机械毕业设计（论文）-PSH16D型立体停车库总体方案及结构设计【全套图纸】 .pdf

重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 编号 毕业设计（论文） 题目 psh16d 型立体停车库总体方案 及结构设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 学号 10904020127 指导教师 职称 时 间 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 目录目录 摘要 i abstract ii 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 本课题研究的背景和意义 . 1 1.2 立体车库发展趋势 . 3 1.3 机械式立体停车库的概述 . 4 1.4 机械式立体停车库的分类 . 5 1.5 升降横移式立体车库简介 . 6 第 2 章 立体停车库的结构 8 2.1 钢结构的分析 . 8 2.2 钢结构的特点及应用 . 8 2.3 焊缝的要求 . 10 2.4 螺栓连接要求 . 12 2.5 主框架形式 . 13 2.6 本课题设计的基本参数 . 13 第 3 章 主要受力梁、柱的计算 . 14 3.1 梁的设计与校核 . 14 3.2 立柱的设计与校核 . 21 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 第 4 章 整体框架各部位的连接 . 25 4.1 概述 . 25 4.2 柱脚的设计 . 25 4.3 主体框架关键连接部位螺栓设计计算 . 26 4.4 侧梁与立柱之间的连接 . 27 4.5 顶棚的固定 . 27 结 论 . 28 致 谢 . 29 参考文献 . 30 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 i 摘要摘要 随着我国近几年来经济的快速发展，人均收入以及生活水平讯速提高，私家车逐 渐进入了许多家庭之中。但是随之而来的问题则是，由于许多已建成的小区并没有留 出足够的停车空间，导致停车位的数量远远不能解决私家车停车的问题。立体停车库 能以其占用土地少，效率高，节能好的优点，成为了我国目前解决停车难问题的重要 手段之一。立体停车库中，升降横移式立体停车库应用最广。 本文结合实际情况，对 psh16d 型机械立体停车库的结构进行设计。其中包括对 结构图各部位进行应力分析，为个部件选择满足要求的材料，对结构图各构件选择合 适的连接方式以及绘制 psh16d 型机械立体停车库的结构图。 关键词：关键词：机械式立体停车库 psh16d 升降横移式立体停车库 结构设计 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 ii abstract with the rapid development of economy of china in recent years, per capita income and rapidly rising living standards, private cars gradually into many families. the problem is, as many have built small and not enough parking space, resulting in the number of parking spaces can not solve the car parking problems. stereo garage to occupy less land, high efficiency, energy- saving advantages of good, china has become a solution to the parking problem is one of the important means. a three- dimensional garage, up- down and translation stereo garage is the most widely used. in this paper, combined with the actual situation, carries on the design to the psh16d type mechanical parking structure. including: stress analysis to various parts of the structure chart, choose to meet the requirements of the material as a component of each part of the structure, selection of welding the right way and structure diagram of psh16d mechanical stereo parking garage. keywords: mechanical cubic car- base park； psh16d the up- down and translation cubic car- base park； physical design 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 1 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 本课题研究的背景和意义 1.1.1 本课题研究的背景本课题研究的背景 随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中， 