一种升降横移式立体车库的机械结构设计

I 摘 要 立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体停车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素，对车库的钢结构及控制策略进行了分析优化。 本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层四列式车库结构为研究模型。文章简单介绍了车库的主体结构和特点， 对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，对车库钢结构骨架进行了有限元分析，并通过强度理论进行校核，保证了车库的安全性在有限元分析的基础上，对车库钢结构骨架进行合理优化，使车库钢结构重量减少了 14%左右，降低了车库制造成本。 关键词：立体车库 ;钢结构 ;结构优化 ;有限元 is is of of As of in a of It an of of of of of On of on of in an we as of a to of of is In to of it is to on of of is of of is 4% or so is 录 第一章 绪 论 . 1 题的来源和研究意义 . 1 题的来源 . 1 题的研究 意义 . 2 体车库的国内外现状及发展趋势 . 3 体车库国内外现状 . 3 体车库发展趋势 . 5 题的主要 研究内容 . 6 第二章 升降横移式立体车库的总体方案设计 . 8 品的选型和定位 . 8 前立体车库的种类及其特点 . 8 降横移式立体车库的工作原理 . 14 械结构方案设计 . 15 库的主体结构 . 16 控系统方案设计 . 20 响因素分析 . 21 章小结 . 22 第三章 立体车库模型简化及力学分析 . 23 库结构数学模型 . 23 体车库受力情况假设 . 25 体车库受力情况分析 . 25 柱受力分析 . 26 轨支撑梁分析 . 29 梁受力分析 . 29 果分析 . 32 章小结 . 32 限元方法概述 . 33 限元分析软件简介 . 34 件的组成 . 34 个横梁的有限元分析 . 37 轨支撑梁的分析 . 43 车板的分析 . 47 柱压杆稳定性校核 . 50 轨支撑梁强度校核 . 52 层横梁强度校核 . 52 结构优化 . 53 章小结 . 54 第五章 总结与展望 . 55 参考文献 . 56 附录 1：英文文献 . 错误 !未定义书签。 附录 2:英文文献翻译 . 67 附录 3：安徽建筑工业学院毕业 设计 (论文 )任务书 . 75 1 升降横移式立体车库的机械结构设计 第一章 绪 论 题的来源和研究意义 题的 来源 由于经济的发展，城市人口、城市车辆逐年增多，市区停车问题亟待解决。特别是汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展，在一些大、中城市相继出现了停车难和乱停车的现象。传统的单层平面停车场占用大量宝贵的土地资源，越来越不能满足需求。在解决城市城市停车难的问题中，机械式立体停车设备以其独特的优点，引起了各界的重视，得到了广泛的应用 图 1车难和乱停车的现象 我国自改革开放以来，房地产业和汽车工业两大支柱产业得到了高速发展，尤其随着我国城市建设 速度的加快和人民生活水平的提高，轿车进入家庭己成为必然趋势。据国家统计局的统计，截止到年底，我国汽车保有量达到 2421 万辆，比增加万辆，年增长率。其中私人轿车保有量达到万辆，七年增加万辆，年增长率。全国轿车产量在上世纪年代和年代各有一次爆发性增长期，分别是年 1986 年1988 年，年增幅度在 60%以上 ;1990 年 1993 年，年增幅在 40%以上 ;2002 年开 2 始进入又一增长期 ;2003 年全国轿车产量首次突破 200 万辆，达到 辆，比 2002 年增长 同时， 2003 年全年轿车销售 204 万辆 ;2004 年全国汽车产量达到 55 万辆，比 2003 年增长 25%，其中轿车产量达到 280 万辆，比 2003 增长40%；预计 2010 年我国汽车保有量将达到 5500 万辆左右，轿车保有量将达到2000 万辆（如图 1示。 图 1车保有量与私人轿车保有量随时间变化曲线图速 许多大中城市交通设施落后，道路堵塞严重，停车难、乱停车与不断增长的机动车保有量间的矛盾日益突出，早己是社会普遍关注的焦点问题。怎样解决这个日益突出的矛盾难道要限制汽车增长吗显然这不合经济发展的潮流，只有充分利用现有的有限资源，大力加强静态交通的 建设，才能有效解决“停车难”问题，因此“立体车库”应运而生 。 机械立体车库是一种多平面的空间立体车库，它以单层平面停车库为核心，通过微机 (即通过上位机对车库进行统一的管理、监控 1 与 制来进行车位的空间位置变动，使车位实现由空间到平面的转化，从而实现多层平面停车的功能。它具有占地少、停车多、投资少、停车方式先进等优点。