【毕业学位论文】（Word原稿）机械式立体停车库的设计研究-建筑与土木工程

分类号： 密级： 专 业 学 位 研 究 生 学 位 论 文 论文题目（中文） 机械 式立体停车库的设计研究 论文题目（外文） 究生姓名 陈婷婷 学位类别 工 学 专 业 学 位 领 域 建筑与土木工程 学位级别 硕 士 校内导师姓名、职称 张敬书 副教授 校外导师单位、姓名 论 文工作起止年月 2012 年 09 月至 2013 年 05 月 论 文 提 交 日 期 2013 年 05 月 论 文 答 辩 日 期 2013 年 05 月 学 位 授 予 日 期 校址：甘肃省兰州市 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，不包含任何其他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： 日 期： 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。 本学位论文研究内容： 可以公开 不宜公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。 （请在以上选项内选择其中一项打 ） 论文作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： I 机械 式立体停车库的设计研究 摘 要 为明确适停车辆的参数、荷载取值及设计方法，本文通过 调研，统计了目前市场上 500 种轿车车型的 长度、宽度、高度和重量，按照概率统计原理， 确定 车辆参数和荷载取值，并 建议 荷载 的 计算 方法 和组合 方式； 总结了立体车库的主要设计要求。 通过大量的统计分析，给出了立体停车库相关设计参数的建议取值，建议车辆长度、宽度和高度取值分别为 50001900 1850以车辆尺寸为基础，按照规范规定的要求建议立体停车库单个停车位的长度、宽度和高度取值分别为 60002400 2000车辆荷载取 2000库水平位移限值不宜超过层高的 1/200。 结合相关 行业汽车规范和汽车库设计规范， 对 钢结构立体停车库的设计方法进行了总结归纳，针对车库各项参数的选取提出了设计要求。在确定了钢结构立体车库各项参数的情况下，选择一种综合性能较优的停车库 升降横移式立体停车库进行了分析。 根据本文荷载统计及计算结果，建立了一种自行设计的升降横移式立体停车库钢结构骨架力学模型，对结构在不同工况和荷载作用下的受力性能进行了深入分析，得到了各工况荷载作用下结构的变形和应力状态。根据计算结果 得出在 最大偏载 和对称满载工况下结构产生最大变形和最大应力，由此可对结构的强度、刚度及稳定性进行评 价和对 立体车库 结构设计 提出建议 。 关键词： 机械 式立体停车库 ，车辆参数，荷载取值， 设计要求 ， 结构 分析 F o of 00 on in of of of By of of is 0001900mm 850on of in 0002400mm 000mm in 000of , of a to of to in a of is in of on of on of in of of to of 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 录 摘 要 . I . 录 . 一章 绪论 . 1 究背景及意义 . 1 究背 景 . 1 究意义 . 2 内外研究现状及发展前景 . 3 外研究现状 . 3 内研究状况及发展前景 . 9 究对象及主要研究内容 . 11 究对象 . 11 要研究内容 . 12 第 二 章 立体停车库设计中的车辆参数 . 13 言 . 13 算软件及公式的选取 . 15 辆长度的取值 . 15 考虑销量时车辆的长度 . 15 虑销量时车辆的长度 . 16 辆宽度的取值 . 17 考虑销量时车辆的宽度 . 17 虑销量时车辆的宽度 . 19 辆高度的取值 . 