屋頂鋼結構廣告牌檢測鑒定分析

梁善禮

廣東廣聯檢測技術股份有限公司 廣東 佛山 528300

1 屋頂廣告牌的現狀

戶外廣告牌作為一種常見的構筑物，不僅向公眾傳遞信息，也能點綴城市。屋頂廣告牌主要由鋼結構構成，承受自重以及風荷載。經過筆者多年來對屋頂廣告牌的鑒定，發現屋頂廣告牌普遍存在以下問題。

1.1 結構布置不合理

這是屋頂廣告牌最常見的毛病。由于大部分廣告牌沒有經過合理設計和正規施工，常出現廣告牌桁架布置不合理，桿件安裝隨意搭接，桿件不能與其他桿件形成有效桁架。圖1為典型廣告牌結構，廣告牌桁架桿件隨意連接，桿件受力不清晰。

圖1 某廣告牌單榀桁架

1.2 支座問題

對于屋頂廣告牌而言，由于自重較小，位置通常較高，風荷載大。廣告牌需要與主體牢固連接以防止廣告牌整體吹倒甚至拔出。按照《戶外廣告設施鋼結構技術規程》CECS148：2003的要求，屋頂廣告牌支座嚴禁采用摩擦性膨脹螺栓連接。但就筆者所見，幾乎百分之九十以上的屋頂廣告牌均采用摩擦型膨脹螺栓連接樓板。有些廣告牌膨脹螺栓打到屋面樓板，螺栓頭裸露在外，角鋼與膨脹螺栓電弧焊接，不做任何處理就作為支座。這種不合理的支座其實是整個廣告牌最危險的部分。廣告牌即使個別桿件有問題，出現人員傷亡的概率也是相對較低，但如果因為支座失效導致廣告牌整體拔出，那么從高空墜落的廣告牌將會造成難以想象的嚴重后果[1]。

1.3 鋼結構桿件問題

根據筆者觀察，大部分樓頂廣告牌桿件長細比普遍較大，常采用單個L40×4角鋼作為受力桿件。由于單角鋼為的最小回轉半徑對應為角鋼的斜平面，回轉半徑i非常小，所以計算得到的長細比往往非常大，而《戶外廣告設施鋼結構技術規程》CECS148：2003規定構件長細比限制為150。

1.4 支撐缺失問題

對于廣告牌桁架，通常按二維受力考慮。與廠房類似，廣告牌的平面內受力靠主桁架受力；而平面外的水平力作用下，只能靠桁架平面外的支撐提供側向支撐，保證廣告牌的整體穩定。從多個屋面廣告牌的鑒定結果看來，大部分廣告牌都沒有設置符合要求的柱間支撐。

1.5 桿件連接問題

廣告牌的桿件連接包括桿件的搭接與節點的連接。大部分廣告牌的桿件采用工人現場電弧焊接。圖2所示為一典型桿件連接做法，施工人員隨意將角鋼單面焊接拼接，焊接質量也極差。此外大部分天面廣告牌的節點連接不合規范，極少按規范做節點板。

圖2 某廣告牌桿件連接

1.6 桿件的銹蝕破損問題

由于天面廣告牌處于露天環境，經歷常年風吹日曬，非常容易令鋼構件銹蝕。一些廣告牌的支座沒有設置混凝土封底，柱腳在天面積水的腐蝕下完全銹斷的現象屢見不鮮。

1.7 廣告牌支座位置問題

由于大部分屋面廣告牌均是在建筑物完成后搭建，因此缺乏建筑力學概念的施工人員并不理會下部建筑物的受力。如有的廣告牌樹立在1.3m的懸挑板上，即使該廣告牌本身沒有安全問題，整個體系也是非常不安全的。

2 屋面廣告牌檢測的主要內容

2.1 現場調查

屋頂鋼結構廣告牌的現場檢測主要包括廣告牌的整體變形，構件材料的強度，連接情況，構件缺陷以及損傷，構件涂層厚度等。廣告牌的整體變形一般直接采用經緯儀、水準儀。由于鋼構件已投入使用且大多位于高處，因此鋼構件的強度一般無法通過試件拉伸試驗檢測，一般只能通過表面硬度等非破損方法得到。其他廣告牌的信息，可以直接測量，記錄構件的連接情況，記錄構件尺寸及定位。此外對于鋼構件的焊接連接，一般采用肉眼觀測、磁粉探傷、超聲波探傷方法等檢測焊縫的連接質量[2]。

2.2 結構復核上機計算

所有測量數據整理后，按照實際廣告架數據上機建模，結合所在地基本參數，對構件進行承載力驗算，篩選出承載力不足的桿件。

3 屋面廣告牌鑒定實例

3.1 基本狀況

某屋面廣告牌，工程建于2000年左右。廣告牌高5.1m，長32m。廣告牌采用鋼結構安裝到天面混凝土板。安裝使用至今超過20年。該廣告牌由于長時間戶外風吹日曬導致銹蝕嚴重，整個結構存在安全隱患。為了解廣告牌的安全情況，對該廣告牌全面檢測鑒定。

