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

圖1落地顯示屏圖

圖2屋頂顯示屏圖

　　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(shè)置于城市廣場或重要交通交叉處。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)構(gòu)。在基礎(chǔ)上設(shè)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(shè)置。

　　義烏市賓王路LED顯示屏屏體面積屏體有效尺寸為13.4mｘ8.6 m，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300 mmｘ300 mmｘ 10 mm，水平橫材采用200mm×100 mmｘ6mm、斜腹桿為100 mm×100mm×6mm，結(jié)合格構(gòu)柱內(nèi)部空間設(shè)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100 mmｘ100 mmｘ6 mm，上部鋪設(shè)6 mm厚鋼板以滿足檢修通道要求?；A(chǔ)采用獨(dú)立混凝土基礎(chǔ)。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(shè)密度較大，只有很少區(qū)域能夠滿足落地式顯示屏的建設(shè)條件。而LED電子顯示屏具有播放動(dòng)態(tài)畫面廣告等優(yōu)點(diǎn)，城市商業(yè)繁華地段需建設(shè)大量的LED顯示屏，解決該矛盾的方案就是建設(shè)附屬于已有建筑物的顯示屏。

　　根據(jù)建筑物的建設(shè)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)側(cè)面，內(nèi)部設(shè)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，屬于典型壁掛式顯示屏支撐結(jié)構(gòu)，采用方鋼管160 mmｘ160 mmｘ6 mm形成節(jié)點(diǎn)體系，槽鋼14a上鋪設(shè)6 mm厚壓紋鋼板形成檢修通道，各節(jié)點(diǎn)通過6個(gè)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(shí)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(shè)置的LED電子顯示屏只能設(shè)計(jì)在建筑物頂部。此時(shí)顯示屏支撐結(jié)構(gòu)體系應(yīng)歸類為樓頂顯示屏支撐結(jié)構(gòu)。

　　中國通信服務(wù)廣西公司顯示屏支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置于大樓頂部，充分利用原主體結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)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17.5 mx8.0 m，鋼格構(gòu)柱4根主肢采用100 mmｘ100 mmｘ5 mm，水平橫材采用100 mmｘ100 mmｘ5 mm、斜腹桿為口60mmｘ60 mmｘ5 mm，其中水平橫材與豎材各自組成桁架體系抵抗側(cè)向風(fēng)荷載和地震荷載。節(jié)點(diǎn)通過10個(gè)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(jì)算永久荷載、活荷載、風(fēng)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(jì)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(yīng)符合規(guī)范要求。

　　壁掛式或樓頂式顯示屏其自振周期應(yīng)結(jié)合主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，通常情況下可選用主體結(jié)構(gòu)自振周期進(jìn)行計(jì)算（2、3），并分析高振型對樓頂式支撐結(jié)構(gòu)的影響（4）。風(fēng)荷載的計(jì)算應(yīng)按照圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，對大型支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行深入分析（5）。地震荷載的計(jì)算應(yīng)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。

　　此外電子顯示屏內(nèi)部設(shè)置有電子顯示單元，長時(shí)間的照明及其他設(shè)備的運(yùn)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(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。顯示屏支撐結(jié)構(gòu)在此類意外作用發(fā)生時(shí)應(yīng)有足夠的抵抗能力，不致發(fā)生連續(xù)性倒塌破壞，需加強(qiáng)關(guān)鍵構(gòu)件支撐節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，提高安全儲備。

　　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(chǔ)連接的柱體承擔(dān)上部屏體結(jié)構(gòu)的荷載，可按照懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)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(shè)計(jì)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(chǔ)選型應(yīng)根據(jù)場地的地質(zhì)條件確定，并應(yīng)進(jìn)行抗壓、抗拔、抗彎和抗傾覆計(jì)算。結(jié)合懸臂結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，落地式支撐結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件為豎向柱體設(shè)計(jì)，選用安全合理符合工藝要求的截面形式。

　　結(jié)合顯示屏支撐結(jié)構(gòu)的建設(shè)周期等特點(diǎn)，選用圓形鋼柱和格構(gòu)鋼柱截面進(jìn)行分析，研究相同應(yīng)力應(yīng)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(gòu)鋼柱4根主肢采用300 mm×300mm×10mm，水平橫材采用200mmｘ100 mmｘ6mm、斜腹桿為100mｘ100 mm×6mm，根據(jù)懸臂結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，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(jìn)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(shè)置上人通道，采用格構(gòu)式柱可充分利用格構(gòu)空間設(shè)置上人通道，不會像圓截面一樣由于設(shè)置上人孔洞導(dǎo)致柱根部截面出現(xiàn)薄弱部位。當(dāng)由于景觀需設(shè)置圓形截面時(shí)應(yīng)對上人部位進(jìn)行局部加固處理。當(dāng)兩種截面類型均能滿足實(shí)用及外觀要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用格構(gòu)柱。

