CN108547487A - 一种在既有建筑上方建立的立体停车库 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在既有建筑上方建立的立体停车库，包括分别设置在既有建筑物外侧的独立基础，两个柱群体连接在相应侧的独立基础上；两个柱群体均包括角柱和主立柱，在两个柱群体之间上下间隔设置有多层停车平台，每一层停车平台包括与两个柱群体的各角柱和主立柱固定相连的车库框架梁，在车库框架梁的两个短边之间连接有多根纵梁，在车库框架梁围成的区域内设定有多个停车位并且设置有停车库通道，停车库通道通向各个停车位，停车库通道的进出口与车辆输出装置的进出口相对设置，在每一个停车位处的纵梁上固定有一个载车板，在每一层停车平台的每一根主立柱的左右两侧分别对称设置有多道预应力斜拉钢索。本结构整个结构强度较高、且自重较轻。

Description

一种在既有建筑上方建立的立体停车库

技术领域

本发明涉及停车库，特别涉及一种用于在既有建筑上方建立的立体停车库。

背景技术

近些年来，随着我国经济的飞速发展，私家汽车已成为百姓的重要出行工具，城市中汽车保有量以几何态势迅猛增加，随之而来的就是城市部分区域严重的拥挤阻塞等现象，而停车困难更成为城市一大难题。机械类立体停车场很好地解决停车难问题。

申请公布号为CN106285103A，申请公布日为2017.01.04的中国专利公开了“屋顶无限制增加停车位的停车库”。该停车库包括：由多条承重柱体构成的柱体群和停车平台；其中，柱体群设于房屋的周边，与房屋本体无承重式接触；停车平台位于屋顶上方，且屋顶不受停车平台的承载力；停车平台装设于柱体群的上部。在同一柱体群上，根据需求可以装设多层停车平台；在同一建筑物可以架设多个相互独立的柱体群，每个柱体群上可装设多层停车平台，每层停车平台相对独立。

该结构存在的问题是：单独的承重柱与房屋本体无承重式接触，这种结构形式在水平荷载作用下，结构抗侧力较差，结构刚度较弱，在一定程度上的稳定性也不能很好保证。在水平荷载所用下，柱体承受的荷载将以弯矩的形式传递到柱底，柱底承受上部结构的巨大弯矩、剪力及竖向力，极易造成柱底的破坏，柱底几乎承受了整个上部结构的荷载，柱底一旦破坏势必引起整个结构的坍塌破坏，所以这种结构的安全可靠度比较低。

申请公布号为CN106907037A，申请公布日为2017.04.28的中国专利公开了“悬挂式机械立体车库结构及其建造方法”，这种悬挂式机械立体车库包括立体车库主结构，立体车库主结构顶部设有顶层悬挑转换大梁，立体车库主结构通过顶层悬挑转换大梁在周围连接有多个悬挂车库单元构成的车库悬挂子结构。利用钢梁柱拼接立体车库主结构完成建造；在立体车库主结构顶部两侧拼装钢桁架顶层悬挑转换大梁，将顶层悬挑转换大梁与体车库主结构框架连接；安装顶层悬挂车库单元；完成整个悬挂子结构的施工建造，在立体车库主结构上安装车辆垂直传输系统，完成建造。

