CN108979244A - 一种塔式停车楼结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塔式停车楼结构，该塔式停车楼结构包括，四根立置且呈方形分布的主柱，立柱由下至上依次连接有圆体结构层、方体结构层以及顶盖层；塔式停车楼结构还包括沿竖直方向延伸的至少八根侧面拉索，各侧面拉索依次连接所述圆体结构层和方体结构层；方体结构层为正方形结构，圆体结构层为圆形结构，且圆形结构的直径与所述正方形结构的边长相等。本发明的塔式停车楼结构，具有优良的承载能力和抗震能力，且楼面停车空间大。

Description

一种塔式停车楼结构
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种塔式停车楼结构。
背景技术
随着经济社会的发展，汽车逐渐进入千家万户，社会上汽车保有量越来越大，汽车在城市中密度越来越大，停车难已经成为城市居民的一大难题，成为一个影响城市化进程的重要问题。特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，各级政府针对城市停车难的问题积极探求解决的措施。
塔式停车楼是一种利用空间资源，把车辆进行立体停放，节约土地并最大化利用的新型停车建筑形式，被称为城市空间的“节能者”。与传统的停车库相比，其优势在于占用面积最小，停车最多，空间利用率大幅度提高。现有的塔式停车楼的结构较为单一，且其抗震性能均还是有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塔式停车楼结构，具有优良的承载能力和抗震能力，且楼面停车空间大。
一种塔式停车楼结构，所述塔式停车楼结构包括，四根立置且呈方形分布的主柱，所述立柱由下至上依次连接有圆体结构层、方体结构层以及顶盖层；
所述塔式停车楼结构还包括沿竖直方向延伸的至少八根侧面拉索，各侧面拉索依次连接所述圆体结构层和方体结构层；
所述方体结构层为正方形结构，所述圆体结构层为圆形结构，且圆形结构的直径与所述正方形结构的边长相等；
所述圆体结构层和方体结构层均包括井字形梁，所述井字形梁的相交处与四根主柱分别连接；所述井字形梁由内向外依次连接有内部承载件和中部承载件，所述内部承载件呈矩形分布，且与所连接的井字形梁垂直，所述中部承载件为正八边形结构。
塔式停车楼结构中采用圆体结构层和方体结构层作为停车楼层，在保证整体结构稳定性的同时，可增大楼层的停车面积。
侧面拉索可作为塔式停车楼结构中的阻尼件，一方面可加强结构的整体性，降低结构刚度，从而降低结构的频率；另一方面可减小震动时的有效质量的贡献，以提高整体结构的抗震能力。
圆体结构层和方体结构中的井字形梁具有较高的结构刚度，且井字形梁上连接有内部承载件和中部承载件用于对井字形梁的结构进一步加固，从而提高各楼层的承载能力。
进一步地，所述立柱的截面积由上至下增加。
立柱的变截面设计使立柱刚度合理分配，且立柱截面积由上至下增加，在柱脚部位做了结构加强，使得立柱在轴向压力以及弯矩和剪力的作用下仍具有较佳的稳定性，不易发生破坏。
进一步地，所述圆体结构层还包括连接在井字形梁外围的外部圆形承载件，所述外部圆形承载件与井字形梁的相交处与侧面拉索分别连接。
进一步地，所述方体结构层还包括连接在井字形梁外围的外部方形承载件，所述外部方形承载件与井字形梁的相交处与侧面拉索分别连接；
所述井字形梁的相交处与外部方形承载件的四个端角之间分别连接有悬挑梁，相邻的方体结构层的外部方形承载件的四个端角之间相应连接有加强柱。
增设悬挑梁可将圆体结构层扩展为方体结构层，在扩大楼层停车面积的同时，加强面积扩展处的结构刚度。
