（工程力学专业论文）升降横移式立体停车库的抗震性能分析.pdf

摘要 随着国民经济的快速发展以及城市化进程的不断加快，汽车保有量在不断的 增加，但是城市停车设施的增长却远远落后于车辆的增长。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。当今发达国家的城市发展经 验表明，由于占地面积大，有效停车数量少，单层平面停车场将被逐渐淘汰。立 体车库具有占地面积少，建设费用低，存取方便以及安全性、可靠性高等优点。 在宾馆、商场、购物中心等城市中心车辆集中的地区，建造停车库只能向空中和 向地下发展。因此，建造相当数量的立体停车库已到了必不可少的地步。 在中国机械式立体停车库的市场中，升降横移类停车库处于绝对优势地位， 但一直没有形成该车库较为完善的设计计算方法。由于存取车辆的工艺要求，机 械式立体停车库和一般的房屋建筑差异较大，其设计有其自身的特定要求。但迄 今为止，中国的机械式立体停车库还是由各个生产厂商自行进行设计，全行业没 有公认的比较完善的设计方法。在停车库的结构设计中，其荷载和荷载效应组合、 结构形式、计算和构造等均有自身的特点，不同于其它房屋结构形式，应对其加 以研究，以保证结构满足功能要求，安全可靠，经济合理。在设计中，存在着荷 载的取值、计算和组合，结构选型和布置，结构计算，结构构造等一系列关键问 题。 本文在论述了升降横移类停车库的停车原理和停车要求的基础上，结合该车 库的实际情况，提出了荷载取值、计算和组合的方法，解决了结构选型、布置和 计算中的问题。并对一种目前常用的升降横移类停车库结构形式进行了分析，运 用有限元法建立了其受力模型。并利用s a p 2 0 0 0 软件对立体停车库进行了受力分 析和变形分析，验算钢结构骨架是否满足设计要求。对钢结构骨架的的弹塑性变 形能力进行分析，考察升降横移类立体停车库在大震作用下的抗震性能。指出了 该结构存在的问题，给出了优化建议。 关键词：升降横移式立体停车库结构设计荷载计算抗震分析结构优化 a b s t r a c t a l t h o u g ht h en u m b e ro fv e h i c l e sw a si n c r e a s i n g c o n s t a n t l yw i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m ya n du r b a n i z a t i o ni no u rc o u n t 碍, t h es p e e do ft h e i n c r e a s i n go fp a r k i n gf a c i l i t i e sw a ss l o w e rt h a nt h a to fc a r s t r a d i t i o n a ls i n g l e l a y e r p a r k i n gp l a c e ，o c c u p y i n gl a r g ea r e a , c a l ln o tm e e tt h en e e di n0 1 1 1 c o u n t r y a c c o r d i n g t ot h ee x p e r i e n c eo fe c o n o m i cd e v e l o p m e n ti nd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，i tw a si n d i c a t e d t h a tt h et r a d i t i o n a lp a r k i n gp l a c ew i l lb ea b a n d o n e da si to c c u p i e dm o r el a n dw h i l e p a r k i n gf e w e rc a r s b u t ，m e c h a n i c a lp a r k i n ge q u i p m e n th a db e e no f f e r i n gm a n y a d v a n t a g e s ，s u c ha sl o w e rc o n s t r u c t i o nc o s t ，s m a l lo c c u p a t i o n , h i g hs e c u r i t ya n d r e l i a b i l i t y , a n dc o n v e n i e n c ei np a r k i n g t h e r e f o r e ，b u i l d i n gag r e a tn u m b e ro fi tw a s t h eu r g e n td u t yi nt h i sa r e a , s u c ha sh o t e l ，m a r k e t ，a n ds h o p p i n gc e n t e r , w h e r em a n y c a r sn e e dp a r k i n g c a l c u l a t i o nm e t h o do fl i f t s l i d i n gm e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e mw a sn o tp e r f e c t ， t h o u g ht h i ss y s t e mw a si