19 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 V 考虑销量时车辆的高度 . 19 虑销量时车辆的高度 . 20 辆荷载的取值 . 21 辆荷载的定义 . 21 考虑销量时车辆的 荷载 . 22 虑销量时车辆的荷载 . 23 比分析 . 24 结 . 24 第 三 章 机械 式立体停车库设计中的荷载取值 . 26 言 . 26 计中的荷载取值 . 26 载 . 26 载 . 27 车板荷载 . 28 荷载 . 30 度作用 . 31 震作用 . 31 载组合 . 32 结 . 33 第 四 章 立体停车库设计要求 . 34 言 . 34 体停车库的设计方法 . 34 筑材料的选用 . 34 筑内部空间要求 . 35 体停车库设计中的特殊问题 . 35 体停车库水平位移限制 . 36 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 钢结构梁的设计 . 36 结构柱的设计 . 38 降横移式立体停车库 . 40 库的选型与配置 . 41 面布置的确定 . 43 高的确定 . 44 他设计要求 . 44 结 . 46 第五章 立体车库的 结构 性能分析 . 47 言 . 47 算软件简介 . 47 型的建立及荷载施加 . 47 型的建立 . 47 载的施加 . 49 体车库的静力分析 . 49 力荷载作用下钢框架位移分析 . 49 力荷载作用下钢框架应力比 . 51 体车库的动力分析 . 52 震参数 . 52 构在最大偏载下的自振周期 . 52 构在对称满载下的自振周期 . 54 虑地震荷载时各节点位移分析 . 56 虑地震作用下钢框架的应力比 . 59 结 . 59 第六章 结论及展望 . 60 论 . 60 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 足与展望 . 60 参考文献 . 62 附 表 . 64 在学期间的研究成果 . 89 致 谢 . 90 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 1 第一章 绪论 究 背景及意义 究 背景 随着 城市化水平的不断 提高 及汽车工业的飞速发展 ， 我国将进入汽车保有量迅速上升的时期 。 按照目前 我国 汽车的使用状况 ， 将有超过 50%的车辆行驶在城市道路上，造成动态交通的严重阻塞。同时由于停车场地设置不合理， 占道停车 、占用居住小区绿地 现象严重，造成静态交通混乱，如不采取措施，机动车辆保有率的迅速增长和 城市 停车场建设滞后的 矛盾将非常突出， “ 停车难 ” 的问题将愈演愈烈，继而破坏 动态交通和静态 交 通的关系，造成 恶性循环 1 目前我国城市机动车辆的保 有量与停车位之比大约为 5:1， 停 车位的保证 率只有 20%左右。 我国很多城市百辆机动车只有 35 个停车位，合肥市甚至平均每百辆车仅有 停车位 4。 停车位 的严重 缺乏 ，造成 机动车非法停放 现象日 趋严重。从城市建设的 角度 看，要保证交通不拥堵，不仅 需要 满足 100%的基本停车位，还要 满足 20%的公共停车位。近 些 年新增轿车每年在 200 万辆 以上 ，按停车位与 汽车保 有量 之比为 计算， 每年 至少 需新增停车位 240 万个，才 有可能满足停车位的需求。 图 1我国轿车历年保有量。 图 1汽车保有量与私人轿车保有量随时间变化曲线图 目 前， 在我国城市内大规模 使用的是 平面停车场 。这种停车方式的特点是停车方便，但占地面积大。一般设计中按轿车每个车位占地 22算，这个面积包括 15停车面积和停车所需的车 道 面积， 同时 设计还应包括进出车辆的 通行车道， 另外停车场 对 坡度 、转弯半径、 宽度都有规定， 平均一辆小型车要占用40面积 ， 而 真正用来停车的面积只占建筑面积的约三分之一 。平面式停车兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 2 场由于上述 的 弊病， 给日常使用带来极大不便 5。 