近年来随着我国改革开放的不断深入，经济建设迅速发展，与之相伴的广告业也日益兴旺，因此在广告牌结构设计中，对其造型、规模、效益的要求都比较严格，大型广告牌为永久性建筑，通常位于公共场所及繁华闹区，且多数建于既有建筑内，因此在满足广告效果的前提下，其结构的安全性非常重要，另外其基础工程的施工一般受附近既有建筑的制约影响较大。本文根据某火车站广场两侧广告牌结构工程的设计和实际施工经验，对广告牌的结构设计及施工特点作了一些探讨。
项目概况广告牌位于某火车站前广场东西两侧花坛内，花坛宽3m，一侧为混凝土广场，另一侧为素混凝土路面，根据现场钻孔资料，项目现场土层自上而下分为三层：表层为填土（Qm1），厚度2.5～2.7m，含有碎砖、石块及有机物等。其静贯力PS=0.83～3.65MPa，承载力fk=60～80kPa，压缩模量ES=3.0～3.5MPa，此层填土质地软，结构松散，硬度不均匀，强度较低，不经处理，不宜作为建筑物的基础承重层。第二层为粉质粘土（Qm1+p1），厚度为0.3～2.0 m，含有少量的氧化铁，其力贯入阻力PS=0.83～1.85MPa，承载力fk=90～150kPa，压缩模量ES=4.5～6.8MPa；第三层为粘土（Qm1+p1），位于地面以下4m，该层尚未钻透，土体呈硬塑状态，含有大量的氧化铁和铁锰结核，其静贯入阻力PS=3.48～5.10MPa，承载力fk=250～360kPa，压缩模量ES=10.5～15.0MPa，此层粘土分布面积广，厚度较大，强度较高，是良好的地基持力层。项目所在地地下水类型主要为埋藏于地表填土中的上层滞水，地下水主要受大气降水的影响，而地表水入渗补给、水位、水量均受气候变化的影响。
设计要求广告牌采用距地面12m高18m的独立钢柱支撑6×18m的矩形钢结构广告灯箱，区域内基本风压w=0.3kN/m2，抗震设防开裂度7度。
广告牌结构设计
结构型式的选择：独立钢柱的大型钢结构广告牌主体结构常用的形式有两种：一种是T型，它的主架由独立钢柱和顶部横向主梁组成，该体系主体结构受力明确，计算方便，在柱顶焊有横梁，组成固定在基础上的T型钢架结构体系巨型钢结构施工，广告灯箱面板通过各种吊架、斜撑与T型钢架连接。另一种是桁架式，它的主架由独立钢柱和上部若干根平行的横向主梁焊接而成，主梁间通过水平支撑和斜撑连接巨型钢结构施工，组成空间桁架体系，将广告灯箱直接悬挂在主架上。
经过比较，广告牌结构采用桁架式，理由是：首先，广告牌结构控制设计荷载为风荷载，风压直接作用在面板上，再由面板传递到框架，而设在不同标高的几根主梁，可以较均匀地将风荷载传递到柱子上，从而减少主梁与柱子连接处的应力集中。其次，平行桁架结构的主梁采用槽钢，使结构平整，方便广告牌的悬挂，并能加强面板与主框架的连接，从而减少面板的变形，保证广告面的视觉效果；第三，平行桁架结构在各主梁标高设置范围内均可设置检查、维修梯，给维护、检查和广告布的挂卸带来很大的方便，保证了操作人员的人身安全；另外，平行桁架结构形式简洁美观，受力清晰。节点构造简单，施工方便，保证了施工质量。
结构布置：本工程采用独立钢结构柱，三根横向主梁通过节点板焊接在三个不同标高处。主梁之间设置横梁及斜撑，组成空间桁架受力体系。主要考虑广告牌面板骨架网架的布置，且面板骨架节点与主骨架节点一致，以加强面板与主骨架的联系。广告牌面板骨架与主体结构焊接在一起，组成整体上部结构。梁采用槽钢，其余构件采用角钢，根据构件的强度、变形情况进行选型，钢柱截面形状的选取除考虑其强度、稳定性外，还必须考虑广告牌整体尺寸协调、美观等因素。
结构分析
荷载及荷载组合结构承受的主要荷载有：1）自重；2）风荷载；3）温度荷载；4）养护活荷载；5）地震荷载。
荷载组合类型有三种：1）基本组合；2）特殊组合；3）施工吊装。
应力分析由于钢柱为压弯构件，其承载力取决于柱的长细比、支撑条件、截面尺寸以及作用在柱上的荷载。计算表明，钢柱的承载力一般受稳定性控制。
上部结构主梁可简化为与钢柱刚接或铰接的悬臂结构，主梁间通过横梁、斜撑铰接，组成空间平行组合桁架，内力计算利用有限元程序在计算机上完成。
