序章
大きい 屋外用 LED ディスプレイ 優れた視覚効果、高精細な表示効果、そして柔軟な再生コンテンツにより、都市景観に欠かせない存在となっています。広告や情報発信という重要な役割を担うだけでなく、都市イメージの表示や文化発信の重要な窓口でもあります。
しかし、これらのディスプレイを支える「骨組み」である鉄骨構造の設計と施工品質は、ディスプレイの安定性と安全性に直結し、ディスプレイが長期にわたり安定して安全に動作するための鍵となります。
技術の継続的な進歩と市場の拡大に伴い、屋外大型 LED ディスプレイの規模と複雑さも増大し続けており、鉄骨構造の設計、材料選択、建設、設置に対する要件はますます厳しくなっています。
1. 大型屋外LEDディスプレイの鉄骨構造の基本要件
- 安全性と安定性
大型屋外LEDディスプレイの鉄骨構造設計においては、安全性と安定性が最優先事項です。鉄骨構造は、強風、地震、その他の自然災害といった様々な過酷な環境条件下でも、ディスプレイ全体が倒壊や深刻な変形を起こさずに安定していることを保証する必要があります。
この目標を達成するには、構造の安全性を確保するために、風荷重や地震荷重などの外力の計算を含む、設計プロセス中の詳細な構造解析が必要です。
同時に、鉄骨構造の設計は、付属建物の構造安全性と使用機能を損なわないようにし、両者の調和のとれた共存を確保する必要があります。
さらに、GB 50009「建築構造物の荷重に関する規格」やGB 50011「建築物の耐震設計に関する規格」などの関連する国家規格に従うことは、鉄骨構造設計の合理性と安全性を確保するための重要な保証です。
- 耐久性
屋外に設置される大型 LED ディスプレイ スクリーンは、長期間にわたって風、太陽、雨、雪にさらされるため、鉄骨構造の耐久性に対する要求は非常に高くなります。
鉄骨構造材料は、環境要因による侵食に耐え、長期にわたる安定した稼働を維持するために、優れた耐食性と耐候性を備えていなければなりません。そのため、材料選定においては、耐候性に優れたステンレス鋼や特殊な防錆処理を施した鋼材を優先的に選定する必要があります。
さらに、コーティングの完全性をチェックし、損傷した部分をタイムリーに修理するなど、定期的なメンテナンスも鉄骨構造物の耐久性を確保し、鉄骨構造物の耐用年数を延ばすための重要な手段です。
- 保守性
大型屋外LEDディスプレイスクリーンの鉄骨構造は、設計時にメンテナンス性を十分に考慮する必要があります。ディスプレイスクリーンの面積が広く構造が複雑なため、後々のメンテナンスやオーバーホール作業が困難になることがよくあります。
したがって、鉄骨構造の設計は、保守担当者が入りやすく操作しやすいように、合理的な保守チャネル、配線通過チャネルなどを設置し、ディスプレイ画面と鉄骨構造の定期的な検査、清掃、保守を容易にする必要があります。
同時に、構造レイアウトも合理的に設計することで、不要な複雑さや冗長性を削減し、メンテナンスの難易度とコストを削減する必要があります。これにより、メンテナンス効率が向上するだけでなく、長期使用においてもディスプレイ画面が良好な動作状態を維持できるようになります。
2. 鉄骨構造材料の選定と仕様
1). 一般的な材料の紹介
大型屋外LEDディスプレイスクリーンの鉄骨構造設計においては、適切な材料の選択が非常に重要です。一般的に使用される鋼材には、角管、チャンネル鋼、H形鋼、溶接丸管などがあり、それぞれに独自の特性と長所・短所があります。
- 角管：
角管は、断面形状がシンプルで製造が容易なため、広く使用されています。利点としては、高い支持力を有し、より高い剛性が求められる構造物に適していることが挙げられますが、欠点としては、他の形状に比べてねじり強度が弱いことが挙げられます。
- チャンネル鋼:
