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大型鋼結構廣告牌的設計和施工特點:

本文來源：色涂君網(wǎng)絡發(fā)布日期：2017-10-30 09:32

摘要：探討了大型鋼結構廣告牌設計和施工的一些特點，對進一步改進和完善這一新型建筑物具有一定的參考價值。
　
? ??近年來，隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟建設得到了迅速的發(fā)展，伴隨而起的廣告業(yè)也日益興旺。因而，在廣告牌結構設計中，對其造型、規(guī)模及效益等方面的要求也不斷提高。大型廣告牌屬永久性建筑物，其位置一般處在公共場所、繁華鬧市地帶，并且多數(shù)是建在已建建筑群中，因此，在滿足廣告效果的前提下，其結構的安全性尤其重要。另外，其基礎工程的施工一般受鄰近已建建筑物的制約影響比較大。本文根據(jù)某火車站站前廣場兩側的廣告牌結構工程設計及實際施工的經(jīng)驗，對大型鋼結構廣告牌結構設計和施工特點作一些探討。
　　工程概況該廣告牌位于某火車站站前廣場東西兩側花壇內(nèi)，花壇寬為3m，其一側為混凝土澆筑的廣場，另一側為素混凝土路面。根據(jù)現(xiàn)場鉆探資料，工程場地的土層自上而下分為三層：表層為填土（Qm1），層厚為2.5～2.7m，含碎磚塊、塊石及有機質等，其靜力觸探比貫入阻力PS=0.83～3.65MPa，承載力fk=60～80kPa，壓縮模量ES=3.0～3.5MPa，該層填土土質松軟，結構松散，軟硬不均，強度低，未經(jīng)處理不宜作建筑物的基礎持力層；第二層為粉質粘土（Qm1+p1），層厚為0.3～2.0m，含少量的氧化鐵，其靜力觸探比貫入阻力PS=0.83～1.85MPa，承載力fk=90～150kPa，壓縮模量ES=4.5～6.8MPa；第三層為粘土（Qm1+p1），位于離地面4m以下，該層未鉆穿，土質呈硬塑狀態(tài)，含大量的氧化鐵及鐵錳結核，其靜力觸探比貫入阻力PS=3.48～5.10MPa，承載力fk=250～360kPa，壓縮模量ES=10.5～15.0MPa，該層粘土分布面廣，厚度大，強度高，是良好的基礎持力層。工程場地內(nèi)的地下水類型主要為埋藏于表層填土中的上層滯水，地下水主要受大氣降水及地表水入滲補給，水位、水量均受氣候變化影響。
　　設計要求該廣告牌由18m高的獨立鋼柱離地面12m后撐起6×18m的矩形鋼結構廣告燈箱。該地區(qū)基本風壓為w=0.3kN/m2，地震設防裂度為7度。
　　廣告牌結構設計
　　結構型式的選擇獨立鋼柱大型鋼結構廣告牌的主體結構，目前常采用的形式有兩種：一種為T型，其主骨架由一根獨立鋼柱和上部一根橫向主梁呈T型焊接而成，該體系主體結構受力明確，計算簡單，由立柱頂上焊接一根橫梁形成固結于地基上的T形剛架結構體系，廣告燈箱面板通過各掛件及斜撐與T形剛架結構相連。另一種為桁架式，其主骨架由一根獨立鋼柱和上部幾道相互平行的橫向主梁焊接而成，主梁之間由水平及斜向支撐連接，形成空間桁架體系，廣告燈箱直接掛靠在主骨架上。
