【導(dǎo)讀】立體車庫是專門實現(xiàn)各種車輛的自動停放及科學寄存的倉儲設(shè)施。隨著城市汽車保有量的不斷增加，停車難問題己經(jīng)成為大中型城市的一個普遍現(xiàn)象。機械式立體車庫可充分利用上地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合考慮立體車庫制造成本和運行效率的雙重因素。本文在對國內(nèi)外車庫現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇四層七列式車庫結(jié)構(gòu)為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫結(jié)構(gòu)部分、傳動機構(gòu)部分和控制系統(tǒng)部分。為了使停車設(shè)備滿足使用要求，根據(jù)國家關(guān)于機械式停車設(shè)備通用安全要求的標準、升降橫移式立體車庫的實際，在升降橫移式立體車庫中使用了一些必要的安全技術(shù)，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩(wěn)的運行。

　　

【正文】 ，軸心受壓構(gòu)件除應(yīng)滿足強度、剛度要求外，還應(yīng)滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。在梁的設(shè)計中，梁的剛度和強度對截面設(shè)計起控制作用，因此應(yīng)先進行這二者的計算。由于車庫系統(tǒng)對于系統(tǒng)的安全要求特別高，所以還應(yīng)對其整體穩(wěn)定進行計算，此外，梁的接點處均應(yīng)采取構(gòu)造措施，以防止其端截面發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在進行梁的截面設(shè)計時，考慮強度，腹板宜既高又?。嚎紤]整體穩(wěn)定，翼緣宜既寬又薄，所以在荷載作用下，受壓翼緣與腹板有可能發(fā)生波形屈曲，即梁發(fā)生局部失穩(wěn)。發(fā)生局部失穩(wěn)后，梁的部分區(qū)域推出工作，將使梁的有效面積減小，強度承載力和整體穩(wěn)定性降低，這時可以采取增大板厚度或設(shè)置加強肋等措施。對于壓彎件，需要進行強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的計算；對于拉彎構(gòu)件，一般只需要進行強度和剛度計算。在對立體車庫鋼結(jié)構(gòu)骨架的分析中，我們先從單根梁的受力進行分析，適當簡化力學模型，在正確分析各梁的約束和受力的基礎(chǔ)上，先對各梁和立柱的剛度和強度進行分析，找出系統(tǒng)薄弱處所在，然后再整體分析之中給予特變關(guān)注。立體車庫鋼結(jié)構(gòu)骨架由立柱、橫梁、縱梁和支承動力及附屬裝置的上、下支承梁等組成，其立柱通過螺栓與基礎(chǔ)相連，其余鋼梁靠焊接或者螺栓相互連接。立柱主要承受壓力和其他因素造成的扭矩，即壓應(yīng)力和部分剪應(yīng)力：前后兩個面地縱梁主要承受拉伸和彎矩造成的拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力；側(cè)面的橫梁承受較小的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。為了減小振動和提高穩(wěn)定性，各部分必須保證足夠的強度和剛度。機械傳動系統(tǒng)安裝在鋼結(jié)構(gòu)骨架上，由傳動部件和張緊裝置組成。停車托架與傳動鏈條相連，驅(qū)動裝置和機械傳動系統(tǒng)驅(qū)動托架循環(huán)運行，實現(xiàn)車輛的存取和停放。設(shè)計時采用Q235碳素鋼，其屈服極限為235MPa，抗拉強度為375500MPa。整體車庫鋼結(jié)構(gòu)許用位移為10mm。本車庫所限車位為小型、中型和大型小轎車，最大容車重為2200kg，載車板重約450kg，所以每個車位最大重量為2200+450=2650kg。由于停車的隨機性，載荷作用也就不同。按載荷作用的基本情況，在進行立體車庫鋼結(jié)構(gòu)骨架分析考慮空載、對稱載荷、非對稱載荷和最大偏載四種工況： 立體車庫鋼結(jié)構(gòu)分析設(shè)計與校核 導(dǎo)軌支撐梁的設(shè)計與校核一、材料和截面形式確定在立體車庫設(shè)計中，梁的主要作用是保持整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承擔所停車輛與其它構(gòu)件自重對梁產(chǎn)生的彎矩和剪力。