【正文】 用等一系列現(xiàn)象，也是停車位比實際統(tǒng)計的還要少。 然而，城市停車設施的增長卻長期落后于車輛的增長。 發(fā)展趨勢 隨著當今社會各種高新技術的引入，立體車庫正在向專業(yè)化、復雜化、智能化和高自動化方向發(fā)展 。整個車庫的管理可以納入樓宇自動化系統(tǒng)，聯(lián)入網(wǎng) 絡，形成一個綜合的計算機管理網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，真正實現(xiàn)立 體車庫的無人 管理。本課題以 四層 升降橫移式立體車庫為主要研究對象， 對立體車庫的鋼結構 進行設計及其有限元分析研究。 由于車庫在停放車輛的時候，需要將汽車進 行橫移或升降，汽車的重量本身會對車庫產(chǎn)生一定的作用力，存取車 時的動力四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 4 勢能也會加重這種作用，因此 車庫整體的剛度和強度 要嚴格要求 ， 加強立體 車庫的安全性 。 （ 2） 立體車庫鋼結構設計計算 對兩層升降橫移式立體車庫的主體框架結構設計和 梁與柱的連接進行設計。進 行立柱、橫梁計時，應滿足強度和剛度要求并校核。使用有限元技術對車庫立柱、橫梁進行靜力分析，以獲得車庫主體框架結構在不同載荷工況下的變形位移與應力分布規(guī)律， 并確定最優(yōu)化結構尺寸 。機械式立體車庫屬于機電一體化產(chǎn)品，綜合了機械、電子、計算機、液壓、光學、磁控等領域的先進技術，是一種 技術密集型產(chǎn)品。不同形式的機械式立體車庫由于運行原理差異，其主要區(qū)別在于主體框架、載車板裝置、傳動裝置等，而安全保護裝置、電氣控制與運行原理關聯(lián)不大，因此基本類似。 一層車位只能橫移 ， 中間車位即可橫移又可升降 ， 上層車位只能升降 ， 該類車庫通過各層車位的移動來實現(xiàn)車輛的存取 采用模塊化設計，車位數(shù)從幾個 到上百個均可，可以在地面及地下停車場使用，也可設計成半地下形式 ，使用形式靈活，造價較低，因此這類停車庫比較普遍。這種停車設備的工作原理是電機通過減速機帶動傳動機構 ， 在牽引機構 — 鏈條上 ， 每隔一定距離安裝一個存車托架 ， 當電機啟動時 ,存車托架隨鏈條一起做循環(huán)運動 ,達到存取車的目的。操作員按動操作按鍵 ,電機啟動 ,存車托架隨之運動 ， 另一存車托架轉動到進口位置即停 ， 則可進行下一個存車操作。 (3)水平循環(huán)類 代號 SX 采用一個水 平循環(huán)運動的車位系統(tǒng)存取停放車輛機械式停車設備的存車庫叫水 平循環(huán)類 車庫。 （ 4)多層循環(huán)類 代號 DX 多層循環(huán) 停車庫是采用了通過使載車板作上下循環(huán)運動 ， 而實現(xiàn)車輛多層存放的多層循環(huán)式停車設備 ， 從而實現(xiàn)減少占的面積 ,提高存取車自動化程度的機械式停車庫 。 (6)巷道堆垛類 代號 XD 采 用以巷道堆垛機或橋式起重機將進 搬運器的車輛水平且垂直移動到存車位，并用存取機構存取車輛的機械式停車設備的車庫叫巷道堆垛類停車。 (7)垂直升降類 代號 CS 垂直升降類汽車停車庫也稱為塔式立體停車庫 ， 它是通過提升機的升降和裝載提升機上的橫移機構將車輛或載車板橫移 ，實現(xiàn)存取車輛的機械式停車庫。 吉林建筑大學 7 這 種車庫的高度較高（幾十米 )，對設備的安全性、加工安裝精度等要求都很高，造價較高，但外型美觀大方，可以與建筑物并設，也可單獨設置，與環(huán)境融洽結合，高效利用土地。簡易升降類機械式停車設備一般為準無人方式，即人離開后移動汽車的方式。該類車庫多適用于多用于私人住宅、企事業(yè)單位、地下室等場所，在面積一定時至少增加二倍以上的停車位。在立體停車庫的建設中，往往會遇到因場地狹小無法采用 自走式坡道的情況，為將汽車搬運到不同平層中存取車輛，就需要采用垂直升降的汽車專用升降機。這種汽車專用升降機常用于地下或屋頂或建筑自走式車庫存取汽車的搬 運。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。其結構與運行原理為：各車位由鋼絲繩或鏈條固定在停車托盤的四角于此程序相反，在此不再贅述。 四 層 橫移式 立體車庫 的運行原理： 四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 8 該停車設備的出入口在第一層，最高層的停 車板只可做升降動作，最底層的停車板只可做橫移運動。