　　經(jīng)過比選，該廣告牌結構型式采用桁架式。其理由是：第一，廣告牌結構的控制設計荷載是風載，風壓直接作用在面板上，再由面板傳至骨架，此時，在不同高程上的幾道主梁可把風載較均勻地傳至立柱，因而可減小主梁與立柱連接處的應力集中；其次，平行式桁架結構主梁采用槽鋼，使結構外形平整，便于廣告面板掛靠，并可加強面板與主骨架的連接，從而減小了面板的變形，以確保廣告面的感觀效果；第三，平行式桁架結構，可在每道主梁高程設置內(nèi)檢修梯，這樣給結構的維護、檢修及掛、卸廣告布帶來了極大的方便，且保證了操作人員的人身安全；除此之外，平行式桁架結構，形式簡潔、美觀，受力明確，節(jié)點構造簡單，施工方便，從而能保證施工質量。
　　結構布置本工程采用獨立鋼結構圓柱，通過節(jié)點板在三個不同高程搭焊三道橫向主梁，主梁之間設置橫隔梁和斜向支撐，形成空間桁架受力體系，主、橫梁間距主要考慮廣告面板骨架網(wǎng)格的布置，并使面板骨架節(jié)點與主骨架節(jié)點相一致，以加強面板與主骨架的連接。廣告牌面板的自身骨架掛焊在主體結構上，形成整體上部結構。主梁選用槽鋼，其他構件均選用角鋼，型號按構件的強度和變形條件選取。鋼立柱截面的選取，除考慮其強度及穩(wěn)定性外，還要綜合考慮廣告牌整體尺寸協(xié)調(diào)及美觀等方面的因素。
　　結構分析
　　荷載和荷載組合結構承受的主要荷載有：1）自重；2）風荷載；3）溫度荷載；4）檢修活載；5）地震荷載。
　　荷載組合有三類：1）基本組合；2）特殊組合；3）施工吊裝。
　　應力分析由于鋼立柱為壓彎構件，其承載力取決于柱的長細比、支承條件、截面尺寸以及作用于柱上的荷載等，計算表明，鋼立柱的承載力一般由穩(wěn)定控制。
　　上部結構的主梁可簡化為剛結或鉸結在鋼立柱上的懸臂結構，主梁之間由橫梁及斜撐鉸結形成空間平行組合桁架。內(nèi)力計算采用有限元程序在計算機上完成。
　　根據(jù)鋼結構設計理論，對接焊縫在截面不減小的情況下，其強度可達到母材的強度，因而無需驗算焊縫應力，但應嚴格檢查焊縫質量及飽滿度。上部桁架桿件間的連接主要是角焊縫
　　焊縫承受桿件間的應力傳遞，其受力大小已由上部結構計算得出，對廣告牌之類結構，上部結構桿件受力一般不大，為施焊方便，可用圍焊，并統(tǒng)一取焊腳尺寸為hf=10mm，可滿足規(guī)范要求；但對廣告牌面板骨架與主骨架掛點處焊接須逐一核算。
　　變位控制
　　廣告牌立柱高18m，在水平風載作用下會產(chǎn)生順風向水平位移，上部結構為懸臂桁架，在風載及自重作用下，懸臂端部也會產(chǎn)生相應的變位，如果這些變位過大，將直接影響到廣告牌的使用及感觀效果，重要的是，這些變位還將引起附加內(nèi)力，增大結構內(nèi)部的應力，降低結構的安全性，為此，在廣告牌設計中應嚴格限制變位。根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17&#0；88）的規(guī)定，廣告牌水平向設計變位應控制在10mm以內(nèi)為宜。
　　基礎工程設計
　　基礎型式及布置作為該類型廣告牌的基礎型式主要有兩種：一種是平衡重力式，即上部荷載主要由大體積基礎重力來平衡，開挖方量大，混凝土用量也較多，但施工簡單，節(jié)省鋼材，適宜在土質松軟且有開闊的施工場地時利用。另一種為樁基式，其中又以擴孔樁為主，該類基礎可在施工場地受限的情況下采用，其優(yōu)點是基礎施工場面很小，混凝土用量僅為平衡重力式基礎的三分之一左右，但施工難度略有增大。
