大型景观式独立柱广告牌结构选型设计分析

黄晓丽

（闽西职业技术学院城乡建筑学院，福建龙岩 364021）

1 概述

为适应城市的快速发展，解决户外广告杂乱无序的问题，需要规范户外广告的设置，引导户外广告行业健康有序发展，如何提高城市户外广告牌品质已成为一项迫切的任务。提升户外广告牌品质，可以使其与城市发展规划、生态宜居、魅力文化、经济发展相契合，促进户外广告牌与城市长期、可持续、协同发展。随着我国城市化建设进程的加快，在机场、高速公路出入口和城市广场等重要节点处建造各具特色的大型景观式独立柱广告牌等广告设施，对美化城市广场、主要道路空间，提升城市风景、特色与品味起着至关重要的作用。相较于常规的三面或两面钢结构独立柱广告牌，大型景观式独立柱广告牌具有造型独特美观、文化色彩浓厚、占地面积小、空间利用率高、广告视觉效果好的显著特点。在满足广告功能需求的前提下，大型景观或独立柱广告牌必须保证结构安全可靠并满足一定使用年限，广告牌外观应美观大方、体现地方文化特色，同时应与城市容貌及周围环境相协调。因此，大型景观式独立柱广告牌结构设计选型分析至关重要。

2 大型景观式独立柱广告牌的结构特点

大型景观式独立柱广告牌的结构一般分为上部结构和地基基础两个部分，通常情况下，广告牌上部结构自重较小，但因广告牌面板的面积大且位置较高，四周场地空旷，在水平风荷载作用下，具有柱脚处内力大、柱顶处侧向位移大的特征。因此，大型景观式独立柱广告牌上部结构柱、梁及面板宜优先选用变形性能好的钢结构；而地基基础需根据场地工程地质条件，选择地基承载力、地基变形和整体稳定性均满足要求的钢筋混凝土基础形式。此外，因钢柱脚处弯矩、剪力等内力值较大，钢柱脚与基础连接节点设计与构造做法也成为确保结构安全的一个关键环节。

3 大型景观式独立柱广告牌上部结构选型

依据《户外钢结构独立柱广告牌》和《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148：2003），户外落地式钢结构独立柱广告牌由建筑做法、上部结构、附属设施、钢筋混凝土基础4个部分组成[1-2]。广告牌面板可为两面或三面，也可根据广告牌艺术效果需要将其设计成圆柱形或其他较为独特的造型。独立柱一般为钢管柱或钢管混凝土柱，其余上部主体结构可采用钢管梁与承受面板荷载的钢支架刚接形成平面或空间框架结构（图1），也可选用网架结构等轻型新颖的空间体系。网架结构（图2）是指按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板型或微曲面型空间杆系结构[3]。网架结构广告牌造型新颖，且能够适应因艺术效果需要而选取的造型多样化。网架结构主要承受整体弯曲应力，可通过结构构件的合理布置减小水平方向的扭矩，其空间刚度大、整体稳定性好、传力途径简捷、平面布置灵活，有利于附属设施的布置和安装，网架杆件和节点便于工业化、标准化生产。

图1 框架结构广告牌

图2 网架结构广告牌

4 大型景观式独立柱广告牌地基基础选型

为确保大型景观式独立柱广告牌地基承载力、地基变形和整体稳定性均满足要求，地基基础选型需依据场地工程地质资料、广告设施周边环境条件和上部结构传至基础的内力值大小，综合考虑质量安全、工期进度、施工便捷度、工程造价等因素进行选择[4]。

大型景观式独立柱广告牌基础通常优先选用钢筋混凝土柱下独立基础，为防止上部结构倾覆，须保证足够的基础埋深。若上部结构传至基础顶部的弯矩值较大，而地基浅层土层承载力不高、压缩性较强，则应选择桩基础。此外，受场地限制和周边环境影响无法进行大面积开挖时也可选择桩基础。桩基础依据成桩方法可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩[5]；非挤土桩包括干作业法钻（挖）孔灌注桩和泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩，部分挤土桩包括冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩等，挤土桩包括打入（静压）预制混凝土管桩、闭口钢管桩等。由于桩基础埋深较大，可将上部荷载直接传至深层岩（土）层，比较容易满足上部钢结构抗倾覆要求。当地下水位较深时，可直接选用人工挖孔灌注桩。

5 钢柱脚设计与构造要点

大型景观式独立柱广告牌钢柱脚处内力值较大，柱脚设计可参照《钢结构设计标准》（GB 5001—2017）第12章第7节柱脚设计，钢柱脚可分为外露式柱脚、埋入式柱脚、插入式柱脚和外包式柱脚[6]。当广告牌离地10~15 m时，因高度较小，钢柱脚弯矩、剪力、竖向压力等内力值也较小，此时可采用外露式柱脚。设计重点是柱脚锚栓的计算，且需注意柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平剪力，此水平剪力应由钢柱脚底板与钢筋混凝土基础间的摩擦力或设置抗剪键承受，同时柱脚锚栓应有足够的深度。当广告牌离地16~25 m时，因高度较大导致钢柱脚弯矩、剪力、竖向压力等内力值也较大，若广告牌在平面内不对称，还将产生水平扭矩，此时应选择外包式柱脚（图3）。外包混凝土厚度、高度，柱脚钢底板厚度均需满足构造要求，其受弯承载力、受剪承载力验算及受拉钢筋和箍筋的构造要求需满足现行国家标准《混凝土结构设计规范（2015年版）》（GB 50010—2010）的有关规定。

图3 外包式柱脚

6 工程应用实例

位于某高速公路出入口的大型景观式独立柱广告牌如图2所示，广告牌总高度约为25.5 m，外形为圆形土楼柱状，广告面板为三面翻。经计算分析，广告牌上部主体结构受水平风荷载控制，上部结构采用钢管独立柱和三层螺栓球网架结构体系。钢管柱钢材牌号为Q235B，钢管直径1800 mm，壁厚20 mm，钢管内地面以上1.500 m范围浇灌混凝土。根据工程地质资料，柱下土层地下水埋深约3.0 m，在现有地表以下-3.0~-6.5 m为卵石层，其地基承载力fak=300 kPa，可作为基础持力层，故基础选用8.0 m×8.0 m×2.0 m（长×宽×厚）的筏形基础，基础埋深3.5 m（标高-1.500~-3.500 m）；钢柱脚采用外包式，如图4所示。此大型景观式独立柱广告牌已建成数年，结构安全可靠，可满足使用要求。

图4 某大型景观式独立柱广告牌柱脚做法