地下汽车库的垂直交通路线设计.doc

地下汽车库的垂直交通路线设计摘要:本文主要是阐述多层地下汽车库，层与层之间的坡道交通问题，由于坡道的设置受到地下室固有柱网和层高的诸多制约，要想获得较好的设计，需要多作推敲和比较。为了设计时少走弯路，现图解和分析了多种现实情况以供参改。 我在“地下汽车库的交通设计”载于“深圳土木与建筑”2008.1（总第17期) 一文（以下简称 “交通设计”）中，仅叙述了地下一层平面和进出地下一层坡道的汽车行驶规律和轨迹，而多于一层的地下车库，其层与层之间的垂直交通问题尚未涉及，为完善该交通问题，因而本文则作进一步阐述，以作为上篇文章的补充或续篇。 本文所指的垂直交通，不是指使用机械设备垂直升降，也不是指坡道式或错层式等形式汽车库的垂直交通，而是专门指一般常用的地下室层与层之间，即汽车库上下楼层之间汽车沿坡道行驶的垂直交通问题。本文着重于阐述1层至2层之间的交通问题，其他层相似，就不再赘述。一、几项约定在实际工程设计中，要受到周边很多条件因素的制约，不能一一列举，为了便于研讨和阐明问题起见，对周边有起作用或制约的条件，先归纳或选择几种常遇到的情况，如柱距、柱径、层高等，在一个明确的范围内来讨论，才不使问题拉得过散、篇幅过长，另外文中所涉及到的汽车，都是指“汽车库建筑设计规范”中所规定的微型汽车、小型汽车 ，车型也以上海SH760A为例，其外形尺寸是：后轴到前悬边为3.62m，后轴到后悬边为1.24m，总长为4.86m，宽为1.77m，其最小环行内半径为3.2221m。1、柱 网、柱径与布车 地下车库的柱网即柱距，一般为8x8m、8.2x8.2m，而很少做成8.4x8.4m，因为柱网8x8m基本能满足行车、停车等要求，加大后当然会显得宽敞、方便、舒适，但为了省面积、省造价，开发商一般希望选用较小的柱网，从而8x8m柱网较受欢迎，在本文中也尽量以此柱网为例。 柱截面尺寸在23层地下车库或有人防的情况下一般为0.6x0.6m左右，是可以满足结构要求的 ，所以本文就以这个尺度作为基数来阐述，特殊要求（如高层建筑落下来的大柱和剪力墙）则另当别论。 此外在停车位后还有隔墙和无隔墙之分，根据这些情况，其车位、车与坡（通）道处防火卷帘洞口之间的相对位置见图1。2、层高由于坡道的长度与层高有着密切的关系，因此只有根据某个具体层高，才好作其他相关尺度的推算， 现以小型车车库为例， 柱网为8x8m或8.2x8.2m时，考虑结构常规设计，及其他设备所需高度，其层高见图2。其中要说明的是： 汽车库室内小型车最小净高，汽车库规范规定为2.2m，但深圳规定为2.3 m，因而取大值。 库内所有的电缆线,由于布线较为灵活,为减低层高,要求其钻空穿插,而不给高度,虽有一定难度, 但能做到。 在此柱网情况下,常规的梁高700 是可以满足楼面层荷载要求的,若设计成井字梁或宽腹梁或无梁楼盖等结构体系,则另当别论。 如楼层面积较小时，面层可随捣随抹平，耐磨层可减薄或不予考虑。3、坡道上空 汽车在坡道上行驶时，为了避免碰顶，上方需要有一定的空间，其上方的梁或板距坡道的净高即垂直距离h1，在国家规范中就有明确的要求，但这净（空）高h1与我们常说的竖向高度h2是有区别的，随着坡度不同而有所变化，由于库内坡道的坡度都不很大，其差值也不大，一般在0.05m之内，但其概念是不同的，h1与h2相互的数值关系，见图 3。为了便于查询在不同坡度、不同净高情况下的竖向高度，根据图3及其推导的公式，将各种情况所计算的结果列于表1。4、坡长 当层高、坡形和位置确定后，就想很快知道坡长及其落地的位置，以便设置水平车道和车位。坡 长与坡度有很大关系，而纵坡的坡度一般为10%、12%、15%三种情况，但根据实际场地或形式的要求，则需分段设定相应的坡度，为了少占场地而尽量采用大的坡度，而曲线坡度只能小于等于12%，因此要多次设定或计算比较，才能取得一个比较合理的坡道。由于i10%时，不用设缓坡，很好计算，即层高3.7m，则坡长为37m，而i为12%、15%再加缓坡，也不很难，为了方便查询其坡道总长，以及坡道上方的梁板是否碰车顶，在何处设置较好，现绘制一简图（见图4），供设计参改。