チャンネル鋼の断面形状は溝型で、曲げ強度に優れており、大きな曲げモーメントに耐える必要がある構造物に適しています。しかし、ねじり強度には限界があり、場合によっては応力集中の問題が生じることがあります。
- H形鋼：
H形鋼は、その断面形状が英語の「H」に似ていることからその名が付けられました。優れた支持力と曲げ抵抗力を有し、断面係数が大きく軽量であることから、大型鉄骨構造物に適した材料です。ただし、コストは他の材料に比べて若干高くなる場合があります。
- 溶接丸管：
溶接丸管は溶接工程を経て製造され、優れた靭性と可塑性を備えています。断面形状は円形で、様々な方向からの力に抵抗しやすく、表面は滑らかで美しいです。しかし、溶接品質は丸管の性能に大きな影響を与えるため、溶接工程は厳密に管理する必要があります。
材料を選択する際には、ディスプレイ画面の特定のニーズと現場の状況を総合的に考慮する必要があります。
例えば、大きな風荷重や地震荷重に耐える必要があるディスプレイスクリーンの場合は、支持力が強く、曲げ抵抗に優れたH形鋼を選択する必要があります。一方、美観に対する要求が高い場合は、溶接丸管など、見た目がきれいな材料を検討できます。
2）材料の仕様と性能要件
鋼材の種類を決定した後、その仕様と性能要件をさらに明確にする必要があります。
- 仕様表現方法：
鋼材の種類ごとに規格の表現方法は若干異なりますが、通常は長さ、幅（または高さ）、厚さなどのパラメータが含まれます。
例えば、角管の諸元は「辺の長さ×肉厚」で表すことが多いのに対し、H形鋼の諸元にはウェブ高さ、フランジ幅、ウェブとフランジの厚さが含まれます。これらのパラメータの選定は、構造設計と力解析の結果に基づいて決定する必要があります。
- 性能要件：
鋼材の性能要件は、主に機械的特性、溶接特性、耐食性などです。機械的特性に関しては、引張強度、降伏強度、伸びといった特定の指標を満たす必要があります。
溶接性能の面では、鋼材の溶接性、溶接後の性能の安定性を確保する必要があり、耐食性の面では、使用環境に応じて適切な耐食性を持つ鋼材を選定するか、防食対策を講じる必要があります。これらの性能要件を満たすことが、鋼構造物の安全性、安定性、耐久性を確保するための鍵となります。
3. 鉄骨構造の設計と施工のポイント
1). 設計のポイント
大型屋外LEDディスプレイの鉄骨構造の設計プロセスでは、構造の合理性、安全性、保守性を確保するために、複数の要素を総合的に考慮する必要があります。
- 負荷係数の考慮事項:
まず、構造設計では、ディスプレイ画面の重量、風荷重、そして起こり得る地震荷重を十分に考慮する必要があります。これらの荷重は構造の安定性と安全性に直接影響を与えるため、詳細な計算と分析を通じて適切な構造形状とサイズを決定する必要があります。
- サポートシステム設計:
構造物に明確な応力がかかり、応力集中を軽減するには、適切な支持システムの設計が鍵となります。支持システムは、局所的な過度の応力による構造損傷を回避するために、荷重を効果的に伝達・分散させる必要があります。
同時に、サポート システムのレイアウトでは、操作の利便性を確保するために、ディスプレイ画面のインストールとメンテナンスの要件も考慮する必要があります。
- スペース予約:
設計においては、ディスプレイ画面の設置および保守の要件を満たすために十分なスペースを確保する必要があります。
これには、ディスプレイスクリーンのための十分な設置スペースの確保と、その後のメンテナンスや修理作業のための適切な通路とプラットフォームの設置が含まれます。これらの確保されたスペースは、ディスプレイスクリーンの設置効率と保守性の向上に役立ちます。
2). 建設ポイント
鉄骨構造物の建設は、設計意図を確実に実現するための重要な工程です。建設プロセスにおいては、最終的な構造物の安定性と安全性を確保するために、各工程の品質を厳密に管理する必要があります。
- 前処理:
施工前に、鉄骨構造部材に対して錆除去、修正等の前処理を行う必要があります。錆除去により、部材表面の錆や不純物を除去し、コーティングの密着性や防錆効果を向上させることができます。
修正により、コンポーネントのサイズと形状が設計要件を満たしていることを保証し、インストール時のエラーを削減できます。
- 溶接構造：
溶接は鉄骨構造物の建設における重要な工程の一つです。溶接工程においては、溶接品質を確保するために、適切な溶接順序と溶接プロセスを選択する必要があります。適切な溶接順序の選定は溶接変形と応力集中を軽減し、適切な溶接プロセスは溶接部の品質と強度を確保します。
さらに、溶接品質が関連する規格や要件を満たしていることを確認するために、溶接プロセスを厳密に監視およびテストする必要があります。
- インストール制御:
設置プロセスでは、構造物が所定の位置に確実に設置されるよう、寸法精度を厳密に管理する必要があります。これには、部品のサイズ、設置場所、接続ノードなどの正確な管理が含まれます。
高度な測定技術とツールを採用することで、設置プロセスを正確に監視および調整し、最終構造の安定性と安全性を確保できます。
同時に、設置プロセス中の安全性の問題に注意を払い、建設作業員の安全を確保するために必要な安全対策と保護対策を講じる必要があります。
4. 特殊環境下における鋼構造物に対する要求事項
1). 極端な気候条件
強風、雨、雪などの極端な気象条件下では、鉄骨構造物の安全性と安定性が深刻な課題に直面するため、構造物の正常な動作を確保するために一連の強化対策を講じる必要があります。
- 構造的サポートを強化する:
強風地域では、鉄骨構造物に斜めブレースや構造トラスを追加することで、構造全体の剛性と耐風性を向上させる必要があります。これらの斜めブレースとトラスは、極端な風荷重下でも安定性と安全性を確保できるよう、正確に計算・設計する必要があります。
- コネクタの強度を向上:
コネクタは鉄骨構造の主要部品であり、その強度は構造全体の性能に直接影響します。過酷な気象条件下では、接合部の安定性を確保するために、より強度の高いコネクタを使用し、溶接や高力ボルト接合などのより信頼性の高い接合方法を採用する必要があります。
- 伸縮継手を設定します。
熱膨張と収縮が鉄骨構造物に与える影響を考慮すると、温度差が激しい条件下では適切な伸縮継手を設置する必要があります。
伸縮継手の設置は、温度変化時に構造物が自由に伸縮し、過度の応力や変形が生じないように、鋼材の熱膨張・収縮係数と構造物の実際のサイズに基づいて計算・設計する必要があります。
- 防水・排水対策：
雨天時や雪天時には、鋼構造物の表面に水や雪が溜まりやすいため、効果的な防水・排水対策を講じる必要があります。例えば、鋼構造物の表面に防水塗料を塗布し、適切な排水勾配や排水溝を設けるなど、溜まった水を適時に排出し、構造物の損傷を防ぐ必要があります。
2）地震多発地域
地震多発地域の鉄骨構造物の設計では、地震時の構造物の安全性と安定性を確保するために、より高い耐震基準に従い、より複雑な耐震構造対策を採用する必要があります。
- 耐震設計仕様に従ってください:
地震多発地域における鋼構造物の設計においては、「建築耐震設計基準」などの関連する国の耐震設計基準を厳格に遵守する必要があります。これらの基準では、異なる地震強度下における鋼構造物の耐震設計要件と構造対策が詳細に規定されています。
- 耐震構造対策を採用する：
鉄骨構造の設計では、構造物の耐震性能を向上させるために、様々な耐震構造対策を講じる必要があります。例えば、耐震支保工の設置、節点接合部の強化、エネルギー吸収型緩衝装置の採用などです。
これらの対策により、地震エネルギーを効果的に吸収・分散し、地震時の構造物の被害を軽減することができます。
- 定期的に耐震性能試験を実施します。
