高立柱廣告牌的設(shè)計(jì)與制作

高立柱廣告牌設(shè)計(jì)與制作概論張繼紅（上海地固巖土工程有限公司，上海， 200086）摘要：本文介紹了國內(nèi)高立柱廣告牌設(shè)計(jì)與制作的現(xiàn)狀，并對(duì)高立柱廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與制作等方面進(jìn)行了深入的剖析，以國內(nèi)現(xiàn)行的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程為依據(jù)，提出設(shè)計(jì)與制作的關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)選方法，以求推進(jìn)高立柱廣告牌設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化進(jìn)程，使高立柱廣告牌設(shè)計(jì)制作逐步達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。關(guān)鍵詞：高立柱廣告牌、設(shè)計(jì)、制作、優(yōu)化作者簡(jiǎn)介：張繼紅，男，高級(jí)工程師，國家一級(jí)注冊(cè)建造師，國家注冊(cè)土木（巖土）工程師，上海市注冊(cè)咨詢專家。曾作為主要負(fù)責(zé)人完成上海市巖土工程科研項(xiàng)目 6項(xiàng)，其中4項(xiàng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，2項(xiàng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，獲國家發(fā)明專利1項(xiàng)，獲上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)。作為第一作者公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文二十余篇，其中8篇發(fā)表于EI檢索期刊。完成工程咨詢、工程設(shè)計(jì)、巖土工程治理、巖土工程施工及工程勘察等工程項(xiàng)目五十多項(xiàng)。參與了上海浦東國際機(jī)場(chǎng)、東海大橋、上海合流污水三期、世博會(huì)等重大工程項(xiàng)目建設(shè)。聯(lián)系地址：上海市浦東浦鍵路729號(hào)2303室，手機(jī)：一三916002694,E—mail:.1.前言：本文所說的高立柱廣告牌主要是指以獨(dú)立基礎(chǔ)高聳于道路兩側(cè)、 機(jī)場(chǎng)、車站等人流較多場(chǎng)所的戶外廣告牌。隨著我國改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)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。在高立柱廣告牌的設(shè)計(jì)制作中 ，對(duì)其造型、規(guī)模及效益等方面的要求也不斷提高，在滿足廣告效果的前提下，其結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的安全性尤其重要。國內(nèi)目前高立柱廣告牌的設(shè)計(jì)水平、結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)型式、制作水平及工程造價(jià)等方面差別很大，要么造價(jià)過高，設(shè)計(jì)過于保守，要么設(shè)計(jì)難以滿足安全使用的要求。究其原因，主要有以下4個(gè)方面：1）高立柱廣告牌結(jié)構(gòu)屬新近興起的以風(fēng)荷載為主要控制荷載的高聳結(jié)構(gòu)，雖然一些發(fā)達(dá)地區(qū)（如上海）已制定了地方設(shè)計(jì)施工規(guī)程，但目前尚缺乏全國性的規(guī)范規(guī)程作為設(shè)計(jì)施工依據(jù)；2)高立柱廣告牌單體工程造價(jià)較低(一般低于 30萬元)，對(duì)于規(guī)模較大鋼結(jié)構(gòu)及建筑工程設(shè)計(jì)與施工單位而言，單體工程規(guī)模小、造價(jià)低，設(shè)計(jì)年限一般不高于一五年，予以的重視程度不夠，然而由于其數(shù)量多，對(duì)于廣告公司而言，其工程造價(jià)至關(guān)重要，因此目前高立柱廣告牌的設(shè)計(jì)制作還難以達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的要求。