　　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(diǎn)錨固于主體結(jié)構(gòu)物側(cè)部，通?？刹捎每蚣苤潭ü?jié)點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間距不能滿足要求時(shí)，可采用框架梁作為輔助支點(diǎn)設(shè)計(jì)位置。橫梁構(gòu)件固定于支撐點(diǎn)上形成水平向片狀結(jié)構(gòu)體系，該體系承擔(dān)顯示屏傳來的風(fēng)荷載并作為檢修通道承擔(dān)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(diǎn)距離較小的體系可直接采用型鋼作為橫梁，計(jì)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(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)，主體結(jié)構(gòu)軸線間距為7500mm，在樓層中部設(shè)置的檢修平臺中間無法設(shè)置支撐點(diǎn)，因而該工程最大變形點(diǎn)發(fā)生在樓層中部位置。根據(jù)變形特點(diǎn)分別采用兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析。節(jié)點(diǎn)構(gòu)件均采用160 mmｘ160 mm×6 mm，單獨(dú)型鋼水平支撐結(jié)構(gòu)采用100 mm×l00 mm×5 mm，組合桁架水平支撐結(jié)構(gòu)弦桿采用50 mmｘ50 mmｘ4 mm，斜腹桿采用30mmｘ30 mm×3 mm。

　　根據(jù)圖6，7的分析結(jié)果可知，當(dāng)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(dāng)框架軸線間距較大，中間區(qū)域無法連續(xù)設(shè)置支點(diǎn)時(shí)，增加斜腹桿密度可有效降低支撐結(jié)構(gòu)變形。

　　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(jìn)行設(shè)計(jì)，充分利用原有主體結(jié)構(gòu)體系承擔(dān)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(jìn)行建模分析計(jì)算。針對樓頂輕鋼的特點(diǎn)應(yīng)注意自振周期的特殊性以及鞭梢效應(yīng)，宜對樓頂式支撐結(jié)構(gòu)與大樓建立整體模型進(jìn)行有限元分析，研究支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變特性。

　　樓頂式支撐結(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(shí)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(shí)際的設(shè)計(jì)方案。圖8為結(jié)合實(shí)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(diǎn)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90 mmｘ90 mmｘ5 mm，橫向次鋼梁選用組合雙角鋼2ｘL40 ｘ4，斜腹桿均采用組合雙角鋼2ｘL30 ｘ3。采用鋼材總質(zhì)量為13 900 kg，柱構(gòu)件根部應(yīng)力最600習(xí)大，其值為133 N/mm2，其余構(gòu)件應(yīng)力均不大于 N/mm2，平面內(nèi)最大變形為3.08 mm，滿足變形要求（6）。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 100 mm×100 mmｘ5mm，次鋼梁80 mmｘ80 mmｘ5m，斜腹桿60mmｘ60 mmｘ4 mm，最大應(yīng)力值135 N/mm2，最大變形值3.08 mm，鋼材總質(zhì)量14100 kg。

　　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(yīng)力和應(yīng)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(hù)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(diǎn)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(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)對整體結(jié)構(gòu)的安全性能至關(guān)重要。

　　支撐結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)連接采用專用預(yù)埋件，與主體混凝土結(jié)構(gòu)的連接采用40c-學(xué)錨栓和植筋，在與梁體連接處優(yōu)先采用對穿螺栓。所有節(jié)點(diǎn)均不得采用膨脹螺栓?；A(chǔ)節(jié)點(diǎn)設(shè)置的錨栓數(shù)量應(yīng)滿足承載力要求，并按照對稱原則進(jìn)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(yīng)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(diǎn)根部應(yīng)力較大。針對與基礎(chǔ)及主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布特點(diǎn)，采用在根部對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理的方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效改善節(jié)點(diǎn)應(yīng)力并降低鋼材用量。圖10為優(yōu)化后的兩種根部節(jié)點(diǎn)類型。

　　5、結(jié)束語

　?。?）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(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果結(jié)合電子顯示屏檢修特點(diǎn)，優(yōu)先選用格構(gòu)式截面。

　?。?）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(dāng)主體結(jié)構(gòu)軸線較大，中間區(qū)域無法設(shè)置節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)增加斜腹桿密度。

　?。?）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(yīng)力應(yīng)變均衡，從施工難度等方面考慮優(yōu)先選擇空間桁架體系。

　　（4）顯示屏支撐結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)對整體結(jié)構(gòu)安全陛能至關(guān)重要，針對節(jié)點(diǎn)根部受力較大特性設(shè)置抗剪鍵或十字加勁肋等構(gòu)造措施，可有效提高節(jié)點(diǎn)的承載能力。