戶外LED顯示屏單立柱抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)

1、戶外LED顯示屏單立柱抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)通過研究戶外獨(dú)立柱LED顯示屏的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和荷載，對其結(jié)構(gòu)及其抗風(fēng)性能進(jìn)行分析， 得到LED顯示屏的荷載以及穩(wěn)定性。在允許的條件下，對LED顯示屏的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)， 得到符合安全、經(jīng)濟(jì)雙重標(biāo)準(zhǔn)的新型獨(dú)立柱 LED顯示屏。關(guān)鍵詞：獨(dú)立柱LEE顯示屏、抗風(fēng)能力、荷載分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化一、引言平面獨(dú)立柱LED顯示屏由于其簡捷的造型和良好的視覺效果在街道及道路兩側(cè)的應(yīng)用十 分普遍。風(fēng)荷載是各種工程，特別是獨(dú)立柱 LED顯示屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要荷載，由于平面 LED顯 示屏是非封閉結(jié)構(gòu)，在廣告版的正反兩面均有風(fēng)壓作用，而且很薄。每次臺(tái)風(fēng)來襲，LED顯示屏遭受破壞甚至整體倒塌的

2、情況時(shí)有發(fā)生，有時(shí)破損率甚至達(dá)到90%。全世界風(fēng)災(zāi)引起的損失每年大約 100億美元左右，而且有日漸增加的趨勢，我國又是風(fēng)災(zāi)嚴(yán)重國家，且工程損傷 又是風(fēng)災(zāi)損失的重要成分。因此，能否科學(xué)合理地確定風(fēng)荷載將直接影響到設(shè)計(jì)的安全性和 經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)LED顯示屏破壞情況，分析LED顯示屏被吹毀破壞的原因主要有：其一，LED顯示屏后蓋板為1m厚或以下的薄鋼板，在風(fēng)吸力作用下，由周邊支承變?yōu)辄c(diǎn) 支承，抗風(fēng)能力大為降低，且鉚釘間距偏大，導(dǎo)致面板沖破鉚釘或連帶鉚釘一起被風(fēng)吹走。其二，風(fēng)荷載計(jì)算有誤，導(dǎo)致風(fēng)荷載偏小。獨(dú)立柱平面 LED顯示屏屬于細(xì)長薄結(jié)構(gòu)，若不 分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，風(fēng)振系數(shù)就會(huì)按 1.0 取值，導(dǎo)致

3、風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值偏小，這樣鋼構(gòu)件、構(gòu) 件之間的連接與基礎(chǔ)抗拔能力必然都不夠。這是導(dǎo)致獨(dú)立柱平面LED顯示屏被吹毀的重要原因。在設(shè)計(jì)LED顯示屏?xí)r，我們既要保證在工作中的可靠性， 又要盡量減輕LED顯示屏的自重， 這都要求我們要對獨(dú)立柱LED顯示屏的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性有一個(gè)深入的、系統(tǒng)的、科學(xué)的、 完整的分析研究，不斷地進(jìn)行比較，找出最合理的模型。二、LED顯示屏的力學(xué)分析獨(dú)立柱平面LED顯示屏是由與底面相連的一根立柱與立柱一側(cè)的一些桿件構(gòu)成。因?yàn)長ED顯示屏一般結(jié)構(gòu)比較高，在重力荷載以及風(fēng)荷載的作用之下，容易產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng)。 本文將計(jì)算模型簡化為一端固定的懸臂梁， 并以此為理論基礎(chǔ)，對戶外獨(dú)

4、立柱LED顯示屏進(jìn)行 分析研究。2.1LED顯示屏的荷載分析.： .*5 -MiUJt *叩+ -""(Wir? 3,Li l MlM SOl.lSUP ISUH I I (ML ES SOWG DMA$MN" - ISI.iWi*；B2.6IN心b-HUI -31 H4M：J ' J !（»）尺旳荷ftfrmfELEMENT SOUU T IONSIEP«|SLB 1TlMr IS OAV<i ) DMX ：5f* HI SMMlSMX(4)式4中，B為風(fēng)振系數(shù)，一般取1.3 , u為風(fēng)載體型系數(shù)，一般在計(jì)算時(shí)出于安全考慮考 慮

5、，取u=1.2 ； 3為建筑物所在地區(qū)的基本風(fēng)壓（KN/m 2）。根據(jù)某市要求，LED顯示屏、建 筑結(jié)構(gòu)等具有抗8級風(fēng)的能力（最大風(fēng)速為20.7m/s ），代入式（3）中，計(jì)算出3 = 263Pa。 根據(jù)式（4），計(jì)算出風(fēng)壓 P=1.0X 1.3 X 1.2 X263= 410Pa。2.2LED顯示屏的穩(wěn)定性分析獨(dú)立柱LED顯示屏的結(jié)構(gòu)組成包括兩部分：LED顯示屏面板和支撐面板的柱，由于這種LED 顯示屏的建筑方案固定單一，因此立柱的剛度問題對LED顯示屏的穩(wěn)定性來說就特別重要。 傳 統(tǒng)的施工方案是采用鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)，鋼管外徑1.8m，內(nèi)徑1.76m，其抗彎剛度具體計(jì)算公式如下：（ 5）Es