3)高立柱廣告牌雖然單體造價(jià)較低，但設(shè)計(jì)時(shí)涉及的知識(shí)面廣、特別是基礎(chǔ)抗傾覆設(shè)計(jì)計(jì)算十分復(fù)雜，加之地質(zhì)條件的千變?nèi)f化，使得目前多數(shù)的高立柱廣告牌基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難以滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，在工程實(shí)踐中，特別是 2004年臺(tái)風(fēng)中，在浙江有大量高立柱廣告牌因基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不安全而傾覆便是血的教訓(xùn)。4)對(duì)高立柱廣告牌結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)缺乏充分認(rèn)識(shí)，有相當(dāng)一部分客戶及廣告公司都認(rèn)為高立柱廣告牌的結(jié)構(gòu)重量是高立柱廣告牌設(shè)計(jì)的控制荷載，一般情況下這種認(rèn)識(shí)都是不符合實(shí)際的。風(fēng)荷載是高立柱廣告牌設(shè)計(jì)與制作的控制荷載，風(fēng)荷載的確定和合理計(jì)算亦是高立柱廣告牌設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一。高立柱廣告牌設(shè)計(jì)依據(jù)綜合結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，根據(jù)豐富的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，高立柱廣告牌的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)主要依據(jù)以下規(guī)范規(guī)程：GB50009建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GBJ17鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ/T16民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJF-三5-90高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范8)《中華人民共和國廣告法》及國家、地方有關(guān)土地、規(guī)劃、市容管理等方面的法律、法規(guī)等規(guī)范性文件。主要參考依據(jù)：上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《戶外廣告設(shè)施設(shè)置技術(shù)規(guī)范》上海市工程建設(shè)規(guī)范《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》地方地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范高立柱廣告牌的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造高立柱廣告牌的形狀尺寸高立柱廣告牌的一般分為兩面牌及三面牌兩種主要的牌面形式，其中的兩面牌由2個(gè)基本平行的牌面組成，主要適合于單條道路的兩側(cè)，有的考慮到車輛行駛的視覺效果，部分兩面牌的牌面設(shè)置成小幅度的角度。而三面牌主要用于道路交叉位置處。目前常用的高立柱廣告牌單面牌面尺寸主要為一八 mrK6ml也有5mx—五m及7mx21m的牌面尺寸，在設(shè)計(jì)牌面尺寸時(shí)尚應(yīng)考慮地方市容管理等方面的規(guī)定，如上海市規(guī)定牌面尺寸不得大于 6mix—八mr高立柱廣告牌的高度根據(jù)路面的高度而有所差異，國內(nèi)常用的高度一般為路面以上一八m（自牌面頂部算起），由于考慮到廣告效果，近幾年高立柱廣告牌的高度有逐步增加的趨勢(shì)，如上海地區(qū)目前已較少采用一八m的高度，總高度25m的高立柱廣告牌較為常見，有的甚至達(dá)到了三十多米高，其機(jī)構(gòu)形式可見下圖。Lawn-Ein廣告牌正面剝層結(jié)構(gòu)圖 右視圖(A-A)圖1：高立柱廣告牌上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)構(gòu)造示意圖高立柱廣告牌上部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造高立柱廣告牌的上部結(jié)構(gòu)主要由牌面與立柱組成。其中的牌面結(jié)構(gòu)一般由型鋼焊接而成的鋼架與表面鐵皮組成， 其作用是作為廣告發(fā)布的載體。