该结构上重下轻，会造成下部结构因难以承受上部的较大荷载，会引起下部建筑物的破坏。且多个悬挂车库单元连接在中间的悬挑转换大梁上，容易造成大梁因荷载太大从而造成塑性铰的出现，当梁端屈服后，会引起整个结构的破坏。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种不会占用新的地面面积且不会增加既有建筑承担的荷载的在既有建筑上方建立的立体停车库。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种在既有建筑上方建立的立体停车库，包括分别设置在既有建筑物两个相对的长边侧的外侧的独立基础，多根钢结构承重框架柱构成的两个柱群体分别通过螺栓连接在相应侧的独立基础上，所述的两个柱群体的顶面高度高于既有建筑物的顶标高并且两个柱群体的长度大于既有建筑物长度；所述的两个柱群体均包括沿竖直方向分别固定在每个柱群体的左右端部的角柱和与既有建筑物外墙立面纵轴侧的中心位置对应设置的主立柱，在同侧的相邻的角柱和主立柱之间分别用螺栓与多根钢结构横梁支撑沿水平方向连接，在位于既有建筑物顶面以上的所述的两个柱群体之间上下间隔设置有多层停车平台，上下相邻的两层停车平台之间焊接相连，每一层停车平台包括与两个柱群体的各角柱和主立柱固定相连的车库框架梁，在所述的车库框架梁的两个短边之间连接有多根纵梁，在所述的车库框架梁围成的区域内设定有多个停车位并且设置有停车库通道，所述的停车库通道通向各个停车位，所述的停车库通道的进出口与车辆输出装置的进出口相对设置，在每一个停车位处的纵梁上固定有一个载车板，在每一层停车平台的每一根主立柱的左右两侧分别对称设置有多道预应力斜拉钢索，每一道预应力斜拉索的一端锚固在主立柱上并且另一端分别沿倾斜方向通过螺栓与相应侧的对应层的停车平台的车库框架梁固定连接，每一根预应力斜拉钢索的预应力F_con＝(F_f+F_e)/2，式中F_f和F_e分别代表在满载与空载时使车库框架梁挠度最小的斜拉钢索预应力。

本发明的有益效果是：

1.停车库建在既有建筑的上方，更好的利用了空中的资源，不会占用新的地面面积。相比普通停车场，由于不占用新的建设用地，在既有建筑上方建造立体停车库造价低，更经济，可用于解决城市中既有建筑周边空地较少造成的停车难与交通拥堵问题,更好的利用了空中的资源。

2.停车库的整体框架为钢结构，采用钢结构，使得整个结构强度较高、且自重较轻。

3.停车库采用独立基础，不会增加既有建筑承担的荷载。

4.为确保建筑结构的整体稳定性、提高框架柱的稳定性，在相邻的两个柱子之间设置支撑。支撑位于既有建筑楼层间，不会影响既有建筑的采光。

附图说明

图1本发明的在既有建筑上方建立的立体停车库的示意图；

图2为图1所示的结构的俯视图；

图3为实施例的建筑立面图；

图4为实施例的结构计算模型简图；

图5为恒载作用下单个车库受力简图；

图6为活载作用下载车板受力简图；

图7为活载作用下单个车库受力简图；

图8为图4所示结构的1-1剖视图；

图9为实施例的第一种组合作用下剪力图；

图10为实施例的第一种组合作用下弯矩图；

图11为实施例的第二种组合作用下剪力图；

图12为实施例的第二种组合作用下弯矩图；

图13为实施例的标准组合作用下挠度图；

图14为实施例的标准组合作用下弯矩图；

图15为实施例的标准组合作用下剪力图；

图16为实施例的框架梁弯矩图；

图17为实施例的第一种空载工况下的框架梁竖向位移图；

图18为实施例的第二种空载工况下的框架梁竖向位移图；

图19为实施例的第三种空载工况下的框架梁竖向位移图；

图20为实施例的第一种满布工况下的框架梁竖向位移图；

图21为实施例的第二种满布工况下的框架梁竖向位移图；

图22为实施例的第三种满布工况下的框架梁竖向位移图；

图23为实施例的第四种满布工况下的框架梁竖向位移图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见附图，本发明的一种在既有建筑上方建立的立体停车库，包括多根钢结构承重框架柱构成的柱群体、斜拉钢索以及停车平台(如图1所示)。

立体停车库包括分别设置在既有建筑物两个相对的长边侧的外侧的独立基础，多根钢结构承重框架柱构成的两个柱群体7分别通过螺栓连接在相应侧的独立基础上(螺栓连接过程采用有限元软件设计，根据《钢结构设计规范》来确定)，本停车库采用独立基础，不会增加既有建筑承担的荷载。所述的两个柱群体的顶面高度高于既有建筑物的顶标高并且两个柱群体的长度大于既有建筑物长度；所述的两个柱群体均包括沿竖直方向分别固定在每个柱群体的左右端部的角柱2(4)、1(3)和与既有建筑物外墙立面纵轴侧的中心位置对应设置的主立柱5(6)(如图2所示)。主立柱根数及其相邻主立柱的间距大小根据停车库结构的安全性确定。