为了改善这种局面，其他形式停车场所的建设，尤其是少占空间、多停车位、安全可靠、使用操作简单的 “ 机械式立体停车库 ” 的建设，对寸土寸金的大都市有着非同寻常的价值 6 究 意义 停车设备建设是 城市和 汽车工业 发展 的基本条件之一，从 今后市场的需求和目前停车位的缺口情况 可以看出， 机械式 立体 停 车库的市场前景十分良好。 相较于 自行式平面停车场 ，机械式立体停车库 具有更为 明显的优点 6,8 （ 1） 车库容积率高。机械式立体 停 车库无需修建坡道和匝道，车 辆 存取由载车板 或支架的移动完成，各层之间的高度仅 需 按车体的安全高度设计，从而 降低了 单车 存放的平均占地面积 ，提高了土地利用率，同 样 容量的机械式立体 停 车库比平面 式 停车场节约占地 50%80%， 这 对寸土寸金的大 都 市，显得尤为重要。 （ 2） 节省造价 ，运行 快 ，效益 好 。机械式立体 停车主要向竖向 空间发展，占地 面积少，虽然 建设 费用较一般车库高 10%30%，却可以 节省大量的土地使用费 等 开支。此外还由于 ： 机械式立体 停车库的车辆是 熄火后由 机械装置 存取 ，省去了车库通风装置投资 ； 车库除维修外，无需 工作 人员进出，对照明的需求很低 ，省去了大量的照明投资 ； 车库大多采用开放 式结构，对 消防设备 要求低 ，降低了 消防投资 14； 钢结构的应用降低了 立体车库对基础 的 要求，减少了投资15。 因此运营的 总体成本少于同等规模 的 地下车库。分析表明 升降横移式的 立体停车库 每个车位 的平均建造费 约为 平面 式停车场 的 30%， 而机械式立体 停 车库 的运行只需要少量 的管理人员， 存取过程能耗也小，周围墙壁还可提供 广告创收，所以 投资回收的年限较短 ，可为 企业 带来 15%20%的利润 。 （ 3） 自动化程度高， 管理费用低， 使用方便， 存取车快捷，操作简单 。机械式立体 停 车库采用自动化智能控制 16， 由传感器探知车位， 自动停车和取 车 ，省去车主找停车位 和提车时找车的时间 17，存取车方便快捷， 平均 存取时间不超过 2 分钟。 因 采用自动化操作， 容易管理， 节约人力，管理费用相对降低。 （ 4） 可靠性高，安全性好 。存取过程 无需 驾驶员及其它 管理人员的介入，完善的闭锁装置可以保证汽车安全，无关人员不能随意进出， 对车辆的 防护性和防盗性 都很好， 车主可大为放心。 在技术方面，机械式立体 停 车库采用钢 框 架结构，强度、刚度及稳定 性 设计有足够的裕量， 同时 还具有 机械定位锁定、车身超长检测、上限位保险 等控制功能，从而保证车库的操作安全性并 满足抗风抗震要求 。 此外 ，火灾隐患也大为降低。 （ 5） 配置灵活 ，适应性强。机械式立体 停 车库的形式多样， 规模可大可小，可并排设置也可单独设置，可在建筑物内也可依附建筑物，可设在地下、地上，兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 3 也可设在半地下。 适应于如 住宅小区、商业闹市区、 建筑 物地下层、地上层 等不同的环境，可与周围景观 一体 设计。新型的机械式立体 停车库多采用模块化设计，对地基无特殊要求、标准化系数高、互换性好 ，能根据 使用 要求方便地进行拼装和改型。 （ 6） 环保性好。机械式立体 停 车库内的车辆是熄火后由 智能 装置存入车库，废气排放量少， 降低了车库内的 空气 污染 ，有利于环保。 随着 汽车保有量的增加 ， 机械 停车产业 将 成为国民经济举足轻重的产业 18。我国人口众多，城市人口 超过两亿 ，城市人口密度大，特别是大 都 市。过去十几年里，我国城市土地 资源 大量 开发用作房地产行业 ，造成城市公共设施用地紧张。但是 城市规模不可能无限扩大，用地紧张的问题 将会长时间存在 。另外，过去我国 在进行 城市建筑 设计和 城市道路规划 设计时，大多数未 能 较好 的 考虑 到 提供一定数量地面停车场 的问题 ，而 对 现状进行改造 的 经济成本和 技术难度又很大。