隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，LED電子顯示屏 廣泛應用于商業(yè)展示，產(chǎn)生良好的廣告效應，設計優(yōu)秀的顯示屏支撐結(jié)構(gòu)同時可成為城市建筑物中靚麗的風景線。結(jié)合顯示屏的視距要求以及投資地域等特點通常會根據(jù)建設地點及建筑物要求進行結(jié)構(gòu)類型設計。LED顯示屏通常采用獨立落地形式或附屬建筑物進行設置(圖1，2)。針對不同顯示屏形式的支撐結(jié)構(gòu)，應準確分析其受力特性選用相應的結(jié)構(gòu)形式，本文將對LED電子顯示屏支撐結(jié)構(gòu)進行分類總結(jié)，提出各種支撐結(jié)構(gòu)方案適用的范圍、設計難點以及相應的優(yōu)化設計方案和構(gòu)造措施。

　　1顯示屏支撐結(jié)構(gòu)類型

　　1．1落地式支撐結(jié)構(gòu)

　　落地式LED電子顯示屏多設置于城市廣場或重要交通交叉口處。分析落地顯示屏支撐結(jié)構(gòu)受力特性可知，支撐結(jié)構(gòu)宜采用空間鋼桁架結(jié)???。在基礎上設置4根鋼柱組合形成空間格構(gòu)柱。上部屏體部分采用多層水平空間桁架結(jié)構(gòu)，既可滿足結(jié)構(gòu)受力要求，又可滿足檢修通道的設置?！　×x烏市賓王路LED顯示屏屏體面積屏體有效尺寸為13.4m×8.6m，屬于典型落地式支撐結(jié)構(gòu)，采用格構(gòu)柱形成顯示屏支撐結(jié)構(gòu)體系。鋼格構(gòu)柱4根主肢采用300mm×300mm×10mm，水平橫材采用口200mm×100mm×6mm、斜腹桿為口100mm×100mm×6mm，結(jié)合格構(gòu)柱內(nèi)部空間設置檢修上人通道;屏體背側(cè)構(gòu)件采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，上弦桿、下弦桿、腹桿均采用口100mm×100mm×6mm，上部鋪設6mm厚鋼板以滿足檢修通道要求?；A采用獨立混凝土基礎。支撐結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　1．2壁掛式支撐結(jié)構(gòu)

　　城市建設密度較大，只有很少區(qū)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(tài)畫面廣告等優(yōu)點，城市商業(yè)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于已有建筑物的顯示屏。根據(jù)建筑物的建設條件、改造條件以及建筑物高度通常將附屬于建筑物的LED顯示屏支撐結(jié)構(gòu)分為壁掛式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)和樓頂式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)。　　壁掛式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)多采用單層鋼結(jié)構(gòu)固定于主體結(jié)構(gòu)1貝聽面，內(nèi)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24.0mx13.4m，屬于典型壁掛式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)，采用方鋼管160mm×160mm×6mm形成節(jié)點體系，槽鋼14a上鋪設6mm厚壓紋鋼板形成檢修通道，各節(jié)點通過6個M16錨栓錨固于主體結(jié)構(gòu)框架柱側(cè)。該工程正立面及側(cè)立面見圖4。

　　1．3樓頂式支撐結(jié)構(gòu)

　　實際使用中壁掛式LED電子顯示屏由于占據(jù)較大的建筑物外立面，將會影響到建筑物的采光，因而壁掛式電子顯示屏僅適用于商場等大型商業(yè)建筑。建筑高度適中的辦公建筑及民用住宅建筑設置的LED電子顯示屏只能設計在建筑物頂部。此時顯示屏支撐結(jié)構(gòu)體系應歸類為樓頂顯示屏支撐結(jié)構(gòu)?！　≈袊ㄐ欧諒V西公司顯示屏支撐結(jié)構(gòu)設置于大樓頂部，充分利用原主體結(jié)構(gòu)剪力墻設置鋼格構(gòu)體系，梁柱均采用格構(gòu)構(gòu)件，形成具有良好受力狀態(tài)的空間桁架體系。顯示屏屏體有效尺寸17.5mx8.0m，鋼格構(gòu)柱4根主肢采用口100mm×100mm×5mm，水平橫材采用口100mm×100mm×5mm、斜腹桿為口60mm×60mm×5mm，其中水平橫材與豎材各自組成桁架體系抵抗側(cè)向風荷載和地震荷載。節(jié)點通過10個M12螺栓錨固于主體結(jié)構(gòu)。該工程正立面如圖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。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。荷載組合系數(shù)應符合規(guī)范要求?！　”趻焓交驑琼斒斤@示屏其自振周期應結(jié)合主體結(jié)構(gòu)進行整體分析，通常情況下可選用主體結(jié)構(gòu)自振周期進行計算口，并分析高振型對樓頂式支撐結(jié)構(gòu)的影響。風荷載的計算應按照圍護結(jié)構(gòu)進行設計分析，對大型支撐結(jié)構(gòu)應根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式進行深入分析。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(jié)構(gòu)尤其要重視罕遇地震下豎向地震作用的影響分析?！　〈送怆娮语@示屏內(nèi)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(nèi)部易出現(xiàn)散熱問題，支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)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(fā)生。顯示屏支撐結(jié)構(gòu)在此類意外作用發(fā)生時應有足夠的抵抗能力，不致發(fā)生連續(xù)性倒塌破壞，需加強關(guān)鍵構(gòu)件支撐節(jié)點的設計，提高安全儲備?！　?strong>3結(jié)構(gòu)選型

