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    工程施工中如何設計LED顯示屏支撐結構

    AG亞遊手機客戶端下載科技  更新日期:2016/5/8 18:24:09

      引言:LED顯示屏支撐構造分成落地式、掛壁式和屋頂式3種,各種類的支撐構造體係應力應變特性不同。根據對3種支撐構造體係開展有限元分析較為,算出相對支撐構造的改進方案。得出結論,落地式模板支撐體係懸壁柱宜選用環形橫截麵,掛壁式水準向模板支撐體係宜選用組成更加,屋頂式支撐構造宜選用室內空間更加體係。對於支撐構造重要連接點開展可靠性設計,根據設定抗剪鍵或十字形加勁肋等結構對策提升連接點地應力情況,提升支撐構造的安全係數。

      伴隨著多媒體技術的發展趨勢,LED電子顯示屏市場應用於商業服務展現,造成優良的廣告效應,設計出色的顯示屏支撐構造另外可變成大城市房屋建築中亮麗的美景。融合顯示屏的焦距規定及其項目投資地區等特性一般 會依據基本建設地址及房屋建築規定開展結構特征設計。LED顯示屏一般 選用單獨落地式方式或附設房屋建築開展設定(圖1,2)。對於不同顯示屏方式的支撐構造,應精確剖析其支座反力特點采用相對的構造方式。


    圖1 顯示屏圖


    (1)顯示屏支撐結構類型

    1.1落地式支撐結構

    落地式LED電子顯示屏多設置於城市廣場或重要交通交叉處分析落地顯示屏支撐結構受力特性可知,支撐結構宜采用空間鋼桁架結構。在基礎上設置4根鋼柱組合形成空間格構柱。上部屏體部分采用多層水平空間桁架結構,既可滿足結構受力要求,又可滿足檢修通道的設置。

    義烏市賓王路LED顯示屏屏體麵積屏體有效尺寸為13.4mx8.6 m,屬於典型落地式支撐結構,采用格構柱形成顯示屏支撐結構體係。鋼格構柱4根主肢采用300 mmx300 mmx 10 mm,水平橫材采用200mm×100 mmx6mm、斜腹杆為100 mm×100mm×6mm,結合格構柱內部空間設置檢修上人通道;屏體背側構件采用鋼桁架結構,上弦杆、下弦杆、腹杆均采用100 mmx100 mmx6 mm,上部鋪設6 mm厚鋼板以滿足檢修通道要求。基礎采用獨立混凝土基礎。支撐結構如圖3所示。

    1.2壁掛式支撐結構

    城市建設密度較大,隻有很少區域能夠滿足落地式顯示屏的建設條件。而LED電子顯示屏具有播放動態畫麵廣告等優點,城市商業繁華地段需建設大量的LED顯示屏,解決該矛盾的方案就是建設附屬於已有建築物的顯示屏。

    根據建築物的建設條件、改造條件以及建築物高度通常將附屬於建築物的LED顯示屏支撐結構分為壁掛式顯示屏支撐結構和樓頂式顯示屏支撐結構。

    壁掛式顯示屏支撐結構多采用單層鋼結構固定於主體結構側麵,內部設置檢修通道。中國電信溫州分公司南站大樓LED大屏幕工程顯示屏24.0 mx 13.4m,屬於典型壁掛式顯示屏支撐結構,采用方鋼管160 mmx160 mmx6 mm形成節點體係,槽鋼14a上鋪設6 mm厚壓紋鋼板形成檢修通道,各節點通過6個M16錨栓錨固於主體結構框架柱側。該工程正立麵及側立麵見圖4。

    1.3樓頂式支撐結構

    實際使用中壁掛式LED電子顯示屏由於占據較大的建築物外立麵,將會影響到建築物的采光,因而壁掛式電子顯示屏僅適用於商場等大型商業建築。建築高度適中的辦公建築及民用住宅建築設置的LED電子顯示屏隻能設計在建築物頂部。此時顯示屏支撐結構體係應歸類為樓頂顯示屏支撐結構。

    中國通信服務廣西公司顯示屏支撐結構設置於大樓頂部,充分利用原主體結構剪力牆設置鋼格構體係,梁柱均采用格構構件,形成具有良好受力狀態的空間桁架體係。顯示屏屏體有效尺寸17.5 mx8.0 m,鋼格構柱4根主肢采用100 mmx100 mmx5 mm,水平橫材采用100 mmx100 mmx5 mm、斜腹杆為口60mmx60 mmx5 mm,其中水平橫材與豎材各自組成桁架體係抵抗側向風荷載和地震荷載。節點通過10個M12螺栓錨固於主體結構。該工程正立麵如圖5所示。