nt h eh e a d i n gp o s i t i o ni nt h es p h e r eo fm e c h a n i c a lp a r k i n g s y s t e m a st h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n to np a r k i n ga n dc o l l e c t i n gt h ee a r , m e c h a n i c a l p a r k i n gs y s t e m ，q u i t ed i f f e r e n tf r o mc o m m o nb u i l d i n gc o n s t r u c t i o n ，h a di t so w n p a r t i c u l a rd e m a n do nd e s i g n i n g n e v e r t h e l e s s ，t h e r ea ! en oa u t h o r i t a t i v ea n dp e r f e c t m e t h o di nt h ed e s i g n i n gi nt h i ss p h e r eu n t i ln o w , f o rs u c hs y s t e mi nc h i n aw a s d e s i g n e db yi t s o w nm a n u f a c t u r e r i nt h ed e s i g n i n go fp a r k i n gl o a da n dt h e c o m b i n i n go fi ta n di t se f f e c t ，s t r u c t u r a ls t y l e ，c a l c u l a t i o n , a n di t ss t r u c t u r e ，d i f f e r e n t f r o mo t h e rb u i l d i n gs t r u c t u r e ，s h o u l db es t u d i e d ，f o rt h ep u r p o s eo fm e e t i n gt h en e e d s o ff u n c t i o n , s a f e t ya n dr e l i a b i l i t y , a n de c o n o m ya n dr a t i o n a l i t y a n ds u c hk e y q u e s t i o n s ，t h ev a l u e ，c a l c u l a t i o na n dt h ec o m b i n i n go fl o a d ，t h ec h o o s i n g , d i s p l a y i n g a n dc a l c u l a t i o no fs t r u c t u r e ，w e r ee x i s t i n gi nt h i sp r o c e s s b a s e do nt h es t u d yo nt h ep r i n c i p l ea n dp a r k i n gr e q u i r e m e n to fl i f t - s l i d i n g m e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e m ，t h es e l e c t i n g ，c a l c u l a t i n g ，a n dt h ec o m b i n i n go fl o a d i n g v a l u e ，w e r eo f f e r i n g , a n dt h ep r o b l e m s ，s u c ha s t h ec h o o s i n g , d i s p l a y i n ga n d c a l c u l a t i n go fs t r u c t u r es t y l e ，w e r es o l v e d ，a f t e rc o m b i n i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o n m e a n w h i l e ，f i r i n g - s l i d i n gm e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e m ，w h i c hi sf a i r l yc o m m o nn o w , w a sa n a l y z e d ，a n dm e c h a n i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e db yf i n i t ee l e m e n tm e t h o d a f t e r a n a l y z i n gt h ed e f o r m a t i o na n df o r c eo f m e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e mu t i l i z i n gs a p 2 0 0 0 ， w h e t h e ri tm e tt