戶外LED顯示屏單立柱抗風能力設計

1、戶外LED顯示屏單立柱抗風能力設計通過研究戶外獨立柱LED顯示屏的結構特點和荷載，對其結構及其抗風性能進行分析， 得到LED顯示屏的荷載以及穩(wěn)定性。在允許的條件下，對LED顯示屏的結構進行了重新設計， 得到符合安全、經濟雙重標準的新型獨立柱 LED顯示屏。關鍵詞：獨立柱LEE顯示屏、抗風能力、荷載分析、結構優(yōu)化一、引言平面獨立柱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的應用十 分普遍。風荷載是各種工程，特別是獨立柱 LED顯示屏結構設計的主要荷載，由于平面 LED顯 示屏是非封閉結構，在廣告版的正反兩面均有風壓作用，而且很薄。每次臺風來襲，LED顯示屏遭受破壞甚至整體倒塌的

2、情況時有發(fā)生，有時破損率甚至達到90%。全世界風災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，我國又是風災嚴重國家，且工程損傷 又是風災損失的重要成分。因此，能否科學合理地確定風荷載將直接影響到設計的安全性和 經濟性。根據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，在風吸力作用下，由周邊支承變?yōu)辄c 支承，抗風能力大為降低，且鉚釘間距偏大，導致面板沖破鉚釘或連帶鉚釘一起被風吹走。其二，風荷載計算有誤，導致風荷載偏小。獨立柱平面 LED顯示屏屬于細長薄結構，若不 分析結構的動力特性，風振系數就會按 1.0 取值，導致

3、風荷載設計值偏小，這樣鋼構件、構 件之間的連接與基礎抗拔能力必然都不夠。這是導致獨立柱平面LED顯示屏被吹毀的重要原因。在設計LED顯示屏時，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立柱LED顯示屏的強度、剛度、穩(wěn)定性有一個深入的、系統(tǒng)的、科學的、 完整的分析研究，不斷地進行比較，找出最合理的模型。二、LED顯示屏的力學分析獨立柱平面LED顯示屏是由與底面相連的一根立柱與立柱一側的一些桿件構成。因為LED顯示屏一般結構比較高，在重力荷載以及風荷載的作用之下，容易產生較大的變形和振動。 本文將計算模型簡化為一端固定的懸臂梁， 并以此為理論基礎，對戶外獨

4、立柱LED顯示屏進行 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為風振系數，一般取1.3 , u為風載體型系數，一般在計算時出于安全考慮考 慮

5、，取u=1.2 ； 3為建筑物所在地區(qū)的基本風壓（KN/m 2）。根據某市要求，LED顯示屏、建 筑結構等具有抗8級風的能力（最大風速為20.7m/s ），代入式（3）中，計算出3 = 263Pa。 根據式（4），計算出風壓 P=1.0X 1.3 X 1.2 X263= 410Pa。2.2LED顯示屏的穩(wěn)定性分析獨立柱LED顯示屏的結構組成包括兩部分：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構，鋼管外徑1.8m，內徑1.76m，其抗彎剛度具體計算公式如下：（ 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，反應了鋼管混凝土受彎構件的特點對鋼管 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顯示屏的結構優(yōu)化3.1 立柱的結構改進由于鋼管混凝土在彎矩作用下，混凝土會因受拉而退出工作，導致抗彎剛度大幅下降。 現考慮在鋼管混凝土里面添加鋼筋，受彎時混凝土和鋼管產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，考慮到立柱受彎時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： 從計算結果可知，立柱抗彎剛度剛度提高近 20%，在實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顯示屏結構基礎優(yōu)化LEDS示屏結構基礎是結構的重要組成部分，它承擔將上部結構所承受的全部荷載安全傳 遞給地基，并保持結構整體穩(wěn)定的作用。為保證LED顯示屏結構的安全性和整體穩(wěn)定性， 要求 基礎能夠抵抗LED顯示屏自身壓力以及彎矩引起的拔力。LED顯示屏結構基礎設計中一般采用柱下獨立擴展

8、基礎，這種結構方式需要混凝土和鋼筋 用量比較大，經濟性能不佳，有必要對基礎形式加以改進。圖2為改進的LED顯示屏基礎立面 圖和平面圖?；A底面為 10X 4m 底板厚130cm 肋梁分別1400X 400cm 1600X 400m 1800X 400n三種。這種基礎最大特點是用梁板結構代替常規(guī)獨立基礎的椎體混凝土，使混凝 土用量有所減少。圖2-a廣告基礎立面圖圖2-b廣告基礎平面圖驗算地基承載力是否滿足要求：式中：G為基礎自重標準值；V為基礎底面的抵抗矩；P max、P min分別為荷載效應標準組合 基礎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、。根據提供數據計算 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 基礎滿足地基承載力的要求。四、結論本文主要從結構力學的知識，對獨立柱 LED顯示屏進行分析優(yōu)化。主要結論有：(1)對獨立柱LED顯示屏進行了載荷分析，得出了風載荷的大小；通過對結構的穩(wěn)定性 分析，計算出立柱抗彎剛度值。(3)對獨立柱LED顯示屏立柱以及結構基礎進行優(yōu)化， 優(yōu)化后的結果相對比較合理，從受力 和經濟指標來看，都比常規(guī)基礎有較大優(yōu)勢。獨立柱平面LED顯示屏所受的荷

10、載有：風荷載、重力荷載、裹冰荷載、雪荷載、地震作用、 溫度變化、基礎不均勻沉降、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 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顯示屏在風載荷作用 下的特性。對于工程結構設計計算來說，風力作用的大小最好直接以風壓來表示，風速越大，風壓 越大。低速運動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元作穩(wěn)定 運動的伯努利方程來分析。當它在同一水平線上運動時，伯努利方程為 * 1 2 3:（1）式（1）中：“為單位面積上的靜壓力；V為空氣質元的體積；v為風速；m為運動流體質 元的質量；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壓力為：（3）由于風壓與大氣壓邊界層內地表粗