下上層均設有空位，停車板 是 通過 橫移動作變換空位，降下 空位上方的汽車，取出汽車，最底層汽車無需倒車，便可直接開出。 四層六 列式立體車庫共 21個車位 (有三 個車位空出，以便進行升降與橫移運動 )，可以從底層的五 個車位入庫。該類 型立體庫每層設置五 個車位，車輛入庫的方式變得更加復雜，可以實現(xiàn)多路徑的入庫到位，因此有利于對汽車的入庫和出庫進 行控制優(yōu)化，提高立體車庫存取 車的效率，減少等待時間。 立體車庫的型號及 基本參數(shù) 中華人民共和國機械工業(yè)部 1998年 7月 1日正式實施的 JB/T87131998機械行業(yè)標準中確定了機械停車設備具體表示方法，如圖 圖 吉林建筑大學 9 停車輛的尺寸及質量如下： 對適合于機械式停車設備中停放的車輛，按其尺寸及質量（整車加 50千克物品的質量），分為 X(小 )、 Z(中 )、 D（大）、 T（特大）、 C（超大）五個轎車 組和一個 K(客車 )一個客車組，共六個組，分組范圍見表 1： 組別代號 汽車長 /mm x 車寬 /mm x 車高 /mm 質量 /kg X ≤4400x1750x1450 ≤1300 Z ≤4700x1800x1450 ≤1500 D ≤5000x1850x1550 ≤1700 T ≤5300x1900x1550 ≤2350 C ≤560 0x2050x1550 ≤2550 K ≤5000x1850x2050 ≤1850 表 本設計所設計的車庫停車輛為中型以下轎車，最大停車數(shù)量為 17輛，不能停放客車。 總體 結構尺寸確定 由于車庫容許的車輛為小型、中型小轎車，因此車輛的最大尺寸為長 寬 高為 4700mm 1800mm 1450mm，考慮到車庫存取車方便性和安全性，同時根據(jù)中華人民共和國機械行業(yè)標準《升降橫移類機械式停車設備》，我們選擇一個車位的規(guī)格為 5400mm 2400mm 1700mm， 總規(guī)格為 L W H為 5400 14400 7200mm。 車庫主體結構 確定 立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，本文 研究的四層升降橫移式立體車庫主體框架結構全部為鋼 結構 。 機械式立體車庫的主體框架主要采用各種型材焊接加工成型作為承重結構。 吉林建筑大學 11 第三章 立體車庫結構設計 結構設計概述 結構設計的重要性 升降橫移式立體停車庫的結構設計在整個車庫中非常重要，主框架部分、載車板部分和傳動系統(tǒng)是升降橫移式立體停車庫的主要組成部分，主框架部分承擔著整個升降橫移式立體停車庫的總量，它是傳動設計和控制系統(tǒng)設計的平臺，而且它的輕重、穩(wěn)定性和可靠性以及載車板部分還影響著整個立體停車庫的重量、材料和成本的多少以及安全性，傳動系統(tǒng)的性能決定著升降橫移式立體停車庫運行的好壞 ,所以如何設計主框架部分成為影響整個立體停車庫 的關鍵因素。進行軸心受力桿件設計時，軸心受拉構件應滿足強度和剛度要求，軸心受壓構件除應滿足強度、剛度要求外，還應滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求。由于 車庫系統(tǒng)對于系統(tǒng)的安全要求特別高，所以還應對其整體穩(wěn)定進行計算 。 在對立體車庫鋼結構 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， 正確分析各梁的約束和受力的基礎上，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注。立柱主要承受壓力和其他因素造成的扭矩，即壓應力和部分剪應力：前后兩個面地縱梁主要承受拉伸和彎矩造成的拉應力和彎曲應力；側面的橫梁承受較小的拉應力和剪應力。 四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 12 圖 立體車庫簡圖 設計時采用 Q235 碳素鋼，其屈服極限為 235MPa，抗拉強度為 375500MPa。 本車庫所限車位為小型 和 中型 ，最大容車重為 1500kg，載車板重約 500kg，所以每個車位最大重量為 1500+500=2020kg。按載荷作用的基本情況，在進行立體車庫 鋼結構骨架分析考慮空載、對稱載荷、非對稱載荷和最大偏載四種工況 ?？v梁材料選取 H 型鋼，材料為 Q235 碳素鋼。如圖 所示，簡支梁 AB受力如圖。 力 可視 為均布載荷。