浅谈某LED广告牌的钢结构设计

浅谈某LED广告牌的钢结构设计

发表时间：2019-06-03T16:07:05.963Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：高宇波

[导读] 摘要：在户外搭设LED广告牌是企业重要的宣传手段，目前许多广告牌都采用钢结构作为主体。

（杭州罗维标识系统工程有限公司浙江杭州 310000）

摘要：在户外搭设LED广告牌是企业重要的宣传手段，目前许多广告牌都采用钢结构作为主体。本文主要以某广告牌的钢结构设计为例，具体介绍了设计内容以及要点，希望能有效提升施工价值，为类似广告牌设计提供参考。

关键词：LED广告牌；钢结构设计；施工设计；

如今，广告的种类越来越多，内容越来越丰富，LED广告牌是其中的一种宣传手段，为了满足其造型、质量、收效等一系列要求，需要展开更加科学的钢结构设计工作。本文通过对某广告牌的钢结构介绍与分析，希望能在结构选择、截面设计、受力支撑等方面有所收获。

1LED广告牌施工设计基本背景

此次的LED广告牌工程处于商业区内，既要满足广告宣传效果，又要保证周围人群的安全。根据设计需求，广告牌两面都要设置LED 显示屏，并且考虑到现场情况以及屏幕的支撑力作用，需要设置纵向支撑杆作为工程的重要受力部分。此外，还需要通过支杆的设立辅助主体部分完成进一步的加固支撑，并且为了提升钢结构的美感，拟采用树叶造型的铁片进行装饰。除此之外，需要承载的结构压力主要有LED屏幕和钢结构自重，风荷载、检修荷载等。

2LED广告牌结构选择

广告牌钢结构的设计与选择是工程前期的重要部分，对整体工程质量与后期实际施工有着极为深远的影响，因此在这一阶段应当尽可能加大工作投入，通过更加科学的支撑杆布置和排列组合，设计出强度、受力符合质量要求，投入成本效率最高，便于后期检修维护的钢结构。此项LED广告牌工程不使用单体钢筋混凝土作为主体支撑材料，而是需要选用五根纵向支撑杆进行搭接工作，以保证广告屏幕的稳定，其结构选择应当在受力符合基本需求的基础上，尽可能简化施工结构，分散结构应力。此外，结合广告牌的长宽程度和支撑杆截面大小限制，要由三根纵向支撑杆深入广告牌屏幕内部，直至标高15m位置处，进而大体确定三立柱的结构选择。

由于广告牌屏幕自身体积较大，故而下层支撑钢结构接触截面以及支撑点需要进行科学的设计，通常LED广告牌上层屏幕又大又重，处于较高的位置，下层钢结构设计既要考虑对屏幕的支撑力，又要考虑风力对屏幕的影响，如此才能保证广告牌的安全性。目前钢结构骨架通常分为T形结构和桁架结构两种，其中T形结构主要由一根竖直向的钢制柱体和横向的钢结构梁体组合焊接而成，其整体结构较为简单，便于进行受力计算，并且占用空间较小，给观者带来的视觉负担较小，但由于结构的受力较为集中，对横向纵向连接之处要求较高，如果钢柱截面不足够大，就会对钢结构造成更多的压力负担，容易酿成危险事故。根据本次广告牌项目工程需求，不适用于T型结构，采用桁架结构施工更加符合现场情况，这种结构的组合方式是通过垂直的钢结构柱体和几条在指定标高处设置的横向梁体焊接组合而成，并在平行梁体之间采用或水平、或倾斜的支撑构件加以固定，通过钢柱钢梁的科学组成形成空间桁架，为广告牌提供有效的支撑。桁架组成虽然较为复杂，受力计算过程较为繁琐，但是通过有限元软件等方式依然可以达到较为科学的受力计算结果，能够提高钢结构整体的科学性，并且通过更多梁体的支撑可以有效分担水平的风力作用，再将风力荷载均匀地传递至纵向钢柱上，总体稳定性更为优秀。多条水平的钢结构梁体为后续施工人员的安装与维护工作提供了便捷的落脚之处，可以在各层之间搭设连接桥梯，提升施工效率，保证施工安全。 3钢结构杠杆材料的选择与设计