地震時における鋼構造物の安全性を確保するためには、定期的に耐震性能試験を実施する必要があります。試験内容には、構造物の変形、応力分布、接合部の状態などが含まれます。
試験を通じて、構造物に隠れた危険性や問題点を適時に発見し、補強やメンテナンスのための適切な対策を講じることができます。
- 補強とメンテナンスを強化する：
地震多発地域では、鉄骨構造物は複数の地震の影響を受ける可能性があるため、補強とメンテナンスを強化する必要があります。これには、構造物の定期的な点検、メンテナンス、補強が含まれます。
補強とメンテナンスにより、構造物の耐震性を向上させ、耐用年数を延ばすことができます。同時に、地震発生後は、構造物を安全に継続使用するために、適時に点検・補修を行う必要があります。
5. 雷保護および接地要件
1). 雷保護設計
屋外設置型大型LEDディスプレイスクリーンの避雷設計においては、「建築物避雷設計規定」GB 50057などの関連国家規格および業界規格を厳格に遵守し、雷雨時のディスプレイスクリーンとその鉄骨構造の安全性を確保する必要があります。具体的な設計ポイントは以下のとおりです。
- 雷保護レベルの確認：
まず、ディスプレイが設置されている建物の年間予想落雷回数、建物の構造特性、および周辺環境に基づいて、雷保護レベルを決定する必要があります。これは、その後の雷保護対策の具体的な要件を決定するのに役立ちます。
- 避雷装置の設定：
避雷レベルに応じて、避雷針や避雷テープなどの避雷装置がディスプレイ画面の鉄骨上部または近くに設置されます。
避雷針の長さと数は、ディスプレイ画面を直撃雷から効果的に保護できるように、ディスプレイ画面のサイズと高さに応じて計算して設計する必要があります。
同時に、鉄骨構造物の上部または側面に沿って避雷テープを設置し、雷を地面に導く連続した導電経路を形成する必要があります。
- 電源および信号ライン保護:
表示画面の電源線と信号線に避雷器を設置し、雷が線を通って表示画面内部に侵入するのを防ぎます。
電力用避雷器はディスプレイ画面の配電ボックスに設置する必要があり、信号用避雷器は信号インターフェースの種類に応じて選択して設置する必要があります。
2）接地要件
接地は避雷システムにおいて重要な部分であり、雷電流を迅速かつ安全に大地に導くかどうかに直接関係します。したがって、屋外大型LEDディスプレイの接地設計においては、以下の点に特に注意する必要があります。
- 信頼性の高い接続:
ディスプレイスクリーンの鉄骨構造は、建物の接地システムに確実に接続する必要があります。これは通常、良好な接触と接続部の低抵抗を確保するために、溶接またはボルト締めによって実現されます。
同時に、電流伝送の要件を満たすために、アース線の材質と断面積にも注意を払う必要があります。
- 接地抵抗制御：
接地抵抗は、接地システムの性能を測る重要な指標です。関連規格によると、屋外用LEDディスプレイスクリーンの接地抵抗は一般的に10Ω未満であることが求められています。この要件を満たさない場合は、人工接地グリッドなどの追加対策を講じて接地抵抗を改善する必要があります。
- 定期点検：
接地システムは、その健全性と有効性を定期的に点検する必要があります。これには、接地線の接続状態や接地抵抗値などの試験と記録が含まれます。問題が発見された場合は、接地システムの信頼性を確保するために、速やかに修理または交換を行う必要があります。
結論
要約すると、大型屋外 LED ディスプレイ スクリーンの鉄骨構造に対する要件は、材料の選択、構造設計、建設と設置、メンテナンスなどの側面を含む体系的なプロジェクトです。
関連する規格と仕様を厳守することによってのみ、ディスプレイ画面の安定性と安全性が確保され、都市の画像表示と文化コミュニケーションを強力にサポートすることができます。
最後に、LEDディスプレイについてもっと知りたい方は、 ご連絡ください。