城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间 的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志， 城市中心商住区高楼大厦林立；社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织 出城市立体交通网；汽车的住宅停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车， 由简单的机械停车设备向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变 2 ， 成为具有较 强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态 交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高， 给停车产业提供了前所未有 发展机遇，停车产业市场前景广阔 4 。 立体停车起源于 20 世纪 20 年代的美国，是为了解决大城市内停车难的问题。目 前，土地资源紧张是大城市的现状，在亚洲各国表现尤其突出，因此，它的应用在亚 洲各国比较广泛，目前统计表明，立体车库在日本、韩国、中国等地应用很多。 在 欧洲，德国、意大利等国家从事停车设备的开发和生产比较早。比较有名的公司有: 意大利的 sotefin、inteark、德国 palis 等。由于欧洲国家的土地资源比较富有，停车 问题不是很突出。停车设备的生产量不是很大，停车设备多数采用巷道堆跺式产品， 立体车库的主要优势式在巷道堆跺式立体车库上。 在亚洲，停车设备技术起源于日 本，日本从 20 世纪 60 年代就开始从事立体车库的研究，目前全日本己经投入使用的 立体车位超过 30 万个。 目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液 压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新 材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选 用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次 成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序 控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音 也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、ic 卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 2 等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏 感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量 自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围 报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火等。 1.1.2 本课题研究的意义本课题研究的意义 我国城市停车还处在初级阶段， 专用和公共停车位数量距合理的车位与车辆比率 相差甚远，停车难到处可见。目前我国的停车场仍以平面停车场、路上停车场、路外 停车场、自行式停车场为主，立体停车库和机械式停车场数量还很少。以我国停车产 业发展较快的广州、上海为例，路上、路外停车仍占有相当比例，已建设的停车场大 部分是地下自行式停车场和在自行式停车场的基础上安装简易停车设备， 增加存容数 量。自行式停车场存有较多缺陷，如车位平均占地多、管理和保安人员多、投资多、 存车效率低、耗电量大、对环境有污染等；由于允许人员进入，易发生盗车、毁车、 施暴等停车场犯罪，近年来在发达国家已很少新建，大量兴建的是具有现代水平的机 械式立体停车库。 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立 体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30- 40 年的历史，无论在技术上还是在 经验上均已获得了成功。我国也于90 年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今 已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占 地面积与住户商用面积的矛盾， 立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特 性，已被广大用户接受。机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出 优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行 车通道，平均一辆车就要占据40 平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地 面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21 层）立体式车库的话，50 平方 米的土地面积上便可存放40 辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建 开发成本。 