　　由于本廣告牌建在某火車站站前廣場兩側花壇內(nèi)，花壇寬僅3m，若放坡開挖基坑，勢必破壞兩側的廣場混凝土地坪和水泥混凝土路面，其修復工程造價可觀，還可能破壞地下埋管，經(jīng)綜合比較，選用了人工挖孔擴底樁基礎，使基坑開挖只限在花壇內(nèi)進行。為了減小孔壁支護的困難，基礎上部4m深范圍內(nèi)（表層填土和第二層粉質粘土）不擴孔，采用直徑為1.5m的圓孔；從4m深以下（第三層粘土）開始擴孔，以增大基底的受荷面積，來滿足地基承載力要求?；撞捎梅叫危叽鐬?×3m，總孔深為6m，基礎底下設置十字正交齒墻，以增強基礎的抗扭和抗剪切能力。
　　樁基礎結構計算在樁基礎結構計算中，采用C法和m法兩種計算方法。結果表明，兩種方法計算結果比較一致，樁身最大彎矩出現(xiàn)在距地面62mm（m法為82mm）處，樁頂最大水平位移為4.86mm（m法為4.78mm）。樁身材料強度和配筋計算，按一般鋼筋混凝土結構的偏心受壓構件進行。
　　基礎設計須考慮軸力、彎矩、扭矩等不同組合的作用，以保證基礎本身的強度、剛度及地基的承載力和抗剪強度均滿足規(guī)范要求。
　　施工工藝
　　基礎工程根據(jù)現(xiàn)場地形、地質條件，本基礎采用人工挖孔擴底樁，基礎底面置于第三層粘土中。基坑開挖時，采用孔壁支護和排水措施，以確保樁孔成形和施工人員的人身安全?；娱_挖完成并經(jīng)驗槽后，立刻鋪設100mm厚碎石墊層，吊放鋼筋骨架，并及時澆筑基礎混凝土，預埋錨固螺栓，鋪設基礎頂部鋼筋加強網(wǎng)，在澆至設計標高時，其頂面需用20mm厚1：3水泥砂漿找平，然后加蓋螺栓定位及墊座鋼板。待基礎混凝土養(yǎng)護到規(guī)定齡期，需對預埋螺栓進行抗拔試驗，以確認螺栓的抗拔承載力是否滿足設計要求。
　　鋼結構工程所有鋼結構構件的連接均采用焊接，上部結構均采用工廠化生產(chǎn)。鋼柱用鋼板在工廠卷焊而成，上部桁架結構可在工廠拼焊；當梁柱主骨架焊接完成，形成整體上部結構時，應做適當?shù)募虞d試驗，以驗證焊縫的質量和主骨架的強度；廣告牌面板骨架和鍍鋅鐵皮面板拼接好后，可在地面直接掛焊到主骨架上，以便校正面板表面的不平整度，控制上部結構整體外觀效果。
　　吊裝定位廣告牌的立柱和上部結構在工廠制成后，運往現(xiàn)場進行整體對接。在地面形成的整體廣告牌，可用兩臺吊車從頂、底兩個吊位進行整體起吊安裝，在廣告吊裝就位后，用兩臺經(jīng)緯儀從相互垂直的兩個方向進行糾斜、定位。每個方向的垂直度宜控制在h/2000（h為廣告牌高度）以內(nèi)，且小于20mm.螺栓定位緊固后，宜在適當時機，澆筑素混凝土密封，以防螺栓外露銹蝕。
　　本文提及的廣告牌建成后，經(jīng)過數(shù)次臺風考驗，其垂直度和變位均滿足規(guī)定要求，而其總造價比同類廣告牌節(jié)省了20%，現(xiàn)已投入商業(yè)使用。
　
　　大型鋼結構廣告牌是在改革開放的經(jīng)濟大潮中產(chǎn)生的新型結構物，具有較強的生命力。大型鋼結構廣告牌的上部結構構件尺寸，主要受變形、穩(wěn)定和外觀效果控制。對受已建建筑物約束的大型鋼結構廣告牌，挖孔樁基礎是比較安全且經(jīng)濟的基礎形式之一。

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