則 均布載荷 四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 14 AB 段導軌支撐梁為簡支梁， 因此縱梁所承受的最大彎矩為： 2 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： 式中： —— 截面塑性 發(fā)展系數(shù)， H型鋼 ； —— 鋼材的強度設計值 ， 。 單位長度梁的自重設計值 ， 恒載分項系數(shù) 梁自重引起的跨中最大彎矩為： 梁跨中總的最大彎矩為： 吉林建筑大學 15 最大應力為： 因此滿足條件。 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 ，在進行剛度驗算。 立柱的設計與校核 一、材料和截面形式確定 四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 16 本設計中， 立 柱 主要 承受的 靜 載荷 ，工作溫度為常溫，柱與其它構件之間的連 接是通過焊接和螺栓連接的。 圖 簡圖 及受力圖 簡圖 立 柱的截面形式要根據(jù)柱的受力大小和特點而確定。 選擇柱的截面形式為 H 型截面。由于梁的跨度 都相同 ， 前后 立柱受力 也相 同，因此 對右 端 兩個 立柱進行計算，如果其滿足條件，則其它立柱也 滿足 剛度、穩(wěn)定性要求。 第一根柱 第二根柱 顯然另一側受力對稱，其承受的壓力設計值為： 吉林建筑大學 17 考慮到屋架結構和其它構件的重量，還有風載、雪載、地震等不確定載荷的影響，為了保證設計的安全性，取柱的壓力設計值為 。 先假定長細比 。 柱所需的截面面積為： 鋼材的強度設計值 軸心受壓件計算載荷 截面穩(wěn)定系數(shù) 所需回轉半徑： 查型鋼表，選擇柱的型號為 HW200 200，從附表 5中查得截面特性為： ， ， ， ， 3 驗算 立柱的整體穩(wěn)定和剛度 計算長細比： 四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 18 由附表 41和 42得： 比較這兩個值后取 ： 。 顯然，截面符合對柱的整體穩(wěn)定和容許長細比的要求。 橫梁設計 與校核 一、材料和截面形式確定 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?？紤]選材的統(tǒng)一和制造加工的方便性，選用熱軋 H型鋼，材料為 Q235 鋼。 已知 ，取兩受力點間距為小車車輪距離， 即 ， 則兩跨中最大彎矩設計值（未考慮梁的自重）： 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 HW150 150，查表得其截面特性為： H ， ， ， ， ， ， 四層升降橫移式立體車庫鋼結構設計及有限元分析 20 四、截面驗算 1 先驗算梁的強度： 查表得： H 型鋼截面塑性發(fā)展系數(shù) 。 ⑵ 虛軸方向強度驗算： 因此，也滿足條件。 吉林建筑大學 21 按 a類截面查附表 4 1 得： 查機械設計手冊得： 滿足條件。 托架縱梁只承受拉力 以及很小的彎矩，考慮到托架的連接、導輪的安裝， 與其導軌支持梁比較，選取 其材料和截面形式 HN 150 75，其進行強度 與導軌支持梁 比較要求小， 因此其強度滿足 要求 。 焊 接 與螺栓 連接要求 一 .焊縫 要求： （ 1） 焊縫金屬宜于基本金屬相適應，當不同強度的鋼材連接時，可采用與低強度鋼材相適應的焊接材料。 （ 3） 對接焊縫的坡口形式，應根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標準 《手工電弧焊焊接接頭的基本形式與尺寸》和《埋弧焊焊接接頭的基本形式與尺寸》的要求選用。在承受 動力載荷的結構中，垂直于受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫。焊腳尺寸的比例：對正面腳焊縫宜為 1： ； 對側面腳焊縫應為 1： 1。高強度螺栓連接按其受力 的性能可分為：摩擦型和承壓型。摩擦阻力的大小決定于作用在構件摩擦面上的壓力 (螺栓的預緊力 )，同時也與被連接構件的材料及表面處理情況有關。對于同時承受剪力和螺栓桿軸方向拉力的承壓型高強度螺栓 橫梁與柱的連接設計 連接形式設計 橫梁與柱的連接形式如圖所示。 由于立柱為 H型鋼，型號為 HW200 200， ， ，橫梁為 HW150 150， 。橫梁、立柱以及搭接板的材料均為 Q235 鋼。搭接板 1與搭接板2之間采用 級 的 M16 高強度螺栓連接，此處采用單剪連接，構件所在連接處接觸面的處理方法為鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面