至于一个坡道，在直线段和曲线段，可能各有不同的坡度，根据场地情况，坡道或长或短，若可长，坡道则作缓一点，便于行车；若要短，坡道则必须加陡，因此很难取得一种单一的坡度值。在这种情况下，可根据图4 的示意，再作细算，以确定其上一层梁板设置的位置或形式。另外该梁高是按常规柱网设定的，当其梁板是由坡道的两个侧壁承重时，则另当别论。 从图4中可以看出，当缓坡为曲线缓坡时，其总坡长短于直线缓坡的总坡长，当纵坡i12%时，则短1.2m；当纵坡i15%时，则短0.6m，这在场地紧张时，还是很有用的，另外曲线缓坡行车平稳，宜多采用。 5、防火卷帘 地下汽车库在仅有一层时，其出入口处可不设防火卷帘，但多于一层的地下汽车库，由于不要因坡道而窜通烟火，或使上下层的防火面积分开计算，必须在坡道侧壁设防火墙，在通道口设防火卷帘，因此在行车上定会受到一些制约，尤其是防火卷帘的两端，为防烟火窜患，或避免薄弱缺口， 必须砌段短墙，因此柱间净距不能用尽，另外卷帘门的宽度与门的刚度、造价都有直接关系，现假定其门洞的净宽为坡7.0m。 6、坡道拐弯处要避免犄角 汽车在平（地）面拐弯时，避免不了会遇到柱角、墙角，由于其场地平坦开阔、车速平稳等原因，一般都能顺利通车，但在坡道拐角处，由于有防火墙遮挡视线、上下坡有冲刺或急刹车、坡道宽度有限等诸多因素不利行车，所以在坡道拐弯处，不要出现犄角或直角，一定要说服结构，柱位应稍有退让，环道内侧半径r最好在3m以上，具体退法见图5所示。根据平面几何学，正方形的对角线长为边2倍，设边长为r,则对角线长为r2，柱外角往圆心的距离L1与半径r的关系即L1=R2-R=R(2-1).而柱位的前后、左右的变化距离L2则为：从计算结果可以看出，即柱子前后左右每退让0.3m，半径则增大1m还稍多一点，若环道内侧需半径3m时，则退让0.9m即可，这在结构上是可以做到的。掌握了这种环道内侧半径和柱位退让的关系之后，不管在顶层或其他层，不管环道侧墙处是承重墙还是非承重墙，都能满足要求，这样建筑本身很方便，结构也很方便。 二、坡道形式坡道的形状各式各样，但归纳起来不外乎是： 位置：附壁、内部 线型：直线、曲线、曲直结合、环行 连接：直通、错位、上下层重叠 车道：单向单车道、双向双车道 但在实际设计中，上述情况都是相互组合、相互交错，并非某种单一形式，究竟如何组合，则视具体情况而定。为了叙述的方便，现按位置再穿插其他形式来阐述。1、附壁式：附壁式坡道是指设在地下室侧墙外的坡道，在一层的地下车库或多层地下车库中，于1层的壁外通向地面时常用，其具体做法和汽车行驶轨迹，请见“交通设计”一文，这里不再复述。而多于一层的地下车库，自下至上做成连续性的附壁坡道，从最底层一直行驶到地面比较少有，由于其均超出地下室外墙，结构复杂，造价不经济，空间利用率也不高，因此多层地下汽车库的附壁坡道，除1层外，其他层一般都在库内解决，但也有例外，我们在某医院工程的设计中，2 层处设有一人防急救医院，原想在2层处设一附壁式环行坡道，经1层内部绕行一段平道，再接1层的附壁式环行坡道通至室外地面，一部分在室外，一部分在室内，类似螺旋式坡道，这样可以少占场地，空间利用充分，并省造价，尽管在1层内部绕行一段平道的顶部结构，按人防要求作加固处理，但它仍属室内通道，并非真正的室外通道，不符合人防规范要求，所以最后在地下室侧壁外，作一连续的附壁式坡道，从2层一直连 续通至地面上。一般附壁式坡道的汽车行驶路线见图6。其落地层（即最底层）的行车轨迹，同 “交通设计”一文的1层出入口，只是增加了一道防火卷帘，其他没有什么特殊不同的地方，因而不再复述，其中间层的问题则分别叙述如下： 中间层单车道 中间层单车道的行车轨迹见图7。从图7a 中可 以看出，坡道宽4.5m，当两边停车位后都没有防火隔墙、柱网8m时可以满足两车拐弯时错车的要求。据作图所知，当两边停车位后都有隔墙，即使柱网为8.2m时，也不能满足同时拐弯错车的要求，只有当一边停车位后有墙、一边停车位后无墙时， 8.2m才能满足拐弯错车的宽度要求（见图7b）。