大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)分析

黃曉麗

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院城鄉(xiāng)建筑學(xué)院，福建龍巖 364021）

1 概述

為適應(yīng)城市的快速發(fā)展，解決戶外廣告雜亂無序的問題，需要規(guī)范戶外廣告的設(shè)置，引導(dǎo)戶外廣告行業(yè)健康有序發(fā)展，如何提高城市戶外廣告牌品質(zhì)已成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。提升戶外廣告牌品質(zhì)，可以使其與城市發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)宜居、魅力文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相契合，促進(jìn)戶外廣告牌與城市長(zhǎng)期、可持續(xù)、協(xié)同發(fā)展。隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，在機(jī)場(chǎng)、高速公路出入口和城市廣場(chǎng)等重要節(jié)點(diǎn)處建造各具特色的大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌等廣告設(shè)施，對(duì)美化城市廣場(chǎng)、主要道路空間，提升城市風(fēng)景、特色與品味起著至關(guān)重要的作用。相較于常規(guī)的三面或兩面鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱廣告牌，大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌具有造型獨(dú)特美觀、文化色彩濃厚、占地面積小、空間利用率高、廣告視覺效果好的顯著特點(diǎn)。在滿足廣告功能需求的前提下，大型景觀或獨(dú)立柱廣告牌必須保證結(jié)構(gòu)安全可靠并滿足一定使用年限，廣告牌外觀應(yīng)美觀大方、體現(xiàn)地方文化特色，同時(shí)應(yīng)與城市容貌及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此，大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型分析至關(guān)重要。

2 大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌的結(jié)構(gòu)一般分為上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)兩個(gè)部分，通常情況下，廣告牌上部結(jié)構(gòu)自重較小，但因廣告牌面板的面積大且位置較高，四周場(chǎng)地空曠，在水平風(fēng)荷載作用下，具有柱腳處內(nèi)力大、柱頂處側(cè)向位移大的特征。因此，大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌上部結(jié)構(gòu)柱、梁及面板宜優(yōu)先選用變形性能好的鋼結(jié)構(gòu)；而地基基礎(chǔ)需根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，選擇地基承載力、地基變形和整體穩(wěn)定性均滿足要求的鋼筋混凝土基礎(chǔ)形式。此外，因鋼柱腳處彎矩、剪力等內(nèi)力值較大，鋼柱腳與基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造做法也成為確保結(jié)構(gòu)安全的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌上部結(jié)構(gòu)選型

依據(jù)《戶外鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱廣告牌》和《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 148：2003），戶外落地式鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱廣告牌由建筑做法、上部結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施、鋼筋混凝土基礎(chǔ)4個(gè)部分組成[1-2]。廣告牌面板可為兩面或三面，也可根據(jù)廣告牌藝術(shù)效果需要將其設(shè)計(jì)成圓柱形或其他較為獨(dú)特的造型。獨(dú)立柱一般為鋼管柱或鋼管混凝土柱，其余上部主體結(jié)構(gòu)可采用鋼管梁與承受面板荷載的鋼支架剛接形成平面或空間框架結(jié)構(gòu)（圖1），也可選用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等輕型新穎的空間體系。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（圖2）是指按一定規(guī)律布置的桿件通過節(jié)點(diǎn)連接而形成的平板型或微曲面型空間桿系結(jié)構(gòu)[3]。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廣告牌造型新穎，且能夠適應(yīng)因藝術(shù)效果需要而選取的造型多樣化。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要承受整體彎曲應(yīng)力，可通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的合理布置減小水平方向的扭矩，其空間剛度大、整體穩(wěn)定性好、傳力途徑簡(jiǎn)捷、平面布置靈活，有利于附屬設(shè)施的布置和安裝，網(wǎng)架桿件和節(jié)點(diǎn)便于工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

圖1 框架結(jié)構(gòu)廣告牌

圖2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廣告牌

4 大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌地基基礎(chǔ)選型

為確保大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌地基承載力、地基變形和整體穩(wěn)定性均滿足要求，地基基礎(chǔ)選型需依據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)資料、廣告設(shè)施周邊環(huán)境條件和上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的內(nèi)力值大小，綜合考慮質(zhì)量安全、工期進(jìn)度、施工便捷度、工程造價(jià)等因素進(jìn)行選擇[4]。