3.2 現場調查

該廣告牌由廣告公司施工，未經過正規設計和施工，也沒有任何圖紙資料。現場檢查顯示，所有柱腳均落在天面樓板，未落在懸臂構件上。廣告牌柱腳均采用摩擦性膨脹螺栓于屋面連接，主體與螺母焊接，柱腳無支座鋼板。

圖3 廣告牌剖面示意圖

3.2.1 鋼構件材料強度檢測。現場采用表面硬度法檢測鋼材強度。非破損檢測結果表明，該構件鋼材強度不符合國標Q235的強度要求。

3.2.2 鋼構件截面尺寸檢測。構件尺寸采用鋼尺和游標卡尺測量。實測大部分立柱構件角鋼尺寸為L45×45×4.9，桁架水平構件及斜腹桿角鋼尺寸均為L37×37×3.4。廣告牌縱向六條縱向通長L37×37×3.4角鋼與桁架六個端點連接，每榀桁架縱向間距約2.5m，桁架平面外設有L37×37×3.4支撐。《戶外廣告設施鋼結構技術規程》CECS148：2003規定，暴露在室外環境中的焊接廣告牌中的角鋼不小于L45×4。因此本項目角鋼尺寸均不符合規范要求。

3.3 廣告牌構件完損狀況檢測

對廣告牌構件完損狀況進行普查，調查顯示部分柱腳砂漿包裹已經破壞，膨脹螺栓外露，其中一條柱的鋼構件由于銹蝕接近完全斷裂。個別支撐由于焊接不合格出現松動。

3.4 鋼結構焊縫質量檢測

本廣告牌大部分焊縫外觀質量極差，連接均采用單面焊縫連接，個別連接已經脫離。大量焊縫肉眼可見夾渣、焊瘤等。由于該結構構件太薄，無法用超聲波進行內部探傷，只能采用磁粉探傷方法。對外觀較好的焊縫探傷結果表明，某些焊縫表面依然存在重大缺陷。此外廣告牌的桿件連接極不規范，直接采用單角鋼單面連接作為構件搭接（如圖2），且焊縫長度、高度均不滿足要求[3]。

3.5 鋼構件的涂層厚度檢測

經過調查，廣告牌自2000年建成后，于2008年及2015年曾經做過涂裝翻新。采用涂層測厚儀對鋼構件涂層厚度進行檢測，測得涂層厚度基本在50um以下。很多構件肉眼可見面層已經丟失并已經銹蝕，鐵銹存在分層現象。

3.6 廣告牌變形測量

利用經緯儀抽查廣告牌的4跟立柱，結構顯示四根立柱傾斜率為1/745、1/512、1/585、1/623，其傾側變形均滿足相關規范要求。

3.7 結構得復核驗算

對廣告牌數據進行全面整理后，采用3D3S軟件上機建模驗算。結構按7度抗震計算，風荷載標準值0.6kN/m2，樓高30m，風壓高度變化系數1.39。本廣告牌桿件也存在亂搭桿件的現象，為了方便錄入，個別桿件作了簡化。

圖4 廣告牌結構強度應力比

表1 3D3S計算結果

根據計算結果，大部分桿件應力值未有超限。但廣告牌兩側由于構造極度不合理導致應力比數值達到39。雖然中部的桿件沒有應力比超限，但是大部分都出現長細比超限的情況。究其原因，由于支撐桿件均采用單角鋼，單角鋼的回轉半徑i非常小。要解決長細比問題，一般采用單角鋼變雙角鋼，或者增加附加桿件以減少桿件計算長度。對長細比不滿足相關規范要求的構件評為d級。

3.8 結論

①該廣告牌采用膨脹螺栓與屋面主體連接，不符合規范要求。②構件大面積銹蝕，涂層剝落，焊縫存在明顯缺陷。③廣告牌角鋼使用非標構件，截面尺寸不符合規范最低要求。④廣告牌構件部分承載力嚴重不滿足安全要求，大量桿件不滿足長細比最低要求，在極端荷載下容易出現不可控的后果。

鑒于以上幾種情況，該樓面廣告牌存在大量問題，幾乎所有構件均需要加固，整個結構的安全等級屬于D級。從預算角度，建議對該廣告牌拆除重建。

4 總結

①當前很多廣告牌存在大量不符合規范的內容。廣告牌應由有相應資質的設計單位進行規范設計，避免出現根本性錯誤。同時也要加強施工的管理，確保廣告牌的工程質量。②廣告牌應當進行必要的日常圍護，《戶外廣告設施鋼結構技術規程》CECS148：2003要求戶外屋頂廣告牌鋼結構防腐必須每年進行1次，構件連接點（焊縫、螺栓、錨栓）應每年保養1次。新安裝的戶外屋頂廣告牌鋼結構使用2～3年后必須進行安全檢測。對用油漆防腐的鋼結構每2～3年應檢測1次。