当柱网为8m时，如果两边停车位后都设墙，通车道宽仅5.08m，不能满足5.5m宽的要求，而仅一边设墙，通车道宽5.43m，还可勉强。因此在保证库内通车道宽度要求的情况下，再考虑拐弯处的错车要求，如错车不行，只有错开时差，先来先拐，毕竟这样的机遇不是特多的。绝不要为了拐弯错车宽裕，而加大所有柱网或加大坡道的宽度，那是不适宜的，也是不经济的。 中间层的双车道 中间层双车道双向行驶的行车轨迹见图8。从 图8a、b中可以看出，坡道宽7m，柱网为8x8m，当两边停车位后均无隔墙时，无论往上一层或往下一层的拐弯行驶中，都能顺利通过。当两边停车位后都有隔墙时，柱网就是做到8.2x8.2m时（见图8c、d），双向行驶错车也显得很勉强，只有当一边停车位后有墙、一边停车位后无墙时（见图8e），才是可行的，这与上述的单车道情况很相似。因此当双向双车坡道宽7、库内停车位后要设隔墙时，要特别注意其隔墙的设置位置，或采取其他有效措施，否则拐弯错车是困难的。 库内坡道库内坡道是指地下室外墙范围以内的汽车垂直交通坡道，可设在中间或靠边，但为了汽车较便捷地出入多于1层的地下汽车库，以靠近外墙较好，该坡道由于是设在库的里面，因受柱网的制约性很大，因此无论是双行线还是单行线，都只能以已有柱网尺寸为依据，所涉及的柱位尽量不作调整或少作调整，否则增加结构难度，效果不尽完美。1直行坡道 直行坡道比较简单，为了少占场地，尽量采用最陡的坡道，其关键就在坡道的起（止）处、中间平台与所在层的交汇处，其交通路线相似平道交汇处的直角路口、丁字路口和十字路口，其中直角路口较为简单，仅相当于一个拐弯道口，而十字路口较为复杂。在这些场所，除了正常的平层行驶外，还有上坡冲刺、下坡刹车以及拐弯错车等不利因素，因此问题较多。坡道与楼层交汇处，相当于楼梯的休息平台，其主要的作用，不是汽车休息，而是汽车转向、驶向该层停车位，或经该层而通向下一层或上一层所想往的车位场所。 由固定柱网制约而设计宽一跨的直行坡道，可作为双向双车道行驶，也可作为单向单车道使用。当为后者时则显得有些宽裕、不够经济，但它行车方便、舒畅，尤其在拐弯错车时，不会出什么事故。但究竟如何使用，则要视坡道的数量、停车多少以及管理方面的情况而定，其行车路线见图9。 另外，为了防火分隔的需要，若在坡道两侧设置承重的防火隔墙时，可在柱间范围内根据单向单行坡道所需的宽度任意设置，但需考虑有足够拐弯 和错车的场地，一般为4.5m宽为好，否则使用上会带来不便。 这些库内直行坡道，在到达所在楼层时，其交叉路口的作用和汽车行驶轨迹，与库内平面的交叉路口相似，只是坡道处有坡度的变化、防火卷帘洞口的制约，以及防火墙对视线有影响外，其他基本相仿，因此可参阅“交通设计”一文有关内容，这里从略。 2直行加拐弯坡道 库内坡道从最上一层一直直行落到底（好似不拐弯的多段直跑楼梯）的情况是少见的，因它占用空间多、坡道两边的布车情况上下层不一样，以及上下各层车辆进出坡道的位置，不在相同的垂直面上，不易寻找，空间利用率也不高，从而给设计和使用都会带来一些不便，因此一般不采用。为了少占场地和空间，最好在上下层的垂直位置上布置各式各样的行车坡道，犹如楼梯间设计一样，上下层能顺利对接，因此坡道会有直有曲，以求省地省钱并方便使用，现举几例库内坡道形式供参考，见图10，其汽车行驶轨迹见图11。 从图11a中可以看出，单车道3.8m宽时，是可以满足一般车辆单向行车和拐弯的要求，也符合汽车库设计规范的宽度规定，若有条件时可做到4m （汽车库防火规范规定）或4.5m（深圳市技术要求与规定）， 不过我认为4.5m有富余，4m较合适。从图11b中可以看出，双车道7m宽时，一般能满足双车双向行车和拐弯的要求，也符合汽车库设计规范和汽车库防火规范的宽度要求。为避免在拐弯的环道内侧出现90的犄角，在柱网8x8m、柱径0.6x0.6m时，两个拐弯处的柱子纵横向各退0.5，则可得到一个环道内侧有r=3.073的拐弯半径，其几何关系可见图5及其表。