h en e e dw a sc a l c u l a t e da g a i n i no r d e rt ot e s t i n gt h er e s i s t a n c eo fg r e a t e a r t h q u a k er i s k , t h ef e a t u r eo fe l a s t o p l a s t i cd e f o r m a t i o no ft h ef - r a l l ew a sa n a l y z e d a n dt h i st h e s i sa l s op o i n t e do u tt h eq u e s t i o n se x i s t i n gi nt h i sm o d e l ，a n dp r o v i d e dt h e s u g g e s t i o no nt h eo p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：l i f l s l i d i n gm e c h a n i c a lp a r k i n gs y s t e m ，l o a dc a l c u l a t i o n , s e i s m i ca n a l y s i s ， s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n n 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所 取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等， 均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其它个人或集体 已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：习b 面幽翠 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名毒踯师签名：韬鳓 期：迦应! ! 塑 兰州大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究的背景 随着国民经济的快速发展以及城市化进程的加快，汽车保有量在不断的增 加，但是城市停车设施的增长却远远落后于车辆的增长。据统计，至2 0 0 9 年8 月 底，全国机动车保有量达n 1 8 亿辆，其中私人轿车保有量为2 3 7 7 3 7 9 1 辆，占轿 车总量的8 1 8 9 。即使是在金融危机的大环境下，2 0 0 9 年前8 个月私人轿车保有 量仍保持较快的增长速度，私人轿车月增量占私人机动车月增量的4 5 4 2 。车辆 的不断增多，城市停车设施跟不上经济发展的步伐，使机动车非法停放、占道停 放现象日益严重，造成了动态交通的严重阻塞。很多大中城市不但出现了道路上 动态交通的严重堵塞，而且占用居住区绿地、活动场所和内部道路停车的现象越 来越严重，从而进一步加剧了城市交通的拥挤，破坏了城市的居住环境。城市停 车难、乱停车的状况，已经影响到城市的形象和投资环境，引起了各界人士的普 遍关注。因此，解决停车难的问题已到了刻不容缓的地步。 目前，我国城市内大部分都采用平面式停车场。该种停车场占地面积大，设 备复杂，有效停车位置少，对人员车辆安全的保障性差。平面停车场需要进出车 道、通行车道，并且对宽度、转弯半径、坡度都有规定，因此，真正用于停车的 面积只占建筑面积的一部分，平均下来一辆小型车要占用4 0 平方米的面积。平面 式停车场由于上述这些占地面积大、造价高、存车效率低、人员与车辆安全保障 差等弊病，对于开发商的效益和业主的使用都非常不利n 喇。因此，建造相当数 量的机械式立体停车库( 如图1 1 1 4 ) 已到了必不可少的地步，也是我国经济发 展、人民生活水平提高所带来的城市静态交通的必由之路。立体车库凭借其在许 多方面的优越性，从其诞生以来就广泛地引起人们的关注，并在近年来越来越受 到人们的重视阳1 。 兰州大学硕士学位论文 图11 某停车库图1 2 西安市某机槭立体停车厍 图1 3 国外某立体停车库 图1 a 高容量的机械式立体停车库 1 2 研究的意义 伴随着汽车进入家庭城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居 住环境要求的提高给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广 阔“1 。当今发达国家城市的发展经验表明，由于占地面积大，有效停车数量少， 单层平面停车场将被逐渐淘汰。相对于传统的单层平面停车场，立体停车库有很 多优点。第一，占地面积少，停车数量多。一般情况下，其占地面积约为平面停 车场的1 2 1 2 5 。机械式立体停车库在地下和地面都可以安装，它最大的好处 就是可以充分利用小短积向高空发展，尽量多存车辆，是在土地资源紧缺、车辆 容量大的场所的最佳停车方式。第二，存取方便。立体停车库的自动化程度特别 高，可以进行旋转式升降。只需按一下与车位号对应的号码按钮，这个车位就会 自动旋转着降落到地面，等车主停好车辆后，再按号码按钮，车位又回旋上升、 复位。第三，立体车库建设成本大大低于传统停车场m ”。据了解，传统停车场 兰州大学硕士学位论文 的占地和建设成本相当高昂。