智能立体车库由机械传动系统、电气控制系统、检测系统、收费系统及其相应的设备组成。机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆 的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。 题的研究意义 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近 3040 年的历史，无论在技术上 3 还是在经验上均已获得了成功。我国也于 90 年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为 1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积 小的独特特性，已被广大用户接受。 机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据 40 平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高 80 90，如果采用地上多层（ 21 层）立体式车库的话， 50 平方米的土地面积上便可存放 40 辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。 应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。 在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。 体车库的国内外现状及发展趋势 体车库国内外现状 立体车库是根据自动物流系统物料传输的原理。采用多层高架式存放车辆的大型停车设备。它发祥 于 20 年代的美国 ,是在繁华拥挤的都市里 ,为了解决停车难所采取的一种措施。 50 年代以后 ,伴随着私人小汽车的大量涌现 ,美国、西欧相继发明了多种形式的立体车库。到了六七十年代 ,德国、日本、韩国等国家以及香港和台湾等地区则大有后来居上之势。近年来 ,立体车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断更新换代 ,日趋完美 ,井广泛应用于宾馆、商业大楼、各种娱乐场所、机场、码头及繁华商业街等车辆密集地区。立体车库的诞生 ,尽管仍有不尽人意之处 ,但它的确为缓解交通拥挤解决停车难开辟了一条新的途径。 4 图 1直提 升式立体车库 我国在 20世纪年代初开始研制机械式立体车库，进入 90年代，有了突飞猛进的发展。从 1992年进口第一座垂直循环式车库到 1996年成立立体停车设备协会，短短几年时间就完成了从产品和技术引进到自主开发、制造的过程。几年来各种类型的车库设备相继出现，协会成员己发展到 60多家企业和研究院所。目前上海、北京、深圳、广州、天津、成都、大连、南京、济南、福州、沈阳等城市都相继出现了立体车库。库型以小型车库为主， 100个车位以下的占 64%， 1003%，500个车位以上的大型 车库占 3%，但已有增长的势头。使用地以商业住宅小区为主，用于小区配套的占 50%，单位自用停车库占 30%，公共停车库占 20%。 我国立体停车设备的技术主要来自日本。生产初期大多是仿制日本等国的产品，经过多年的努力，到目前己经形成一定的生产规模和市场。据有关方面统计，目前约有生产企业 100余家，成立了由国家认可的立体停车设备制造企业资质认证中心。产品有很大部分来自自开发项目，生产技术水平也有了很大提高。 目前国内立体停车设备是以升降横移类为主，约占总量的 84%。此外还有垂直升降类和平面移动类。在技术方面，由最初 的机械传动式逐步在发展液压传动式、机械液压传动式、电传动式。控制方式也由单纯的手动控制发展到电气控制、控制和现场总线控制。 与各种先进技术的融合将促进停车场向高技术方向的发展，形成停车场产业。我国停车场的需求在不断增大，尽管我国立体停车设备工业起步较晚，但人们己经认识到立体停车场建设的必要性和紧迫性。我国机械停车行业从第一台机械式立体停车设备的建成到现在，己经走过了二十多个年头时间。从姗姗起步到近几年的高 5 速蓬勃发展机械式停车设备，从最初人们对它的陌生和排斥使用到如今在大中城市的现代化建筑、居民小区等场合被大 量采用，最终成为解决城市“停车难”的一种有效工具，立体车库经历了它发展的低谷和高潮， 特别是机械式立体车库在最近几年发展尤其迅速，可以预见在未来时间里立体车库将会呈现处越来越多的优势，使立体车库技术会像汽车一样得到飞跃式的发展，。 虽然我国停车设备行业和技术得到了快速发展，但与停车设备的市场需求还相差甚远。停车设备需要进一步降低制造成本，提高技术含量以及设备使用的安全性和可靠性。 体车库发展趋势 随着当今社会各种高新技术的引入，立体车库正在向专业化、复杂化、智能化和高自动化方向发展，重点 表现为以下几个方面 专业化立体车库系统稳定可靠，能正常运行而不出故障是用户的首要要求，也是一套停车场系统的重中之重。