随着多媒體(tǐ)技術的發展，LED電子顯示屏廣泛應用于商(shāng)業展示，産生(shēng)良好的廣告效應，設計優秀的顯示屏支撐結構同時可成爲城市建築物(wù)中(zhōng)靓麗的風景線。結合顯示屏的視距要求以及投資(zī)地域等特點通常會根據建設地點及建築物(wù)要求進行結構類型設計。LED顯示屏通常采用獨立落地形式或附屬建築物(wù)進行設置（圖1，2）。針對不同顯示屏形式的支撐結構，應準确分(fēn)析其受力特性選用相應的結構形式，本文将對LED電子顯示屏支撐結構進行分(fēn)類總結，提出各種支撐結構方案适用的範圍、設計難點以及相應的優化設計方案和構造措施。

圖1落地顯示屏圖

圖2屋頂顯示屏圖

    1、顯示屏支撐結構類型

    1.1落地式支撐結構

    落地式LED電子顯示屏多設置于城市廣場或重要交通交叉處。分(fēn)析落地顯示屏支撐結構受力特性可知(zhī)，支撐結構宜采用空間鋼桁架結構。在基礎上設置4根鋼柱組合形成空間格構柱。上部屏體(tǐ)部分(fēn)采用多層水平空間桁架結構，既可滿足結構受力要求，又(yòu)可滿足檢修通道的設置。

    義烏市賓王路LED顯示屏屏體(tǐ)面積屏體(tǐ)有效尺寸爲13.4mｘ8.6 m，屬于典型落地式支撐結構，采用格構柱形成顯示屏支撐結構體(tǐ)系。鋼格構柱4根主肢采用300 mmｘ300 mmｘ 10 mm，水平橫材采用200mm×100 mmｘ6mm、斜腹杆爲100 mm×100mm×6mm，結合格構柱内部空間設置檢修上人通道；屏體(tǐ)背側構件采用鋼桁架結構，上弦杆、下(xià)弦杆、腹杆均采用100 mmｘ100 mmｘ6 mm，上部鋪設6 mm厚鋼闆以滿足檢修通道要求。基礎采用獨立混凝土基礎。支撐結構如圖3所示。

    1.2壁挂式支撐結構

    城市建設密度較大(dà)，隻有很少區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(fàng)動态畫面廣告等優點，城市商(shāng)業繁華地段需建設大(dà)量的LED顯示屏，解決該矛盾的方案就是建設附屬于已有建築物(wù)的顯示屏。

    根據建築物(wù)的建設條件、改造條件以及建築物(wù)高度通常将附屬于建築物(wù)的LED顯示屏支撐結構分(fēn)爲壁挂式顯示屏支撐結構和樓頂式顯示屏支撐結構。

    壁挂式顯示屏支撐結構多采用單層鋼結構固定于主體(tǐ)結構側面，内部設置檢修通道。中(zhōng)國電信溫州分(fēn)公司南(nán)站大(dà)樓LED大(dà)屏幕工(gōng)程顯示屏24.0 mｘ 13.4m，屬于典型壁挂式顯示屏支撐結構，采用方鋼管160 mmｘ160 mmｘ6 mm形成節點體(tǐ)系，槽鋼14a上鋪設6 mm厚壓紋鋼闆形成檢修通道，各節點通過6個M16錨栓錨固于主體(tǐ)結構框架柱側。該工(gōng)程正立面及側立面見圖4。

    1.3樓頂式支撐結構

    實際使用中(zhōng)壁挂式LED電子顯示屏由于占據較大(dà)的建築物(wù)外(wài)立面，将會影響到建築物(wù)的采光，因而壁挂式電子顯示屏僅适用于商(shāng)場等大(dà)型商(shāng)業建築。建築高度适中(zhōng)的辦公建築及民用住宅建築設置的LED電子顯示屏隻能設計在建築物(wù)頂部。此時顯示屏支撐結構體(tǐ)系應歸類爲樓頂顯示屏支撐結構。

    中(zhōng)國通信服務廣西公司顯示屏支撐結構設置于大(dà)樓頂部，充分(fēn)利用原主體(tǐ)結構剪力牆設置鋼格構體(tǐ)系，梁柱均采用格構構件，形成具有良好受力狀态的空間桁架體(tǐ)系。顯示屏屏體(tǐ)有效尺寸17.5 mx8.0 m，鋼格構柱4根主肢采用100 mmｘ100 mmｘ5 mm，水平橫材采用100 mmｘ100 mmｘ5 mm、斜腹杆爲口60mmｘ60 mmｘ5 mm，其中(zhōng)水平橫材與豎材各自組成桁架體(tǐ)系抵抗側向風荷載和地震荷載。節點通過10個M12螺栓錨固于主體(tǐ)結構。該工(gōng)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、壁挂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（1）。其中(zhōng)永久荷載需計入屏幕自重荷載，活荷載需考慮屏體(tǐ)檢修涉及的檢修荷載。荷載組合系數應符合規範要求。