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全， 人在车库内或车 不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做 到彻底的人车分流 3 。 在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量 比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 3 这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下 都可以随机设立机械停车楼。 这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便 条件 5 。 在我国， 立体停车库还属于新兴行业， 发展空间很大。 同时， 也存在很多的问题。 我国的立体停车库行业没有一个统一的标准，许多厂家都是以仿制为主要的生产手 段，没有相应的知识产权，缺乏研究和开发新产品的能力。所以，对立体停车库的研 究，是十分必要，并且十分有意义的。 1.2 立体车库发展趋势 随着当今社会各种高新技术的引入，立体车库正在向专业化、复杂化、智 能化和高自动化方向发展，重点表现为以下几个方面: （1）专业化:立体车库系统稳定可靠，能正常运行而不出故障是用户的首要 要求，也是一套停车场系统的重中之重。因此，必须提高制造厂家的专业化程 度，才能保证设备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套也应当 达到专业化程度。 （2)复杂化:立体车库产业正在向多元化方向发展，它已经不仅是纯粹的机 械设备，还包含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机 技术等领域的大量先进技术。立体停车系统己经日臻完善，如汽车出入车库时 采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、 停车泊位自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、 图像识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库 成为一个独立的大型复杂的高技术设备。 (3)智能化:立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在 迅速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技 术、传感技术、光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排 除及处理系统等。对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专 用软件，使之适用于存取车全过程的管理和控制，尤其是对于“模块”阁架式 立体车库的电梯调配，自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。系统 安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。 (4)高自动化:立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学 的管理方法。控制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率。在控 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 4 制方法上采用了遥控技术和自动识别系统;车辆停靠稳妥(在车库外面需要自动 转向)后，车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作;在科学管 理方面，计算机中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机监控 之下，包括设备监控、出入口监控、停车场内部监控，整个停车场运行的状态 信息都可以存入计算机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系统故 障查询、收费状况查询、进出车辆信息查询、系统运行状态的实时查询同时可 以设置打印报表功能。未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能 够实现控制与管理一体化，系统操作更加简便，功能更加强大。整个车库的管 理可以纳入楼宇自动化系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息 系统，真正实现立体车库的无人化管理 3 。 “城市立体车库”是大中城市的热门话题， 国家经贸委将“城市立体车库”列为 “近期行业技术发展重点”， 随着家用汽车的不断增加， 公共场所及社区内存车矛盾、 车挤绿地的问题将会越来越突出，在人们对生活质量和环境意识不断增强之时“车 库”日渐成为热门话题，机械自动化立体车库将会在新开发的楼盘及商业里大显身 手。 1.3 机械式立体停车库的概述 使用车辆之外其他具有动力的搬运器，完成车辆的停放，存贮的整套设备，称为 机械停车库。以立体形式停放，存储车辆的机械设备叫机械式立体停车库。它包含了 当前机械，光学，电子，液压，磁控技术领域的成熟先进技术，是一种技术密集型的 光机电一体化设备。 在中华人民共和国机械行业标准 jb/t 8713-1998 ：机械式停车设备类别、形 式、基本参数要目中，对机械式停车设备进行了划分，其类别代号如下： 升降横移类，代号为 sh，是指通过设备的垂直升降和水平横移进行移动，实现 车辆存取功能的停车设备。 垂直循环类，代号为 cx，是指通过搬运器在垂直平面内做连续的循环移动，来 实现车辆存取功能的停车设备。 