一般说来，普通地上停车位每个占地在1 5 平方米 左右，地下停车场每个车位的占地面积则至少在2 5 平方米以上。如果使用立体 停车库，在3 0 平方米的空地上就可以停放一组8 车位立体停车库，平均每个车 位占地面积不到4 平方米。就建设成本而言，目前小区房产开发商建一个地下车 位需投资6 8 万元，某些高档写字楼地下停车位的建设成本更是高达十几万元。 如果安装立体车库，在空间面积不变的情况下尽量增加停车位，可以将每个停车 位的建设成本摊薄到5 - 6 万元。除以上优点外，机械式立体停车库还具有安全 性、可靠性高，运行经济，维修简单，维护成本低等优点。因此，机械式立体停 车库将逐渐取代单层平面停车场，占据更大的市场份额n 卜埔1 。 目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车 进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体停车库既可以大 面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合 实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前， 我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。但是， 由于我国的机械式立体停车发展的时间较短，在设计和建设上还存在诸多问题， 较少有人对立体车库结构进行过系统深入的研究，更没有专门的结构设计规范供 设计人员参考。本文对目前广泛采用的一种立体停车库的结构形式进行了探讨， 指出了其存在的问题并给出了优化的建议，希望对该种立体停车库的设计提供参 考。 1 3 立体停车库的国内外现状及发展趋势 1 3 1 国外现状 在解决停车难的问题上，欧美国家和亚洲国家采取的措施有所不同，但立体 化停车是各个国家都积极采取的措施，特别是全自动化的机械式停车库，在很多 国家和地区都得到了高速的发展。早在1 9 2 0 年，美国建成了世界上第一座机械式 立体停车设备。5 0 年代以后美国和西欧的一些国家陆续建成了多种型式的立体车 库。6 0 年代后期，随着世界汽车工业的快速发展，城市汽车保有量急剧增长，特 别是大量私人小轿车的出现，使美、日、欧等工业发达国家的大城市都出现了不 同程度的停车难的问题。特别是在城市中心的商业区，建筑物高度密集，不可能 腾出大量土地来建停车场。因此，占地面积小、停车数量多的立体式停车设备才 3 兰州大学硕士学位论文 真正得到发展普及。经过几十年的发展，机械式停车设备的应用发展较好的国家 有日本、韩国、德国等。在亚洲，机械式停车设备采用较早、应用较普遍的是日 本、韩国和我国台湾省。 日本从2 0 世纪6 0 年代初就开始开发和使用可最大限度地利用空间的机械式 停车设备。当时日本的汽车保有量大约为5 0 0 万辆，采用的大多是垂直循环式停 车设备。日本8 0 年代开始向韩国、中国和我国台湾省出口产品和技术。9 0 年代初， 日本的汽车保有量达到6 2 0 0 万辆，机械式停车设备也得到了高速发展，年递增率 达n 3 0 以上，品种也从单一的垂直循环式发展为多种型式，目前已开发生产出 九大类近百个品种，而且还包括停放自重不大于1 3 t 的大型客车、载货汽车、自 卸车和工程车等的机械式停车设备。在日本，机械式停车库的发展已超出了单纯 的停车的功能，已经发展成为与城市环境融为一体，具有较强的实用性、观赏性 和经济开发价值的城市建筑形式。 在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有2 0 0 多家，其中生 产机械式停车设备的公司约1 0 0 多家，比较大的公司有石川岛播磨、三菱重工新 明和、东急、日精、大福、内外及昭、日成和起重机等【1 7 1 ，目前每年投运的机械 式停车设备在1 0 万个车位以上。 德国和意大利等欧洲国家开发和生产停车设备也比较早。发展较好的公司有： 意大利的s o t e f m 、i n t e r p a r k 和德国的p a l i s 等。由于欧洲国家土地资源比较富余， 停车难的问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。大多数为巷道堆垛式产 品，多层升降横移式产品的应用也很好。 韩国机械式停车设备行业的发展历程比较平稳。2 0 世纪7 0 年代中期为起步阶 段，8 0 年代为引进阶段，9 0 年代为使用阶段。这几个阶段受到了政府的高度重视， 各种机械式停车设备得到了普遍的开发和利用，年递增速度达到3 0 。2 0 0 0 - - 2 0 1 0 年为发展阶段，自动化停车设备随着供应量不断的扩大而得到迅猛的发展。 1 3 2 国内现状 我国台湾省在2 0 世纪7 0 年代以前，公共停车场和民间停车场分别有8 0 和7 0 是地上和地下的平面停车场，机械式停车库还不为人知。8 0 年代开始从日本引 进技术，进入起步阶段；1 9 8 0 年引进日本日精技术，建造了第一座垂直循环式停 车库；1 9 8 2 年生产了第一台双层式停车设备。1 9 8 1 - - 1 9 9 1 年，制造企业达到了3 5 4 兰州大学硕士学位论文 家。到9 0 年代初，随着汽车进口政策的实施开放，小汽车大量进口，也使得机械 式停车设备制造业得到高速发展。1 9 9 2 年企业数量增加到6 5 家，銎j 1 9 9 6 年仅登记 在案的制造企业总数就达n 6 4 4 家，停车设备行业进入了高速发展的阶段。