    2、荷載作用

    LED電子顯示屏采用落地式、壁掛式或樓頂式均需計算永久荷載、活荷載、風荷載、雪荷載、裹冰荷載、地震荷載等荷載作用(1)。其中永久荷載需計入屏幕自重荷載,活荷載需考慮屏體檢修涉及的檢修荷載。荷載組合係數應符合規範要求。

    壁掛式或樓頂式顯示屏其自振周期應結合主體結構進行整體分析,通常情況下可選用主體結構自振周期進行計算(2、3),並分析高振型對樓頂式支撐結構的影響(4)。風荷載的計算應按照圍護結構進行設計分析,對大型支撐結構應根據具體結構形式進行深入分析(5)。地震荷載的計算應綜合考慮雙向水平地震和豎向地震作用,對壁掛式支撐結構尤其要重視罕遇地震下豎向地震作用的影響分析。

    此外電子顯示屏內部設置有電子顯示單元,長時間的照明及其他設備的運作均會帶來過多的熱量,內部易出現散熱問題,支撐結構內部布置有大量的電力線路,線路老化等問題也易導致火災發生。顯示屏支撐結構在此類意外作用發生時應有足夠的抵抗能力,不致發生連續性倒塌破壞,需加強關鍵構件支撐節點的設計,提高安全儲備。

    3、 結構選型

    3.1落地式支撐結構

           落地式電子顯示屏支撐結構通過與基礎連接的柱體承擔上部屏體結構的荷載,可按照懸臂梁結構進行分析計算。落地式支撐結構通常采用單柱或雙柱加橫梁式結構,其餘類型可結合建築造型選用合適的支撐結構體係。柱體設計可采用混凝土結構、鋼管結構以及格構鋼柱,橫梁可選用格構梁等鋼結構類型。其基礎選型應根據場地的地質條件確定,並應進行抗壓、抗拔、抗彎和抗傾覆計算。結合懸臂結構的受力特點,落地式支撐結構的關鍵構件為豎向柱體設計,選用安全合理符合工藝要求的截麵形式。

            結合顯示屏支撐結構的建設周期等特點,選用圓形鋼柱和格構鋼柱截麵進行分析,研究相同應力應變情況下鋼材的用量。采用有限元分析軟件建立模型,圓形鋼柱采用彩1000×15,格構鋼柱4根主肢采用300 mm×300mm×10mm,水平橫材采用200mmx100 mmx6mm、斜腹杆為100mx100 mm×6mm,根據懸臂結構受力特點,將上部屏體承受荷載簡化到柱體頂部,根據簡化後的模型對兩種柱體進行有限元分析。分析結果表明,對落地式支撐結構,圓柱式截麵及格構式截麵均為良好的截麵形式。戶外LED顯示屏由於需維修電子顯示元件,因而需設置上人通道,采用格構式柱可充分利用格構空間設置上人通道,不會像圓截麵一樣由於設置上人孔洞導致柱根部截麵出現薄弱部位。當由於景觀需設置圓形截麵時應對上人部位進行局部加固處理。當兩種截麵類型均能滿足實用及外觀要求時,應優先采用格構柱。

    3.2 壁掛式支撐結構

            壁掛式支撐結構通過鋼節點錨固於主體結構物側部,通常可采用框架柱固定節點,當節點間距不能滿足要求時,可采用框架梁作為輔助支點設計位置。橫梁構件固定於支撐點上形成水平向片狀結構體係,該體係承擔顯示屏傳來的風荷載並作為檢修通道承擔檢修荷載,屬於壁掛式支撐結構的主要受力體係。屏體龍骨均布置在水平片狀結構體係上。通常該體係可采用水平放置的桁架,對於節點距離較小的體係可直接采用型鋼作為橫梁,計算模型可采用連續梁方案。水平片狀結構體係是壁掛式支撐結構的關鍵構件。圖6,7研究了兩種水平片狀結構體係的應力應變特點,主體結構軸線間距為7500mm,在樓層中部設置的檢修平台中間無法設置支撐點,因而該工程最大變形點發生在樓層中部位置。根據變形特點分別采用兩種結構形式進行分析。節點構件均采用160 mmx160 mm×6 mm,單獨型鋼水平支撐結構采用100 mm×l00 mm×5 mm,組合桁架水平支撐結構弦杆采用50 mmx50 mmx4 mm,斜腹杆采用30mmx30 mm×3 mm。