本停车库为了提高建筑结构的整体稳定性、框架柱的稳定，在同侧的相邻的角柱和主立柱之间分别用螺栓与多根钢结构横梁支撑8沿水平方向连接。如图主立柱5与角柱1、2用螺栓与钢结构横梁支撑8沿水平方向连接；同理，主立柱6与角柱3、4用螺栓与钢结构横梁支撑8沿水平方向连接。在地平面到原有建筑屋顶以下的高度范围内，所述的多根钢结构横梁支撑高度平面分别位于既有建筑楼面板所在的平面，这样不会影响既有建筑的采光。

在位于既有建筑物顶面以上的所述的两个柱群体7之间上下间隔设置有多层停车平台9，上下相邻的两层停车平台之间焊接相连。每一层停车平台9包括与两个柱群体7的各角柱和主立柱固定相连的车库框架梁10，在所述的车库框架梁10的两个短边之间连接有多根纵梁，在所述的车库框架梁围成的区域内设定有多个停车位并且设置有停车库通道，所述的停车库通道通向各个停车位，所述的停车库通道的进出口与车辆输出装置的进出口相对设置，在每一个停车位处的纵梁上固定有一个载车板11。优选的载车板通过螺栓安装在车库框架梁内，与纵梁固定相连，车库框架梁同样也是通过螺栓的方式与各角柱和主立柱连接。

在每一层停车平台9的每一根主立柱的左右两侧分别对称设置有多道预应力斜拉钢索12，这样可以平衡停车库的水平向力。左右两边的斜拉钢索的个数及间距需要通过停车库设计的荷载用有限元软件模拟，直至满足要求为止。本停车库每层的预应力斜拉钢索在主立柱5(6)上的位置具体高度依据建筑结构和实际情况而定。

每一道预应力斜拉索12的一端锚固在主立柱上并且另一端分别沿倾斜方向通过螺栓与相应侧的对应层的停车平台9的车库框架梁10固定连接，以将停车平台上的荷载传给钢结构承重框架柱构成的柱群体7。预应力斜拉钢索12强度很大，斜拉钢索主要是对框架梁10起到提拉作用。斜拉钢索与主体结构结合在一起，能充分发挥拉索抗拉结构的优点，并使主体结构的受力性能得到改善，且对拉索施加预张力后，一方面可明显改善结构的受力状态，另一方面可以避免在地震或风荷载作用下拉力出现松弛，退出工作。

本停车库选用斜拉钢索的预应力的确定原则为使框架梁的挠度最小，若在空载时确定拉索中的预应力，则有汽车停泊时框架梁会出现较大的竖向挠度；若在满载即停车板停满汽车时确定拉索中的预应力，则空载时框架梁会出现较大的反拱。由于车库中停车工况不确定，汽车停泊位置为随机事件，为避免满载时框架梁的较大挠度与空载时框架梁的较大反拱，本结构分别计算在满载与空载时使车库框架梁挠度最小的斜拉钢索预应力分别为F_f和F_e，然后取两者平均值作为每一道预应力斜拉钢索12中的预应力F_con＝(F_f+F_e)/2。(其中F_f确定步骤如下：1.给定初始F_f0；2.开始第i次迭代计算，规定横梁挠度以向下为正，向上为负，±[ν]为允许挠度，迭代计算得到的挠度值ν与±[ν]进行挠度比较；3.若ν<-[ν]<0,则F_fi＝1.25F_fi-1，重复步骤3；4.若0<[ν]<ν,则F_fi＝0.75F_fi-1，重复步骤4；5.迭代N次后，若-[ν]<ν<0或0<ν<[ν],则F_f＝F_fN。同理可以确定F_e)，既有建筑上方斜拉式立体停车库拉索中的预应力采用上述迭代试算法确定。停车平台上的全部荷载通过车库框架梁及斜拉索传递给钢结构承重框架柱构成的柱群体承担。立体停车库的具体层数设计原则依据现有建筑物的结构承载力以及基础承载力而定。

