第40卷第6期建 筑 结 构2010年6月
标准图集5户外钢结构独立柱广告牌6(SG526)编制介绍 雷淑忠, 郭 兵, 苗纪奎, 陈 冬
(山东建筑大学土木工程学院，济南250014)
[摘要] 国家建筑标准设计图集5户外钢结构独立柱广告牌6(SG526)，是为了指导、规范目前国内广告牌设计市场，依据现行国家规范编制的。图集中广告牌形式采用圆钢管独立柱、双悬臂圆钢管梁结构形式，上部为两面或三面广告牌面板结构。针对设计需要给出了图集的设计计算方法、计算参数的选取原则及构造要求，以及编制过程中遇到的问题。供有关设计人员在选用时参考。[关键词] 钢结构构件；广告牌；结构设计 Introduction of standard design Ou tdoor Steel Structure Advertisement Board
Supported by Single Column (SG 526)
Lei Shuzhong,Guo Bing,Miao Jikui,Chen Dong
(Shan Dong Jian Zhu University,Jinan 250014,China)
Abstract :The building s tandard design Outdoor Steel Structure Advertisemen t Board Su pporte d by Sin gle Column (SG526)is organized by present national standard i n order to guide and regulate the design of advertisement board.The structural form of the standard design drawing was adopted by single stee-l tube column and two can tilever stee-l tubes beams,and supported by two or three panel structure on the top.The desi gn method,selection principle of calculation parameter,construction requirement,and the matters in the course of organization are presented.It can be useful to the related designers for reference.Keywords :steel structure;advertisemen t board;structural design
聚乙二醇辛基苯基醚作者简介：雷淑忠,Email:leishuzhong@163 。
0 前言
独立柱广告牌的结构形式具有较强的规则性，属于高耸结构，头大脚小自重轻，主要承担风荷载和地震作用，设计、制作、安装工艺复杂，造价较高。尽管独立柱广告牌是一种形状规则、技术成熟的结构体系，但是由于设计单位和广告公司技术人员的专业素质参差不齐，导致有不少广告牌存在安全隐患，工程事故时有发生，或者用料不经济，造成不必要的浪费。独立柱广告牌通常设置在高速公路两旁，或车流、人流比较密集的公共场合，结构安全性尤为重要。1 图集概况
111广告牌形式及主要尺寸
户外落地式独立柱钢结构广告牌，采用独立柱、双悬臂梁结构形式，下部为圆钢管独立柱，上部为两面或三面广告牌面板结构及其支架体系。钢管柱下采用独立混凝土基础。面板分为两面和三面两类。采用两面广告牌时，两块面板之间的夹角为716b ；采用三面广告牌时，面板之间的夹角互为60b 。结构构件的布置如图1,2所示。
单个广告牌面板的平面尺寸分为5m @14m,6m @18m 两类。地坪以上总高度,5m @14m 广告牌的总高度有12,15,18m 三类;6m @18m 广告牌的总高度有15,18,21m
三类。
图1 两面广告牌结构体系
图2 三面广告牌结构体系
112荷载及作用
荷载考虑包括结构自重、风荷载、地震作用和其他荷载，雪荷载、裹冰荷载均未考虑。其他荷载包括广告牌面板材料(不包含面板结构)的自重(标准值取0115kN P m 2)，固定设备(如灯光照明设施等)的点荷载(标准值取013kN)，以及检修荷载(标准值取1kN)。
另外还考虑了风荷载偏心扭矩标准值。根据5户外独立柱广告牌风荷载数值模拟研究报告6[1]，双面广告牌风荷载合力的偏心距系数为c e =0119。对于面板尺寸为6m @18m，高21m，基本风压017kN P m 2的双面广告牌，全部风荷载合力标准值为:
F k =(B z L s L z w 0)A
26
sma天线=(117@1150@11206@017)@(6@18)=23212kN
式中A为面板面积。由此可得风荷载合力偏心扭矩的标准值为:
T k=F k c e L
=23212@0119@18=79411kN#m