          

      依據圖6,7的分析結果得知,當支撐構造管理體係總品質同樣的狀況下,選用斜腹杆組成桁架結構比選用直腹杆組成桁架結構變形小。得出結論,水準片狀構造管理體係選用斜腹杆組成桁架結構可合理減少支撐構造變形,特別是在當框架結構中心線間隔很大,正中間地域沒法持續設定支撐點時,提升斜腹杆相對密度可合理減少支撐構造變形。

      3.3屋頂式支撐構造

      屋頂式支撐構造需融合屋頂原來構造布局開展設計方案,靈活運用原來主體工程管理體係擔負載荷對提升屋頂式支撐構造管理體係十分關鍵。一般 可融合房屋建築造型設計選用平麵桁架、室內空間桁架或鋼結構網架等幾種構造方式,構造方案靈活性變化多端,可選用有限元分析手機軟件開展模型分析測算。對於屋頂輕鋼結構的特性應留意自振周期時間的多樣性及其鞭梢作用,宜對屋頂式支撐構造與大廈創建總體實體模型開展有限元分析,科學研究支撐構造的應力應變特點。

      屋頂式支撐構造歸屬於的空間結構管理體係,其與主體工程的接口方式有各種類型,需依據實際上主體工程頂端的狀況確認。不一樣的結構特征支座反力特性差距挺大,隻能選用有限元方式 分析總體的空間結構的支座反力情況才可以獲得切合實際的方案設計。圖8為聯係實際工程項目主體工程凸出丁網頁頁麵的框架柱與下邊柱頂布局支點產生的鋼結構網架,鋼梁和支撐於框架柱的橫鋼柱選用90 mmx90 mmx5 mm,橫著次鋼柱采用組成雙角鋼2xL40 x4,斜腹杆均選用組成雙角鋼2xL30 x3。選用鋼材總品質為13 900 kg,柱預製構件根處應力最600**大,其數值133 N/mm²,其他預製構件應力均不超 N/mm²,平麵內最大變形為3.08 mm,考慮變形規定(6)。圖9選用室內空間桁架結構管理體係,預製構件均采用方鋼管,在其中柱和橫鋼柱支撐預製構件 100 mm×100 mmx5mm,次鋼柱80 mmx80 mmx5m,斜腹杆60mmx60 mmx4 mm,最大應力值135 N/mm²,最大變形值3.08 mm,鋼材總品質14100 kg。

           對比兩種結構類型可知,采用相同重量的網架結構體係與空間桁架結構體係的應力和應變相差不多,兩種結構體係效果相近。綜合考慮施工難度及維護方便等因素,樓頂式支撐結構宜選用空間桁架形式。

    4、節點分析

            采用鋼構件為主要構件的顯示屏支撐結構存在大量的連接節點,節點的準確設計對整體結構的安全性能至關重要。

           支撐結構與混凝土基礎連接采用專用預埋件,與主體混凝土結構的連接采用40c-學錨栓和植筋,在與梁體連接處優先采用對穿螺栓。所有節點均不得采用膨脹螺栓。基礎節點設置的錨栓數量應滿足承載力要求,並按照對稱原則進行等間距布置。落地式支撐結構屬於懸臂型結構體係,其柱根部應力較大;壁掛式支撐結構同樣屬於懸臂型結構體係,其節點根部應力較大。針對與基礎及主體結構連接節點的應力分布特點,采用在根部對節點進行處理的方案進行優化設計,可有效改善節點應力並降低鋼材用量。圖10為優化後的兩種根部節點類型。

    5、結束語

    (1)落地式顯示屏支撐結構屬於懸臂結構,其柱體為關鍵構件,根據應力應變分析結果結合電子顯示屏檢修特點,優先選用格構式截麵。

    (2)壁掛式顯示屏支撐結構水平片狀結構體係采用斜腹杆組合桁架結構優於直腹杆組合桁架結構,當主體結構軸線較大,中間區域無法設置節點時應增加斜腹杆密度。

    (3)樓頂式顯示屏支撐結構可采用網架結構和空間桁架結構體係,兩種結構體係應力應變均衡,從施工難度等方麵考慮優先選擇空間桁架體係。

    (4)顯示屏支撐結構節點的準確設計對整體結構安全陛能至關重要,針對節點根部受力較大特性設置抗剪鍵或十字加勁肋等構造措施,可有效提高節點的承載能力。


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