但从 1 9 9 6 年下半年起，台湾房地产普遍萧条，股市暴跌，停车设备行业出现滑坡，经 优胜劣汰后，此行业进入稳步发展的阶段。 我国内地在2 0 世纪8 0 年代初开始研制和使用机械式停车设备。8 0 年代是起步 阶段，9 0 年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，特别是轿车进入家庭后，停 车设备的应用得到了逐步推广，已经形成了新兴的停车设备行业，进入了引进、 开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。目前从事停车设备制造的企业数量约 有1 0 0 家，具有主机生产能力的企业超过5 0 家。首批获得国家颁发的立体停车设 备制造企业资质的企业有2 2 家。通过引进技术和自我开发，生产技术水平得到了 很大的提高。许多设备采用了当前机械、电子、液压、磁控、光学和计算机等领 域的先进技术，如采用了交流变频调速系统后，车位运行高速、平稳、省电、减 少了振动和噪声。控制型式有按钮式、i c 卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式 等，有些设备还采用了总线控制技术。传动装置采用内藏式，可以增大停车空间 并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性。在机械结构中使用了 模块化设计，易于组合使用，便于安装拆卸，缩短了施工周期。还采用了一些新 材料、新工艺，如采用h 型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板做载车 板。在安全保护方面使用了声光引导、定位装置和自动灭火系统等。品种的满足 率已经达到9 0 左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到5 0 以上。 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。车库类型以小型车库为主，1 0 0 个车位以下的 占6 4 ，1 0 0 至5 0 0 个车位的占3 3 ，5 0 0 个车位以上的大型车库占3 ，而且已有 增长的势头。使用多以商业住宅小区为主，用于小区配套的车库占5 0 ，单位自 用停车库占3 0 ，公共停车库占2 0 。 1 4 本文的主要研究内容 截止n 2 0 0 8 年底【8 】 9 1 ，国内现有的八大类机械式停车设备中，升降横移类 ( p s h ) 的车位数占绝对优势，其余七类所占比重较小，其中各种循环类的比例 仅占0 9 。 5 兰州大学硕士学位论文 机械式立体停车库的运行方式、优缺点、单套设备控制的车位、单车最大进 ( 出) 时间、最适用场合、每车位平均价格和市场占有量见表1 1 。 表1 1 各类机械式立体停车库概况 名称运行方式 单套 0 7 年每 设备单车最大市场占 车位平 优点缺点控制进( 出)最适用场合有量 均价格 的车时阃( i ) ( ) ( 万元) 位 利用载车板的升降 升降横移 或( 和) 横移存取 类( 雕融) 停放车辆 用一个垂直循环运 垂直循环 动的车位系统存取 类( p ( = ) ( ) 停放车辆 用一个水平循环运 水平循环 动的车位系统存取 类( p s x ) 停放车辆 多层循环 类( p d x ) 平面移动 类( 仰y ) 巷道堆垛 类( p x d ) 垂直升降 类( f c s ) 利用载车板作层问 循环运动而存取停 放车辆 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 以巷道堆垛机或桥 式起重机将进到搬 运器的车辆水平且 垂直移动到存车 位，并用存取机构 存取车辆 用提升机将车辆升 降到指定层。并用 存取机构存取车辆 结构简单，塑每组设备 式较多。规模登须留有 可大可小。场至少一个 3 3 5 地适应性强。空车位；车 设备价格较库前必须 低有车道 省地，在5 8 m 2设备结构 的地方建起大复杂，噪音 型垂直循环类高。耗电量 8 3 4 机械停车库，较大，存取 可容纳3 4 辆轿车时间较 车长 可以省去进出 存取车时 车道，降低拉l o 阃较长，耗 通风装置的费柏 电量较大 用 设备复杂， 无需坡道节 省占地自动 存取，建于所 大型自动化全 封闭车库存 车安全、可靠 大型自动化全 封闭车库存 车安全 大型自动化全 封闭车库。占 地省。空间利 故障率商 耗电量较 文，存取车 时问较长 设备复杂， 相对故障 率高存取 车时问较 长 设备复杂。 相对故障 率高存取 车时间较 长 设备复杂 相对故障 率高存取 l 伊 4 0 1 2 1 5 0 1 2 1 5 0 1 0 - - - 5 0 5 层以下， 车库前有车 2 4 01 8 58 7 5 道的复式车 库 用地面积有 l 加 限的室外车 ，06 库 地形狭长且 4 2 0只允许设置， 一个出入口 地形狭长且 5 4 0 只允许设置 3 7 5o 2 一个出入口 大型密集式 车库地面 2 7 0层可为自走4 1 0 式，停放大 尺寸车辆 大型密集式 2 7 0 4 0 6 2 4 车库 6 毋5的区华心繁中度市 高城域 m2 兰州大学硕士学位论文 注：表3 根据机械式立体停车库【埘、机械式汽车库建筑构造【6 1 等整理而成，车位价格和市场占有 量的数据来自于中国重机协会停车设备工作委员会“中国停车设备行业网”1 1 9 1 在各种类型的机械式立体停车库之中，升降横移式停车库由于具有结构简 单、型式较多、规模可大可小、场地适应性强、设备价格较低的优势，从而占据 了8 5 以上的市场份额，处于绝对优势地位【2 0 】。