因此，必须提高制造厂家的专业化程度，才能保证设备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套也应当达到专业化程度。 复杂化立体车库产业正在向多元化方向发展，它已经不仅是纯粹的机械设备，还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机技术等领域的大量先进技术。立体停车系统己经日臻完善，如汽车出入车库时采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动 识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位 自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库成为一个独立的大型复杂的高技术设备。 智能化立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在迅速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技术、传感技术、光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等。对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专用软件，使之适用于存取车全过程的管理和控制，尤其是对于“模块”阁架式立体车库的 电梯调配，自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。系统安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。 高自动化立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学的管理方法。控制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率。在控制方法上采用了遥控技术和自动识别系统车辆停靠稳妥在车库外面需要自动转向后，车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作在科学管理方面，计算机中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机监控之下，包括设备监控、出入口 6 监控、停车场内部监控，整个 停车场运行的状态信息都可以存入计算机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系统故障查询、收费状况查询、进出车辆信息查询、系统运行状态的实时查询，同时可以设置打印报表功能。 未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理一体化，系统操作更加简便，功能更加强大。整个车库的管理可以纳入楼宇自动化系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立体车库的无人化管理。 题的主要研究内容 随着土地资源的不断开发，城市人均占地面积不断缩小，代表着机械与电气控制最新科技的立体 车库将是未来商业宾馆、酒店、办公娱乐场所及居民小区的主要停车方式。本课题以升降横移式立体车库为主要研究对象，通过对国内知名立体车库制造企业和济南等地立体车库实际使用情况的市场调研，针对立体车库的钢结构和系统控制中排队论和控制策略进行了研究。 立体车库的钢结构是车库重量的主要部分，钢结构的材质型号及板料厚度对车库的安全性起着至关重要的作用由于车库在停放车辆的时候，需要将汽车进行横移或升降，汽车的重量本身会对车库产生一定的作用力，存取车动作时的动力势能也会加重这种作用，因此，如果车库板材厚度不够，会影响车库整体 的刚度和强度，对车库的安全性有一定的隐患如果车库板材过厚，一方面会加重车库的总重量，不便于移动和运输，同时也会增加车库自身的制造成本另一方面，会对钢铁造成浪费，这与国家“十一五”规划强调的“节能减排”约束性指标相矛盾。 因此，为了满足企业的发展需求，同时使车库整体刚度和强度满足使用要求，达到车库停放车辆的安全性指标，也为了满足减少材料浪费的目标，课题研究了以下几个内容： （ 1）立体车库的方案选型和确定 通过对立体车库各种型号结构、原理及其特点的分析研究，确定出企业开发车库的类型，并对车库的机械结构方案和控制 方案进行初步规划。 （ 2）立体车库受力情况分析，确定主要受力构件，分析其稳定性，并对车库 进行模型简化 考虑车库在运行过程中所要承受的力和其他各种外部因素，对车库钢结构 7 进行受力情况分析，确定出存取车过程中的主要影响因素和关键受力部件，并 对车库模型进行简化。 （ 3）通过分析软件对机械结构进行分析优化 运用分析软件对简化后的车库钢结构模型进行分析优化，得到最优化结构尺寸，并与原先设计的钢结构进行比较。 8 第二章 升降横移式立体车库的总体方案 设计 品的选型和定位 多层式立体车库普遍采用高架式存放，它的特点是节省土地面积，即在一个单位的面积上可以容纳多个车位同时，可以根据场地的大小、形状排列，具有灵活多变的特性。停车位有一个横移矩形框架及一个载车板组成，载车板为保安全采用链条传动或钢丝绳传动。传动件密封于横移框架中，可免受风吹雨淋，对延长寿命及降低维护费用有明显效果。 除以上独特性以外，现代先进的立体车库更具备详尽完善的安全保护功能以及引进国外技术与器件的电脑全自动操作的管理系统。 另外，对于不同型号的立体车库，又具备其独特的结 构和运行模式，能适用于不同的场地和现有停车空间。因此，如何选择一款合适的立体车库型式作为企业进行市场推广的切入点，对于企业未来生存和市场竞争力有着紧密的联系。下面我们通过对系列不同车库的原理和适用情况的分析，来确定作为该企业市场切入口的车库类型。 前立体车库的种类及其特点 立体车库的类别根据 8713械行业标准，按其工作原理区分主要包括以下九种 :(1)升降横移类 2)垂直循环类 3）水平循环类 4)多层循环类 5)平面移动类 6)巷道堆垛类 7)垂直升降类 8)简易升降类 9)汽车升降机类 (1)升降横移类 利用存车板升降或横移存取车辆，适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。它以钢结构框架为主体，采用电机驱动钢丝绳或链条带动载车板做升降横移运动，实现存取车辆。每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库内地面的车辆只作横移，不必升降，而停泊在顶层的车辆只作升降，不作横移。中间 9 层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆（见图 2 (2)垂直循环类 垂直循环类停车库采用垂直方向做循环运动的方式，通过电机带动传动机构，在牵引构件一链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架随链条一起做循环运动，达到存车目的（见图 2 图 2降横移类 图 2直循环类 （ 3）水平循环类 用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆，减少平面停车的跑车道。该类车库利用机械升降横移原理，由控制车辆存取停放的车位系统在水 平面上作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到入口处，驾驶员再将汽车存入或取出。车辆通过车位系统定位检出，提供最佳安全防护。它可以省去原平面停车的进出车道，提高土地利用率，最适合建于狭长地形的地方，如地下室即可采用这种型式。由于车辆存取是在出入口，原有行车道由停车机械代替，不仅提高了土地利用率，还减少了 10 废气排放和污染，降低拉通风装置的费用。此种方式连车道空间一起利用，若多层重叠可为大型停车场（见图 2 （ 4）多层循环类 通过使载车板作上下循环运动，从而实现车辆多层停放。该类设备适合设置于建筑物的地下室， 特别是铁路、高架路的下方、一般道路的地下等，最适宜用于场地窄小，无法设置车道，且只允许设置一个出入口的场地（见图 2 （ 5）平面移动类 这类车库采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取停放车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆。主要有搬运式和容纳式两种，搬运式只一个停车板，通过搬运台车把车辆搬到停车位中容纳式是有与停车位相同数量的停车板，停车板下有横移装置。在同样面积内，容纳式比搬运式增加 30%车位数（见图 2 图 2平循环类 11 图 2层循环类 图 2面移动类 (6)巷道堆垛类 采用巷道堆垛机或桥式门式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，对堆垛机的技术要求较高，因此该类车库自动化水平很高另一方面，车库全封闭式建造，存车安全性高。这种停车设备往往用于地上或地下的大型停车库的大型密集式存车，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用（见图2 (7)垂直升降类 垂直升降类立体车库又称塔式立体车库，是用提升机将车辆升降 到指定层，并 12 用存取机械存取车辆。垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。该类立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，因此造价也不菲，但占地却最小（见图 2 (8)简易升降类 把停车位分成上、下两层或两层以上，借助升降机构或俯仰机构，使车辆存入或取出，多用于私人住宅、企事业单位、地下室等该类停车设备可充分利用地下室空间场所，在面积一定时将至少增加二倍以上的停车位。