    壁挂式或樓頂式顯示屏其自振周期應結合主體(tǐ)結構進行整體(tǐ)分(fēn)析，通常情況下(xià)可選用主體(tǐ)結構自振周期進行計算（2、3），并分(fēn)析高振型對樓頂式支撐結構的影響（4）。風荷載的計算應按照圍護結構進行設計分(fēn)析，對大(dà)型支撐結構應根據具體(tǐ)結構形式進行深入分(fēn)析（5）。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，對壁挂式支撐結構尤其要重視罕遇地震下(xià)豎向地震作用的影響分(fēn)析。

    此外(wài)電子顯示屏内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，内部易出現散熱問題，支撐結構内部布置有大(dà)量的電力線路，線路老化等問題也易導緻火(huǒ)災發生(shēng)。顯示屏支撐結構在此類意外(wài)作用發生(shēng)時應有足夠的抵抗能力，不緻發生(shēng)連續性倒塌破壞，需加強關鍵構件支撐節點的設計，提高安全儲備。

    3、 結構選型

    3.1落地式支撐結構

    落地式電子顯示屏支撐結構通過與基礎連接的柱體(tǐ)承擔上部屏體(tǐ)結構的荷載，可按照懸臂梁結構進行分(fēn)析計算。落地式支撐結構通常采用單柱或雙柱加橫梁式結構，其餘類型可結合建築造型選用合适的支撐結構體(tǐ)系。柱體(tǐ)設計可采用混凝土結構、鋼管結構以及格構鋼柱，橫梁可選用格構梁等鋼結構類型。其基礎選型應根據場地的地質條件确定，并應進行抗壓、抗拔、抗彎和抗傾覆計算。結合懸臂結構的受力特點，落地式支撐結構的關鍵構件爲豎向柱體(tǐ)設計，選用安全合理符合工(gōng)藝要求的截面形式。

    結合顯示屏支撐結構的建設周期等特點，選用圓形鋼柱和格構鋼柱截面進行分(fēn)析，研究相同應力應變情況下(xià)鋼材的用量。采用有限元分(fēn)析軟件建立模型，圓形鋼柱采用彩1000×15，格構鋼柱4根主肢采用300 mm×300mm×10mm，水平橫材采用200mmｘ100 mmｘ6mm、斜腹杆爲100mｘ100 mm×6mm，根據懸臂結構受力特點，将上部屏體(tǐ)承受荷載簡化到柱體(tǐ)頂部，根據簡化後的模型對兩種柱體(tǐ)進行有限元分(fēn)析。分(fēn)析結果表明，對落地式支撐結構，圓柱式截面及格構式截面均爲良好的截面形式。戶外(wài)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，采用格構式柱可充分(fēn)利用格構空間設置上人通道，不會像圓截面一(yī)樣由于設置上人孔洞導緻柱根部截面出現薄弱部位。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(wài)觀要求時，應優先采用格構柱。

    3.2 壁挂式支撐結構

    壁挂式支撐結構通過鋼節點錨固于主體(tǐ)結構物(wù)側部，通常可采用框架柱固定節點，當節點間距不能滿足要求時，可采用框架梁作爲輔助支點設計位置。橫梁構件固定于支撐點上形成水平向片狀結構體(tǐ)系，該體(tǐ)系承擔顯示屏傳來的風荷載并作爲檢修通道承擔檢修荷載，屬于壁挂式支撐結構的主要受力體(tǐ)系。屏體(tǐ)龍骨均布置在水平片狀結構體(tǐ)系上。通常該體(tǐ)系可采用水平放(fàng)置的桁架，對于節點距離(lí)較小(xiǎo)的體(tǐ)系可直接采用型鋼作爲橫梁，計算模型可采用連續梁方案。水平片狀結構體(tǐ)系是壁挂式支撐結構的關鍵構件。圖6，7研究了兩種水平片狀結構體(tǐ)系的應力應變特點，主體(tǐ)結構軸線間距爲7500mm，在樓層中(zhōng)部設置的檢修平台中(zhōng)間無法設置支撐點，因而該工(gōng)程最大(dà)變形點發生(shēng)在樓層中(zhōng)部位置。根據變形特點分(fēn)别采用兩種結構形式進行分(fēn)析。節點構件均采用160 mmｘ160 mm×6 mm，單獨型鋼水平支撐結構采用100 mm×l00 mm×5 mm，組合桁架水平支撐結構弦杆采用50 mmｘ50 mmｘ4 mm，斜腹杆采用30mmｘ30 mm×3 mm。

