城市交通标志结构计算变形控制标准研究

郑志超，侯登高

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，济南250101）

1 引言

城市中的交通标志作为城市道路中的常见构筑物，其结构型式及外观是城市道路景观的重要组成部分。交通标志通常为以圆形或多边形截面为主的钢管悬挑结构，计算过程中顺路向的变形验算常常成为确定截面尺寸的关键因素。目前，各规范中未明确交通标志结构的变形允许值该如何确定，因此，结合规范要求和国内城市（本文选取上海、杭州和济南）具体案例计算分析得出相对合理、可靠的变形控制标准。

2 交通标志常见结构型式

2.1 单立柱式

单立柱式结构一般多为简单的禁令标志或指示标志，立柱高度通常为3～4m，标志标牌面积通常小于1m2。

2.2 倒L式

倒L式结构一般多为信号灯杆、电警灯杆或禁令组合标志灯杆，立柱高度通常为6～8m，根据不同道路宽度，横梁长度可由6m延伸至15m。

2.3 F式、双F式

F式或双F式结构一般多为指路标志、分道标志或其他大标牌标志杆，立柱高度（H）通常为7～9m，横梁根据不同标牌尺寸长度（L）通常为 6～8m。

选取上海、杭州和济南3个城市有代表性的交通标志杆件进行变形计算。具体尺寸、规格详见表1。

3 交通标志结构变形计算

3.1 荷载分类

1）恒载：杆件自重，标志、设施自重等；

2）活载：风荷载（取值按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》执行），雪荷载相对于风荷载在此不予考虑[1]。

表1 3个城市各类交通标志杆件尺寸、规格表 mm

3.2 计算模型

借助Midas Civil计算软件建立有限元模型，将立柱和横梁按梁单元模拟，标牌按板单元模拟，将杆件、设施自重和风荷载分别按恒载和活载输入，计算得到各交通标志结构的变形值。

3.3 计算结果

各城市中主要杆件变形计算结果见表2。

表2 3个城市各类交通标志杆件变形计算结果汇总表

4 交通标志变形控制取值

4.1 规范对变形控制描述

根据GB 501038—2015《城市道路交通标志和标线设置规范》中对结构计算参考规范的描述，交通标志结构通常选取Q235或Q345无缝钢管作为主要受力结构[2]，故变形控制标准应将GB 50017—2017《钢结构设计标准》作为主要依据，而GB 50017—2017《钢结构设计标准》主要适用于工业与民用建筑的钢结构设计，在附录B.1中并未提出对应交通标志结构型式的变形容许值。

CECS 148：2003《户外广告设施钢结构技术规程》中对广告牌钢结构变形做出如下规定：

1）在风荷载（标准值）作用下，落地式广告牌钢结构顶点的水平变形应不超过该点离地高度的1/100。

2）在风荷载（标准值）作用下，落地式广告牌钢结构横梁的变形限值为l/150（l为横梁跨度）。

3）在风荷载（标准值）作用下，墙面式广告牌钢结构悬臂梁的变形限值为l/150（l为悬臂长度）。

4）在风荷载（标准值）作用下，屋顶式广告牌钢结构立柱和横梁的变形限值与落地式广告牌钢结构相同[3]。

若将CECS 148：2003《户外广告设施钢结构技术规程》中变形控制值作为交通标志结构设计边界条件，除单立柱式结构能满足要求外，其余交通标志结构杆件规格需增加50%～100%方能满足要求。可见，由于结构型式的不同，该变形控制值与交通标志结构并不匹配。

4.2 交通标志变形控制建议值

GB 50017—2017《钢结构设计标准》3.1.3中对正常使用极限状态表述如下：“影响结构、构件、非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。”[4]通过与交警部门沟通，交通标志结构在一定幅度内的弹性变形并不影响其正常使用。根据现场景观效果和各城市交通标志结构变形计算结果，各类交通标志结构变形控制建议值见表3。

表3 各类交通标志结构变形控制建议值

5 结语

城市道路中各类交通标志数量众多，设计时应在规范要求的基础上做到经济、美观。规范中虽然对计算方法和理论依据给予说明，在设计过程中也要求设计人员具有丰富的理论基础和实践经验，选取正确的计算参数和合理的边界条件。本文中得到的变形控制值可作为城市交通标志结构设计的参考，其普遍适用性还需进一步研究。