大型景觀式獨立柱廣告牌結構選型設計分析

黃曉麗

（閩西職業技術學院城鄉建筑學院，福建龍巖 364021）

1 概述

為適應城市的快速發展，解決戶外廣告雜亂無序的問題，需要規范戶外廣告的設置，引導戶外廣告行業健康有序發展，如何提高城市戶外廣告牌品質已成為一項迫切的任務。提升戶外廣告牌品質，可以使其與城市發展規劃、生態宜居、魅力文化、經濟發展相契合，促進戶外廣告牌與城市長期、可持續、協同發展。隨著我國城市化建設進程的加快，在機場、高速公路出入口和城市廣場等重要節點處建造各具特色的大型景觀式獨立柱廣告牌等廣告設施，對美化城市廣場、主要道路空間，提升城市風景、特色與品味起著至關重要的作用。相較于常規的三面或兩面鋼結構獨立柱廣告牌，大型景觀式獨立柱廣告牌具有造型獨特美觀、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。在滿足廣告功能需求的前提下，大型景觀或獨立柱廣告牌必須保證結構安全可靠并滿足一定使用年限，廣告牌外觀應美觀大方、體現地方文化特色，同時應與城市容貌及周圍環境相協調。因此，大型景觀式獨立柱廣告牌結構設計選型分析至關重要。

2 大型景觀式獨立柱廣告牌的結構特點

大型景觀式獨立柱廣告牌的結構一般分為上部結構和地基基礎兩個部分，通常情況下，廣告牌上部結構自重較小，但因廣告牌面板的面積大且位置較高，四周場地空曠，在水平風荷載作用下，具有柱腳處內力大、柱頂處側向位移大的特征。因此，大型景觀式獨立柱廣告牌上部結構柱、梁及面板宜優先選用變形性能好的鋼結構；而地基基礎需根據場地工程地質條件，選擇地基承載力、地基變形和整體穩定性均滿足要求的鋼筋混凝土基礎形式。此外，因鋼柱腳處彎矩、剪力等內力值較大，鋼柱腳與基礎連接節點設計與構造做法也成為確保結構安全的一個關鍵環節。

3 大型景觀式獨立柱廣告牌上部結構選型

依據《戶外鋼結構獨立柱廣告牌》和《戶外廣告設施鋼結構技術規程》（CECS 148：2003），戶外落地式鋼結構獨立柱廣告牌由建筑做法、上部結構、附屬設施、鋼筋混凝土基礎4個部分組成[1-2]。廣告牌面板可為兩面或三面，也可根據廣告牌藝術效果需要將其設計成圓柱形或其他較為獨特的造型。獨立柱一般為鋼管柱或鋼管混凝土柱，其余上部主體結構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構（圖1），也可選用網架結構等輕型新穎的空間體系。網架結構（圖2）是指按一定規律布置的桿件通過節點連接而形成的平板型或微曲面型空間桿系結構[3]。網架結構廣告牌造型新穎，且能夠適應因藝術效果需要而選取的造型多樣化。網架結構主要承受整體彎曲應力，可通過結構構件的合理布置減小水平方向的扭矩，其空間剛度大、整體穩定性好、傳力途徑簡捷、平面布置靈活，有利于附屬設施的布置和安裝，網架桿件和節點便于工業化、標準化生產。

圖1 框架結構廣告牌

圖2 網架結構廣告牌

4 大型景觀式獨立柱廣告牌地基基礎選型

為確保大型景觀式獨立柱廣告牌地基承載力、地基變形和整體穩定性均滿足要求，地基基礎選型需依據場地工程地質資料、廣告設施周邊環境條件和上部結構傳至基礎的內力值大小，綜合考慮質量安全、工期進度、施工便捷度、工程造價等因素進行選擇[4]。

大型景觀式獨立柱廣告牌基礎通常優先選用鋼筋混凝土柱下獨立基礎，為防止上部結構傾覆，須保證足夠的基礎埋深。若上部結構傳至基礎頂部的彎矩值較大，而地基淺層土層承載力不高、壓縮性較強，則應選擇樁基礎。此外，受場地限制和周邊環境影響無法進行大面積開挖時也可選擇樁基礎。樁基礎依據成樁方法可分為非擠土樁、部分擠土樁和擠土樁[5]；非擠土樁包括干作業法鉆（挖）孔灌注樁和泥漿護壁法鉆（挖）孔灌注樁，部分擠土樁包括沖孔灌注樁、鉆孔擠擴灌注樁等，擠土樁包括打入（靜壓）預制混凝土管樁、閉口鋼管樁等。由于樁基礎埋深較大，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構抗傾覆要求。當地下水位較深時，可直接選用人工挖孔灌注樁。

5 鋼柱腳設計與構造要點

大型景觀式獨立柱廣告牌鋼柱腳處內力值較大，柱腳設計可參照《鋼結構設計標準》（GB 5001—2017）第12章第7節柱腳設計，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]。當廣告牌離地10~15 m時，因高度較小，鋼柱腳彎矩、剪力、豎向壓力等內力值也較小，此時可采用外露式柱腳。設計重點是柱腳錨栓的計算，且需注意柱腳錨栓不宜用以承受柱腳底部的水平剪力，此水平剪力應由鋼柱腳底板與鋼筋混凝土基礎間的摩擦力或設置抗剪鍵承受，同時柱腳錨栓應有足夠的深度。當廣告牌離地16~25 m時，因高度較大導致鋼柱腳彎矩、剪力、豎向壓力等內力值也較大，若廣告牌在平面內不對稱，還將產生水平扭矩，此時應選擇外包式柱腳（圖3）。外包混凝土厚度、高度，柱腳鋼底板厚度均需滿足構造要求，其受彎承載力、受剪承載力驗算及受拉鋼筋和箍筋的構造要求需滿足現行國家標準《混凝土結構設計規范（2015年版）》（GB 50010—2010）的有關規定。

圖3 外包式柱腳

6 工程應用實例

位于某高速公路出入口的大型景觀式獨立柱廣告牌如圖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。經計算分析，廣告牌上部主體結構受水平風荷載控制，上部結構采用鋼管獨立柱和三層螺栓球網架結構體系。鋼管柱鋼材牌號為Q235B，鋼管直徑1800 mm，壁厚20 mm，鋼管內地面以上1.500 m范圍澆灌混凝土。根據工程地質資料，柱下土層地下水埋深約3.0 m，在現有地表以下-3.0~-6.5 m為卵石層，其地基承載力fak=300 kPa，可作為基礎持力層，故基礎選用8.0 m×8.0 m×2.0 m（長×寬×厚）的筏形基礎，基礎埋深3.5 m（標高-1.500~-3.500 m）；鋼柱腳采用外包式，如圖4所示。此大型景觀式獨立柱廣告牌已建成數年，結構安全可靠，可滿足使用要求。

圖4 某大型景觀式獨立柱廣告牌柱腳做法