根据钢结构设计理论，对接焊缝的强度在不减小截面的情况下可以达到母材的强度，因此不需要校核焊缝应力，但要严格检查焊缝质量和饱满度。连接主要为角焊缝
焊缝是杆件间承受应力传递的地方，其应力大小已由上部结构计算得出，对于广告牌这类结构，上部结构杆件所受应力一般不大，为焊接方便，可采用环向焊缝，并统一焊脚尺寸为hf=10mm，可满足规范要求；但广告牌面板架与主架的挂点处焊接，须逐一计算。
排量控制
广告牌立柱高18m，在水平风荷载作用下，会产生沿风向的水平位移，上部结构为悬臂桁架，在风荷载和自重作用下，悬臂端也会产生相应的位移，这些位移如果过大，会直接影响广告牌的使用和感官效果，更重要的是这些位移还会引起附加内力，增大结构内部的应力，降低结构的安全性。为此，要严格限制位移。根据《钢结构设计规范》（GBJ17-88）规定，广告牌的水平位移应控制在10mm以内。
基础工程设计
该类广告牌的基础类型主要有两种：一种是平衡重力式，即上部荷载主要靠重力来平衡的大体积基础，开挖量较大，混凝土用量也较高，但施工简便，节省钢材，适用于软土地基及空旷的施工场地。另一种是桩基础，其中以膨胀桩为主，在施工场地受限制时可采用此种基础类型，其优点是基础施工场地很小，所用混凝土量仅为平衡重力式基础的三分之一左右，但施工难度略有增加。
由于该广告牌建在某火车站前广场两侧花坛内，而花坛宽度仅有3m，若开挖基坑，必然会损坏两侧广场的混凝土楼面、水泥混凝土路面，修复工程费用相当可观，还可能损坏地下埋设的管道。经综合比较，选用人工开挖膨胀桩基础，使基坑开挖仅限于花坛内。为减少孔壁支护难度，基础上部4m深范围（表层填土及第二层粉质粘土）不扩孔，采用直径1.5m的圆形孔；从4m深以下（第三层粘土）开始扩孔，增加基底承重面积，满足基础承载力要求：基底为方形，尺寸为3×3m，总孔深6m。基础下设置十字形正交齿墙，增强基础的抗扭、抗剪能力。
桩基结构计算在桩基结构计算中，采用了C法和m法两种计算方法。结果表明，两种方法的计算结果比较一致，桩身弯矩最大值发生在距地面62mm处（m法为82mm）。桩顶最大水平位移为4.86mm（m法为4.78mm）。桩材料强度及配筋计算按一般钢筋混凝土结构偏心受压构件进行。
基础设计必须考虑轴力、弯矩、扭矩等不同组合的影响，保证基础本身的强度和刚度以及基础的承载力和抗剪强度满足规范的要求。
施工技术
根据场地地形、地质情况，基础工程采用人工挖孔、扩底桩，基础底部置于第三层粘土中。基坑开挖时采用孔壁支护及排水措施，保证地层及基坑开挖、检测后立即铺设100mm厚碎石垫层，钢架吊装，并及时浇注基础混凝土，预埋锚栓，在基础顶部铺设钢筋网。当基础混凝土达到设计标高后，顶面需用20mm厚1：3水泥砂浆找平，然后覆盖螺栓定位及座钢板。当基础混凝土养护到规定龄期后，需对预埋螺栓进行抗拔力试验，以确认螺栓的抗拔承载力是否满足设计要求。
钢结构工程所有钢结构构件连接均采用焊接方式，上部结构为工厂化生产，钢柱在工厂采用钢板卷制、焊接而成，上部桁架结构可在工厂焊接；梁柱主架焊接时，整体上部结构施工时应进行适当的荷载试验，以验证焊缝质量及主架强度；广告牌面板框架与镀锌铁皮面板拼接后，可直接在地面吊挂焊接于主架上，矫正面板表面的平整度，控制上部结构整体外观。
吊装定位广告牌的立柱及上部结构在工厂制作完成后，运输至现场进行整体对接。在地面成型的整体广告牌可用两台吊车从上、下整体吊装安装。定位后，用两台经纬仪从两个垂直方向校正倾斜定位，各方向的垂直度应控制在h/2000（h为广告牌高度）以内，不大于20mm。宜适时浇注素混凝土封固，防止螺栓外露生锈。
本文提到的广告牌建成后，经受住了数次台风的考验，其垂直度和位移量均达到了规定要求，总建设成本比同类广告牌节省了20%，目前已投入商业使用。
大型钢结构广告牌是改革开放经济大潮中产生的新型结构，具有强大的生命力。大型钢结构广告牌上部结构构件的尺寸主要受变形、稳定性和外观效果的控制。对于受建筑物约束的大型钢结构广告牌，钻孔桩基础是较安全、较经济的基础形式之一。