其設(shè)計(jì)要求滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防雷、防腐等要求。立柱是廣告牌面的支撐，其作用是將廣告牌面的自重及風(fēng)荷載產(chǎn)生的傾覆力矩傳遞至基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，立柱的形式有鋼架結(jié)構(gòu)和單立柱結(jié)構(gòu)等形式， 目前主要以單立柱結(jié)構(gòu)為主，其設(shè)計(jì)要求滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防雷、防腐等要求。立柱的外徑一股為1mL1.2m,壁厚一般為10mm~12mm高立柱廣告牌的上部結(jié)構(gòu)需要定期的進(jìn)行刷漆保養(yǎng)，其上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)年限應(yīng)滿足廣告審批文件的要求，上部結(jié)構(gòu)主要是鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限不宜太長，一般不宜超過一五年。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作質(zhì)量問題主要體現(xiàn)在以下方面：部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接不牢固，局部構(gòu)件掉落；刷漆保養(yǎng)質(zhì)量不過關(guān)，導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重、色澤難看；牌面結(jié)構(gòu)不合理或焊接不牢固導(dǎo)致牌面扭曲；牌面與立柱連接不牢固，導(dǎo)致牌面脫落；以上問題在工程實(shí)踐中均有所發(fā)生。高立柱廣告牌的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與制作解析目前常用的高立柱廣告牌的基礎(chǔ)型式主要有：自重式鋼筋混凝土基礎(chǔ)(包括鋼筋混凝土伐板基礎(chǔ)或鋼筋混凝土墩基礎(chǔ))、樁伐基礎(chǔ)及人工挖孔單樁基礎(chǔ)三種基礎(chǔ)型式。筆者結(jié)合長期的地基基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，在下文中對(duì)各種基礎(chǔ)型式的安全可靠性與經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行剖析，以求推進(jìn)高立柱廣告牌基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理化進(jìn)程。自重式伐板基礎(chǔ)自重式伐板基礎(chǔ)，包括鋼筋混凝土伐板基礎(chǔ)與鋼筋混凝土墩基礎(chǔ)，是通過大面積的開挖(一般挖深2-3m),然后澆注大體積的鋼筋混凝土，通過預(yù)埋件與立柱連接，通過鋼筋混凝土底板及上覆土體的自重來抵抗來自廣告牌面的風(fēng)力作用。這種基礎(chǔ)最大優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、方便、不需要大的施工設(shè)備，因而被廣泛采用，是目前高立柱廣告牌的主要基礎(chǔ)形式。目前常用的基礎(chǔ)尺寸有：6mK6miX3(或4)mi,8mx6mK2(3)mi,12rnK6mx2m這一基礎(chǔ)的最大缺點(diǎn)是采用抗風(fēng)能力小，非常不經(jīng)濟(jì)，基礎(chǔ)造價(jià)昂貴且占地面積大。目前采用這一基礎(chǔ)形式的高立柱廣告牌設(shè)計(jì)制作中最大的問題是：由于造價(jià)高，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸偏小，其抗風(fēng)能力一般均不能滿足規(guī)范約定的設(shè)計(jì)要求，抗風(fēng)能力低，因而在遇到大風(fēng)時(shí)可能傾覆，2004年溫州一帶大量高立柱廣告牌在臺(tái)風(fēng)中傾覆的主要是這一基礎(chǔ)型式。究其原因主要有以下4個(gè)方面：1）基礎(chǔ)造價(jià)高，業(yè)主一般難以接受滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)造價(jià)；2）由于基礎(chǔ)抗傾覆設(shè)計(jì)計(jì)算涉及規(guī)范及知識(shí)面廣，設(shè)計(jì)者往往難以全面掌握風(fēng)荷載計(jì)算、水浮力計(jì)算、基礎(chǔ)抗風(fēng)能力計(jì)算及地基承載力計(jì)算等諸多方面的知識(shí)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算考慮的因素不充分，使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理。