=0.85 kPa）
图3.11.7-31 90°风向下结构屋盖表面风振系数分区分布图（基本风压w0=2.25 kPa）
图3.11.7-32 15°风向下屋面结构分区等效静风荷载（单位：kPa；基本风压w0=0.85 kPa）
图3.11.7-33 15°风向下屋面结构分区等效静风荷载（单位：kPa；基本风压w0=2.25 kPa）
3.11.7.2 结构设计
（1）主体结构设计。
设计时根据《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》，50年一遇10 min 平均风速所对应的基本风压取0.85kPa。周围地势平坦开阔，靠近海岸，地面粗糙度为A类，实际设计按风洞结果进行。另业主要求考虑17级台风荷载（计算时按偶然荷载，分项系数取为1.0进行承载力复核，不考虑重要性系数，不进行变形复核），按风速60 m/s计算，得出风压值2.25 kPa。结构第一阶自振频率为1.01 s，第二阶自振频率为0.99 s，第三阶自振频率为0.98 s。根据风洞试验结果，所有风向下屋面上表面围护结构最高正、负综合风压峰值均为屋面角部。所有风向下墙体（11.6 m）围护结构最高正、负综合风压峰值均为屋面角部。所有风向下屋面顶部最大正、负体型系数分区分布均为屋面角部。所有风向下立面最大、小负体型系数分区分布图均为屋面角部。建筑物的角部属于高风压区，设计需要加强。90°风向下结构屋盖表面最大风振系数分区在中间区域，建筑物的中间区域风振系数最大，设计需要加强。165°风荷载工况下竖向位移最大位移57 mm，跨度56 m，挠度0.057/56=1/982，见图3.11.7-34。0°风荷载工况下柱顶水平位移最大位移24 mm，高度15 m，挠度0.24/15=1/625，见图3.11.7-35。
图3.11.7-34 （165°风荷载）工况下竖向位移图
图3.11.7-35 （0°风荷载）工况下柱顶水平位移图
（2）檩条设置。
屋面中间区域檩条采用Z300×100×20×1.9-G450型钢，1.2 m间距。屋面风荷载敏感区（檐口边缘）采用Z300×100×20×1.9-G450型钢，间距加密到0.45 m。屋面风荷载敏感区与中间区过渡段A～B轴，D～G轴局部区域檩条采用Z300×100×20×1.9-G450型钢，间距0.60 m，见图3.11.7-36。金属屋面板与檩条连接采用抗风钉连接，就是打在屋面板波峰上与Z截面檩条连接的螺钉，螺旋纹，大约长100 mm，钉帽下面是一块小铁片，用于保护下面的脚垫不老化，再下面是一块三元乙丙材料的密封胶垫块，接着就是金属屋面板了，见图3.11.7-37、图3.11.7-38。
“天鸽”强台风登陆前，在消防卷闸门后设计有抗风栓，对消防卷闸门进行临时加强，另外台风来前外窗里外都做了临时防护措施，见图3.11.7-39。“天鸽”强台风后，屋盖网架、屋面板、外墙压型钢板、玻璃幕墙等部位主要构件基本完好，见图3.11.7-40、图3.11.7-41。
图3.11.7-36 屋面风荷载敏感区和高风压区檩条加密布置图
图3.11.7-37 金属屋面采用抗风钉
图3.11.7-38 抗风钉大样
图3.11.7-39 门窗临时加强措施
图3.11.7-40 台风过后基本完好
图3.11.7-41 金属屋面基本完好
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