6、和E e分別為鋼材和混凝土的彈性模量，E s=290000MPa E e=28882MPa I s和I e分別為鋼材和混凝土的截面慣性矩。a為小于1的系數(shù)，反應(yīng)了鋼管混凝土受彎構(gòu)件的特點(diǎn)對鋼管 混凝土抗彎剛度的影響，對于圓鋼管混凝土來說，a =0. 6。鋼管部分混凝土部分 所以鋼管混凝土抗彎剛度為：三、LED顯示屏的結(jié)構(gòu)優(yōu)化3.1 立柱的結(jié)構(gòu)改進(jìn)由于鋼管混凝土在彎矩作用下，混凝土?xí)蚴芾顺龉ぷ?，?dǎo)致抗彎剛度大幅下降。 現(xiàn)考慮在鋼管混凝土里面添加鋼筋，受彎時(shí)混凝土和鋼管產(chǎn)生相互作用的緊箍力，從而顯著 提高立柱的抗彎剛度。在為鋼管混凝土配鋼筋時(shí)，考慮到立柱受彎時(shí)中和軸附近受力較小， 可考慮不配

7、以盡量減少立柱的自重。其抗彎剛度具體計(jì)算公式如下：（ 6）鋼筋直徑為30mm截面積鋼筋對于其形心軸x軸的截面慣性矩采用近似計(jì)算公式：（xi 為鋼筋至形心軸的距離）因此配鋼筋鋼管混凝土抗彎剛度為： 從計(jì)算結(jié)果可知，立柱抗彎剛度剛度提高近 20%，在實(shí)際工程施工中也可以看出其效果。圖 1 鋼管混凝土柱截面3.2LED顯示屏結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)優(yōu)化LEDS示屏結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它承擔(dān)將上部結(jié)構(gòu)所承受的全部荷載安全傳 遞給地基，并保持結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的作用。為保證LED顯示屏結(jié)構(gòu)的安全性和整體穩(wěn)定性， 要求 基礎(chǔ)能夠抵抗LED顯示屏自身壓力以及彎矩引起的拔力。LED顯示屏結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中一般采用柱下獨(dú)立擴(kuò)展

8、基礎(chǔ)，這種結(jié)構(gòu)方式需要混凝土和鋼筋 用量比較大，經(jīng)濟(jì)性能不佳，有必要對基礎(chǔ)形式加以改進(jìn)。圖2為改進(jìn)的LED顯示屏基礎(chǔ)立面 圖和平面圖?；A(chǔ)底面為 10X 4m 底板厚130cm 肋梁分別1400X 400cm 1600X 400m 1800X 400n三種。這種基礎(chǔ)最大特點(diǎn)是用梁板結(jié)構(gòu)代替常規(guī)獨(dú)立基礎(chǔ)的椎體混凝土，使混凝 土用量有所減少。圖2-a廣告基礎(chǔ)立面圖圖2-b廣告基礎(chǔ)平面圖驗(yàn)算地基承載力是否滿足要求：式中：G為基礎(chǔ)自重標(biāo)準(zhǔn)值；V為基礎(chǔ)底面的抵抗矩；P max、P min分別為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合 基礎(chǔ)邊緣最大壓力值和最小壓力值；荷載 N=1669.5KN、 M=12857K、NG=8960

9、KN A=140m2、。根據(jù)提供數(shù)據(jù)計(jì)算 P ma=115.3KPa、P mm=36.57KPa。由于地基承載力特征值fa=131.43KPa，P max=115.3KPav 1.2fa=157.7KPa，因此LED顯示屏 基礎(chǔ)滿足地基承載力的要求。四、結(jié)論本文主要從結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)，對獨(dú)立柱 LED顯示屏進(jìn)行分析優(yōu)化。主要結(jié)論有：(1)對獨(dú)立柱LED顯示屏進(jìn)行了載荷分析，得出了風(fēng)載荷的大?。煌ㄟ^對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 分析，計(jì)算出立柱抗彎剛度值。(3)對獨(dú)立柱LED顯示屏立柱以及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化， 優(yōu)化后的結(jié)果相對比較合理，從受力 和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來看，都比常規(guī)基礎(chǔ)有較大優(yōu)勢。獨(dú)立柱平面LED顯示屏所受的荷

10、載有：風(fēng)荷載、重力荷載、裹冰荷載、雪荷載、地震作用、 溫度變化、基礎(chǔ)不均勻沉降、自重和各種偶然性的事故荷載等等。LEES示屏的主要荷載是風(fēng) 荷載，其他荷載只是在某些特定的條件下才予以考慮， 本文也僅研究LED顯示屏在風(fēng)載荷作用 下的特性。對于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算來說，風(fēng)力作用的大小最好直接以風(fēng)壓來表示，風(fēng)速越大，風(fēng)壓 越大。低速運(yùn)動(dòng)的空氣可作為不可壓縮的流體看待，可用對于不可壓縮理想流體質(zhì)元作穩(wěn)定 運(yùn)動(dòng)的伯努利方程來分析。當(dāng)它在同一水平線上運(yùn)動(dòng)時(shí)，伯努利方程為 * 1 2 3:（1）式（1）中：“為單位面積上的靜壓力；V為空氣質(zhì)元的體積；v為風(fēng)速；m為運(yùn)動(dòng)流體質(zhì) 元的質(zhì)量；3aV為靜壓能；將（1）式兩邊除以V,伯努利方程為：（2）在氣壓為101.325KPa,常溫25C和絕對干燥的情況下，海面上的重力加速度g=9.8m/s2. 帶入式（2）中得到單位面積上的風(fēng)壓力為：（3）由于風(fēng)壓與大氣壓邊界層內(nèi)地表粗