大型钢结构广告牌的设计和施工特点

大型钢结构广告牌的设计和施工特点

大型钢结构广告牌的设计和施工特点

近年来，随着我国改革开放的不断深入，经济建设得到了迅速的发展，伴随而起的广告业也日益兴旺。因而，在广告牌结构设计中，对其造型、规模及效益等方面的要求也不断提高。大型广告牌属永

久性建筑物，其位置一般处在公共场所、繁华闹市地带，并且多数

是建在已建建筑群中，因此，在满足广告效果的前提下，其结构的

安全性尤其重要。另外，其基础工程的施工一般受邻近已建建筑物

的制约影响比较大。本文根据某火车站站前广场两侧的广告牌结构

工程设计及实际施工的经验，对大型钢结构广告牌结构设计和施工

特点作一些探讨。

工程概况该广告牌位于某火车站站前广场东西两侧花坛内，花坛宽为3m，其一侧为混凝土浇筑的广场，另一侧为素混凝土路面。根

据现场钻探资料，工程场地的土层自上而下分为三层：表层为填土(Qm1)，层厚为2.5～2.7m，含碎砖块、块石及有机质等，其静力触

探比贯入阻力PS=0.83～3.65MPa，承载力fk=60～80kPa，压缩模量ES=3.0～3.5MPa，该层填土土质松软，结构松散，软硬不均，强度低，未经处理不宜作建筑物的基础持力层;第二层为粉质粘土

(Qm1+p1)，层厚为0.3～2.0m，含少量的氧化铁，其静力触探比贯

入阻力PS=0.83～1.85MPa，承载力fk=90～150kPa，压缩模量

ES=4.5～6.8MPa;第三层为粘土(Qm1+p1)，位于离地面4m以下，该

层未钻穿，土质呈硬塑状态，含大量的氧化铁及铁锰结核，其静力

触探比贯入阻力PS=3.48～5.10MPa，承载力fk=250～360kPa，压缩

模量ES=10.5～15.0MPa，该层粘土分布面广，厚度大，强度高，是

良好的基础持力层。工程场地内的地下水类型主要为埋藏于表层填

土中的`上层滞水，地下水主要受大气降水及地表水入渗补给，水位、水量均受气候变化影响。

设计要求该广告牌由18m高的独立钢柱离地面12m后撑起

6×18m的矩形钢结构广告灯箱。该地区基本风压为w=0.3kN/m2，地

震设防裂度为7度。

广告牌结构设计

结构型式的选择独立钢柱大型钢结构广告牌的主体结构，目前常采用的形式有两种：一种为T型，其主骨架由一根独立钢柱和上部

一根横向主梁呈T型焊接而成，该体系主体结构受力明确，计算简单，由立柱顶上焊接一根横梁形成固结于地基上的T形刚架结构体系，广告灯箱面板通过各挂件及斜撑与T形刚架结构相连。另一种

为桁架式，其主骨架由一根独立钢柱和上部几道相互平行的横向主

梁焊接而成，主梁之间由水平及斜向支撑连接，形成空间桁架体系，广告灯箱直接挂靠在主骨架上。

经过比选，该广告牌结构型式采用桁架式。其理由是：第一，广告牌结构的控制设计荷载是风载，风压直接作用在面板上，再由面

板传至骨架，此时，在不同高程上的几道主梁可把风载较均匀地传

至立柱，因而可减小主梁与立柱连接处的应力集中;其次，平行式桁

架结构主梁采用槽钢，使结构外形平整，便于广告面板挂靠，并可

加强面板与主骨架的连接，从而减小了面板的变形，以确保广告面

的感观效果;第三，平行式桁架结构，可在每道主梁高程设置内检修梯，这样给结构的维护、检修及挂、卸广告布带来了极大的方便，

且保证了操作人员的人身安全;除此之外，平行式桁架结构，形式简洁、美观，受力明确，节点构造简单，施工方便，从而能保证施工

质量。

结构布置本工程采用独立钢结构圆柱，通过节点板在三个不同高程搭焊三道横向主梁，主梁之间设置横隔梁和斜向支撑，形成空间

桁架受力体系，主、横梁间距主要考虑广告面板骨架网格的布置，

并使面板骨架节点与主骨架节点相一致，以加强面板与主骨架的连接。广告牌面板的自身骨架挂焊在主体结构上，形成整体上部结构。主梁选用槽钢，其他构件均选用角钢，型号按构件的强度和变形条