式中L为面板长度。风荷载合力偏心扭矩T k由四个梁平均分担，施加在钢管梁的外伸端。
113参数控制
变形控制：在风荷载(标准值)作用下，广告牌钢结构顶点的水平位移不超过该点离地高度的1P100，
钢结构横梁的挠度限值为梁跨的1P150。
长细比：广告牌平面或空间桁架中的杆件长细比限值，受压弦杆、斜杆、横杆取150，辅助杆取200，受拉杆取250。
114计算模型
计算模型为杆系空间结构。假定钢管梁与钢管柱之间、支架横梁与钢管梁之间均为刚接，柱脚连接为刚接，其余节点均按铰接考虑。广告牌钢结构的安全等级为一级，结构重要性系数取111。因自重很小，忽略P-$效应。
构件计算长度：钢管柱取两倍几何长度；钢管梁取两倍悬伸长度；支架立柱悬伸部分取两倍几何长度，中间部分取几何长度；支架横梁在平面内取两倍几何长度，平面外取几何长度；其余构件取几何长度。
构件截面形式：截面尺寸通过计算确定，如面板尺寸为6m@18m，高21m，基本风压017kN P m2的双面广告牌，钢管柱为<1450@20，钢管梁为<530@14，支架横梁为H200@200@6@8，支架立柱为单槽钢14a，水平支撑75@5，斜撑275@5。
构件材料：承重结构选用Q235B钢，寒冷地区宜选用C级钢或D级钢。钢管柱和钢管梁均采用热轧无
缝钢管或螺旋缝埋弧焊钢管。
2风荷载取值
根据5建筑结构荷载规范6(GB50009)2001)[2](以下简称荷载规范)风荷载标准值w k按下式计算:
w k=B z L s L z w0(1)式中符号的意义见规范。
(1)风压高度变化系数L z按平坦或稍有起伏的B类地面粗糙度计算，假设面板风压沿面板竖向均匀分布，计算点为面板中部。
(2)风荷载体型系数L s根据5户外独立柱广告牌风荷载数值模拟研究报告6[1]，三面广告牌的体型系数取113(与荷载规范一致)，两面广告牌的体型系数取115(规范建议值为1149)，钢管柱的L s需要根据风压、管径等参数计算确定。
(3)广告牌风振系数B z是一个有争议的参数，有
的资料建议采用110，即不考虑风振影响，有的资料建议取大于110的某一个常数,5户外广告设施钢结构技术规程6(CECS148)2003)[3](以下简称广告规程)和荷载规范也不明确。
经过有限元程序及手工简化计算，独立柱广告牌钢结构的基本自振周期T
1
多在016~019s之间，大于荷载规范规定的0125s，故需要考虑风振的影响。风振系数按荷载规范式(71412)计算，即:
B
z
=1+N M U z P L z(2)式中:N为脉动增大系数，与基本风压、自振周期有关，按广告规程中表41216-1，或者荷载规范中表71413来确定;M为脉动影响系数，与总高度、高宽比和地面粗糙度有关，按广告规程中表41216-2，或者荷载规范中表71414-3来确定;U z为振型系数，与尺寸有关。尽管广告规程中表41216-3和荷载规范中附录F都有相关规定，但好像都不太适合于独立柱广告牌结构。
以北京为例，计算各种系数及风荷载如下:20年
重现期的基本风压为w
=0136kN P m2；总高度为21m 的6m@18m广告牌，离地高度按21-6P2=18m考虑,
查荷载规范中表71211得风压高度变化系数L
z
= 11206；对于三面广告牌取风荷载体型系数L s=113; w0T21=0136@0172=01176，由荷载规范中表71413可查得脉动增大系数N=210；根据荷载规范中表71414-3，查得脉动影响系数M=0146；根据广告规程中表41216-3，查得振型系数U z=01825；将有关的参数代入
式(2)，计算得风振系数B
z
=11629，该数值较大；将有
关参数代入式(1)，计算得风压标准值为w
k
=21554@ w0=0192kN P m2。
可以看出，风压标准值是基本风压的21554倍。如果再考虑上结构重要性系数111和活荷载分项系数114，则风压设计值是基本风压的31933倍。
本例是按20年重现期内的风压计算的，如按50年重现期(50年使用寿命)，上述计算值大约要提高20%。
(4)阵风系数B gz与地面粗糙度和总高度有关。根据广告规程中表41217，或者荷载规范中表71511确定。核算主体结构时应采用风振系数B z，核算局部构
步态识别件时应采用阵风系数B
gz
，二者不能混淆。经计算，大部分广告牌的风振系数多在115~210之间。根据广告规程或荷载规范中相应表格查得所有广告牌的阵风系数在1169~1174之间。因此在计算时风振系数、阵风系数统一取117。
(5)因设计使用寿命取25年，图集中基本风压w0按荷载规范查取本地基本风压时，重现期应为25年。
27
3法兰盘节点的计算
为了便于施工，将钢管梁分成两段，较小一段与钢柱相连，两段之间采用法兰盘节点连接。对于法兰盘节点的计算方法，国内现有规范[4,5]还不统一。
311螺栓的验算
有加劲肋法兰盘受拉(压)、弯共同作用时，现有规范[5]对螺栓拉力大都采用下式计算:
N b t ma x=My1
E y2i?