进一步地，所述井字形梁与中部承载件的相交处与相应侧立柱之间连接有斜拉条。
斜拉条可提高立柱对楼层的支撑强度，提高楼层结构的承载能力。
进一步地，所述四根立柱之间连接有呈方形分布的水平支撑件。
水平支撑件可增加立柱的支撑强度，防止立柱本身产生形变。
本发明的塔式停车楼结构中采用圆体结构层和方体结构层作为停车楼层，在保证整体结构稳定性的同时，可增大楼层的停车面积。侧面拉索可加强结构的整体性，降低结构刚度，从而降低结构的频率，并减小震动时的有效质量的贡献，以提高整体结构的抗震能力
附图说明
图1为本发明的塔式停车楼结构的结构示意图；
图2为本发明的立柱的截面示意图；
图3为本发明的圆体结构层的结构示意图；
图4为本发明的方体结构层的结构示意图；
图5为本发明的塔式停车楼结构的局部结构示意图。
图示中：
1、圆体结构层；2、方体结构层；3、顶盖层；4、主柱；41、第一正方形柱；42、第一L型柱；43、第二正方形柱；44、第二L型柱；45、第三L型柱；46、第四L型柱；5、侧面拉索；6、加强柱；7、井字形梁；8、第一连接点；9、中部承载件；10、第二连接点；11、内部承载件；12、外部圆形承载件；13外部方形承载件；14、悬挑梁；15、水平支撑件；16、斜拉条。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
如图1所示，本实施例提供一种塔式停车楼结构，所述塔式停车楼结构包括，四根立置且呈方形分布的主柱4，所述立柱4由下至上依次连接有圆体结构层1、方体结构层2以及顶盖层3。
本实施例以6层塔式停车楼结构为例，其中，1层以下为基础结构；1～3层为圆体结构层1，作为整体结构的抗侧体系，保证整体结构的稳定性；4～5层为方体结构层2，用于扩展楼层的停车面积，提高整体结构设计的实用性；6层为顶盖层3，用于实现封闭式结构，顶盖层3可采用现有的屋盖设计结构。在其他实施例中，圆体结构层1和方体结构层2的分布可按照结构刚度设计需求进行调整。
所述塔式停车楼结构还包括：沿竖直方向延伸的至少八根侧面拉索5，各侧面拉索5依次连接所述圆体结构层1和方体结构层2。侧面拉索5由塔式停车楼结构的底部延伸至5层，每根侧面拉索5均为一体结构，且侧面拉索5环形分布在圆体结构层1和方体结构层2外缘。
所述立柱4的截面积由上至下增加，如图2所示，为本实施例中立柱4的变截面形式，立柱4处于1层以下的部分采用图2中左一所示结构，该部分包括第一L型柱42和第一正方形柱43，第一L型柱42的宽度为L1、长度为H1，第一正方形柱41的边长为D1；立柱4处于1～3层的部位采用图2中左二所示结构，该部分包括第二L型柱44和第二正方形柱43，第二L型柱44的宽度为L2、长度为H2，第二正方形柱43的边长为D2，且L2＝L1、H2＝H1、D2＝D1*2/3；立柱4处于4～5层的部位采用图2中左三所示结构，该部分包括第三L型柱45，第三L型柱45的宽度为L3、长度为H3，且L3＝L1、H3＝H1；立柱4处于5层以上的部位采用图2中左四所示结构，该部分包括第四L型柱46，第四L型柱46的宽度为L4、长度为H4，且L4＝L1、H4＝H1*1/2。
立柱4中各部分的截面变化优选采用渐变过渡的方式，立柱4的变截面设计与楼层结构相适应，有效提高了整体结构的稳定性。
如图3所示，所述圆体结构层1包括井字形梁7，所述井字形梁7的相交处与四根主柱4分别连接，形成第二连接点10；所述井字形梁7由内向外依次连接有内部承载件11、中部承载件9以及外部圆形承载件12。