本钢结构承重框架柱的各角柱和主立柱均采用强度高的H型钢。同工字钢相比，截面模数大，在承载条件相同时，可节约金属10％-15％；塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。采用的H型钢具体尺寸设计原则需满足计算要求，设计过程采用有限元软件设计，根据《钢结构设计规范》选取合适的尺寸试算，直到满足计算要求为止。

本停车库的第一层停车平台的载车板底面与原建筑物的屋顶均无接触，从而上方立体停车库不会对房屋的安全造成影响。

本停车库的钢结构承重框架柱构成的柱群体设置在既有建筑两个相对的长度方向的外侧，完全支撑整个停车库且不影响既有建筑的安全性。

通过对现有的车型调查，为了合理利用机械式立体车库的空间，达到最好的经济效益，优选的本停车库的停车平台层高为2500mm。载车板长度为5200mm，载车板宽度为2200mm；每一个停车库在载车板尺寸的基础上适当加大，优选的本停车位长度为6000mm，宽度为2550mm(如图2所示)。

本车库的使用方法为：本车库与车辆输出装置配套使用，车辆输出装置采用现有结构及设备即可，如：运输井16以及升降机。存车时，车辆驶进地面车库垂直运输井16，通过井道内的升降机将车辆提升到目的层，然后车辆驶出井道进入该层的停车库通道，选择空余的车位泊车。取车时，车辆驶出停车库，进入通道驶向垂直运输井16，通过升降机降到地面层。

在使用时，垂直运输井16单独设置在立体停车库两侧，每层垂直运输井16进出口正对立体停车库的通道(如图2所示)。

实施例

以某小学教学楼上方的停车库进行结构模型分析。该教学楼每间教室长9m，宽7.2m，高3.6m，呈“一”字排列。教学楼平面尺寸为：长38m，宽9.2m，高14.4m。因此，设计的位于既有建筑上方的立体停车库长42m，宽15m，层高2.5m，共计两层。停车库底层载车板11距教学楼屋顶0.5m。立体停车库和既有建筑的立面如图3、4所示。

在既有建筑物两个相对的长度方向的外侧分别设置有独立基础，两个柱群体7分别通过螺栓连接在对应位置的基础上。所述的两个柱群体的顶面高度高于既有建筑物的顶标高并且两个柱群体的长度大于既有建筑物长度；所述的两个柱群体均包括沿竖直方向分别固定在每个柱群体的左右端部的角柱、和与既有建筑物外墙立面纵轴侧的中心位置对应的主立柱。在同侧的相邻的角柱和主立柱之间分别用高强螺栓与钢结构横梁支撑沿水平方向连接。

在位于既有建筑物顶面以上的所述的两个柱群体7之间上下间隔设置有两层停车平台9，上下相邻的两层的停车库之间焊接相连。每一层停车平台9包括与两个柱群体7的各角柱和主立柱固定相连的车库框架梁10，在每一个车库框架梁10上固定有载车板11。载车板通过高强螺栓安装在车库框架梁内，车库框架梁同样也是通过螺栓的方式与钢结构承重框架柱构成的柱群体连接。

在每一层停车平台9的每一根主立柱的左右两侧分别对称设置有3道预应力斜拉索12，这样可以平衡停车库的水平向力。左右两边的斜拉钢索的总个数N及间距L通过停车库设计的荷载用有限元软件模拟为N＝6，L＝7000mm。本停车库每层的预应力斜拉钢索12在主立柱上的位置具体高度为2500mm，为图中的O₁点。

每一道预应力斜拉索12的一端锚固在主立柱上并且另一端分别沿倾斜方向通过螺栓与相应侧的对应层的停车平台9的载车板11固定连接，以达到将停车平台上的荷载传给钢结构承重框架柱构成的柱群体7。