梁的截面可分為實腹式和格構(gòu)式兩大類。型鋼有分為熱軋鋼和冷軋鋼，熱軋鋼通常用得為普通工字鋼、H型鋼或槽鋼，對于承受載荷較小和跨度不大的梁可選用帶有卷邊的冷成型薄壁槽鋼?？v梁材料選取H型鋼，材料為Q235碳素鋼。二、導(dǎo)軌支撐梁的計算1 載荷及內(nèi)力計算由于前后導(dǎo)軌支撐梁承受作用力相同，故我們重點分析右端跨度較大前導(dǎo)軌支撐梁，如果前梁在允許范圍內(nèi)，則后梁也必然符合設(shè)計要求。，簡支梁AB受力如圖。 縱梁受力與彎矩簡圖已知A、B兩點為全約束，lAB=，E=210GPa。由于力是通過導(dǎo)軌作用在支撐梁上的，可視為均布載荷。考慮到一個車位空出，兩個車位滿載，托架、電動機等重量后：m單=m車?k=2200=3080kgG=m?g=308010=104N由于車輛在上升和下降的時候速度比較小，所以在梁的載荷計算式，只作恒載計算，不考慮動載的影響，取恒載分項系數(shù)γG=。則P=γG?G=104=104N均布載荷q=123PlAB=123=7115Nm梁所承受的彎矩為：Mx=ql2126ωRε1因此縱梁所承受的最大彎矩為：Mmax=qlAB28=7115=104N?m2 初選截面由于縱梁選用熱軋H型鋼，梁所需的凈截面模量為：Wnx=Mmaxγx?f=215=105mm3式中：γx——屬性發(fā)展系數(shù)，H型鋼γx=；f——鋼材的強度設(shè)計值，Nmm2。查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》，選用H型鋼型號為HM200150，其截面特性為：Ix=2740cm4，Wx=283cm3，ix=，A=，ρ=HBt1t2=194150693 截面驗算：⑴強度驗算：單位長度梁的自重標準值qk=kρg=10=、螺栓等附加構(gòu)件的重量后梁的自重增加系數(shù)。單位長度梁的自重設(shè)計值ql=qk?γG==梁自重引起的跨中最大彎矩為：Mmax‘=18qllAB2=18=3417Nm因此，梁跨中總的最大彎矩為：M總max=Mmax+Mmax‘=+=最大應(yīng)力為：σmax=MmaxWx?γG=106283103=f=215Nmm2因此滿足條件。⑵剛度驗算：載荷產(chǎn)生的跨中最大撓度（考慮梁的自重）：f=5384?qlAB4EIx=5384103105107=兩跨中最大容許撓度為：f=lAB500=103500=顯然，梁的剛度不滿足條件。為了保證梁的剛度滿足條件，在梁的中間增加斜支撐，此時取梁的跨中自由度為原來的一半，即lAB39。=12lAB，在進行剛度驗算。a′f=5384?qlAB39。4EIx=5384103103/105107=滿足條件。 立柱的設(shè)計與校核一、材料和截面形式確定選擇材料的基本原則是既保證安全可靠，又幾經(jīng)合理。鋼材的質(zhì)量等級愈高，及價格也愈高。因此根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點，；來選擇適宜的鋼材。本設(shè)計中，柱直接承受的動載荷較小，工作溫度為常溫，柱與其它構(gòu)件之間的連接是通過焊接和螺栓連接的。因此對鋼材的要求不是很高，選擇Q235鋼可滿足條件。柱的截面形式要根據(jù)柱的受力大小和特點而確定。柱承受的主要載荷是軸心壓力，還有少量的彎矩載荷，因此對柱的截面形式選擇可按照軸心受力構(gòu)件的截面形式進行選擇。軸心受力構(gòu)件的截面形式主要有以下四種：①熱軋型鋼截面；②冷彎薄壁型鋼截面；③實腹式組合截面；④格構(gòu)式組合截面。從不同構(gòu)件截面的承載力、整體剛度的穩(wěn)定性、制造的簡便性和便于與其它構(gòu)件的連接等方面綜合考慮，選擇柱的截面形式為H型截面。二、柱的計算立柱為等截面立柱，受壓靜力。由于梁的跨度不同，導(dǎo)致立柱受力不同，因此此處選擇受力最大的立柱進行計算，如果其滿足條件，則其它立柱也剛度、穩(wěn)定性要求。1 載荷計算：已知單位長度梁的自重設(shè)計值ql=； ll為一個車位的寬；有一列不停車。