屋顶钢结构广告牌检测鉴定分析

梁善礼

广东广联检测技术股份有限公司 广东 佛山 528300

1 屋顶广告牌的现状

户外广告牌作为一种常见的构筑物，不仅向公众传递信息，也能点缀城市。屋顶广告牌主要由钢结构构成，承受自重以及风荷载。经过笔者多年来对屋顶广告牌的鉴定，发现屋顶广告牌普遍存在以下问题。

1.1 结构布置不合理

这是屋顶广告牌最常见的毛病。由于大部分广告牌没有经过合理设计和正规施工，常出现广告牌桁架布置不合理，杆件安装随意搭接，杆件不能与其他杆件形成有效桁架。图1为典型广告牌结构，广告牌桁架杆件随意连接，杆件受力不清晰。

图1 某广告牌单榀桁架

1.2 支座问题

对于屋顶广告牌而言，由于自重较小，位置通常较高，风荷载大。广告牌需要与主体牢固连接以防止广告牌整体吹倒甚至拔出。按照《户外广告设施钢结构技术规程》CECS148：2003的要求，屋顶广告牌支座严禁采用摩擦性膨胀螺栓连接。但就笔者所见，几乎百分之九十以上的屋顶广告牌均采用摩擦型膨胀螺栓连接楼板。有些广告牌膨胀螺栓打到屋面楼板，螺栓头裸露在外，角钢与膨胀螺栓电弧焊接，不做任何处理就作为支座。这种不合理的支座其实是整个广告牌最危险的部分。广告牌即使个别杆件有问题，出现人员伤亡的概率也是相对较低，但如果因为支座失效导致广告牌整体拔出，那么从高空坠落的广告牌将会造成难以想象的严重后果[1]。

1.3 钢结构杆件问题

根据笔者观察，大部分楼顶广告牌杆件长细比普遍较大，常采用单个L40×4角钢作为受力杆件。由于单角钢为的最小回转半径对应为角钢的斜平面，回转半径i非常小，所以计算得到的长细比往往非常大，而《户外广告设施钢结构技术规程》CECS148：2003规定构件长细比限制为150。

1.4 支撑缺失问题

对于广告牌桁架，通常按二维受力考虑。与厂房类似，广告牌的平面内受力靠主桁架受力；而平面外的水平力作用下，只能靠桁架平面外的支撑提供侧向支撑，保证广告牌的整体稳定。从多个屋面广告牌的鉴定结果看来，大部分广告牌都没有设置符合要求的柱间支撑。

1.5 杆件连接问题

广告牌的杆件连接包括杆件的搭接与节点的连接。大部分广告牌的杆件采用工人现场电弧焊接。图2所示为一典型杆件连接做法，施工人员随意将角钢单面焊接拼接，焊接质量也极差。此外大部分天面广告牌的节点连接不合规范，极少按规范做节点板。

图2 某广告牌杆件连接

1.6 杆件的锈蚀破损问题

由于天面广告牌处于露天环境，经历常年风吹日晒，非常容易令钢构件锈蚀。一些广告牌的支座没有设置混凝土封底，柱脚在天面积水的腐蚀下完全锈断的现象屡见不鲜。

1.7 广告牌支座位置问题

由于大部分屋面广告牌均是在建筑物完成后搭建，因此缺乏建筑力学概念的施工人员并不理会下部建筑物的受力。如有的广告牌树立在1.3m的悬挑板上，即使该广告牌本身没有安全问题，整个体系也是非常不安全的。

2 屋面广告牌检测的主要内容

2.1 现场调查

屋顶钢结构广告牌的现场检测主要包括广告牌的整体变形，构件材料的强度，连接情况，构件缺陷以及损伤，构件涂层厚度等。广告牌的整体变形一般直接采用经纬仪、水准仪。由于钢构件已投入使用且大多位于高处，因此钢构件的强度一般无法通过试件拉伸试验检测，一般只能通过表面硬度等非破损方法得到。其他广告牌的信息，可以直接测量，记录构件的连接情况，记录构件尺寸及定位。此外对于钢构件的焊接连接，一般采用肉眼观测、磁粉探伤、超声波探伤方法等检测焊缝的连接质量[2]。

2.2 结构复核上机计算

所有测量数据整理后，按照实际广告架数据上机建模，结合所在地基本参数，对构件进行承载力验算，筛选出承载力不足的杆件。

3 屋面广告牌鉴定实例

3.1 基本状况

某屋面广告牌，工程建于2000年左右。广告牌高5.1m，长32m。广告牌采用钢结构安装到天面混凝土板。安装使用至今超过20年。该广告牌由于长时间户外风吹日晒导致锈蚀严重，整个结构存在安全隐患。为了解广告牌的安全情况，对该广告牌全面检测鉴定。

