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        高建筑物上廣告牌鋼結(jié)構(gòu)抗震校驗

        2020-03-29 06:27:06馮濤
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年3期
        關(guān)鍵詞:廣告牌角鋼云圖

        馮濤

        (河北省高速公路京秦管理處,河北 秦皇島066000)

        1 引言

        隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,城市地區(qū)很多高建筑物上的廣告牌日益增多,廣告牌的安全隱患問題也漸漸進入大眾視線。大多數(shù)廣告牌建在室外,不可避免地要經(jīng)歷風(fēng)雨、地震等自然天氣的影響,往往會造成很大的經(jīng)濟損失。因此,必須認真研究鋼結(jié)構(gòu)廣告牌的抗震性能,保證高建筑物上的廣告牌穩(wěn)定性。

        本文通過對石家莊城市郊區(qū)廣告牌設(shè)施的調(diào)查,并通過建立有限元,對10m 高建筑上廣告牌進行受地震載荷作用下受力仿真分析,最終將結(jié)果與國家現(xiàn)行標準《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》相比較,確定廣告牌是否符合標準。

        2 受力分析與模型建立

        2.1 材料參數(shù)與單元屬性

        本文分析的廣告牌為安裝在10m 高建筑物上的廣告牌鋼結(jié)構(gòu),位于石家莊市房屋較稀疏的城市郊區(qū)。結(jié)構(gòu)中用到的材料參數(shù)如表1 所示。

        表1 各材料參數(shù)

        當(dāng)材料受到的應(yīng)力達到屈服應(yīng)力時,就會產(chǎn)生塑性形變,即受到的作用力消除后,材料產(chǎn)生的形變不能完全消除。在實際情況中表現(xiàn)為受到地震作用產(chǎn)生變形后,在地震結(jié)束后形變不能完全消除,因為沒有雪花鋼和彩鋼的具體鋼材型號或材料參數(shù),暫時將它們的屈服應(yīng)力按Q215A 的屈服應(yīng)力進行計算。雪花鋼和彩鋼面板的厚度均為1mm。

        2.2 荷載作用標準

        根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》地震作用載荷的取值方法如下[1]:

        根據(jù)CECS 148:2003《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2],石家莊市的地震烈度為7,故取αmax=0.08,進行地震安全性校核時,加載的慣性加速度為a=αmaxg=784mm/s2。

        2.3 建立有限元模型

        有限單元法的原理為:將無限自由度的連續(xù)體轉(zhuǎn)換成有限自由度的離散化結(jié)構(gòu)組合,最終通過結(jié)構(gòu)力學(xué)中的矩陣方法對其進行求解[3]。鋼結(jié)構(gòu)中的薄壁板結(jié)構(gòu),包括廣告牌面板、大字、Logo、角鋼、方鋼等,因為其尺寸遠大于厚度,所以可以用殼單元模擬(見圖1)。

        圖1 廣告牌鋼結(jié)構(gòu)的有限元模型

        圖1 中的紅色框內(nèi)結(jié)構(gòu)為加固部分。該有限元模型中共有殼單元576 989 個,梁單元8 061 個,連接用剛性單元53 228個,共計638 278 個單元。

        2.4 邊界條件

        地震載荷作用下的施加載荷:給廣告牌鋼結(jié)構(gòu)整體施加的慣性加速度與g=9 800mm/s2的重力加速度;約束:與屋頂水泥塊連接的節(jié)點采用固定約束,即限制這些節(jié)點的6 個自由度位移均為零。

        3 計算結(jié)果

        3.1 南北向地震

        將重力g=9 800mm/s2和南北向慣性力a=784mm/s2加載在鋼結(jié)構(gòu)上,得到鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖如圖2 所示。

        由圖2 可以看出,結(jié)構(gòu)中應(yīng)力較大的部分為懸空的L4、L5 角鋼部分,應(yīng)力最大點出現(xiàn)在東面懸空部分的加固L4 角鋼上。結(jié)構(gòu)中受到的最大應(yīng)力為92.2MPa,遠小于其材料的屈服極限215MPa,所以結(jié)構(gòu)在南北向地震中安全。

        圖2 結(jié)構(gòu)受南北向地震載荷應(yīng)力云圖

        去掉加固用的角鋼后,應(yīng)力最大點位于東面的固定支架上,如圖3 所示,在南北向地震載荷下,位移最大的部分出現(xiàn)在東面支撐梁處,最大位移為9.6mm。

        圖3 無固定角鋼結(jié)構(gòu)受南北向地震載荷應(yīng)力云圖

        3.2 東西向地震

        將重力g=9 800mm/s2和南北向慣性力a=784mm/s2加載在鋼結(jié)構(gòu)上,得到鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖如圖4 所示。由圖4 可以看出,結(jié)構(gòu)中受到的最大應(yīng)力為95.5MPa,遠小于其材料的屈服極限215MPa,所以,結(jié)構(gòu)在東西向地震中安全。去掉加固用的角鋼后,應(yīng)力最大點位于東面的固定支架上,在東西向地震載荷下,位移最大的部分出現(xiàn)在東面支撐梁處,最大位移為12.1mm。

        圖4 結(jié)構(gòu)受東西向地震載荷應(yīng)力云圖

        4 結(jié)語

        根據(jù)國家現(xiàn)行標準GB 5009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4]規(guī)定和有限元分析結(jié)果,給廣告牌鋼結(jié)構(gòu)加載地震烈度為6的地震載荷后,求得鋼結(jié)構(gòu)在東西向水平地震和南北向水平地震中受到的最大應(yīng)力均小于相應(yīng)材料的屈服應(yīng)力。其中,長度最大的東面斜撐梁受到的應(yīng)力和產(chǎn)生的位移均為最大。廣告牌鋼結(jié)構(gòu)在東西向和南北向水平地震中均安全,確保了鋼結(jié)構(gòu)廣告牌的安全性,能避免僅憑經(jīng)驗設(shè)計存在的安全隱患。

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