该车库可任意迁移，具备很好的可移动性和易装配 性（见图 2 (9)汽车升降机类 汽车升降机是专门用作不同平层的汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无直接存取功能常常用于地下或屋顶存放汽车的搬运，也可与智能小车配合使用。在立体停车库的建设中，往往会遇到因场地狭小无法采用自走式坡道的情况，为了将汽车搬运到不同平层中存取车辆，就需要采用垂直升降的汽车专用升降机。这样可以代替汽车进出车库的斜坡道，大大节省空间，提高车库利用率。这种汽车专用升降机常用于地下或屋顶或建筑自走式车库存取汽车的搬运。 图 2道堆垛类 13 图 2直升降类 图 2易升降类 体车库选型 通过对我国国内现有停车场停车现状的分析和国内立体车库使用情况的调研，综合各种车库的原理和适用情况，同时考虑到研发成本及维修，我们选择三层四列十位升降横移式立体车库作为企业进行立体车库研发的市场切入点。 升降横移式立体车库由于造价成本较低、配置灵活、拆卸也比较方便，可以最大程度降低风险系数，取得成功，而且，目前我国多数小区采用的也是多层升降横移式立体停车设备，大规模的仓储式机械停车库还很少，因 此选择升降横移式立体车库，易于进行后期市场推广，可行性很高。下面我们就对升降横移式立体车库的系统结构和方案原理进行分析。 14 降横移式立体车库的工作原理 升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库川。升降横移式立体车库变化形式较多，对场地的适应性较强，可根据不同 的地形和空间进行组合排列，规模可大可小，因此采用此种形式的停车库十分普及，占现有泊位总量，是所有种类车库中需求量最大的一种。按照布置型式分，升降横移式停车设备可以分为半地下布置型式和全地上布置型式。以全地上布置型三层四列十车位车库模型为研究对象 ,工作原理图如图 2示。 图 2降横移式立体工作原理图 车库的运行情况如下图中的底层即号车直接进行存取，号车下架到地面层后进行存取，号车位必须通过号车位横移出相应的空位，再下降到地面层存取车。如需在号车位存取车，则可将号和 号车位向右移动一个车位，号车位直接下降即可，如需在号车位存取车，则将号车位右移一位，号车下降即可。 15 械结构方案设计 品结构的设计选型 为保证产品的代表性和实用性，项目组拟研制使用范围较广的全地上布置型三层四列式。三层四列式立体车库共个车位有两个车位空出，以便进行升降与横移运动，可以从底层的四个车位入库。升降横移式立体车库可以根据场地和空间的大小设计车库的整体规模，三层四列式立体车库具有一定的代表性。该类型立体车库具有底层、中间层和上层三种载车板和横移架，能实现升降 横移类立体车库的所有运动方式另一方面，每层设置四个车位，车辆入库的方式变得更加复杂，可以实现多路径的入库到位，因此有利于对汽车的入库和出库进行控制优化，提高立体车库存取车的效率，减少等待时间。该车库结构类型具有典型性，对于后期进行大型车库的设计和制造具有很好的扩展性，因此具有很好的借鉴意义。 下面我们以三层四列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由钢结构部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护系统五大部分组成。下面我们重点对车库的主要组成（图 2示）进行分析，并对该产品的机械结构 进行选型（如图 2示） 图 2 16 图 2降横移式车库主要组成 库的主体结构 骨架结构 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选用钢架结构如图 2示。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点： 图 2 17 （ 1）可靠性高 钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体钢材的物理力学特性与工程力学对材料 性能所作的基本假定符合较好钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高。 （ 2）材料的强度高，钢结构自重小 与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减轻基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。 （ 3）材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构 对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。 （ 4）钢结构制造简便，施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。 (5) 钢结构密闭性好 钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。 (6)钢 材的耐锈蚀性差 在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对钢结构本身的维护费用低。 对于平面自走式停车库的改造，可以根据实际情况以钢结构结合采用混凝土结构而新建的车库，多采用钢结构。升降横移式立体车库的钢结构主要采用热轧型钢、槽钢、角钢、钢板焊接成型，用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的强度和刚度。 载车板 18 用来承载入库车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。框架式载车板用型钢和钢板焊接成承载框 架，并多数采用中间凸起结构，在两侧停车通道和中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板（如图 2示。这种载车板的优点是可按需求设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，适合车型变化较多的小批量生产。拼板式载车板用镀锌钢板一次性冲压或滚压成组装件，并用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前可以先对组建进行各类表面处理（如电镀、烤漆等），使载车板轻巧、美观，拼装式载车板运输方便、通用互换性好，适合批量生产。在本课题中我们采用第一种载车板方式。 图 2 传动系统 传动力系统即主机一般为电机 减速机、油缸液压马达。电机减速机用于沿轨道水平横移的主机或汽车升降部主机，且必须设有制动系统，制动系统采用常闭式制动器，对控制升降运动的制动器其制动力矩不小于 额定载荷的制动力矩。 传动系统分为升降传动机构、横移传动机构及升降横移机构。升降传动机构有四点吊挂式、两点吊挂式附平衡机构、后悬二点悬挂式等。横移传动机构一般由电机减速机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。升降横移式立体车库底层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。升降装置由液压系统、 升降架等组成。 其中提升方式分为下列六种，可根据不同要求任意选用（如图 2示）。 (1) 钢丝绳式提升型式 (2) 链条式提升型式 （ 3） 液压式提升型式 （ 4） 螺杆式提升型式 （ 5） 液压缸、钢丝绳组合提升型式 19 （ 6） 丝绳组合提升型式 图 2在立体车库设计中，各种提升方式特点如下： a. 采用链传动：优点是传动简单可靠，维修简单，造价低廉缺点是冲击比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。 b. 采用钢 丝绳传动：优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制，造价比较低缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。 c. 采用液压传动优点是可以真正实现无级调速，结构紧凑，功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。 综上所述，本车库为三层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但从高度可扩展角度考虑，选择钢丝绳传动更为有利在横移运动中，由于 是伺服电机驱动，通常采用链驱动，才能达到精确、稳定地传动。因此，我们选择第六种提升方式链条、钢丝绳组合提升的型式。 安全防护系统 车库设备承载的是价值昂贵的汽车，为此设计时充分考虑了设备各种运行状态下的安全保障措施，如停车位置保护，车辆出入库保护、车辆超长保护、人车误入安全保护、防坠落保护如图 2示、运行安全保护、电路安全保护、意外安全保护等安全保护措施。 载车板的防坠落装置时立体车库中的一个关键部件，在泊车安全方面起着决定性的作用。防坠落装置中解锁动作有电磁铁完成。解锁动作要求：当电磁铁 通电时以推杆触动安全钩解锁；当电磁铁断电时推杆自动缩回。 20 图 2控系统方案设计 升降横移式立体车库控制系统包括四部分存取控制系统、上位监控系统、远程测控系统和安全保护系统。控制系统结构图如图 2示。 系统的存取控制由 制实现，考虑到以后做大型车库的需要，系统将扩展一台 作为上位监控站，对于本系统来说主要用来实时显示车位空、满状态，以及故障报警等信息。系统另设操作站，除正常的存取及车位选择外，还可选择手动调试升降横 移动作。