屋頂鋼結(jié)構(gòu)廣告牌檢測(cè)鑒定分析

梁善禮

廣東廣聯(lián)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司 廣東 佛山 528300

1 屋頂廣告牌的現(xiàn)狀

戶外廣告牌作為一種常見(jiàn)的構(gòu)筑物，不僅向公眾傳遞信息，也能點(diǎn)綴城市。屋頂廣告牌主要由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，承受自重以及風(fēng)荷載。經(jīng)過(guò)筆者多年來(lái)對(duì)屋頂廣告牌的鑒定，發(fā)現(xiàn)屋頂廣告牌普遍存在以下問(wèn)題。

1.1 結(jié)構(gòu)布置不合理

這是屋頂廣告牌最常見(jiàn)的毛病。由于大部分廣告牌沒(méi)有經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)和正規(guī)施工，常出現(xiàn)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(jié)構(gòu)，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(wèn)題

對(duì)于屋頂廣告牌而言，由于自重較小，位置通常較高，風(fēng)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(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS148：2003的要求，屋頂廣告牌支座嚴(yán)禁采用摩擦性膨脹螺栓連接。但就筆者所見(jiàn)，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(shí)是整個(gè)廣告牌最危險(xiǎn)的部分。廣告牌即使個(gè)別桿件有問(wèn)題，出現(xiàn)人員傷亡的概率也是相對(duì)較低，但如果因?yàn)橹ё?dǎo)致廣告牌整體拔出，那么從高空墜落的廣告牌將會(huì)造成難以想象的嚴(yán)重后果[1]。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)桿件問(wèn)題

根據(jù)筆者觀察，大部分樓頂廣告牌桿件長(zhǎng)細(xì)比普遍較大，常采用單個(gè)L40×4角鋼作為受力桿件。由于單角鋼為的最小回轉(zhuǎn)半徑對(duì)應(yīng)為角鋼的斜平面，回轉(zhuǎn)半徑i非常小，所以計(jì)算得到的長(zhǎng)細(xì)比往往非常大，而《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS148：2003規(guī)定構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比限制為150。

1.4 支撐缺失問(wèn)題

對(duì)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(nèi)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(cè)向支撐，保證廣告牌的整體穩(wěn)定。從多個(gè)屋面廣告牌的鑒定結(jié)果看來(lái)，大部分廣告牌都沒(méi)有設(shè)置符合要求的柱間支撐。

1.5 桿件連接問(wèn)題

廣告牌的桿件連接包括桿件的搭接與節(jié)點(diǎn)的連接。大部分廣告牌的桿件采用工人現(xiàn)場(chǎng)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(zhì)量也極差。此外大部分天面廣告牌的節(jié)點(diǎn)連接不合規(guī)范，極少按規(guī)范做節(jié)點(diǎn)板。

圖2 某廣告牌桿件連接

1.6 桿件的銹蝕破損問(wèn)題

由于天面廣告牌處于露天環(huán)境，經(jīng)歷常年風(fēng)吹日曬，非常容易令鋼構(gòu)件銹蝕。一些廣告牌的支座沒(méi)有設(shè)置混凝土封底，柱腳在天面積水的腐蝕下完全銹斷的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。

1.7 廣告牌支座位置問(wèn)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(xué)概念的施工人員并不理會(huì)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(méi)有安全問(wèn)題，整個(gè)體系也是非常不安全的。

2 屋面廣告牌檢測(cè)的主要內(nèi)容

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

屋頂鋼結(jié)構(gòu)廣告牌的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要包括廣告牌的整體變形，構(gòu)件材料的強(qiáng)度，連接情況，構(gòu)件缺陷以及損傷，構(gòu)件涂層厚度等。廣告牌的整體變形一般直接采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀。由于鋼構(gòu)件已投入使用且大多位于高處，因此鋼構(gòu)件的強(qiáng)度一般無(wú)法通過(guò)試件拉伸試驗(yàn)檢測(cè)，一般只能通過(guò)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(cè)量，記錄構(gòu)件的連接情況，記錄構(gòu)件尺寸及定位。此外對(duì)于鋼構(gòu)件的焊接連接，一般采用肉眼觀測(cè)、磁粉探傷、超聲波探傷方法等檢測(cè)焊縫的連接質(zhì)量[2]。

2.2 結(jié)構(gòu)復(fù)核上機(jī)計(jì)算

所有測(cè)量數(shù)據(jù)整理后，按照實(shí)際廣告架數(shù)據(jù)上機(jī)建模，結(jié)合所在地基本參數(shù)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載力驗(yàn)算，篩選出承載力不足的桿件。

3 屋面廣告牌鑒定實(shí)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(zhǎng)32m。廣告牌采用鋼結(jié)構(gòu)安裝到天面混凝土板。安裝使用至今超過(guò)20年。該廣告牌由于長(zhǎng)時(shí)間戶外風(fēng)吹日曬導(dǎo)致銹蝕嚴(yán)重，整個(gè)結(jié)構(gòu)存在安全隱患。為了解廣告牌的安全情況，對(duì)該廣告牌全面檢測(cè)鑒定。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

該廣告牌由廣告公司施工，未經(jīng)過(guò)正規(guī)設(shè)計(jì)和施工，也沒(méi)有任何圖紙資料?，F(xiàn)場(chǎng)檢查顯示，所有柱腳均落在天面樓板，未落在懸臂構(gòu)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(wú)支座鋼板。