本实施例中，内部承载件11由四根杆件组成，且呈矩形分布，各杆件连接在井字形梁7中平行设置的两根之间，且与所连接的井字形梁7垂直；所述中部承载件9为由八根杆件首尾相连形成的正八边形结构，且两根杆件的连接点位于井字形梁7上；所述外部圆形承载件12为圆形结构，且外部圆形承载件12与井字形梁7的相交处与侧面拉索5分别连接，形成第一连接点8。
如图4所示，所述方体结构层2包括井字形梁7，所述井字形梁7的相交处与四根主柱4分别连接，形成第二连接点10；所述井字形梁7由内向外依次连接有内部承载件11、中部承载件9以及外部方形承载件13。
方体结构层2中，内部承载件11与中部承载件9的结构与圆体结构层1中的一致，不再进行赘述。
方体结构层2中，井字形梁7的相交处与外部方形承载件7的四个端角之间分别连接有悬挑梁14，结合图1所示，相邻的方体结构层2的外部方形承载件13的四个端角之间相应连接有加强柱6，加强柱6由最低层的方体结构层2延伸至顶盖层3，从而加强方体结构层2的四个端角处的结构刚度。
方体结构层2中外部方形承载件13的边长与圆体结构层1中外部圆形承载件12的直径相等，在实现扩展停车面积的同时，避免上层楼层的扩展面积过大而降低整体结构的稳定性。
井字形梁7由四根相互垂直的梁构成，且井字形梁7中的四根梁采用榫卯连接，以解决楼面高差的问题，使井字形梁7具有较好的支撑强度。
如图5所示，所述井字形梁7与中部承载件9的相交处与相应侧立柱4之间连接有斜拉条16，且连接在同一根立柱4上的两根斜拉条16的端部相抵，用于优化斜拉条16上力的传递，同时提高斜拉条16连接处的稳定性。容易理解的是，图5中仅示出圆体结构层1与斜拉条16的位置连接关系，该连接关系同样存在于方体结构层2与斜拉条16中。
本实施例中，四根立柱4之间连接有呈方形分布的水平支撑件15，且在立柱上分布有多个处于不同高度的水平支撑件15，用于对立柱4的结构进行加强。
本发明的塔式停车楼结构可应用于塔式停车楼的施工，也可应用于塔式停车楼加载试验的模型结构。
用于塔式停车楼的施工时，塔式停车楼结构可采用钢结构；用于加载试验时，塔式停车楼结构可采用竹质材料，其中，侧面拉索5可采用竹皮条，以保证侧面拉索5的阻尼效果，且可在部件的节点处采用贴片全覆盖或间隔覆盖节点处的接缝，从而进一步控制节点处的转动变形。
本技术方案，通过如下具体的加载试验对塔式停车楼结构进行受力分析以及验证。
实施例1：加载试验
模型结构制作中，立柱至下而上采用的结构为：11cm以下采用1*6mm的角钢状竹杆，并在角钢状竹杆中间增设3*3mm的竹杆；在11cm～72cm之间采用1*6mm的角钢状竹杆，并在角钢状竹杆中间增设2*2mm的竹杆；在72cm～90cm之间采用1*6mm的角钢状竹杆；在90cm～120cm之间采用1*3mm的角钢状竹杆；悬挑梁采用1*3mm的竹杆；斜拉条、外部方形承载件、外部圆形承载件、井字形梁、加强柱采用3*3mm的竹杆；水平支撑件、内部承载件、中部承载件采用2*2mm的竹杆；侧面拉索采用1*3mm的竹皮，且竹杆采用密度为0.789g/cm3、顺纹抗拉强度为150MPa、抗压强度为65MPa、弹性模量为10GPa的集成竹杆。
各部件之间的连接采用502胶水进行粘接，且在部件节点的接缝处采用竹片粘贴，并且在部件的缺口、孔洞、沟槽等截面形状急剧变化的位置采用圆滑角进行过渡处理，较粗杆件端部进行打磨处理，使连接更加紧密可靠。
模型结构制作完成后，圆体结构层的直径为33cm；方体结构层的边长33cm；整体自重为130±5g。
模型加载分为静载、动载试验两部分，进行施加静荷载时，在1～3楼层上放置四个重量为1.0kg的砝码，在4～5楼层放置八个重量为1.0kg的砝码。
测得各层立柱的轴力和应力如下表所示：
表1各层立柱轴力表