第一根柱P1=2P4+llql=1237+=第二根柱P2=22P4+=37+=顯然另一側(cè)受力對稱，受力最大的是第二根與第三根立柱，其承受的壓力設(shè)計值為：N=3Pmax=3P3=3=考慮到屋架結(jié)構(gòu)和其它構(gòu)件的重量，還有風載、雪載、地震等不確定載荷的影響，為了保證設(shè)計的安全性，取柱的壓力設(shè)計值為N39。=180kN。2 初選截面已知立柱長度l=，柱的受力簡圖如下圖所示。 立柱受垂直力簡圖查表得：柱的實軸為a類截面，虛軸為b類截面。先假定長細比λ=90。由《鋼結(jié)構(gòu)》附表171和172查得繞截面強軸和弱軸的截面穩(wěn)定系數(shù)φx==。柱所需的截面面積為：A=N’φyf=180215=所需回轉(zhuǎn)半徑：ix=lxλx=770090=iy=lyλy=395090=查型鋼表，選擇柱的型號為HW200200，從附表5中查得截面特性為：A=，Ix=4770cm4，ix=，Iy=1600cm4，iy=3 驗算立柱的整體穩(wěn)定和剛度計算長細比：λx==，λy==由附表171和172得：φx=，φy=比較這兩個值后?。害誱in=。柱的自重設(shè)計值w=2ρglγGa=2=式中：ρ——立柱的線密度；a——考慮焊材、柱頭和助教等鋼材的重量后立柱自重增加系數(shù)。N’+wφA=180+6428=f=215Nmm2顯然，截面符合對柱的整體穩(wěn)定和容許長細比的要求。因為軋制型鋼和腹板一般都較厚，都能滿足局部穩(wěn)定要求。 托架橫梁設(shè)計與校核一、材料和截面形式確定通過受力分析，托架橫梁的受力特點是在承吊車輛時，梁承受著垂直向下的載荷，從而對梁產(chǎn)生彎矩和剪力，同時在車輛處于上升和弦掛兩種狀態(tài)時，由于鏈條長期受拉力作用，反過來對梁產(chǎn)生軸向壓力。即托架橫梁同時承受著彎矩和軸向壓力，屬于壓彎構(gòu)件?？紤]選材的統(tǒng)一和制造加工的方便性，選用熱軋中翼H型鋼，材料為Q235鋼。二、載荷計算P=14G車+G載車板=14+10=載荷設(shè)計值F=γGP==梁上軸向壓力設(shè)計值N=KγGP==式中：K——鏈條長期受拉力作用產(chǎn)生軸向力系數(shù)值經(jīng)分析產(chǎn)生最大彎矩位置為受力處。已知lAB=，取兩受力點間距為小車車輪距離，即l車輪=，則兩跨中最大彎矩設(shè)計值（未考慮梁的自重）：Mmax=PlABl車輪2==?m三、初選截面根據(jù)經(jīng)驗，還有參照實物，此處選擇梁型號為HW150150，查表得其截面特性為：HBt1t2=150150710A=，Wx=221cm3，Wy=，ρ=Ix=1660cm4，Iy=564cm4，ix=，iy=四、截面驗算1 先驗算梁的強度：Mmax39。=Mmax+=+102=?m查表得：H型鋼截面塑性發(fā)展系數(shù)γx=，γy=。⑴實軸方向強度驗算：NA+Mmax39。γxWx=1034055+105=f=215N/mm2因此，滿足條件。⑵虛軸方向強度驗算：NAMmax39。γxWx=105=f=215N/mm2因此，也滿足條件。2 整體穩(wěn)定性計算由《鋼結(jié)構(gòu)使用設(shè)計手冊》中關(guān)于實腹式單向壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性計算公式為：NφxA+39。≤f式中：N——所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力； Mmax——所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩； NEX39?！獨W拉臨界應(yīng)力，NEX39。=； φx——彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)； γx——與W相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，按表525取用； βmx——計算彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定性時的等效彎矩系數(shù)。λx=lxix==100按a類截面查附表171得：φx=NEX39。==π21051002=查機械設(shè)計手冊得：βmx=NφxA+βmxMmax39。39。=4055+=f=215Nmm2滿足條件。 托架縱梁設(shè)計與校核托架縱梁在結(jié)構(gòu)中的作用是連接和固定托架橫梁，保證整個托架的整體性和必要的剛度和強度。