本文分析了升降横移类停车库的 停车原理和要求，在此基础上，根据结构设计原理，确定了该型车库在设计时应 考虑的荷载类型和形式，提出了荷载计算和荷载效应组合的方法。以升降横移式 立体停车库的钢结构框架为研究对象，运用有限元法建立了其受力模型，并利用 s a p 2 0 0 0 软件对立体停车库进行了受力分析和变形分析，验算钢结构框架是否满 足设计要求。对钢结构框架的的弹塑性变形能力进行分析，考察升降横移类立体 停车库在大震作用下的抗震性能。对目前采用的结构形式进行了探讨，指出了存 在的问题，并给出了优化的建议。 7 兰州大学顼士学位论文 2 立体停车库的停车原理和要求 2 1 机械式立体停车库的分类和停车原理 机械式立体停车库一般分为以下几类：升降横移娄停车库、垂直循环类机械 式停车库、水平循环类停车库、多层循环类停车库、平面移动类停车库、巷道堆 垛类停车库、垂直升降类汽车停车库、简易升降类机械式停车设备、汽车专用升 降机等。 l 、升降横移类停车库 升降横移类停车库是采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备。 其工作原理是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。 由于升降横移类停车设备的形式比较多，规模可大可小，对场地的适应性较 强，因此，采用这种类型的停车库十分普遍。停泊在这类车库内地面的车只作横 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。图2i 是升降横移类 停车设备的示意图。 例2i 升降横移英停车设备示震酗 2 、垂直循环类机械式停车库 垂直循环类机械式停车库采用了垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆 的停车设备。其工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引构件链条 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作循 兰州大学硕士学位论文 环运动，达到存取车的目的。存车时，司机将车开至车库存车托架准确位置后， 关好车门退出车库，按动操作按键，电机启动，存车托架随之运动，另一存车托 架转动到进口位置即停，则可进行下个存车操作。取车时按动操作台存车编 号按键，电机启动，在控制器作用下使其按最短路程运行至出口，司机进入存车 托架，将车开出。 垂直循环类机械式停车库占地面积小，设备动力单一，控制简单灵活t 一 次转运即可完成存取车，弁局灵活可独立设置，也可附设在建筑物内。圉2 2 是垂直循环类停车库示意图。 图2 , 2 垂直循环娄停车设备示意图 3 、水平循环类停车库 水平循环类停车库是采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆的 机械式停车设备。其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环移 动，将所需存取车辆的载车板移到出入口魁，驾驶员再将汽车存入或取出。按 载车板运动的形式可分为圆形循环式和方形循环式两种。圆形循环式，载车扳 移动形念呈圆弧状，方形循环式载车板移动为直线运动。按出入1 3 布置方式分， 有上部乘入式和下部乘入式两种。上部乘入式汽车出入口在设备的最上方，下 部乘入式汽车出入口在设备的最下方。按操作方式分有无人方式和准无人方式 两种。无人方式是人员完全不进入存车装置内，只使汽车移动的方式，准无人 方式是人与车一起驶入存车装置，等人离开后，再移动汽车的方式。 水平循环类停车库，可以省去原平面停车的进出车道，提高土地利用率t 最适合建于狭长地形的地方。地下室采用此类停车库，由于车辆存取是在出入 兰州大学硕士学位论文 口，原有行车道由停车机械代替，不仅提高了地面利用阜。还减少了废气排放， 减少了污染，降低了通风装置的费用。图2 3 所示是水平循环类停车库的形式。 图2 3 水平循环类停车库示意图 4 、多层循环类停车库 多层循环类停车库是采用了通过载车板作上下循环运动。而实现车辆多层 存放的多层循环式停车设备。这种车库无需坡道，节省占地，自动存取，方便 快捷，具有广泛的适用性。从而减少了占地面积。提高了存取车自动化程度。 此娄停车库最适宜建于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所，如建筑 物的地下室、广场、便道的地下和高架桥的下面等。 5 、平面移动类停车库 平面移动类停车库是采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆， 或使载车扳平面横移实现存取停放车辆，也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的机械式停车设备。这类停车库形式较多，因平面移 动类形式不同，其工作原理、适用范围、主要组成、车库选型、配置设计则不 尽相同。一般有单层平面横移、门式起重机多层平移、多层平面移动等形式。 这种停车设备主要可以减少车道面积，增加停车密度，提高空间利用率。 兰州大学硕七学位论文 图2 4 平面移动类停车库示意图 6 、巷道堆垛类停车库 巷道堆垛类停车库是采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车 辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备的车 库。 