水平循环类，代号为 sx，是指搬运器在水平平面内排列成 2 列或 2 列以上连续 循环列尖转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。 多层循环类，代号为 dx，是指车辆搬运器在垂直平面内排成 2 层或 2 层以上做 连续移动，两端有升降机构进行循环层间转换移动，实现车辆存取的停车设备。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 5 平面移动类，代号为 py，是指存车位与搬运器在同一水平面内，通过搬运器在 水平面内做往复移动，实现车辆存取功能的停车设备。 平面移动类，代号为 xd，是指存车位在巷道一边或两边多层布置，通过搬运器 在巷道内做水平，垂直或水平垂直复合运动，实现车辆的存取功能的停车设备。 垂直升降类，代号为 cs，是指停车位分布在井道周围，通过升降搬运器在专用 升降通道内做升降移动，时间车辆存取功能的停车设备。 简易升降类，代号为js，是指通过单一搬运器的升降，俯仰或二三层搬运器的整 体升降，俯仰，实现车辆二三层车辆存取功能的停车设备。 汽车升降机类代号为qs;是指搬运器运载车辆(或同时运载驾驶员)垂直升降运行 进行多层平层对位，从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位，实现车辆存取功能的停 车设备。 从上面对机械式停车设备的分类和定义可以看出，与以往的普通车库相比，机械 式停车设备可以在同样面积的土地上停放更多的车辆，大大的提高了土地面积利用 率，同时具有存车时间短，可使用性强等优点，所以是解决城市停车面积不足，停车 困难的有效措施。 1.4 机械式立体停车库的分类 目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、 垂直循环式、多层循环式、简易升降式。 （1）升降横移式 升降横移式立体车库采用模块化设计， 每单元可设计成两层、 三层、 四层、 五层、 半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场， 配置灵活，造价较低 1 。 （2）巷道堆垛式 巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具， 所有车辆均由堆垛机进行 存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车 库适用于车位数需要较多的客户使用。 （3）垂直提升式 垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地 面需一个汽车旋转台， 可省去司机调头。 垂直提升式立体车库一般高度较高 （几十米） ， 对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 6 （4）垂直循环式 垂直循环式立体车库占地少， 两个泊位面积可停 6-10 辆车， 外装修可只加顶棚， 消防可利用消防栓，价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短，可采用自 动控制，运行安全可靠。 （5）多层循环式 搬运器排列成两层或两层以上并作上下循环运动而实现车辆多层存放的停车设 备。根据循环的形状可分为圆形循环式和箱形循环式。圆形循环式车库一般存车位较 少，出入库时间短;箱形循环式车库车位一般较多层循环式立体车库多，空间利用率 高。在每列任意两层的两端，搬运器以升降运动进行不同层之间的循环。根据循环方 向与停车方向的关系，可分为纵式和横式两类。根据汽车出入地下室的方式可分为由 汽车自行驶到地下停车装置上的直接出入式和用升降装置使汽车出入的升降式。 （6）简易升降式立体车库 简易升降类机械式停车设备把停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机 构或俯仰机构使汽车存入或取出的一种机械式停车设备。该类车库一般为准无人方 式，结构十分简单、建造成本较为经济、安装周期也很短、性能可靠、操作也十分容 易。该类车库多适用于多用于私人住宅、企事业单位、地下室等场所。在面积一定时 至少增加二倍以上的停车位。托运盘作升降运动的装置有钢丝绳式的、链式的、液压 式的等形式。 1.5 升降横移式立体车库简介 升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式 停车设备。 升降横移式立体车库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。停泊在这类 车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位， 将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库 1 。 1.5.1 升降横移式立体车库的特点 升降横移式停车设备是通过机械电机带动链条( 或钢丝绳) 或液压驱动车台板 升降和横移来实现存取车，其特点有: （1）节约占地面积，充分利用空间。一般来说，升降横移立体停车库的占地面 积约为平面停车场的1/2- 1/25，空间利用率比建筑自走式停车库提高了75%。 （2）相对造价比较低。升降横移式立体停车库每个泊位约需1.5 万元，而建筑 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 7 自走式停车库每个车位的造价约为15 万以上。 （3）使用方便，对操作人员的要求不高，操作简单、安全、可靠，存取车快捷， 维护也很方便。一般存取一辆车为80 秒。 （4）减少因路边停车而引起的交通事故。在许多城市的主要地段，司机往往没 有找到停车场而把车停靠在路边，这样就很容易造成交通阻塞，甚至引起交通事故。 （5）增加了汽车的防盗性和防护性，在车库的系统中配置有智能防盗装置、防 火装置等，增强了车库的整体安全。 升降横移式立体停车库是全自动化的停车方式，也是今后停车改革的主要方向。 尤其是寸土寸金的大城市。采用机械式立体停车方式，显得尤为重要，而升降横移式 立体停车库也在机械式立体停车库中显得更加普遍化、居民化、实用化。 1.5.2 升降横移式立体车库的运行原理升降横移式立体车库的运行原理 下图是升降横移式立体停车库的运行原理图。上层车位的载车板做的是升降动 作，车辆出入时下降至底层，此时驾驶员可进入车库将车开出。下层的载车板只需作 横移运动，所以必须留一个位置，用于上层车位下降使用 13 。 图1 升降横移式立体车库运行原理图 1.5.3研究升降横移式立体停车库的意义研究升降横移式立体停车库的意义 我国近几十年的改革开放使汽车行业得到了飞速的发展， 我国城市的汽车数量急 剧增加，据有关专业统计，平均5- 6 年汽车的数量就增加一倍，这不但给动态交通， 也给静态交通带来很大的难题，突出表现在停车空间的不足上。同时，我国城市人口 基数大， 密度高的特点， 城市小区的用地十分有限， 建造机动的停车设施显然不经济， 但飞速增长的汽车数量又使得小区不得不面临建设停车设备的问题。 前面已经介绍了 升降横移式立体车库的特点，成本低，使用方便 13 ，拥有占地面积小等特点的小型 的升降横移式立体停车库正是解决小区停车紧张一个有效的措施。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 8 第第2章章 立体停车库的结构立体停车库的结构 2.1 钢结构的分析 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 心受力杆件设计时，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 20 。发生局部失稳后，梁的部分区域推出工作，将使梁 的有效面积减小，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。对于压弯件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性的计算， 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，然后再整 体分析之中给予特变关注。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 后两个面地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 15 。为了减小振动和提高稳定性，各部分必须保证足够的强度和 刚度。 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。 2.2 钢结构的特点及应用 钢结构是钢材制成的工程结构，通常由型钢和钢板等制成的梁、桁架、柱、板等 构件组成， 各部分之间焊缝、 螺栓或铆钉连接， 有些钢结构还部分采用钢丝或钢丝束。 钢结构与钢筋混凝土结构、木结构和砖石等砌体结构都是工程结构的不同分支。它们 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 9 之间有许多共同性，例如在结构体系、内力分析和设计程序等方面大体是相同的；但 由于材料性质的不同、原材料和构件截面形状的不同，也有其特殊性 15 ，例如在结 构型式、构件计算方法、构件连接方法和构造处理方法等方面都有显著的差别。 钢 结构具有下列优缺点： （1）材质均匀，可靠性高。钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体。钢材由钢 厂生产，控制严格，质量比较稳定。钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论 计算结果，所以钢结构可靠性较高。 （2）强度高，重量轻。钢材强度较高，弹性模量亦高，因而钢结构构件小而轻。 当今有多种强度等级的钢材，即使强度较低的钢材，其密度与强度的比值一般也小于 混凝土和木材， 从而在同样受力情况下钢结构自重小， 可以做成跨度较大的结构。 由 于杆件小，所占空间少，亦便于运输和安装。 （3）塑性和韧性好。钢结构的抗拉和抗压强度相同，塑性和韧性均好，适于承 受冲击和动力荷载，有较好的抗震性能。 （4）工业化程度高，工期短。钢结构都为工厂制作，具备成批大件生产和品精 度高等特点；采用工厂制造、工地安装的施丁方法，有效地缩短工期，为降低造价、 发挥投资的经济效益创造条件。 （5）密封性好。钢结构采用焊接连接后可以做到安全密封，能够满足一些要求 气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜油罐和管道等的要求。 （6）抗震性能好。钢结构由于白重轻和结构体系相对较柔，受到的地震作用较 小，钢材又具有较高的抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性，因此在国内外的历次 地震中，钢结构是损坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适 结构。 （7）耐热性较好。温度在250以内，钢材性质变化很小，钢结构可用于温度不 高于250e的场合。当温度达到300e以上时，强度逐渐下降，600c时，强度降至不 到三分之一，在这种场合，对钢结构必须采取防护措施。 （8）耐火性差。钢结构耐火性差，钢材表面温度达300400摄氏度以后，其强度 和弹性模量显著下降，600摄氏度时几乎降到零。当耐火要求较高时，需要采取保护 措施，如在钢结构外面包混凝土或其他防火板材，或在构件表面喷涂一层含隔热材料 和化学助剂等的防火涂料，以提高耐火等级。 （9）耐锈蚀性差。