广告牌钢结构杠杆部分的设计与选择，需要按照国家规定的行业标准和规程进行操作，结合《户外广告钢结构技术规程》、《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》等内容规定尽量使钢结构材料性能更加优异，结构搭接更为合理。此项广告牌工程根据技术指标收集了必要的参数数据，如风力荷载、地质情况等，经过初步计算，拟采取Q235B号钢材进行下料和焊接施工操作，可以基本保证其强度性能符合广告牌钢结构需要的抗侧刚度以及施工单位的成本投入预算。

工程中用作钢结构杠杆的主要有方钢、槽钢、角钢等，考虑到施工技术的细节应用以及室外的易锈蚀情况，剪力弯矩的计算需要等因素，需要采用闭口截面以及方钢的杠杆施工模式，利用方钢杠杆与主体龙骨组成的桁架结构可以使施工更加简便和科学。

考虑到钢结构在广告牌的压力下发生的应力变化和受力变形情况，纵向方形钢管应当随着高度和不同结构部分的变化相应地改变截面面积，确保纵向支撑杆表面形成曲线状态。三根连接在LED屏幕上的钢结构支撑杆矩形截面各边厚度约为14mm，而另两根整体结构支撑钢柱截面厚度约为12mm，整体杠杆支撑截面以方钢管为主，一些斜向支撑的杠杆部件可以采用角钢作为设计材料。

在钢结构杠杆的设计过程中，应当考虑到杠杆的性能情况，结合行业标准的数值规定进行杠杆的设计施工。通常情况下，方钢管和矩形截面的钢管最大边缘尺寸不应大于截面各边厚度的40倍，而用于支撑作用的钢结构最大截面应控制在800mm×800mm范围内，并且根据工程受力需求，支撑杆最小截面也应在560mm×560mm基础之上，如此就可以通过简单的计算得出不同截面尺寸的不同截面厚度，如此既能保证施工质量，又能控制资源材料的过多投入。并且如果支撑杆的截面厚度足够大，凭借自身可以胜任受力工作，保证结构的稳定，就可以减少辅助钢板的支撑，不再增加杠杆壁的厚度。

4钢结构杠杆受力分析

桁架的受力分析计算需要运用有限元计算方法，此项工程主要采用MIDAS-Gen软件程序进行模拟计算，根据程序运算结果，钢结构受力最大位置处于LED屏幕的下方，此外以纵向支撑杆与横向梁体连接部分和最上方水平梁体的承受应力较为明显，需要及时针对重点部分做好加固措施。通过分析钢结构整体的受力情况，主要应力集中在五根纵向支撑杆之中，其中四、五号钢结构杆件并未深入到屏幕之中，所受应力较小，而其它三根，尤其是中间的二号杆件受力最大，然而通过严谨科学的数据模拟，钢结构杠杆的最大应力比是0.75，满足施工标准要求。此外，通过系统程序模拟当广告牌承受标准风力荷载的作用时，桁架结构顶点的水平位移为94mm，并未超过广告牌顶点离地高度的1%，满足施工要求。

5钢结构设计施工基础型式

广告牌钢结构基础型式设计和布置主要包括两个方面，一是通过在下方开挖大量土体结构的重力平衡式设计，其施工手段较为简单，主要是通过下方大体积型式来平衡广告牌竖直重力和水平风力荷载。二是通过扩桩机等设备进行桩孔施工的桩基础设计，在场地有限的情况下可以投入使用，如地面施工面积有限、周围建筑物较多、地下有管道等，相较于前者其混凝土用量更小，但是施工难度有所增加。根