巷道堆垛类立体停车库设备是2 0 世纪6 0 年代后欧洲根据自动化立体仓库 原理设计的一种专门用于停放小型汽车的立体停车设备。该种停车库设各采用 先进的计算机控制，是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停 车设各，它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题。该类车库具有 自动化水平很高、全封闭车库、存车安全等特点。该类车库主要适用于大型密 集式存车，如图25 所示。 图2 , 5 巷道堆垛类车库示意圈 0000，刈 兰州太学硕士学位论文 7 、垂直升降类汽车停车库 垂直升降类汽车停车库也可称为塔式立体停车库，它是通过提升机的升降 和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车 库。 垂直升降类停车设备的工作原理是：用提升机构将车辆或载车板升降到指 定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位；或是 相反，通过横移机构将指定存车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构 降到车辆出入口处，打开库门，驾驶员将车辆开走。一般以二辆车为一个层面， 整个存车库可多达2 0 2 5 层，即可停放4 0 5 0 辆车，占地面积不到5 0 平方 米，平均每辆车占地只有1 1 2 平方米，所以在所有存车库类型中其平面和空 间利用率最高。且具有高性能、省电、噪声比较小；高速运转，出入车快，前 进入车库，前进出车库；安全装置齐全可靠；操作简单、维护方便等优点。最 适宜建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的聚焦点。 8 、简易升降类机械式停车设备 把停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存 入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机械式停车设备。采用简易升 降类机械式停车设备的车库叫简易升降类机械式停车库。简易升降类机械式停 车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式。 简易升降类机械式停车设备按具体构造或配置关系有：垂直升降地上两 层、垂直升降半地下两层、垂直升降半地下三层、俯仰升降地上两层等，如图 26 所示。 目2 , 6 简易升降类机械式停车设各 兰州大学硕士学位论文 9 、汽车专用升降机 汽车专用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，无直接存取的作用。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下层中存取车辆，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，丈大节省 空间，提高车库利用率。这种汽车专用升降机常用于地下车库或屋顶车库。 图27 深圳某塔式立体车库 图2 8 西安市某落成投用的 立体电梯式停车库 1 0 、小结 在升降横移式、垂直循环式、水平循环式、多层循环式、平面移动式、巷 道堆垛式、垂直升降式、简易升降式和汽车专用升降机等类型的机械式立体停 车库之中，升降横移类停车库由于具有结构简单、型式较多、规模可大可小、 场地适应性强、设备价格较低的优势，从而占据了8 5 以上豹市场份额，处于 绝对优势地位。“。 2 2 升降横移类立体停车库的停车要求 升降横移类停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或 ( 和) 横移运动到地面层，驾驶员进入车库，存取车辆完成存取过程 2 2 - 2 4 】( 图2 9 ) 。 兰州大学硕士学位论文 01 l 0o0o0 i 。i 。! i l 一罡= ：二| i 二三= = ： ，主兰峪。三耋刽：i 耄。 m l m l _ 一 o。_ !q o i ：主三；训二主三三性耋三。三三扎。三一 地：曲e 三二 堕 一。_ 旦 r e 删一 。三三纠二三二虻三三二 雠 ooo 孚每管 。i i ? j i i 4 1 i t j i _ i - 二 _ i i _ - - 一i i i i i i m m i i o o 扩 o ii 主懿擅i 。_ 一、7i 。 上上 图2 9 升降横移类停车库停车示意圈 其设备为多层布置，每层设一空位，作为交换车位，除底层以外的所有车位 均能自行升降除顶层以外的所有车位均能自行横移，当某一车位( 如2 5 号车位) 需存取车辆时，该车位下方到空位之间的所有车位向空位方向横移一个车位的距 离( 在图29 中，第4 层所有车位、第2 层7 号车位、第l 层1 号车位向右横移 一个车位，第2 层7 号车位) ，该车位下方形成- - ：f l - 降通道此时，该车位便可 自由升降，当车位降至地面时，车辆便可开进或开出。 升降横移类停车库的车库层数目前均为多层，一般不超过5 层也有可能是 兰州大学硕士学位论文 带有一层或几层地坑的车库；从提升方式划分则有链条提升方式、钢丝绳提升方 式和液压缸提升方式等。 