三、升降横移式立体车库设计
3.1升降横移式立体车库的基本结构
3.1.1升降横移式立体车库简介
1、立体车库的工作原理
升降横移式立体车库以钢结构框架为主题，采用电机驱动链条带动载车板做升降横移运动，实现存取车辆。其工作原理为：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。停泊在车库内地面层的车辆：只作横移，不必升降；而停泊在顶层的车辆：只作升降，不作横移；中间层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆。
四层升降横移式的运行原理：
该停车设备的出入口在第一层，最高层的停车板只可做升降动作，最底层的停车板只可做横移运动。中间两层停车既可作升降动作又可做横移动作。下上层均设有空位，停车板通过横移动作变换空位，降下空位上方的汽车，取出汽车，最底层汽车无需倒车，便可直接开出。
升降横移式立体车库主要有以下几个部分组成： ①结构框架
立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选用钢架结构。
②上载车板及其提升系统
每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链条或钢丝绳的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。
③下载车板及其横移系统
由于下载车板不需悬挂链条或钢丝绳，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 ④安全装置
上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。 ⑤控制系统
升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，主要有手动、
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自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态，
手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异常的紧急场合。此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。
对适合于机械式停车设备中停放的车辆，按其尺寸及质量（整车加50千克物品的质量），分组范围见表1。 组别代号 汽车长/mm x车宽/mm x车高/mm 质量/kg X ≤4400x1750x1450 ≤1300 Z ≤4700x1800x1450 ≤1500 D ≤5000x1850x1550 ≤1700 T ≤5300x1900x1550 ≤2350 C ≤5600x2050x1550 ≤2550 K ≤5000x1850x2050 ≤1850 表1. 适停车辆尺寸及质量 本设计所设计的车库适停车辆为大型以下轿车，最大停车数量为13辆，不能停放客车,故该车库的型号标记为：PSH13D/7K （JB/T8910-1999-3.3.1） 适停车辆尺寸及质量见表2。 组别代号 汽车长/mm x车宽/mm x车高/mm 质量/kg X ≤4400x1750x1450 ≤1300 Z ≤4700x1800x1450 ≤1500 D ≤5000x1850x1550 ≤1700 K ≤5000x1850x2050 ≤1850 表2.本设计适停车辆尺寸及质量 单车最大进（出）时间:
本设计所取的单车最大进出时间为：35～120s。
3.1.2 立体车库钢结构设计
在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构，有两部分：主体框架部分和载车板部分。主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢、方管等数种型钢形式，就其连接形式而言比较单一，即焊接和螺栓连接两种形式。载车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩管对焊而成，其它辅助结构则以角焊代之。焊接和螺栓连接是车库钢结构部分的两种主要的连接方式，其连接方式的质量优劣将直接影响车库整体结构性能的优良与否，所以在车库的设计和建造中具有很重要的位置。立体车库在连接过程中主要运用对焊、角焊和螺栓连接。钢架主要分为上、下框架，通过它可以安装消防、排水设施以及作为钢丝绳和链的支撑部件。主要由立柱、上边架、下边架以及轨道支架组成。
各钢板采用高强度螺栓联结。高强度螺栓连接中，构件内力是靠构件钢板表面间由高强度螺栓以巨大的夹紧压力所产生的摩擦力来传递的，故高强度螺栓连接的承载能力是以抗滑强度——被连接钢板发生相对滑动的载荷来表示，而不考虑螺栓的受剪。抗滑强度又取决于高强度的预紧拉力、钢板表面的摩擦系数、摩擦面及高强螺栓数量。高强度螺栓由高强螺栓、高强螺母各一个，以及高强垫圈个两个组成。 一、焊缝连接要求(JB/T8910-1999-4.3)
1.焊缝金属宜于基本金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。
2.在设计中，不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时
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焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心。
3.对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》和《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》的要求选用。
4.在对接焊缝的拼接处，当焊接的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向，从一侧或两侧做成坡度不大于1/4的斜角，当厚度不同时，焊缝坡口形式应根据较薄焊件厚度选定基本形式与尺寸。
5.当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其有效厚度
he不得小于1.5t，t为坡口所在焊件的较大厚度。在承受动力载荷的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。
6.角焊缝两焊脚边的夹角a一般为90度(直角角焊缝)。夹角a>120度或a<60度的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝(钢管结构除外)。 7.角焊缝的尺寸应符合下列要求：
（1）角焊缝的焊角尺寸h不得小于1.5t，t为较厚焊件厚度。但对自动焊，最小焊角尺寸可减小1mm;对于T形连接的单面角焊缝，应增加1mm。当焊件厚度等于或小于4mm时，则最小焊角尺寸应与焊件尺寸相同。
（2）角焊缝的焊角尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍(钢管结构除外)。但板件
(厚度为t)边缘的角焊缝最大焊角尺寸，当t?6mm时，hf?t;当t>6mm时，