托架縱梁只承受拉力以及很小的彎矩，考慮到托架的連接、導(dǎo)輪的安裝，其材料和截面形式為，不必對其進行強度校核，因此其強度滿足。 安全防護機構(gòu)的設(shè)計車庫的安全防護措施非常重要，在眾多的車庫中車輛的高價性與車庫自身的價值相差很大，并與客戶對車庫的信任度有著密切的聯(lián)系。對于升降橫移式立體車庫，它的安全防護措施要做到以下幾點，并配備有相應(yīng)的防護裝置。：在車庫中安裝有溫煙傳感器，可對車庫的火情實行實時監(jiān)控，并把監(jiān)控信號傳給中央控制系統(tǒng)。2急停措施：在發(fā)生異常情況時能使停車設(shè)備立即停止運轉(zhuǎn)，在操作盒上安裝有緊急停止開關(guān)，并設(shè)為紅色，以示醒目。：在很多情況下停車時，司機必須要把車停在載車板合適的位置上，一般在載車板的后端一側(cè)安裝上一高25mm以上的阻車擋鐵。防止超限運行裝置：停車設(shè)備在升降過程中，在定位開關(guān)上方裝有限位開關(guān)，當定位開關(guān)出現(xiàn)故障時，由限位開關(guān)使設(shè)備停止工作，起超程保護作用。：設(shè)備運行時，必須裝有防止人車誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測到在車庫運作時，有人或其它物體進入車庫，系統(tǒng)就會使這個車庫停止運作。：當載車板升至定位點后，需設(shè)置防墜裝置，以防止載車板因故突然落下，傷害人車，一般防墜裝置采用掛鉤形式。掛鉤防墜方式為電磁鐵驅(qū)動。載車板的防墜落裝置是立體車庫中的一個關(guān)鍵部件，在泊車安全方面起著決定性的作用。防墜落裝置中解鎖動作由電磁鐵完成。解鎖動作要求，當電磁鐵通電時以推桿觸動安全鉤解鎖。當電磁鐵斷電時推桿自動縮回。第4章 連接設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu)的連接種類和特點 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法由焊接、普通螺栓連接、高強度連接和鉚接。 焊接連接的特點焊接對集合形體適應(yīng)性強，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動化，功效高不需打孔，氣密性、水密性好，結(jié)構(gòu)剛度較大，整體性較好。但是焊接對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴格，質(zhì)量檢驗工作量大。焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展。 螺栓連接的特點螺栓連接施工簡單，裝拆方便，對安裝工的要求高，摩擦型高強度螺栓連接動力性能好，耐疲勞，易阻止裂紋擴展。但是螺栓連接肥料、開孔截面削弱，螺栓孔加工精度要求高。 鉚釘連接的特點鉚接連接工藝設(shè)備簡單、抗振、耐沖擊、傳力均勻和牢固可靠等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)一般較為笨重，被連接件（或被鉚接）上由于制有釘孔，使強度受到較大的削弱，鉚接時一般噪聲很大，影響工人健康。 縱梁與柱的連接設(shè)計 搭接板與柱的焊接連接設(shè)計(1)設(shè)計條件搭接板與柱的材料均為Q235鋼，焊條型號為E43XX型，采用角焊縫手工焊接，焊縫質(zhì)量為三級。F=P3=，e=120mm，t=10mm，b=220mm，h=250mm(2)連接計算連接采用全角施焊的角焊縫鏈接，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒有起弧和落弧引起的缺陷。查表得E43XX型焊條的手工焊焊接厚度小于16mm的Q235鋼，焊角焊縫為角焊縫時，抗拉、抗壓、抗剪強度設(shè)計值均為ffw=160Nmm2。角焊縫的焊角尺寸hf角焊縫的最小焊角尺寸hf min==10=式中：t2——較厚焊件的厚度；角焊縫的最大焊角尺寸：hf max==7=式中：—較薄焊件的板厚選擇焊角尺寸應(yīng)符合hf minhfhf max，取hf=6mm。角焊縫有效厚度對直角角焊縫(3)焊縫截面特性豎向焊縫的計算面積為 焊縫對軸的慣性矩 焊縫最外緣的截面模量 豎向焊縫兩端點處的截面模量 ⑷正應(yīng)力：假設(shè)彎矩M由全部焊縫計算截面承受，引起的水平方向應(yīng)力按三角形分布，其應(yīng)力應(yīng)滿