圖3 廣告牌剖面示意圖

3.2.1 鋼構(gòu)件材料強(qiáng)度檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)采用表面硬度法檢測(cè)鋼材強(qiáng)度。非破損檢測(cè)結(jié)果表明，該構(gòu)件鋼材強(qiáng)度不符合國(guó)標(biāo)Q235的強(qiáng)度要求。

3.2.2 鋼構(gòu)件截面尺寸檢測(cè)。構(gòu)件尺寸采用鋼尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量。實(shí)測(cè)大部分立柱構(gòu)件角鋼尺寸為L(zhǎng)45×45×4.9，桁架水平構(gòu)件及斜腹桿角鋼尺寸均為L(zhǎng)37×37×3.4。廣告牌縱向六條縱向通長(zhǎng)L37×37×3.4角鋼與桁架六個(gè)端點(diǎn)連接，每榀桁架縱向間距約2.5m，桁架平面外設(shè)有L37×37×3.4支撐?！稇敉鈴V告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS148：2003規(guī)定，暴露在室外環(huán)境中的焊接廣告牌中的角鋼不小于L45×4。因此本項(xiàng)目角鋼尺寸均不符合規(guī)范要求。

3.3 廣告牌構(gòu)件完損狀況檢測(cè)

對(duì)廣告牌構(gòu)件完損狀況進(jìn)行普查，調(diào)查顯示部分柱腳砂漿包裹已經(jīng)破壞，膨脹螺栓外露，其中一條柱的鋼構(gòu)件由于銹蝕接近完全斷裂。個(gè)別支撐由于焊接不合格出現(xiàn)松動(dòng)。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量檢測(cè)

本廣告牌大部分焊縫外觀質(zhì)量極差，連接均采用單面焊縫連接，個(gè)別連接已經(jīng)脫離。大量焊縫肉眼可見(jiàn)夾渣、焊瘤等。由于該結(jié)構(gòu)構(gòu)件太薄，無(wú)法用超聲波進(jìn)行內(nèi)部探傷，只能采用磁粉探傷方法。對(duì)外觀較好的焊縫探傷結(jié)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(guī)范，直接采用單角鋼單面連接作為構(gòu)件搭接（如圖2），且焊縫長(zhǎng)度、高度均不滿足要求[3]。

3.5 鋼構(gòu)件的涂層厚度檢測(cè)

經(jīng)過(guò)調(diào)查，廣告牌自2000年建成后，于2008年及2015年曾經(jīng)做過(guò)涂裝翻新。采用涂層測(cè)厚儀對(duì)鋼構(gòu)件涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)得涂層厚度基本在50um以下。很多構(gòu)件肉眼可見(jiàn)面層已經(jīng)丟失并已經(jīng)銹蝕，鐵銹存在分層現(xiàn)象。

3.6 廣告牌變形測(cè)量

利用經(jīng)緯儀抽查廣告牌的4跟立柱，結(jié)構(gòu)顯示四根立柱傾斜率為1/745、1/512、1/585、1/623，其傾側(cè)變形均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.7 結(jié)構(gòu)得復(fù)核驗(yàn)算

對(duì)廣告牌數(shù)據(jù)進(jìn)行全面整理后，采用3D3S軟件上機(jī)建模驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)按7度抗震計(jì)算，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.6kN/m2，樓高30m，風(fēng)壓高度變化系數(shù)1.39。本廣告牌桿件也存在亂搭桿件的現(xiàn)象，為了方便錄入，個(gè)別桿件作了簡(jiǎn)化。

圖4 廣告牌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)力比

表1 3D3S計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，大部分桿件應(yīng)力值未有超限。但廣告牌兩側(cè)由于構(gòu)造極度不合理導(dǎo)致應(yīng)力比數(shù)值達(dá)到39。雖然中部的桿件沒(méi)有應(yīng)力比超限，但是大部分都出現(xiàn)長(zhǎng)細(xì)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(zhuǎn)半徑i非常小。要解決長(zhǎng)細(xì)比問(wèn)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(jì)算長(zhǎng)度。對(duì)長(zhǎng)細(xì)比不滿足相關(guān)規(guī)范要求的構(gòu)件評(píng)為d級(jí)。

3.8 結(jié)論

①該廣告牌采用膨脹螺栓與屋面主體連接，不符合規(guī)范要求。②構(gòu)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(biāo)構(gòu)件，截面尺寸不符合規(guī)范最低要求。④廣告牌構(gòu)件部分承載力嚴(yán)重不滿足安全要求，大量桿件不滿足長(zhǎng)細(xì)比最低要求，在極端荷載下容易出現(xiàn)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(wèn)題，幾乎所有構(gòu)件均需要加固，整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)屬于D級(jí)。從預(yù)算角度，建議對(duì)該廣告牌拆除重建。

4 總結(jié)

①當(dāng)前很多廣告牌存在大量不符合規(guī)范的內(nèi)容。廣告牌應(yīng)由有相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)根本性錯(cuò)誤。同時(shí)也要加強(qiáng)施工的管理，確保廣告牌的工程質(zhì)量。②廣告牌應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的日常圍護(hù)，《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS148：2003要求戶外屋頂廣告牌鋼結(jié)構(gòu)防腐必須每年進(jìn)行1次，構(gòu)件連接點(diǎn)（焊縫、螺栓、錨栓）應(yīng)每年保養(yǎng)1次。新安裝的戶外屋頂廣告牌鋼結(jié)構(gòu)使用2～3年后必須進(jìn)行安全檢測(cè)。對(duì)用油漆防腐的鋼結(jié)構(gòu)每2～3年應(yīng)檢測(cè)1次。