层数 1 2 3 4 5
轴力(N) 107.1 105.6 68.8 40.8 15.12
表2各层立柱应力表
层数 1 2 3 4 5
应力(Mpa) 5.1 6.6 4.3 3.4 2.52
由于立柱主杆为变截面L形等肢角钢，截面惯性矩分别为Iz1＝46.89mm4、Iy1＝62.32mm4、Iz2＝38.77mm4、Iy2＝56.77mm4、Iz3＝37.25mm4、Iy3＝55.25mm4、Iz4＝4mm4、Iy4＝8.5mm4，故立柱的最小临界应力为9.6MPa，大于立柱受到的最大压力6.6MPa。因此，在静载作用下，主杆具有良好的竖向承载稳定性。
进行动载试验时，振动激励源电磁激励器最大出力98N，对模型激励力固定为73.5N。对模型进行34kg的加载，故激增加速度的最大值为：a＝73.5N/34kg＝2.16m/s2，约为0.20g。
按结构可能产生共振设计，采用底部剪力法计算。
加载时等效总重力荷载代表值：
由于结构阻尼比为0.05，可知η2＝1.0；
水平地震影响系数最大值按0.2g，取αmax＝0.16；
按共振作用查表特征周期值Tg＝0.45；
对于第一振型Tg＜T1＜5Tg可知r＝0.9；
查地震影响系数曲线
总水平地震作用FEK＝α1Geq＝0.137×233.24＝31.990N；
由于T1＝0.524＜1.4Tg＝1.4×0.45＝0.63且Tg在0.35～0.55之间
查表得顶部附加地震作用系数δn＝0
加载时各层立柱水平力如下表。
表3加载时各层立柱水平力表
层数 1 2 3 4 5
水平力(N) 45.67 42.36 32.64 27.32 17.96
构件的稳定性分析参考刚结构稳定分析原理处理，故，
平面内稳定计算公式为：
平面外稳定计算公式为：
综上所述，本实施例的模型结构具有优良的抗震能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种塔式停车楼结构，其特征在于，所述塔式停车楼结构包括，四根立置且呈方形分布的主柱，所述立柱由下至上依次连接有圆体结构层、方体结构层以及顶盖层；
所述塔式停车楼结构还包括沿竖直方向延伸的至少八根侧面拉索，各侧面拉索依次连接所述圆体结构层和方体结构层；
所述方体结构层为正方形结构，所述圆体结构层为圆形结构，且圆形结构的直径与所述正方形结构的边长相等；
所述圆体结构层和方体结构层均包括井字形梁，所述井字形梁的相交处与四根主柱分别连接；所述井字形梁由内向外依次连接有内部承载件和中部承载件，所述内部承载件呈矩形分布，且与所连接的井字形梁垂直，所述中部承载件为正八边形结构。
2.如权利要求1所述的塔式停车楼结构，其特征在于，所述立柱的截面积由上至下增加。
3.如权利要求1所述的塔式停车楼结构，其特征在于，所述圆体结构层还包括连接在井字形梁外围的外部圆形承载件，所述外部圆形承载件与井字形梁的相交处与侧面拉索分别连接。
4.如权利要求1所述的塔式停车楼结构，其特征在于，所述方体结构层还包括连接在井字形梁外围的外部方形承载件，所述外部方形承载件与井字形梁的相交处与侧面拉索分别连接；
所述井字形梁的相交处与外部方形承载件的四个端角之间分别连接有悬挑梁，相邻的方体结构层的外部方形承载件的四个端角之间相应连接有加强柱。
5.如权利要求1所述的塔式停车楼结构，其特征在于，所述井字形梁与中部承载件的相交处与相应侧立柱之间连接有斜拉条。
6.如权利要求1所述的塔式停车楼结构，其特征在于，所述四根立柱之间连接有呈方形分布的水平支撑件。
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