　　3．1落地式支撐結(jié)構(gòu)

　　落地式電子顯示屏支撐結(jié)構(gòu)通過與基礎連接的柱體承擔上部屏體結(jié)構(gòu)的荷載，可按照懸臂梁結(jié)構(gòu)進行分析計算。落地式支撐結(jié)構(gòu)通常采用單柱或雙柱加橫梁式結(jié)構(gòu)，其余類型可結(jié)合建筑造型選用合適的支撐結(jié)構(gòu)體系。柱體設計可采用混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管結(jié)構(gòu)以及格構(gòu)鋼柱，橫梁可選用格構(gòu)梁等鋼結(jié)構(gòu)類型。其基礎選型應根據(jù)場地的地質(zhì)條件確定，并應進行抗壓、抗拔、抗彎和抗傾覆計算。結(jié)合懸臂結(jié)構(gòu)的受力特點，落地式支撐結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件為豎向柱體設計，選用安全合理符合工藝要求的截面形式?！　〗Y(jié)合顯示屏支撐結(jié)構(gòu)的建設周期等特點，選用圓形鋼柱和格構(gòu)鋼柱截面進行分析，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?1000×15，格構(gòu)鋼柱4根主肢采用口300mm×300mm×10mm，水平橫材采用口200mm×100mm×6mm、斜腹桿為100mm×100mm×6mm，根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)受力特點，將上部屏體承受荷載簡化到柱體頂部，根據(jù)簡化后的模型對兩種柱體進行有限元分析。分析結(jié)果表明，對落地式支撐結(jié)構(gòu)，圓柱式截面及格構(gòu)式截面均為良好的截面形式。戶外電子顯示屏由于需維修電子顯示元件，因而需設置上人通道，采用格構(gòu)式柱可充分利用格構(gòu)空間設置上人通道，不會像圓截面一樣由于設置上人孔洞導致柱根部截面出現(xiàn)薄弱部位。當由于景觀需設置圓形截面時應對上人部位進行局部加固處理。當兩種截面類型均能滿足實用及外觀要求時，應優(yōu)先采用格構(gòu)柱?！　?strong>3．2壁掛式支撐結(jié)構(gòu)

　　壁掛式支撐結(jié)構(gòu)通過鋼節(jié)點錨固于主體結(jié)構(gòu)物側(cè)部，通?？刹捎每蚣苤潭ü?jié)點，當節(jié)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(gòu)件固定于支撐點上形成水平向片狀結(jié)構(gòu)體系，該體系承擔顯示屏傳來的風荷載并作為檢修通道承擔檢修荷載，屬于壁掛式支撐結(jié)構(gòu)的主要受力體系。屏體龍骨均布置在水平片狀結(jié)構(gòu)體系上。通常該體系可采用水平放置的桁架，對于節(jié)點距離較小的體系可直接采用型鋼作為橫梁，計算模型可采用連續(xù)梁方案。水平片狀結(jié)構(gòu)體系是壁掛式支撐結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件。圖6，7研究了兩種水平片狀結(jié)構(gòu)體系的應力應變特點，主體結(jié)構(gòu)軸線間距為7500mm，在樓層中部設置的檢修平臺中間無法設置支撐點，因而該工程最大變形點發(fā)生在樓層中部位置。根據(jù)變形特點分別采用兩種結(jié)構(gòu)形式進行分析。節(jié)點構(gòu)件均采用口160mm×160mm×6mm，單獨型鋼水平支撐結(jié)構(gòu)采用口100mm×100mm×5mm，組合桁架水平支撐結(jié)構(gòu)弦桿采用50mm×50mm×4mm，斜腹桿采用口30mm×30mm×3mm。