3.2 现场调查

该广告牌由广告公司施工，未经过正规设计和施工，也没有任何图纸资料。现场检查显示，所有柱脚均落在天面楼板，未落在悬臂构件上。广告牌柱脚均采用摩擦性膨胀螺栓于屋面连接，主体与螺母焊接，柱脚无支座钢板。

图3 广告牌剖面示意图

3.2.1 钢构件材料强度检测。现场采用表面硬度法检测钢材强度。非破损检测结果表明，该构件钢材强度不符合国标Q235的强度要求。

3.2.2 钢构件截面尺寸检测。构件尺寸采用钢尺和游标卡尺测量。实测大部分立柱构件角钢尺寸为L45×45×4.9，桁架水平构件及斜腹杆角钢尺寸均为L37×37×3.4。广告牌纵向六条纵向通长L37×37×3.4角钢与桁架六个端点连接，每榀桁架纵向间距约2.5m，桁架平面外设有L37×37×3.4支撑。《户外广告设施钢结构技术规程》CECS148：2003规定，暴露在室外环境中的焊接广告牌中的角钢不小于L45×4。因此本项目角钢尺寸均不符合规范要求。

3.3 广告牌构件完损状况检测

对广告牌构件完损状况进行普查，调查显示部分柱脚砂浆包裹已经破坏，膨胀螺栓外露，其中一条柱的钢构件由于锈蚀接近完全断裂。个别支撑由于焊接不合格出现松动。

3.4 钢结构焊缝质量检测

本广告牌大部分焊缝外观质量极差，连接均采用单面焊缝连接，个别连接已经脱离。大量焊缝肉眼可见夹渣、焊瘤等。由于该结构构件太薄，无法用超声波进行内部探伤，只能采用磁粉探伤方法。对外观较好的焊缝探伤结果表明，某些焊缝表面依然存在重大缺陷。此外广告牌的杆件连接极不规范，直接采用单角钢单面连接作为构件搭接（如图2），且焊缝长度、高度均不满足要求[3]。

3.5 钢构件的涂层厚度检测

经过调查，广告牌自2000年建成后，于2008年及2015年曾经做过涂装翻新。采用涂层测厚仪对钢构件涂层厚度进行检测，测得涂层厚度基本在50um以下。很多构件肉眼可见面层已经丢失并已经锈蚀，铁锈存在分层现象。

3.6 广告牌变形测量

利用经纬仪抽查广告牌的4跟立柱，结构显示四根立柱倾斜率为1/745、1/512、1/585、1/623，其倾侧变形均满足相关规范要求。

3.7 结构得复核验算

对广告牌数据进行全面整理后，采用3D3S软件上机建模验算。结构按7度抗震计算，风荷载标准值0.6kN/m2，楼高30m，风压高度变化系数1.39。本广告牌杆件也存在乱搭杆件的现象，为了方便录入，个别杆件作了简化。

图4 广告牌结构强度应力比

表1 3D3S计算结果

根据计算结果，大部分杆件应力值未有超限。但广告牌两侧由于构造极度不合理导致应力比数值达到39。虽然中部的杆件没有应力比超限，但是大部分都出现长细比超限的情况。究其原因，由于支撑杆件均采用单角钢，单角钢的回转半径i非常小。要解决长细比问题，一般采用单角钢变双角钢，或者增加附加杆件以减少杆件计算长度。对长细比不满足相关规范要求的构件评为d级。

3.8 结论

①该广告牌采用膨胀螺栓与屋面主体连接，不符合规范要求。②构件大面积锈蚀，涂层剥落，焊缝存在明显缺陷。③广告牌角钢使用非标构件，截面尺寸不符合规范最低要求。④广告牌构件部分承载力严重不满足安全要求，大量杆件不满足长细比最低要求，在极端荷载下容易出现不可控的后果。

鉴于以上几种情况，该楼面广告牌存在大量问题，几乎所有构件均需要加固，整个结构的安全等级属于D级。从预算角度，建议对该广告牌拆除重建。

4 总结

①当前很多广告牌存在大量不符合规范的内容。广告牌应由有相应资质的设计单位进行规范设计，避免出现根本性错误。同时也要加强施工的管理，确保广告牌的工程质量。②广告牌应当进行必要的日常围护，《户外广告设施钢结构技术规程》CECS148：2003要求户外屋顶广告牌钢结构防腐必须每年进行1次，构件连接点（焊缝、螺栓、锚栓）应每年保养1次。新安装的户外屋顶广告牌钢结构使用2～3年后必须进行安全检测。对用油漆防腐的钢结构每2～3年应检测1次。