大型鋼結(jié)構(gòu)廣告牌設(shè)計和施工要點

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簡介： 近年來，隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟建設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)的安全性尤其重要。另外，其基礎(chǔ)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(cè)的廣告牌結(jié)構(gòu)工程設(shè)計及實際施工的經(jīng)驗，對大型鋼結(jié)構(gòu)廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工特點作一些探討。
關(guān)鍵字：施工工藝 結(jié)構(gòu)設(shè)計

近年來，隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟建設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)的安全性尤其重要。另外，其基礎(chǔ)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(cè)的廣告牌結(jié)構(gòu)工程設(shè)計及實際施工的經(jīng)驗，對大型鋼結(jié)構(gòu)廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)花壇內(nèi)，花壇寬為3m，其一側(cè)為混凝土澆筑的廣場，另一側(cè)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(Qm 1)，層厚為2.5～2.7m，含碎磚塊、塊石及有機質(zhì)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.O～3.5MPa，該層填土土質(zhì)松軟．結(jié)構(gòu)松散，軟硬不均，強度低，未經(jīng)處理不宜作建筑物的基礎(chǔ)持力層：第二層為粉質(zhì)粘土(Qml+p1)，層厚為0.3～2.Om．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=90～50kPa，壓縮模量ES=4.5～6.8MPa：第三層為粘土(Qml+p1)，位于離地面4m以下，該層未鉆穿，土質(zhì)呈硬塑狀態(tài)，含大量的氧化鐵及鐵錳結(jié)核，其靜力觸探比貫入阻力PS=3.48～5.1 OMPa，承載力fk=250～360kPa，壓縮模量ES一0.5～15.OMPa，該層粘土分布面廣，厚度大，強度高，是良好的基礎(chǔ)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(shè)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(jié)構(gòu)廣告燈箱。該地區(qū)基本風(fēng)壓為w=O．3kN／m。，地震設(shè)防裂度為7度。
廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計
結(jié)構(gòu)型式的選擇獨立鋼柱大型鋼結(jié)構(gòu)廣告牌的主體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)受力明確，計算簡單，由立柱頂上焊接一根橫梁形成固結(jié)于地基上的T形剛架結(jié)構(gòu)體系，廣告燈箱面板通過各掛件及斜撐與T形剛架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式采用桁架式。其理由是：第一，廣告牌結(jié)構(gòu)的控制設(shè)計荷載是風(fēng)載，風(fēng)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(fēng)載較均勻地傳至立柱，因而可減小主梁與立柱連接處的應(yīng)力集中：其次，平行式桁架結(jié)構(gòu)主梁采用槽鋼，使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，可在每道主梁高程設(shè)置內(nèi)檢修梯，這樣給結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，形式簡潔、美觀，受力明確，節(jié)點構(gòu)造簡單，施工方便，從而能保證施工質(zhì)量。
結(jié)構(gòu)布置本工程采用獨立鋼結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)上，形成整體上部結(jié)構(gòu)。主梁選用槽鋼，其他構(gòu)件均選用角鋼．型號按構(gòu)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(jié)構(gòu)分析
荷載和荷載組合結(jié)構(gòu)承受的主要荷載有：1)白重：2)風(fēng)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(yīng)力分析由于鋼立柱為壓彎構(gòu)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(jié)構(gòu)的主梁可簡化為剛結(jié)或鉸結(jié)在鋼立柱上的懸臂結(jié)構(gòu)，主梁之間由橫梁及斜撐鉸結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)力，但應(yīng)嚴格檢查焊縫質(zhì)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(yīng)力傳遞，其受力大小已由上部結(jié)構(gòu)計算得出，對廣告牌之類結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)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=1 0mm，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1 8m，在水平風(fēng)載作用下會產(chǎn)生順風(fēng)向水平位移，上部結(jié)構(gòu)為懸臂桁架，在風(fēng)載及自重作用下，懸臂端部也會產(chǎn)生相應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力，降低結(jié)構(gòu)的安全性，為此，在廣告牌設(shè)計中應(yīng)嚴格限制變位。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，廣告牌水平向設(shè)計變位應(yīng)控制在10mm以內(nèi)為宜。
基礎(chǔ)工程設(shè)計
基礎(chǔ)型式及布置作為該類型廣告牌的基礎(chǔ)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(chǔ)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(zhì)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(chǔ)可在施工場地受限的情況下采用，其優(yōu)點是基礎(chǔ)施工場面很小，混凝土用量僅為平衡重力式基礎(chǔ)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(cè)花壇內(nèi)，花壇寬僅3m，若放坡開挖基坑，勢必破壞兩側(cè)的廣場混凝土地坪和水泥混凝土路面，其修復(fù)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(chǔ)，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(chǔ)上部4m深范圍內(nèi)(表層填土和第二層粉質(zhì)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。基底采用方形，尺寸為3×3m，總孔深為6m，基礎(chǔ)底下設(shè)置十字正交齒墻，以增強基礎(chǔ)的抗扭和抗剪切能力。
樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計算在樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計算中，采用C法和m法兩種計算方法。結(jié)果表明，兩種方法計算結(jié)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(jié)構(gòu)的偏心受壓構(gòu)
件進行。
基礎(chǔ)設(shè)計須考慮軸力、彎矩、扭矩等不同組合的作用，以保證基礎(chǔ)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(chǔ)工程根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件，本基礎(chǔ)采用人工挖孔擴底樁，基礎(chǔ)底面置于第三層粘土中?；娱_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(shè)100mm厚碎石墊層，吊放鋼筋骨架，并及時澆筑基礎(chǔ)混凝土，預(yù)埋錨固螺栓，鋪設(shè)基礎(chǔ)頂部鋼筋加強網(wǎng)，在澆至設(shè)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(chǔ)混凝土養(yǎng)護到規(guī)定齡期，需對預(yù)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(shè)計要求。
鋼結(jié)構(gòu)工程所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接均采用焊接，上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可在工廠拼焊：當梁柱主骨架焊接完成，形成整體上部結(jié)構(gòu)時，應(yīng)做適當?shù)募虞d試驗，以驗證焊縫的質(zhì)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(jié)構(gòu)整體外觀效果。
吊裝定位廣告牌的立柱和上部結(jié)構(gòu)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。
廣告牌建成后，經(jīng)過數(shù)次臺風(fēng)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。