hf?t?(1~2)mm。圆孔或槽孔内的焊缝焊角尺寸不宜大于圆孔直径或槽
孔短径的1/3。
（3）角焊缝的两焊角尺寸一般为相等，当焊件的厚度相差较大，且焊脚尺寸不
能符合上列要求时，可采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边以及与较厚焊件接触的焊脚边应分别符合上列要求。 （4）侧面脚焊缝或正面脚焊缝的计算长度不得小于8hf和4mm。
（5）侧面脚焊缝的计算长度不宜大于60h(承受静力荷载或间接承受动力载荷时)
或40h(承受动力载荷时);当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面焊缝全长分布时，其计算长度不受此限。
8.在直接承受动力载荷的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚
尺寸的比例：对正面脚焊缝宜为1：1.5(长边顺应力方向);对侧面脚焊缝应为
1：1。
9.在次要构件或次要焊件连接中，可采用断续焊接。断续焊接之间的净距，不应
大于巧t(对受压焊件)或30t(对受拉构件)，t为较薄焊件厚度。 10.当角焊缝的端部在构件转角处作长度为
2hf的绕脚焊时，转角处必须连续施焊。
二、螺栓连接要求 (GB/T3811)
在立体车库的钢结构中，主立柱与横移框架连接是整体结构中的主连接，高强度螺栓连接则是主连接中常用的连接形式。高强度螺栓连接按其受力的性能可分为：摩擦型和承压型。
摩擦型高强度螺栓连接——摩擦型高强度螺栓连接完全依靠被连接的构件间的摩擦阻力来传力，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。摩擦阻力的大小决定于作用在构件摩擦
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面上的压力(螺栓的预紧力)，同时也与被连接构件的材料及表面处理情况有关。施工时不得在摩擦面上误涂丹红、油漆、淋雨、受潮等。
承压型高强度螺栓连接—靠孔壁承压和栓杆受剪，与普通的螺栓相似，其连接多为螺纹连接和绞制孔用螺栓连接。对于同时承受剪力和螺栓杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓，应符合下式要求：
?NV??Nb?V??Nt?????Nb??t2????2NchN??1，其中V1.2
式中
Nv，
Nt——每个承受型高强度螺栓所受的剪力和拉力；
bbbN,N,Nvtc ——每个承压型高强度螺栓的受剪、受拉、承压承载力设计值。
立体车库钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，结构架上各停车位的车辆及载车板重力，提升系统起制动所产生的惯性力，驱动装置的重力，顶部梁架受滑轮组、轿箱和配重的重力，整体结构所受的风力、地震载荷以及结构由于外界环境温度变化而引起的温度应力等，它们均以集中或分布方式作用。
由于该立体车库为四层四列式，属于低层钢结构建筑。因此，我们对该车库模型进行受力分析时作如下假设：
1、车库单独建立，不与其它建筑物相连接，属于最常见状况; 2、不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力; 3、整体结构无初始变形和缺陷;
4、在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。 三、立体车库钢结构分析校核 (GB/T3811)
在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。进行轴心受力构件设计时，轴心受拉构件应满足强度和刚度要求，轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。
在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二者的计算。由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进行计算，此外，梁的接点处均应采取构造措施，以防止其端截面发生扭转。在进行梁的截面设计时，考虑强度，腹板宜既高又薄，考虑整体稳定，翼缘宜既宽又薄，所以在荷载作用下，受压翼缘与腹板有可能发生波形屈曲，即梁发生局部失稳。发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面积减小，强度承载力和整体稳定性降低，这时可以采取增大板厚度或设置加强肋等措施。对于压变构件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。
对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。在对立体车库钢结构骨架的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，在正确分析各梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄弱处所在，然后在整体分析之中给予特别关注。
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图3.1.1 立体车库简化模型
立体车库钢结构骨架由立柱、横梁、纵梁和支承动力及附属装置的上、下支承梁等组成，其立柱通过螺栓与基础相连，其余钢梁靠焊接或者螺栓相互连接。立柱主要承受压力和其他因素造成的扭矩，即压应力和部分剪应力；前后两个面的纵梁主要承受拉伸和弯矩造成的拉应力和弯曲应力;侧面的横梁承受较小的拉应力和剪应力。为了减小振动和提高稳定性，各部分都必须保证足够的强度和刚度，立体车库的简化模型如上图3.1.1。
机械传动系统安装在钢结构骨架上，由传动部件和张紧装置组成。停车托架与传动链条相连，驱动装置和机械传动系统驱动托架循环运行，实现车辆的存取和停放。
设计时采用Q235碳素钢，其屈服极限为235Mpa，抗拉强度为375-500Mpa。整体车库钢结构许用位移为10mm。
本车库所限车型为大型车，最大容车重为2000kg，载车板重约700kg，所以每个车位所承受的最大重量为2000+700=2700kg，在每个载车板上模拟汽车前后车轮位置，按照额定载荷6：4的比例均匀放置集中载荷。 1、支撑柱受力分析
钢结构的支撑柱是由前面有五根方管立柱均匀分布，后面有五根H型钢立柱均匀分布。由于每一个立柱承受的力都是均布载荷，所以可以简化为一个集中载荷附加一个弯矩。在各种受力的工况中，立柱均为受力杆，在竖直方向上，车库骨架承受的力作用到地基，不足以引起立柱的压溃变形，所以可以暂时忽略不计，主要分析在两个弯矩作用下立柱的最大偏移位移量。立柱的弯矩Me1与Me2由作用的均布载荷决定，因此支撑住的最大偏移发生在最大受力状态下，即为车库满载时。
前立柱为五根，后立柱为五根，当车库空载时，
31P前总??7000?13?N?68250N22
每一根前立柱所受载荷
P前总
总大于后立柱所受载荷
P后总，因此我们重点分析前支撑
住受力情况。图3.1.2所示为前立柱的力学结构简图。
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