升降横移类立体停车库的停车要求如下： ( 1 ) 升降横移类停车库为驾驶员将车开到出入口层的载车板上，或从载车板 上把车开出。要求出入1 2 1 区前面的通道( 或室外道路) 宽度不小于6 m 。 ( 2 ) 可采用全部设在地上、全部设在地下或部分在地下、部分在地上相结合 的形式。 ( 3 ) 单套停车设备的存容量一般为3 - - 3 5 车位，目前的层数一般不超过5 层， 每层高度约1 8 m 。车位宽度2 4 2 5 m ，车位长度5 5 - - - 6 m 。升降速度是5 m r a i n 左右，横移速度是8 m m i n 左右。 ( 4 ) 沿高度方向不能设置楼板。平面上每套停车设备的范围内，纵向不能设 置可能妨碍车位横移的梁或支撑。出入口处，不能设置可能妨碍车辆进出的支撑。 柱的布置应符合车辆存取的要求。 ( 5 ) 可以设置外墙和屋面，此时外墙和屋面部分的设计与一般房屋建筑并无 二致。也可以不设置外墙和屋面。 本文根据工程实例，重点分析停车库全部设在地上、采用钢丝绳提升方式、 不设置外墙和屋面的情况。 兰州大学硕士学位论文 3 升降横移式立体车库的荷载 3 1 荷载类型和特点 3 1 1 荷载类型 升降横移类停车库的荷载可分为以下三类： ( 1 ) 永久荷载。主体结构自重、围护结构自重和停车设备自重( 含载车板、车 辆支架和附属设备等) 的数值不随时间变化，为永久荷载； ( 2 ) 可变荷载：车辆荷载( 含驾驶员) 的数值随时间变化，为可变荷载；风荷 载和雪荷载是另外两种常见的可变荷载； 停车库检修期间，车辆驾驶员一般不在车库，驾驶员的重量已经在车辆荷载 中进行了计算，而且每个车位均考虑了驾驶员的重量，故不考虑停车库检修的人 员和设备的荷载。但如果设置了屋面，则屋面围护结构应验算屋面检修的活荷载。 ( 3 ) 偶然荷载。在地震区，地震作用属于最常见的偶然荷载。 3 1 2 荷载特点 由于存取车辆的要求，升降横移类停车库的荷载有其自身的特点，主要是： ( 1 ) 底层停车设备自重直接由地面承受，结构计算时不予考虑。在升降时， 由于升降加速度的影响，顶层和中间层停车设备自重和车辆荷载是动力荷载。中 间层停车设备和车辆在向空位横移时，由于横移加速度的影响，也是动力荷载， 而且位置是可以变化的，为移动荷载。 ( 2 ) 根据停放车辆质量的不同，车辆荷载有较大差异( 表3 1 ) ，而且车辆荷载 不是均匀分布的，前后轴重有较大差异。 表3 1 适停车辆尺寸及质量 ( 3 ) 停车库是否有外墙对其承受的风荷载有很大影响。较高的车库，由于停 车库的抗侧刚度较小，需要考虑风振的影响。 1 6 兰州大学硕士学位论文 ( 4 ) 结构没有楼板，水平荷载不能通过楼板传递。 ( 5 ) 如果顶部有屋面，则雪荷载作用在屋面。如果顶部没有屋面，则雪荷载 作用在顶层车辆和停车设备上，由于这种形式的停车库不考虑屋面活荷载，因此 雪荷载必须进行荷载组合。 3 2 荷载计算和组合 3 2 1 荷载计算 ( 1 ) 结构自重、围护结构自重根据构件容重和截面尺寸进行计算。 ( 2 ) 停车设备自重根据设备实际重量进行计算。 ( 3 ) 动力系数：参考工业厂房吊车荷载的取值，动力系数取1 1 。 ( 4 ) 车辆荷载：参照桥梁设计中车辆荷载的取值，竖向车辆荷载可按表3 2 计算。由于停放车辆时，车辆的前后停放方向可能不一致，故也可不考虑前后轴 重力差异。计算时假定车辆均为大型d 类车型，车辆停放在载车板中部，轴距 4 m ，轮距1 8 m 。对于特殊的停车库，如停放载重汽车、大型客车的停车库，则 应按实际情况进行调整。 表3 2 竖向车辆荷载 中间层停车设备和车辆的横移加速度引起的纵向水平荷载按停车设备和车 辆竖向荷载之和的1 0 计算。 竖向车辆荷载还应乘以动力系数1 1 。竖向荷载和纵向水平荷载的位置可在 单套停车设备平面范围内沿纵向移动，应考虑不利布置。 ( 5 ) 风荷载：有围护结构时总体风荷载比没有围护结构时大，但考虑到即使 没有围护结构，由于车辆( 大部分时间是停放在停车位的) 和停车设备占据了相 当大的空间，故偏于安全均按有围护结构时计算风荷载。 如果只按结构骨架来计算风荷载，风荷载数值可能严重偏小。 ( 6 ) 雪荷载：按停车库水平投影面积计算。 1 7 兰州大学硕士学位论文 ( 7 ) 地震作用：在计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取永久荷载标 准值和可变荷载组合值之和。地震发生时，车库停放车辆数量较多的可能性大。 故车辆竖向荷载( 不考虑动力系数) 的组合值系数取0 8 。 地震作用计算方法宜采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，地震影响系数 应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。在多遇 地震下的钢结构的阻尼比采用0 0 3 5 ；在罕遇地震下的阻尼比采用0 0 5 。 由于没有楼板，结构的水平地震力，应按抗侧力构件从属面积上重力荷载代 表值的比例进行分配。 除应进行构件抗弯、抗剪、抗扭等验算和稳定验算外，由于停车设备和车辆 荷载是动力荷载，而且在结构使用寿命内，应力循环次数较多，因此升降横移类 停车库还需要验算结构的抗疲劳。疲劳验算的范围包括直接承受停车设备和车辆 荷载的纵向框架梁及其与框架柱的连接节点。疲劳计算采用容许应力幅法，应力 按弹性状态进行计算。 3 2 2 荷载传递 如图2 7 所示，由于停车的要求，停车设备和车辆均通过支承载车板的钢结 构矩形