3）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不但與廣告牌所屬區(qū)域的風(fēng)荷載有關(guān)，而且與基礎(chǔ)下部的地基土特性密切相關(guān)，一般的高立柱廣告牌設(shè)計(jì)難以提供準(zhǔn)確的巖土工程勘察報(bào)告，套用的基礎(chǔ)型式居多，地基土的性質(zhì)復(fù)雜多變，也是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理的主要原因之一。4）目前的設(shè)計(jì)依據(jù)往往以過去的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，過去設(shè)計(jì)的高立柱廣告牌未傾覆并不代表就能滿足設(shè)計(jì)要求，因?yàn)槿魏我豁?xiàng)設(shè)計(jì)均需經(jīng)過長期的考驗(yàn)及一定的安全儲(chǔ)備。樁伐基礎(chǔ)樁伐基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)主要由提供抗拔、抗壓工程樁提供承載力，通過樁頂?shù)男〕叽玟摻罨炷练グ瀹a(chǎn)生力矩抵抗風(fēng)荷載。該種基礎(chǔ)形式的工程樁一般對(duì)稱分布，工程樁數(shù)量一般不低于4根。該種基礎(chǔ)形式的最大優(yōu)點(diǎn)是抗風(fēng)能力強(qiáng)。目前常用的工程樁型式主要有：鉆孔灌注樁、預(yù)制樁，最大的缺點(diǎn)是施工設(shè)備大，進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用高，加之對(duì)施工場(chǎng)地的平整度要求高，工程樁的抗拔承載力小，因而在工程中較少使用。于2005年通過上海市鑒定的傘式自擴(kuò)錨擴(kuò)底樁新技術(shù)彌補(bǔ)了這一缺陷，為樁伐基礎(chǔ)在高立柱廣告牌基礎(chǔ)設(shè)計(jì)制作中的應(yīng)用開辟了新思路，具有廣闊的應(yīng)用前景。傘式自擴(kuò)錨是一種新的抗拔基礎(chǔ)形式，其原理是能象雨傘一樣地收起和撐開，該裝置在收起狀態(tài)下錨入土體，通過在土體表面處拉拔，使錨固端在深遠(yuǎn)土體中可以象雨傘一樣撐開，從而提供巨大抗拔、抗壓承載力。其結(jié)構(gòu)與構(gòu)造如下圖：圖2:傘式自擴(kuò)錨結(jié)構(gòu)與構(gòu)造傘式自擴(kuò)錨擴(kuò)底樁由于其獨(dú)特的創(chuàng)造性、 新穎性及實(shí)用性，其科研及應(yīng)用成果已被《土木工程學(xué)報(bào)》、《巖土工程學(xué)報(bào)》等權(quán)威刊物所報(bào)道，目前已在高立柱廣告牌基礎(chǔ)中有所應(yīng)用。傘式自擴(kuò)錨擴(kuò)底樁施工機(jī)械輕便，施工操作簡(jiǎn)單，因而其適應(yīng)性強(qiáng)、進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)底、工期快，單樁承載力高，因而工程造價(jià)低，同等條件下的基礎(chǔ)造價(jià)一般為自重式伐板基礎(chǔ)的40%?60%。在上海等沿海風(fēng)力大的地區(qū)、軟土地基區(qū)域、結(jié)構(gòu)高度大的廣告牌尤為經(jīng)濟(jì)適用。一般單個(gè)廣告牌樁基礎(chǔ)造價(jià)為 3-4萬之間，且可提供的抗風(fēng)力矩為4000kN.m^6000kN.m之間。人工挖孔單樁基礎(chǔ)人工挖孔樁由于施工設(shè)備少，工程造價(jià)低，近年來在北方硬土地區(qū)也有所使用。這一基礎(chǔ)型式一般包括1根人工挖孔樁，樁頂澆注有一承臺(tái)，以求共同抵抗風(fēng)荷載，而這一基礎(chǔ)型式一般純屬套用，缺乏計(jì)算依據(jù)。從事巖土工作的工程師一般均知道，單樁的抗彎矩能力都是很低的，采用單樁抗傾覆設(shè)計(jì)原理上是不合理的，該種基礎(chǔ)型式在北方硬土地區(qū)之所以可以使用主要有2方面的原因，其一是土體強(qiáng)度很高，其二是只使用于風(fēng)力小的區(qū)域。該種基礎(chǔ)型式應(yīng)該有嚴(yán)格的使用條件，在以下情況下不可使用:1）軟土地區(qū)不可使用，主要因?yàn)橐环矫孳浲恋貐^(qū)不能施工人工挖孔樁，其二是土體強(qiáng)度低，人工挖孔樁的的抗彎能力太小。在風(fēng)力大的區(qū)域不能使用，主要原因是單樁不能提供足夠的抗風(fēng)彎矩。3）在較高的廣告牌中不能使用，主要原因