    根據圖6，7的分(fēn)析結果可知(zhī)，當支撐結構體(tǐ)系總質量相同的情況下(xià)，采用斜腹杆組合桁架結構比采用直腹杆組合桁架結構變形小(xiǎo)。結果表明，水平片狀結構體(tǐ)系采用斜腹杆組合桁架結構可有效降低支撐結構變形，尤其當框架軸線間距較大(dà)，中(zhōng)間區域無法連續設置支點時，增加斜腹杆密度, 可有效降低支撐結構變形。

    3.3樓頂式支撐結構

    樓頂式支撐結構需結合樓頂原有結構布置進行設計，充分(fēn)利用原有主體(tǐ)結構體(tǐ)系承擔荷載對優化樓頂式支撐結構體(tǐ)系非常重要。通常可結合建築物(wù)造型采用平面桁架、空間桁架或網架結構等多種結構形式，結構方案靈活多變，可采用有限元分(fēn)析軟件進行建模分(fēn)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，宜對樓頂式支撐結構與大(dà)樓建立整體(tǐ)模型進行有限元分(fēn)析，研究支撐結構的應力應變特性。

    樓頂式支撐結構屬于空間結構體(tǐ)系，其與主體(tǐ)結構的連接方式有多種類型，需根據實際主體(tǐ)結構頂部的情況确定。不同的結構類型受力性能差别很大(dà)，隻有采用有限元方法分(fēn)析整體(tǐ)空間結構的受力狀态才能得到符合實際的設計方案。圖8爲結合實際工(gōng)程主體(tǐ)結構突出丁頁面的剪力牆與下(xià)部柱頂布置支撐點形成的網架結構，鋼柱和支撐于剪力牆的橫鋼梁采用90 mmｘ90 mmｘ5 mm，橫向次鋼梁選用組合雙角鋼2ｘL40 ｘ4，斜腹杆均采用組合雙角鋼2ｘL30 ｘ3。采用鋼材總質量爲13 900 kg，柱構件根部應力最600習大(dà)，其值爲133 N/mm2，其餘構件應力均不大(dà)于 N/mm2，平面内最大(dà)變形爲3.08 mm，滿足變形要求（6）。圖9采用空間桁架結構體(tǐ)系，構件均選用方鋼管，其中(zhōng)柱和橫鋼梁支撐構件 100 mm×100 mmｘ5mm，次鋼梁80 mmｘ80 mmｘ5m，斜腹杆60mmｘ60 mmｘ4 mm，最大(dà)應力值135 N/mm2，最大(dà)變形值3.08 mm，鋼材總質量14100 kg。

    對比兩種結構類型可知(zhī)，采用相同重量的網架結構體(tǐ)系與空間桁架結構體(tǐ)系的應力和應變相差不多，兩種結構體(tǐ)系效果相近。綜合考慮施工(gōng)難度及維護方便等因素，樓頂式支撐結構宜選用空間桁架形式。

    4、節點分(fēn)析

    采用鋼構件爲主要構件的顯示屏支撐結構存在大(dà)量的連接節點，節點的準确設計對整體(tǐ)結構的安全性能至關重要。

    支撐結構與混凝土基礎連接采用專用預埋件，與主體(tǐ)混凝土結構的連接采用40c-學錨栓和植筋，在與梁體(tǐ)連接處優先采用對穿螺栓。所有節點均不得采用膨脹螺栓。基礎節點設置的錨栓數量應滿足承載力要求，并按照對稱原則進行等間距布置。落地式支撐結構屬于懸臂型結構體(tǐ)系，其柱根部應力較大(dà)；壁挂式支撐結構同樣屬于懸臂型結構體(tǐ)系，其節點根部應力較大(dà)。針對與基礎及主體(tǐ)結構連接節點的應力分(fēn)布特點，采用在根部對節點進行處理的方案進行優化設計，可有效改善節點應力并降低鋼材用量。圖10爲優化後的兩種根部節點類型。

    5、結束語

    （1）落地式顯示屏支撐結構屬于懸臂結構，其柱體(tǐ)爲關鍵構件，根據應力應變分(fēn)析結果結合電子顯示屏檢修特點，優先選用格構式截面。

    （2）壁挂式顯示屏支撐結構水平片狀結構體(tǐ)系采用斜腹杆組合桁架結構優于直腹杆組合桁架結構，當主體(tǐ)結構軸線較大(dà)，中(zhōng)間區域無法設置節點時應增加斜腹杆密度。

    （3）樓頂式顯示屏支撐結構可采用網架結構和空間桁架結構體(tǐ)系，兩種結構體(tǐ)系應力應變均衡，從施工(gōng)難度等方面考慮優先選擇空間桁架體(tǐ)系。

    （4）顯示屏支撐結構節點的準确設計對整體(tǐ)結構安全陛能至關重要，針對節點根部受力較大(dà)特性設置抗剪鍵或十字加勁肋等構造措施，可有效提高節點的承載能力。