本钢结构承重框架的主要材料均采用强度高的H型钢。下面是结构的H型钢选择并校验其是否满足强度、挠度和稳定性要求。

根据调查并结合实际，将载车板11简化为简支梁，车辆荷载取2000kg，载车板11重500kg。载车板11的重量视为恒载，其作用在车库框架梁10按照左右各恒载2.5kN计算。力的简化如图5所示，计算得：Y_a＝2.5kN,Y_b＝2.5kN。

立体停车库，在升降过程中受加速度的影响，车辆荷载属于活载。这里的活载只考虑竖向荷载。根据调查，一般车辆轴距和轮距分别为2800mm和1800mm，因此在车长方向上受力点的距离为4600mm。轮重考虑实际情况取近似值，车重按13:7比例分配给前、后轮。车辆荷载在载车板11上的受力简图如图6所示，计算得：Y_c＝8.17kN,Y_d＝11.83kN。

所以活载在单个停车库受力简图如图7所示，计算得Y_a＝8.60kN，Y_b＝8.60kN。

本例中利用PKPM软件计算在此结构上，梁所受到的极限弯矩Mu。校核时，当梁内弯矩M>Mu时，则结构失效。该结构的应力及挠度校核也是如此。

设计依据：《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)《钢结构设计规范》(GB50017-2014)；

钢梁钢材：Q235，梁跨度l＝6000mm，钢梁平面外计算长度6000mm；

钢梁截面：焊接组合H形截面如图8所示；

截面尺寸(单位：mm)：h×b₁×b₂×t_w×t₁＝300×250×250×6×12

容许挠度限值[υ]；l/180＝33.333(mm)；

强度计算净截面系数：1.000；

简支梁受荷方式；竖向单向受荷；

钢材的密度ρ；7850kg/m³。

(1)截面特性计算

截面面积A＝300×250-(300-12×2)×(250-6)＝7656(mm²)

x轴的形心X_C＝125(mm)

y轴的形心Y_C＝150(mm)

惯性矩：

I_x＝(250×300^3-244×276^3)/12＝135000288(mm⁴)

I_y＝(2×12×250^3-276×6^3)/12＝31254968(mm⁴)

回转半径：

i_x＝(I_x/A)^1/2＝132.79(mm)

i_y＝(I_y/A)^1/2＝63.89(mm)

由于截面是对称的，所以x轴距上下翼缘最外纤维的距离y₁、y₂分别为：

y₁＝150(mm)

y₂＝150(mm)

y轴距边缘最外纤维的距离x₁、x₂分别为：

x₁＝125(mm)

x₂＝125(mm)

弹性地抗拒：

W_x1＝I_x/y₁＝900001.92(mm³)

W_x2＝I_x/y₂＝900001.92(mm³)

W_y1＝I_y/x₁＝250039.744(mm³)

W_y2＝I_y/x₂＝250039.744(mm³)

(2)简支梁自重作用计算

梁自重荷载作用计算:

简支梁自重G＝7850/100×6×7560/10^6＝3.605976kN

自重作用折算梁上均布线荷载p＝7850/100×7560/10^6＝0.600996kN/m

(3)梁上恒载作用

(4)梁上活载作用

(5)单工况荷载标准值作用支座反力(以压为正,单位:kN)

恒载标准值支座反力

左支座反力R_d1＝4.303,右支座反力R_d2＝4.303

活载标准值支座反力

左支座反力R_l1＝8.597,右支座反力R_l2＝11.403

(6)第一种组合——1.2倍恒载+1.4倍活载

为了计算荷载组合作用下梁各断面内力，把简支梁从一端到另一端平均分成12段(共13个截面)即每段均500mm。通过计算，第一种组合作用下梁上各断面内力计算结果如图9和图10所示。第一种组合作用下各断面计算数值如表1所示。

表1第一种组合作用下各断面弯矩与剪力值

(7)第二种组合——1.35倍恒载+0.7×1.4倍活载

第二种组合作用下梁上各断面内力计算结果如图11与图12所示。

第二种组合作用下各断面计算数值如表2所示：

表2第二种组合下各断面弯矩与剪力值

(8)局部稳定验算

翼缘宽厚比：B/T＝10.17

容许宽厚比：[B/T]＝15.0

翼缘宽厚比小于容许宽厚比；

腹板计算高厚比：H₀/T_w＝46.00

容许高厚比：[H₀/T_w]＝80.0

腹板计算高厚比小于容许高厚比；

因此局部稳定性均满足要求。

(9)载车板简支梁截面强度验算:

简支梁最大正弯矩(kN·m)：14.483(组合：1；控制位置：4000mm)

强度计算最大应力(N/mm²)：15.325<f＝215.000

因此简支梁抗弯强度验算满足。

简支梁最大作用剪力(kN)：21.128(组合：1；控制位置：6000mm)

简支梁抗剪计算应力(N/mm²：12.758<f_v＝125.000

因此简支梁抗剪承载能力满足。

(10)载车板简支梁整体稳定验算

平面外长细比：λ_y＝93.906

梁整体稳定系数：

简支梁最大正弯矩(kN·m)：14.483(组合：1；控制位置：4000mm)

简支梁整体稳定计算最大应力(N/mm²)：18.723<f＝215.000

因此简支梁整体稳定验算满足。

(11)标准组合：1.0恒载+1.0活载

简支梁挠度、弯矩、剪力计算结果分别如图13～15所示。

标准组合作用下各断面挠度、弯矩、剪力计算值如表3所示：

表3标准组合下各断面挠度、弯矩与剪力值

最大挠度所在位置：3000mm

计算最大挠度υ：1.627(mm)

容许挠度[υ]：33.333(mm)

计算最大挠度小于容许挠度。

综合(1)到(11)数据可知，结构所选取的H型钢梁的尺寸H300×250×6×12能满足强度、挠度、稳定性均满足要求。

通过上述分析可知H型钢横梁尺寸H300×250×6×12能满足要求，为了提高其安全系数，因此停车库框架梁10采用H400×300×11×18。而主立柱5、6采用的H型钢截面为H600×300×14×23，材料为Q235钢。预应力斜拉锁为合金镀层钢索，直径0.034m，其有效截面积为2687.83mm²，弹性模量为1.6×10⁵N/mm²，密度为7850kg/m³。预应力钢索13、14、15中的预应力分别为F₁＝1.5×10⁹N，F₂＝1.6×10⁹N，F₃＝1.5×10⁹N。下面采用大型通用有限元软件ABAQUS计算，校核整个立体停车库是否满足要求。

1.1框架梁10验算

由于结构对称、荷载对称，可仅取立体停车库首层右侧半段作为分析对象，即OC段。由ABAQUS有限元模型分析可以得出框架梁OC沿X轴正向的弯矩如图16所示。

(1)强度验算

由图17可知绕强轴的最大弯矩为M_x＝721×10⁶N·m，

按受压纤维确定的梁毛截面模量W_x＝22.0mm³

梁是在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按下式计算：

框架梁截面最大应力

因此强度满足要求。

(2)刚度验算

框架梁横截面面积：A＝14804mm²

框架梁截面绕x轴惯性距：

I_x＝[300×400³-(300-11)×(400-36)³]1/12＝5.42×10⁸mm⁴

绕x轴的回转半径：i_x＝(I_x/A)^1/2＝191.3(mm)

绕x轴方向的长细比：λ_x＝21000/191.3＝109.78<[λ]＝150，([λ]为容许长细比)因此刚度满足要求。

(3)稳定性验算

当时，需校核：

框架梁的整体稳定性系数：

校核框架梁的整体稳定性：

因此稳定性满足要求。

1.2主立柱5(6)验算

主立柱的最不利受力截面为与第一层横梁交接处的1-1截面，如图4所示。垂直方向上：1.2恒+1.4活＝600kN

立柱上方横梁重：S＝0.3×0.023×2+0.014×(0.6-0.046)＝0.022mm²

重力：G＝ρgv＝7850×9.8×0.022×42×3＝21.2kN

N＝622kN

(1)刚度验算

柱的计算长度：l_0x＝15m

l_0y＝15m

上下翼缘及腹板面积之和：A＝22000mm²

柱的惯性矩：I_x＝[300×600³-(300-14)×(600-46)³]×1/12＝1350×10⁶mm⁴同理由ABAQUS模型分析可知最大弯矩：M_x＝195×10⁶N·mm