因此， 在未来的城市发展中 ，充分利用立体停车场来解决城市停车难问题， 从 平面停车向立体停车发展， 从 简单机械 式 立体车库向高度自动化的现代立体 车库 演变，把车库建成具有较强的 观赏性、实用性 和适合城市环境的建筑 19，以 达到 改善城市环境及 解决 交通堵塞 问题，并 产生很高的经济效益， 前景非常广阔 20 内外研究现状及发展前景 外研究现状 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 4 图 1国外立体停车库 20 世纪 20 年代，为了解决大城市停车难的问题，立体停车在美国诞生。目前，大城 市的土地资源非常紧张，在亚洲人 多地少的国家表现尤为突出，因此，立体车库在亚洲的应用较为广泛， 目前统计表明，立体停车技术在韩国、日本、中国等地应用很多。 1920 年，美国建成世界上第一座机械式立体停车装置。 50 年代以后，美国和一些西欧国家陆续建成多种形式的立体停车库； 60 年代后期 ，世界汽车工业的迅速发展造成城市汽车保有量急剧增长，伴随而来的停车难问题给城市交通发展带来了极大挑战。此时，占地面积小的机械式立体停车设备才得到真正的发展普及。 50 年代初期， 欧洲 的 意大利、德国等国家 很多公司开始从事停车设备的开发和生 产。比较有名的有：德国 大利 。由于欧洲国家的土地资源较为富有，停车问题并不突出，停车设备的需求量并不是很大。德国、意大利等国家 广泛采用的停车设备为 巷道堆跺式产品，因此在的巷道堆垛式立体车库 产品 方面 具有优势 。 20 世纪 60 年代，在亚洲国家中，日本率先开始从事机械式立体车库的开发、生产、销售和服务。目前，全日本投入使用的立体停车位超过 300 万，其中以升降横移式立体停车库为主 19。 20 世纪 70 年代中期，韩国立体车库设备研发开始起步， 80 年代初开始引进日本技术， 经过本土化的消化生产，到了 90 年代开始进入使用阶段。 由于 从引进到研发使用都得到了当地政府的重视，因此各种停车设备 都 得到 了 广泛 的 开发和应用，韩国近些年的增长率都在 30%左右。目前韩国机械式立体停车行业得到了稳步发展。 基于立体停车设备在各国的研发、使用和发展，立体车库 已拥有了多种结构形式，主要有： 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 5 （ 1） 升降横移式 升降横移式停车库通过 载车板 的 升降或横移存取车辆。其工作原理为 ： 同 一层车位只能横移，中间 层 车位即 能 横移又 能 升降，上层车位只 可 升降， 此 类车库通过各层车位的 升降横移 来实现车辆的存取， 图 1升降横移 式 立体 停车 库 示意图。 图 1升降横移式停车 库 （ 2） 垂直循环 式 垂直循环 式 停车库 是 采用垂直方向作循环运动的 机械 停车 系统，完成 车辆 存取 的停车设备。这种设备的工作原理是通过 电机带动传动机构，在牵引装置 链条上，每隔 规定 距离安装一个存车托架， 当电机开启 时，存车托架 跟 随链条一起做循环运动， 最终 达到存取车的目的。 存车时， 驾驶员将车开至 存车托架准确位置后 下车 ，关好车门退出车库。 工作 人 员按动操作按键， 启动 电机，存车托架随之运动，另 外 一 个 存车托架 准确 转动到进口位置即停， 即 可进行下一个存车 循环 操作。取车时， 只需 按动操作台 相应 存车编号按键， 启动 电机，在可编程序控制器 控制 下使 车辆 按最短路程 运 至出口， 驾驶员 进入存车托架，将车开出， 图 1垂直循环 式 立体 停车库示意图。 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 6 图 1垂直循环式立体停车库 （ 3） 水平循环 式 水平循环 式 停车库是采用 一 套作 水平循环运动的车位系统 机械控制 存取停放车辆 的停车设备 。