钢结构耐锈蚀性较差，特别在潮湿和有腐蚀性介质的环境中， 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 10 容易锈蚀，需要定期维护，增加了维护费用。 由于钢材和钢结构有上述特点，钢结 构常用于各种工程结构中。升降横移式立体车库主架也采用钢结构 12 。 车库主框架体系的基本构成是由水平方向的梁和垂直方向的柱通过钢性结点连 接而成。这种结构体系通过结构构件的抗弯刚度来抵抗侧向力的作用。主框架体系是 典型的柔性结构体系，受层间位移的限制，结构的刚度在设计中起控制作用。也就是 说，基本上都是由变形限值作为设计的控制条件，梁柱的截面尺寸主要由结构的刚度 而不是强度来决定。在具体的设计过程中，所选的梁柱截面尺寸如果满足了规范对层 间位移的限制要求，构件的承载力一般也能满足要求。 停车设备的主框架主要采用热轧h型钢、 槽钢、 角钢、 矩形钢和钢板焊接成型 7 ， 以其作为承重结构，用高强度螺栓连接成主框架，具有较好的强度和刚度，其特点我 们从三个方面去认识它：一是自重轻，基础宽度不大，从而降低基础部分的造价；二 是施工速度快，工期短，见效快，不受地质条件及材料制约；三是可拆迁，由于这种 车库是组装式的车库，这就决定了它具有灵活性。主框架的骨架由支柱、横梁腹杆和 支撑动力及附属装置的上、 下支承梁等组成。 机械传动系统安装在主框架部分骨架上， 由传动部件和张紧装置组成。载车板与链条相连，驱动装置和机械传动系统驱动载车 板上下和左右运动，实现车辆的停放和存取。停车库主框架骨架支撑着动力装置、机 械传动系统和停车载荷，为保证停车设备安全、可靠地工作，它应有足够的强度、刚 度和稳定性。 在垂直升降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、槽钢等数种型钢形式， 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形方钢对焊而成，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。 2.3 焊缝的要求 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，焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心 7 。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 11 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 e h 不得小于t5 . 1，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a120度或a6mm时， ()mmthf21-。 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 f h8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。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 12 10.当角焊缝的端部在构件转角处作长度为 f h2的绕脚焊时，转角处必须连续施 焊。 2.4 螺栓连接要求 在立体车库的钢结构中，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 19 。 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： 1 n n n n 2 b 2 b + t tv n 其中 2 . 1 nv h c n 式中 v n ， t n 每个承受型高强度螺栓所受的剪力和拉力； b c b t b v nnn, 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; 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 13 4、在静态环境里，地震载荷与风载荷作用忽略不计。 2.5 主框架形式 升降横移式立体停车库能利用多种场地条件和多种组合方式， 采用模块化设计， 能够有效地利用土地资源，车位可达几个至几百个。在住宅区、停车场、写字楼、机 关单位、宾馆饭店等地应用最为广泛。本文以升降横移式立体停车库作为研究对象。 升降横移式立体停车库主框架可分为三种不同的形式： a.单柱形式； b.跨粱形式； c.后悬臂形式。 图2 主体框架形式 单柱形式结构紧凑并且安装方便， 但对于车辆入库并不方便； 跨粱形式结构简单， 车辆进出库也比较方便；后悬臂形式无前柱，稳定性较差，并且一般不能做重列式。 本文以跨梁式升降横移式立体停车库作为研究对象 20 。 2.6 本课题设计的基本参数 长 宽 高 车库外形尺寸 （mm） 15600 6200 6360 最大适停尺寸 （mm） 5000 1700 1550 最大停车重量 2200kg 载车板重量 545kg 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 14 第第 3 章章 主要受力梁、柱的计算主要受力梁、柱的计算 3.1 梁的设计与校核 3.1.1 第三层横梁的计算第三层横梁的计算 第三层横梁的受力点是与顶层四根 h 型钢横梁的接触点。应通过计算 h 型钢与 第三层横梁的接触点的力的大小，才能计算第三层横梁。下图为 h 型钢的受力图： 图 3.1 如上图所示，其中 l=6000mm a=3000mm 当第三层满载时，考虑小车，载车板，以及电机等载荷，取载荷为 3200kg，故 f= 1 3200016000 2 nn= 由上图可知 0 y = 12 0fff+-= (1) 0= a m 2 a0ffl-= (2) （1） （2）两式求得 f1=8000n f2=8000n 分析得第三层横梁为超静定梁，如图3.2所示为了寻求变形协调方程，设想解除 解除支座a和支座c，并分别用fa和fc来代替，这样在形式上转变为静定的外伸梁。 