安全控制上，在每车位的上、下、左、右动作均采用机械式限位开关定位，并且上端设置防冲顶限位；另设车位检知、防人员误入、限高检测、停车到位等检知光电；采用电磁驱动实现防坠落保护；减速电机直接电压起动，加入过载保护、缺相保护、短路保护等安全保证措施；在操作站上的以外，在入口 3 个立柱上各布置急停开关 1 个。 21 图 2体车库控制系统结构图 响因素分析 立体车库的设计与建造过程中受众多因素的影响，主要有车库的库容量、现场的空间（土地面积）、土地价格、立体车库总造价、车库运行效率、 周围的车流量等，综合考虑这些影响因素来选择不同设计方案。在安排车库的车位排列方式中（库容量一定），考虑不同影响因素，就会有多种选择的可能，比如在车位数量需求确定的情况下，车库的列数与层数可以实现不同的匹配，会引起车库控制算法的变化，进而会影响车库的处理能力和存取车效率车库设计时受力构件尺寸的不同，会对该构件受力时的应力和挠度产生影响，这与车库的整体安全性具有重大的关系，因此也必须进行考虑。 为此，本文重点研究分析在库容量确定的情况下，以提高车库整体效率和利用率、减少车辆存取时间为目的，通过对车库车辆排队模型 进行优化分析，实现车辆存取顺序的决策控制；通过模拟车库实际运行情况，对车库主要受力构件进行有限元分析，计算出构件受力时的最大应力和最大挠度，确保最大应力和挠度在材料的许可范围内，达到车库的安全性基本要求，同时又要尽可能减少构件的重量，降低车库的制造成本，以达到“双赢”的目的。 22 章小结 本章首先分析立体车库的种类，以及对我国国内现有停车场停车现状和国内立体车库使用情况的调研 ,综合各种车库的原理和适用情况 ,考虑到研发及维修成本 ,同时，为了加工和装配的方便以及对市场的适应性，最终选择三层四列十位升降横移 式立体车库作为设计和研究对象。 通过分析升降横移式立体车库的工作原理，最终确定三层四列升降横移式立体车库的结构方案以及主要组成部分。 第三章 立体车库模型简化及力学分析 库结构数学模型 由于车库的实际受力情况很复杂（见图 3 3直接对车库实际结构进行分析是很困难的。因此在分析结构系统的可靠性时，必须对系统进行合理的简化和模拟，并进行必要假设，使数学模型的动作尽量符合车库的实际情况，以保证较精确地计算结构系统的可靠度。根据立体车库结构系统的受力特点，考虑水平 自然载荷和垂直机械工作载荷的作用，并综合考虑材料、设备布置等因素，将立体车库钢结构骨架简化为由三根前立柱、五根后立柱和两条横梁、五条纵梁通过螺栓连接组成的承重钢架系统。 图 3 24 图 3由于本车库容许的车辆为小型车和中型车，因此，车辆的最大尺寸为长宽高为 500018501550虑到车库存取车方便性和安全性，同时根据中华人民共和国机械行业标准升降横移类机械式停车设备，我 们选择每一个车位的规格为 600024001900规格 L W H 为 60009600700体简化模型如图 3示）。 图 3体车库简化模型 25 对于塑性与脆性材料元件，失效元件的失效形式是完全脆性失效或完全塑性失效。对于完全脆性失效元件，失效后不再具有任何承载能力；而完全塑性失效元件在失效后，仍保留其承载能力。除此之外，还存在其它半塑性失效形式，如构件在屈曲失效后，仍保留部分承载能力。对于立体停车库钢结构，所用材料为低碳结构钢或低碳合金结构钢，因此，车 库结构元件的破坏可简化为半塑性破坏形式，可以用有限元方法进行分析。 体车库受力情况假设 立体车库钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，结构架上各停车位的车辆及托盘重力，提升系统起制动所产生的惯性力，驱动装置的重力，顶部梁架受滑轮组、轿箱和配重的重力，整体结构所受的风力、地震载荷以及结构由于外界环境温度变化而引起的温度应力等，它们均以集中或分布方式作用。 由于该立体车库为三层四列式，属于低层钢结构建筑。因此，我们对该车库模型进行受力分析时作如下假设： 1）停车库单独建立，不与其它建筑物相连接，属于最常 见状况； 2）不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力； 3）整体结构无初始变形和缺陷； 4）在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。 体车库受力情况分析 在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。 在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二者的计算。由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进行计 算，此外，梁的接点处均应采取构造措施，以防止其端截面发生扭转。在进行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄考虑整体稳定，翼缘宜既宽又薄，所以在荷载作用下，受压翼缘与腹板有可能发生波形屈曲，即梁发生局部失稳。发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减