其工作原理是 利用 在水平面上作循环运动 的存取停放车辆的车位系统 ，将 目标 存取车辆的载车板 运动 到出入口处， 司机 再将汽车存入或取出，图 1水平循环 式 立体 停车 库 示意图。 图 1水平循环式立体停车库 （ 4） 多层循环 式 通过 载车板作上下循环运动， 从 而实现车辆多层存 取的多层循环式停车设备即多层循环式立体停车库。这种机械式停车设备可大大 减少占 地 面积， 极大的 提高存取车自动化程度，图 1 多层 循环式 立体 停车 库 示意图。 图 1多层 循环式立体停车库 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 7 （ 5） 平面移动 式 在同一层 位 上 通过使 用 起重机或搬运台车 平面移动车辆，或 者 使载车板平面横移 来 实现存取车辆， 也可以 用 升降机和搬运台车 配合 ， 实现多层平面移动存取目的 车辆的机械式 立体 停车 设备 即 平面移动 式 停车库，图 1多层平 面移动 式立体 停车库示意图。 图 1多 层平面移动式立体停车库 （ 6） 巷道堆垛 式 巷道堆垛式停车库是 采用以 桥式起重机或巷道堆垛机 将 开进 搬运 机的车辆水平并保持 垂直 的 移动到存车位， 通过 存取 装置 存取车辆的机械式停车设备，图1巷道堆垛 式 立体 停车库示意图。 图 1巷道堆垛式立体停车库 （ 7） 垂直升降 式 垂直升降 式立体 停车库也称 作塔式立体停车库，是通过装载提升机上的横移机构和提升机的 升降 机构将 载车板 连同车辆 横移，实现存取车辆的机械式 立体 停车库。垂直升降 式 停车设备的工作原理是 ： 通过 提升 装置 将车辆 和 载车板升降到兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 8 指定层 面 ，然后用 安装在提升 装置 上的横移机构将车辆 和载车板运至 存车位 ； 同样地 ，通过横移机构将 目标 存车位上的车辆 和 载车板 运至 提升机构，提升机构 下降到车辆出口处，车库门 打开 ，驾驶员将车辆开走，图 1垂直升降 式 立体 停车库 示意图。 图 1垂直升降式立体停车库 （ 8） 简易升降 式 图 1简易升降式立体停车库 兰州大学硕士学位论文 机械 式立体停车库的设计研究 9 把停车位分成上、下两层或两层以上，借助俯仰机构或升降机构将汽车存入或取出的简易停车库叫做简易升降式立体停车库。简易升降式立体停车库一般为准无人方式，是人离开后移动汽车的方式，图 1简 易升降式立体停车库示意图。 内 研究 状况及发展前景 我国于 20 世纪 80 年代初开始研 发 机械式立体 停 车库， 到 90 年代， 获得了突飞猛进的发展。 自 1992 年进口第一座垂直循环式 立体停 车库到 1996 年成立立体停车设备协会，几年时间就完成了从 技术和产品 引进到自主开发、 生产 的过程。近 几年来各种 形式 的车库设备相继出现， 立体停车设备 协会 的 成员己 经 发展到60 多家企业和 科研机构 。目前上海、北京、广州、 深圳、大连、 天津、成都、南京、济南、 沈阳、福州 、兰州 等城市 相继出现了立体 停 车库。 库型 以小型为主，100 个 停 车位以下的占 到 64%， 100车位的占 到 33%， 500 个 停 车位以上的大型车库占 3%， 且 增长的势头 明显 。使用 客户以 商业住宅小区为主，用 作 小区配套 设施 的占 50%，单位 使用 停车库占 30%， 用于 公共停车 的 占 20%。 我国 机械式 立体停车设备的技术主要来 源于 日本。 研制初期基本上 是仿制日本等国的产品， 通过不断地努力研究 ，到目前己经 具有一定的生产规模 。据有关方面 的 统计，目前约有生产企业 超过 100 家，成立了经过 国家认可的立体停车设备制造资质认证中心。产品 中 有很大 一 部分来自 于自主研 发 项目，生产技术水平有了很大提高。 2000 年，徐 格宁、 任少云和王鹰针对垂直升降式立体 车库钢结构的 实际使用可靠性 和 复杂性 要求，通过 C