大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌基礎(chǔ)通常優(yōu)先選用鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，為防止上部結(jié)構(gòu)傾覆，須保證足夠的基礎(chǔ)埋深。若上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂部的彎矩值較大，而地基淺層土層承載力不高、壓縮性較強(qiáng)，則應(yīng)選擇樁基礎(chǔ)。此外，受場(chǎng)地限制和周邊環(huán)境影響無法進(jìn)行大面積開挖時(shí)也可選擇樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)依據(jù)成樁方法可分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁[5]；非擠土樁包括干作業(yè)法鉆（挖）孔灌注樁和泥漿護(hù)壁法鉆（挖）孔灌注樁，部分?jǐn)D土樁包括沖孔灌注樁、鉆孔擠擴(kuò)灌注樁等，擠土樁包括打入（靜壓）預(yù)制混凝土管樁、閉口鋼管樁等。由于樁基礎(chǔ)埋深較大，可將上部荷載直接傳至深層巖（土）層，比較容易滿足上部鋼結(jié)構(gòu)抗傾覆要求。當(dāng)?shù)叵滤惠^深時(shí)，可直接選用人工挖孔灌注樁。

5 鋼柱腳設(shè)計(jì)與構(gòu)造要點(diǎn)

大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌鋼柱腳處內(nèi)力值較大，柱腳設(shè)計(jì)可參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5001—2017）第12章第7節(jié)柱腳設(shè)計(jì)，鋼柱腳可分為外露式柱腳、埋入式柱腳、插入式柱腳和外包式柱腳[6]。當(dāng)廣告牌離地10~15 m時(shí)，因高度較小，鋼柱腳彎矩、剪力、豎向壓力等內(nèi)力值也較小，此時(shí)可采用外露式柱腳。設(shè)計(jì)重點(diǎn)是柱腳錨栓的計(jì)算，且需注意柱腳錨栓不宜用以承受柱腳底部的水平剪力，此水平剪力應(yīng)由鋼柱腳底板與鋼筋混凝土基礎(chǔ)間的摩擦力或設(shè)置抗剪鍵承受，同時(shí)柱腳錨栓應(yīng)有足夠的深度。當(dāng)廣告牌離地16~25 m時(shí)，因高度較大導(dǎo)致鋼柱腳彎矩、剪力、豎向壓力等內(nèi)力值也較大，若廣告牌在平面內(nèi)不對(duì)稱，還將產(chǎn)生水平扭矩，此時(shí)應(yīng)選擇外包式柱腳（圖3）。外包混凝土厚度、高度，柱腳鋼底板厚度均需滿足構(gòu)造要求，其受彎承載力、受剪承載力驗(yàn)算及受拉鋼筋和箍筋的構(gòu)造要求需滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）》（GB 50010—2010）的有關(guān)規(guī)定。

圖3 外包式柱腳

6 工程應(yīng)用實(shí)例

位于某高速公路出入口的大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌如圖2所示，廣告牌總高度約為25.5 m，外形為圓形土樓柱狀，廣告面板為三面翻。經(jīng)計(jì)算分析，廣告牌上部主體結(jié)構(gòu)受水平風(fēng)荷載控制，上部結(jié)構(gòu)采用鋼管獨(dú)立柱和三層螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。鋼管柱鋼材牌號(hào)為Q235B，鋼管直徑1800 mm，壁厚20 mm，鋼管內(nèi)地面以上1.500 m范圍澆灌混凝土。根據(jù)工程地質(zhì)資料，柱下土層地下水埋深約3.0 m，在現(xiàn)有地表以下-3.0~-6.5 m為卵石層，其地基承載力fak=300 kPa，可作為基礎(chǔ)持力層，故基礎(chǔ)選用8.0 m×8.0 m×2.0 m（長(zhǎng)×寬×厚）的筏形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深3.5 m（標(biāo)高-1.500~-3.500 m）；鋼柱腳采用外包式，如圖4所示。此大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌已建成數(shù)年，結(jié)構(gòu)安全可靠，可滿足使用要求。

圖4 某大型景觀式獨(dú)立柱廣告牌柱腳做法