柱截面绕X轴的惯性矩:

绕X轴方向的长细比:

柱截面绕Y轴的惯性矩:i_y＝123.5mm

绕Y轴方向的长细比:

因此主立柱刚度满足要求。

(2)强度验算：

柱计算强度：

其中：γ_x——截面对x轴的有限塑性发展系数；

M_x为柱截面内绕X轴的最大弯矩设计值。

代入公式得：622×10³/22000+195×10⁶/(1.05×5.4×10⁶)＝62.69N/mm²

62.69N/mm²<[f]＝215N/mm²

因此主立柱强度满足要求。

(3)平面内稳定验算：

绕x轴的长细比：λ_x＝60.6

查表：ψ_x＝0.774γ_x＝1.05β_mx＝1

临界荷载：

欧拉临界荷载的修正：

73.32N/mm²<[f]＝215N/mm²

因此平面内稳定性满足要求。

(4)平面外稳定验算：

绕Y轴长细比：λ_y＝121.5

查表得：ψ_y＝0.406η＝1

对称工字形钢构件受纯弯时

查表得校正系：β_tx＝0.65

在弯矩作用下平面外的稳定性验算：

因此主立柱平面外稳定满足要求。

综合(1)到(4)数据可知，主立柱钢结构的强度、刚度以及稳定性均满足要求。

1.3预应力索设计

(1)空载作用下索预应力

首先分析空载时钢斜拉索12中的预应力。由于既有建筑上方立体停车库为完全对称结构，分析时仅取钢斜拉索12第一层右侧预应力索13、14、15，三条索分别锚固于A、B、C三点，如图4所示。

斜拉索中13、14、15的预应力分别为F₁、F₂、F₃。拉索中施加不同的预应力，考查空载时框架梁的竖向位移。

工况(1)：F₁＝1×10⁹N，F₂＝1×10⁹N，F₃＝1×10⁹N时，框架梁OC的竖向位移如图17所示。

由图17可知框架梁竖向位移过大，需要适当调整拉索中的预应力。

工况(2)：当F₁＝7×10⁸N，F₂＝7×10⁸N，F₃＝7×10⁸N时，框架梁OC的竖向位移如图18所示。

由图18可知空载工况(2)下框架梁竖向位移较工况(1)时有所减小，但仍需适当调整拉索中的预应力。

工况(3)：F₁＝2×10⁸N，F₂＝2×10⁸N，F₃＝5×10⁸N时，框架梁OC的竖向位移如图19所示。

由图19可知，空载工况(3)下框架梁竖向位移减小明显，最大竖向位移仅为3mm。

综合1、2、3工况数据可知，在空载状态下斜拉钢索13、14、15的预应力可确定为：F₁＝2×10⁸N、F₂＝2×10⁸N、F₃＝5×10⁸N。

(2)满布荷载时索预应力

将汽车满布于车道板上，汽车质量取1.8t以计算传递至框架梁上的荷载。以1.2倍恒荷载+1.4倍活荷载为荷载组合，得到传递至框架梁上的线荷载为236000kN/m。对拉索施加不同的预应力，计算框架梁的竖向位移。