件选取。钢立柱截面的选取，除考虑其强度及稳定性外，还要综合

考虑广告牌整体尺寸协调及美观等方面的因素。

结构分析

荷载和荷载组合结构承受的主要荷载有：1)自重;2)风荷载;3)温度荷载;4)检修活载;5)地震荷载。

荷载组合有三类：1)基本组合;2)特殊组合;3)施工吊装。

应力分析由于钢立柱为压弯构件，其承载力取决于柱的长细比、支承条件、截面尺寸以及作用于柱上的荷载等，计算表明，钢立柱

的承载力一般由稳定控制。

上部结构的主梁可简化为刚结或铰结在钢立柱上的悬臂结构，主梁之间由横梁及斜撑铰结形成空间平行组合桁架。内力计算采用有

限元程序在计算机上完成。

根据钢结构设计理论，对接焊缝在截面不减小的情况下，其强度可达到母材的强度，因而无需验算焊缝应力，但应严格检查焊缝质

量及饱满度。上部桁架杆件间的连接主要是角焊缝

焊缝承受杆件间的应力传递，其受力大小已由上部结构计算得出，对广告牌之类结构，上部结构杆件受力一般不大，为施焊方便，可

用围焊，并统一取焊脚尺寸为hf=10mm，可满足规范要求;但对广告

牌面板骨架与主骨架挂点处焊接须逐一核算。

变位控制

广告牌立柱高18m，在水平风载作用下会产生顺风向水平位移，

上部结构为悬臂桁架，在风载及自重作用下，悬臂端部也会产生相

应的变位，如果这些变位过大，将直接影响到广告牌的使用及感观

效果，重要的是，这些变位还将引起附加内力，增大结构内部的应力，降低结构的安全性，为此，在广告牌设计中应严格限制变位。

根据《钢结构设计规范》(GBJ17�88)的规定，广告牌水平向设计

变位应控制在10mm以内为宜。

基础工程设计

基础型式及布置作为该类型广告牌的基础型式主要有两种：一种是平衡重力式，即上部荷载主要由大体积基础重力来平衡，开挖方

量大，混凝土用量也较多，但施工简单，节省钢材，适宜在土质松

软且有开阔的施工场地时利用。另一种为桩基式，其中又以扩孔桩

为主，该类基础可在施工场地受限的情况下采用，其优点是基础施

工场面很小，混凝土用量仅为平衡重力式基础的三分之一左右，但

施工难度略有增大。

由于本广告牌建在某火车站站前广场两侧花坛内，花坛宽仅3m，若放坡开挖基坑，势必破坏两侧的广场混凝土地坪和水泥混凝土路面，其修复工程造价可观，还可能破坏地下埋管，经综合比较，选

用了人工挖孔扩底桩基础，使基坑开挖只限在花坛内进行。为了减

小孔壁支护的困难，基础上部4m深范围内(表层填土和第二层粉质

粘土)不扩孔，采用直径为1.5m的圆孔;从4m深以下(第三层粘土)

开始扩孔，以增大基底的受荷面积，来满足地基承载力要求。基底

采用方形，尺寸为3×3m，总孔深为6m，基础底下设置十字正交齿墙，以增强基础的抗扭和抗剪切能力。

桩基础结构计算在桩基础结构计算中，采用C法和m法两种计算方法。结果表明，两种方法计算结果比较一致，桩身最大弯矩出现

在距地面62mm(m法为82mm)处，桩顶最大水平位移为4.86mm(m法

为4.78mm)。桩身材料强度和配筋计算，按一般钢筋混凝土结构的

偏心受压构件进行。

基础设计须考虑轴力、弯矩、扭矩等不同组合的作用，以保证基础本身的强度、刚度及地基的承载力和抗剪强度均满足规范要求。

施工工艺

基础工程根据现场地形、地质条件，本基础采用人工挖孔扩底桩，基础底面置于第三层粘土中。基坑开挖时，采用孔壁支护和排水措施，以确保桩孔成形和施工人员的人身安全。基坑开挖完成并经验

槽后，立刻铺设100mm厚碎石垫层，吊放钢筋骨架，并及时浇筑基

础混凝土，预埋锚固螺栓，铺设基础顶部钢筋加强网，在浇至设计

标高时，其顶面需用20mm厚1：3水泥砂浆找平，然后加盖螺栓定

位及垫座钢板。待基础混凝土养护到规定龄期，需对预埋螺栓进行

抗拔试验，以确认螺栓的抗拔承载力是否满足设计要求。

钢结构工程所有钢结构构件的连接均采用焊接，上部结构均采用工厂化生产。钢柱用钢板在工厂卷焊而成，上部桁架结构可在工厂

拼焊;当梁柱主骨架焊接完成，形成整体上部结构时，应做适当的加

载试验，以验证焊缝的质量和主骨架的强度;广告牌面板骨架和镀锌

铁皮面板拼接好后，可在地面直接挂焊到主骨架上，以便校正面板

表面的不平整度，控制上部结构整体外观效果。

吊装定位广告牌的立柱和上部结构在工厂制成后，运往现场进行整体对接。在地面形成的整体广告牌，可用两台吊车从顶、底两个

吊位进行整体起吊安装，在广告吊装就位后，用两台经纬仪从相互

垂直的两个方向进行纠斜、定位。每个方向的垂直度宜控制在

h/2000(h为广告牌高度)以内，且小于20mm.螺栓定位紧固后，宜在

适当时机，浇筑素混凝土密封，以防螺栓外露锈蚀。

本文提及的广告牌建成后，经过数次台风考验，其垂直度和变位均满足规定要求，而其总造价比同类广告牌节省了20%，现已投入

商业使用。

大型钢结构广告牌是在改革开放的经济大潮中产生的新型结构物，具有较强的生命力。大型钢结构广告牌的上部结构构件尺寸，主要

受变形、稳定和外观效果控制。对受已建建筑物约束的大型钢结构

广告牌，挖孔桩基础是比较安全且经济的基础形式之一。