另外在环道外侧紧靠柱角作弧，还可扩大拐弯坡道的宽度，在直道处宽7m，弯道处则为7.349m宽，这样更利于行车。另外从图11的坡长与层高计算简图中可以看出，当柱网是8x8m缓坡做成曲线缓坡时，其单行线和双行线的计算层高可分别到3.873m和3.948m，向均大于设计层高层3.7m，即坡脚均落到柱网内侧，不仅不会突在过道中，还略有富余，因此地下室无论作几层，上下层均可作在同一个垂直面上，不用错位，行车距离最短，又不会影响下一层的横向通道，应该说是一个比较好的办法。 还有通过坡道处的净高计算，在1层的楼面上，于适当的位置设置主梁或短梁，可增加该层的使用面积，以充分利用空间。 3环形坡道 汽车在环形坡道上行驶时，由于弧度和坡度都不变化，开车容易掌握，比那些既有直线段、又有曲线段的坡道，应该好多了。若在地面上的建筑中，设计环形坡道，其半径、坡度、宽度都可根据实际需要而设计，但在地下汽车库中，由于受到柱网等诸多条件的限制难度就大多了。 环形坡道分双向双车道和单向单车道，根据汽车库设计规范要求，前者宽7、后者宽3.8，坡度均按12%计，其长度均按坡道的中心线计，这对单车道问题不大，但对双车道而言，外环道坡度显缓，内环道坡度则显陡，为了行车方便，建议缓一点的外环道控制左拐，让车上行，而陡一点的内环道控制右拐，让车下行，这样，对行车有利，见图12。 从图12a 中可以看出，单车坡道比较容易设置，不会影响任何一个柱位，还可使坡道外侧壁的内侧与柱平，坡道内无任何突出物，另外坡道顶层在C处还能正常设梁，也不会影响车辆通行的净高，落地处也有富余，因此多层连续使用，其坡道的起止线都在同一垂直面上，也不影响所在层的横向通道， 由于规律性很强，司机很易找到出入口。双车坡道的问题则较多，为了获得足够的坡道 宽度和最大的环道内侧半径，只能把环道外侧壁的内侧紧靠柱角设置， 把与环道内侧壁相矛盾的柱位适当外移，这样坡道两边承重的侧壁就是不做到顶，其顶层柱网的承重体系还可以基本保持不变。为了便于计算，以坡道中心线均交于相应柱边连线上的点为基准，根据图12b及其计算结果可以看出，顶层的坡道从A点出发，下坡到C点处，梁上翻时能满足下面坡道通行的净高要求，另外坡道在D点落地时还稍有富余，因此对横向行驶的车辆毫无妨碍。 如果层高大于3.7时，坡道的起落点则需适当向前延伸，由于缓坡的坡度不大，尤其是外环道的缓坡更小，一般均在6%以下，因此落地时，若坡道与楼面还差0.1左右，则于坡道的另一侧做一适当的衔接斜坡，使横向通行的车，减速行驶或单行，可以顺利通过，也使环行的车，不至于绕道而行。如果环道设在尽端时，落地点则可延伸很多，也就不存在什么问题了。总之，环道应尽量设在同一个垂直位置上，不要错位，这样设计和使用都会带来很多方便。 三、其他1.拐弯坡道的坡度线定位 在曲线坡道设计中，其坡度的算法，以什么线为基准，尤其是宽的或双车道的坡道，其坡度线很难定位。在汽车库规范表4.1.7的附注中说明，曲线坡道坡度以车道中心线计。这个规定简单明了，容易操作。另外表中还规定，微型车和小型车的曲线坡道坡度最大为12%。但众所周知，曲线坡道的内侧比外侧短很多，由于曲线坡道以车道中心线计，就单车道来讲是合适的，而对于双车道来讲，影响就较大，现以双车道宽W=7m、环道内半径r=3m为例，则车道中心线的半径R=6.5m,以半圆弧长来计算，则中心线长L=.R=20.42m,其两端的高差l=20.42x12%=2.45m。为便于对比，现将双车道均分成内外两个环道，各宽3.5m，可求得各自的中心线长，由于各中心线两端的高差都相同，则可求得内环道中心线坡度I=16.4%、外环道I=9.45%，其示意图和计算方法可见图13。 按图13及其计算方法，在不同环道内半径的情况下，可求得其相应的内外环道中心线的坡度。为便于参考，现汇总于表2。 从表2中可以看出，当环道内侧半径越小时，内环坡越陡，外环坡越缓，两者相差越远，当环道内侧半径为3.00m时，内环坡为16.4%，外环坡9.45%，前者已超过现行汽车库设计规范直行坡的最大坡度值，