工况(1)：F₁＝1×10⁹N，F₂＝1.4×10⁹N，F₃＝0.7×10⁹N时框架梁OC的竖向位移如图20所示。

由图20可知框架梁最小竖向位移为4.3mm，最大竖向位移为220mm，竖向位移过大，需要适当调整拉索中的预应力。

工况(2)：F₁＝1.4×10⁹N，F₂＝2×10⁹N，F₃＝1.6×10⁹N时框架梁OC的竖向位移如图21所示。

由图21可知框架梁最大竖向位移为90mm，竖向位移仍过大，仍需要适当调整拉索中的预应力。

工况(3)：F₁＝2.5×10⁹N，F₂＝3×10⁹N，F₃＝2×10⁹N时框架梁OC的竖向位移如图22所示。

由图22可知框架梁最大竖向位移为60mm，竖向位移仍过大，仍需要适当调整拉索中的预应力。

工况(4)：F₁＝2.8×10⁹N，F₂＝3×10⁹N，F₃＝2.5×10⁹N时框架梁OC的竖向位移如图23所示。

由图23可知框架梁最大竖向位移为18mm，为跨度的1/1167，可认为一个很小的挠度。

综合1、2、3、4工况数据可知，满布荷载下斜拉钢索13、14、15的预应力可确定为：

F₁＝2.8×10⁹N，F₂＝3×10⁹N，F₃＝2.5×10⁹N。

根据空载时与满载时确定的拉索中预应力，取两种工况下求得的预应力平均值作为拉索中的预应力。因此，斜拉钢索13、14、15的预应力分别为F₁＝1.5×10⁹N，F₂＝1.6×10⁹N，F₃＝1.5×10⁹N。

综上所知，按照实施例中的立体停车库设计：框架梁10采用H400×300×11×18，而主立柱5、6采用的H型钢截面为H600×300×14×23，材料为Q235钢；预应力斜拉锁为合金镀层钢索，直径0.034m，其有效截面积为2687.83mm²，弹性模量为1.6×10⁵N/mm²，密度为7850kg/m³，预应力钢索13、14、15中的预应力分别为F₁＝1.5×10⁹N，F₂＝1.6×10⁹N，F₃＝1.5×10⁹N均满足该结构强度、刚度以及稳定性要求。本发明的一种在既有建筑上方建立的立体停车库方案可行。

Claims (5)

1.一种在既有建筑上方建立的立体停车库，其特征在于：包括分别设置在既有建筑物两个相对的长边侧的外侧的独立基础，多根钢结构承重框架柱构成的两个柱群体分别通过螺栓连接在相应侧的独立基础上，所述的两个柱群体的顶面高度高于既有建筑物的顶标高并且两个柱群体的长度大于既有建筑物长度；所述的两个柱群体均包括沿竖直方向分别固定在每个柱群体的左右端部的角柱和与既有建筑物外墙立面纵轴侧的中心位置对应设置的主立柱，在同侧的相邻的角柱和主立柱之间分别用螺栓与多根钢结构横梁支撑沿水平方向连接，在位于既有建筑物顶面以上的所述的两个柱群体之间上下间隔设置有多层停车平台，上下相邻的两层停车平台之间焊接相连，每一层停车平台包括与两个柱群体的各角柱和主立柱固定相连的车库框架梁，在所述的车库框架梁的两个短边之间连接有多根纵梁，在所述的车库框架梁围成的区域内设定有多个停车位并且设置有停车库通道，所述的停车库通道通向各个停车位，所述的停车库通道的进出口与车辆输出装置的进出口相对设置，在每一个停车位处的纵梁上固定有一个载车板，在每一层停车平台的每一根主立柱的左右两侧分别对称设置有多道预应力斜拉钢索，每一道预应力斜拉索的一端锚固在主立柱上并且另一端分别沿倾斜方向通过螺栓与相应侧的对应层的停车平台的车库框架梁固定连接，每一根预应力斜拉钢索的预应力F_con＝(F_f+F_e)/2，式中F_f和F_e分别代表在满载与空载时使车库框架梁挠度最小的斜拉钢索预应力。

2.根据权利要求1所述的在既有建筑上方建立的立体停车库，其特征在于：所述的钢结构承重框架柱的各角柱和主立柱均采用H型钢。

3.根据权利要求1或者2所述的在既有建筑上方建立的立体停车库，其特征在于：停车平台层高为2500mm，载车板长度为5200mm，载车板宽度为2200mm。

4.根据权利要求3所述的在既有建筑上方建立的立体停车库，其特征在于：所述的停车位长度为6000mm，停车位宽度为2550mm。

5.根据权利要求3所述的在既有建筑上方建立的立体停车库，其特征在于：所述的载车板通过螺栓与纵梁固定相连，车库框架梁通过螺栓与各角柱和主立柱连接。