　　根據(jù)圖6，7的分析結(jié)果可知，當支撐結(jié)構(gòu)體系總質(zhì)量相同的情況下，采用斜腹桿組合桁架結(jié)構(gòu)比采用直腹桿組合桁架結(jié)構(gòu)變形小。結(jié)果表明，水平片狀結(jié)構(gòu)體系采用斜腹桿組合桁架結(jié)構(gòu)可有效降低支撐結(jié)構(gòu)變形，尤其當框架軸線間距較大，中間區(qū)域無法連續(xù)設置支點時，增加斜腹桿密度可有效降低支撐結(jié)構(gòu)變形?！　?strong>3．3樓頂式支撐結(jié)構(gòu)

　　樓頂式支撐結(jié)構(gòu)需結(jié)合樓頂原有結(jié)構(gòu)布置進行設計，充分利用原有主體結(jié)構(gòu)體系承擔荷載對優(yōu)化樓頂式支撐結(jié)構(gòu)體系非常重要。通?？山Y(jié)合建筑物造型采用平面桁架、空間桁架或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)方案靈活多變，可采用有限元分析軟件進行建模分析計算。針對樓頂輕鋼的特點應注意自振周期的特殊性以及鞭梢效應，宜對樓頂式支撐結(jié)構(gòu)與大樓建立整體模型進行有限元分析，研究支撐結(jié)構(gòu)的應力應變特性?！　琼斒街谓Y(jié)構(gòu)屬于空間結(jié)構(gòu)體系，其與主體結(jié)構(gòu)的連接方式有多種類型，需根據(jù)實際主體結(jié)構(gòu)頂部的情況確定。不同的結(jié)構(gòu)類型受力性能差別很大，只有采用有限元方法分析整體空間結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)才能得到符合實際的設計方案。圖8為結(jié)合實際工程主體結(jié)構(gòu)突出丁頁面的剪力墻與下部柱頂布置支撐點形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼柱和支撐于剪力墻的橫鋼梁采用口90mm×90mm×5mm，橫向次鋼梁選用組合雙角鋼2xL40x4，斜腹桿均采用組合雙角鋼2xL30x3。

　　采用鋼材總質(zhì)量為13900kg，柱構(gòu)件根部應力最大，其值為133N/mm2，其余構(gòu)件應力均不大于50N/mm2，平面內(nèi)最大變形為3.08mm，滿足變形要求。圖9采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系，構(gòu)件均選用方鋼管，其中柱和橫鋼梁支撐構(gòu)件口100mm×100mm×5mm，次鋼梁口80mm×80mm×5mm，斜腹桿口60mm×60mm×4mm，最大應力值135N/mm2，最大變形值3.08mm，鋼材總質(zhì)量14100kg。　　對比兩種結(jié)構(gòu)類型可知，采用相同重量的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系與空間桁架結(jié)構(gòu)體系的應力和應變相差不多，兩種結(jié)構(gòu)體系效果相近。綜合考慮施工難度及維護方便等因素，樓頂式支撐結(jié)構(gòu)宜選用空間桁架形式。

　　4節(jié)點分析

　　采用鋼構(gòu)件為主要構(gòu)件的顯示屏支撐結(jié)構(gòu)存在大量的連接節(jié)點，節(jié)點的準確設計對整體結(jié)構(gòu)的安全性能至關(guān)重要。膨脹螺栓。基礎節(jié)點設置的錨栓數(shù)量應滿足承載力要求，并按照對稱原則進行等間距布置。落地式支撐結(jié)構(gòu)屬于懸臂型結(jié)構(gòu)體系，其柱根部應力較大;壁掛式支撐結(jié)構(gòu)同樣屬于懸臂型結(jié)構(gòu)體系，其節(jié)點根部應力較大。針對與基礎及主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的應力分布特點，采用在根部對節(jié)點進行處理的方案進行優(yōu)化設計，可有效改善節(jié)點應力并降低鋼材用量。圖10為優(yōu)化后的兩種根部節(jié)點類型。

　　5結(jié)束語

　　(1)落地式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)屬于懸臂結(jié)構(gòu)，其柱體為關(guān)鍵構(gòu)件，根據(jù)應力應變分析結(jié)果結(jié)合電子顯示屏檢修特點，優(yōu)先選用格構(gòu)式截面。

　　(2)壁掛式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)水平片狀結(jié)構(gòu)體系采用斜腹桿組合桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)于直腹桿組合桁架結(jié)構(gòu)，當主體結(jié)構(gòu)軸線較大，中間區(qū)域無法設置節(jié)點時應增加斜腹桿密度。

　　(3)樓頂式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)可采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和空間桁架結(jié)構(gòu)體系，兩種結(jié)構(gòu)體系應力應變均衡，從施工難度等方面考慮優(yōu)先選擇空間桁架體系。