N
n
[N b
t
(3)
式中:M为法兰所受的弯矩;N为法兰所受的轴心作
用力(压力时取负值);y
i
为螺栓中心到旋转轴的距离，对圆形法兰盘大都取圆杆外壁接触点切线为旋转轴; y1为受力最大螺栓中心到旋转轴的距离;n为螺栓个
数;N b
t
为螺栓的抗拉承载力设计值。
对于普通螺栓和承压型高强度螺栓，旋转轴应该根据底部螺栓是否受压分别取圆杆外壁接触点切线和螺栓形心。而对于高强度螺栓，由于预拉力的作用，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，旋转轴应该取在螺栓的形心上。
312法兰板计算
衣帽对于法兰盘底板的厚度，部分规范[4,5]采用下列公式计算:
t\6M max P f(4)
M ma x=B qL2x(5)
q=N b tmax P L x L y(6)式中,M ma x为法兰盘根据悬臂或二、三边支承面积所算出的最大弯矩,B为弯矩系数,q为板上均布荷载,f为底板材料设计强度，尺寸L x,L y如图3所示。
5钢管结构结构技术规程6[7]规定，法兰板的厚度可按下式计算:
t\3N b t ma x P C f(7)式中C为查表所得的系数。
由式(4)和(7)计算出的结果相差较大，最后经专家讨论，决定采用后者进行计算。
313法兰肋板的强度验算
借鉴文[5]的算法，剪应力S和正应力R采用下式验算:
S=N b t ma x P A=N b t ma x P ht<f v(8)
R=5N b tmax e P h2t r<f(9)
式中:f
v
为钢材的抗剪强度设计值P MPa；几何参数h, t r,e如图4所示。
4
外包式柱脚栓钉的计算
现有规范[6]仅对工字形柱、
箱形截面柱的栓钉计算有规定，对圆管柱栓钉的计算没有具体规定。对于
图3有加劲肋法兰板受力简图图4法兰板及肋板计算图工字形柱
，计算时是将截面柱脚弯矩简化成一对力偶来计算栓钉数量。同理，圆形截面也可将每列栓钉简化成一个锚栓，根据锚栓拉压力计算栓钉数量见图5。
图5截面栓钉布置图
弯矩作用下栓钉列承担的剪力即是该列栓钉对应的钢管壁的内力。首先计算弯矩作用下钢管壁的最大应力为:
R=M x P C x W nx(10)栓钉对应的钢管壁弧长为:
跟刀架l=2P R P12(11)对应的内力为:
F=lt R(12)单个栓钉在弯矩作用下承担的剪力为:
V M=F P n<N b v(13)式中,M
x
为柱脚处所受的设计弯矩,W
nx
为钢管净截面
的抵抗矩,C
x
为塑性发展系数,R为钢管半径,t为钢管壁厚,n为一列栓钉个数。
致谢：中国建筑标准设计研究院专门组织了两次审查会，审查专家对图集编制提出了许多宝贵意见。
参考文献
[1]户外独立柱广告牌风荷载数值模拟研究报告[R].北京：中国建
筑科学研究院,2006.
[2]GB50009)2001建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出
版社,2001.
[3]CECS148)2003户外广告设施钢结构技术规程[S].北京：中国
方便盒
计划出版社,2003.
[4]GBJ135)90高耸结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版
社,1990.
[5]DL P T5154)2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定[S].北
京：中国电力出版社,2002.
[6]JGJ99)98高层民用建筑钢结构技术规程[S].北京：中国建筑工
业出版社,1998.
[7]5钢管结构技术规程6(征求意见稿).
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