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 15 这样在梁的a处和c处会分别产生挠度a和c，但实际上c处有支座，不应该有垂直 位移，即c=0。 此梁为第三层横梁，满载时，受力图如下 图3.2 其中a=200mm，l=2600mm，p=f2=8000n 设想沿截面b将外伸梁分成两部分。ob部分成为简支梁，梁上除受作用力p和fo 外，在截面b上还有剪力fs和弯矩m，且fs=2p-fc，m=（fc-p）*l。力fo和fs直接传递 以支座，不引起变形。如图3.3所示 图 3.3 在弯矩 m 作用下，截面 b 的转角为 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 16 （b）m= 2 3 ml ei 在力 fa 的作用下，截面 b 的转角为 （b）fa=- () 2 2 16 fal ei 在力 p 的作用下，截面 b 的转角为 （b）p= () ()22 62 palala ell -+ + () () ()2 62 plalalla eil -+ - + () () ()2 62 plalalla eil +-+ + + ()()24 62 plaala eil - 叠加（b）m（b）fa和（b）p，得 m，fa 和 p 共同作用下截面 b 的转角为 b=（b）m+（b）fa +（b）p 这也就是图3.1（a）中外伸梁在截面b的转角。单独由于这一转角引起c点的挠度是 （c）1=l b 再把bc部分作为悬臂梁，如下图3.4所示 图 3.4 在 fc 的作用下，c 点的挠度为 （c）fc= 2 2 6 fc ll eil 在 p 的作用下，c 的挠度为 （c）p=() () () 2 2 33 66 plapa lala eiei - - c 点的挠度为（c）1，（c）fc和（c）p的叠加，故有 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 17 c=（c）1+（c）fc+（c）p=0 计算得 fa+4fc-17.93=0 解除支座a和支座b，并分别用fa和fb来代替，这样在形式上转变为静定的简支梁， 如下图3.5所示。 这样在梁的a处和b处会分别产生挠度a和b， 但实际上a处有支座， 不应该有垂直位移，即a=0。 图3.5 力p在a点的挠度为 （a）p= () ()() () 32 33 33 93 633 plal lallall eilla - -+- - () () () 2 333 23 92 632 plal allall eilla + -+-+- + () () 2 22 2 92 63 plla llla eil - - () () 2 22 9 63 pl la llla eil + -+ () () 2 22 9 63 pl la llla eil - - 222 9 63 pla lla eil - 力fa在a点的挠度为 （a）fa= () 222 2 94 63 fall lll eil - 力fb在a点的挠度为 （a）fb= () 222 9 63 fb ll lll eil - a 点的挠度为（a）p，（a）f a和（a）fb的叠加，故有 a=（a）p +（a）f a +（a）fb =0 计算得 7.8fa+6.8fc-244.2=0 同时对于简支梁 ob 0 y = o60ffafbfcp+-= 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 18 0= a m ()()()a+p2plafa lp lapla-+- ()()2330fb lplaplafcl-+ -= 由得 fo=10500n fa=6492n fb=28465n fc=2859n 由此作出此梁的剪力图和弯矩图： 图3.6 剪力图和弯矩图 此梁选用的200*200*8的空心方钢，故最大正应力 max 22 x 23.88f215 mmmm m nn w s g = 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 19 g 为塑性发展系数，取1.05; f为钢材的强度设计值，所以此梁正应力强度满足条件。 切应力强度校核 * ,maxzmax22 max z 33.29mm125mm d s fs nn i tt= ， 因此满足切应力强度条件。 3.1.2导轨支撑梁的计算导轨支撑梁的计算 导轨支撑梁满载时只承受两辆汽车，并且受到二层立柱向下的压力， f1=fa=6492n,f2=fb=28465，考虑小车，载车板，提升装置等载荷直接作用于前后导 轨上以分布载荷q表示，则f=2p=ql，受力图如下： 图 3.7 导轨支撑梁受力图 故有平衡方程 0 y = ； 12 20fmfnffql+-= （1） 0m = ； 12 21.52.530flflqllqllfnl+ + -= （2） 由（1） （2）两式可求得 24483fmn= 42474fnn= 该梁的剪力图和弯矩图如下： 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 20 图3.8 剪力图和弯矩图 由图可知，该梁最大剪力 max 42474fn= 最大弯矩为 max 89632mn m= 此梁选用h型钢钢号为hw200*200，查钢结构手册可知其截面特性为 2 x mm4770=l 3 x cm477=w cm61. 8ix= 2 cm28.64=a m kg 5 . 50=r 128200200 21 =ttbh 梁自重引起的跨中最大弯矩mnm2700 1= 所以总的最大弯矩 1max 92332mmmn m=+= 总 因此，最大应力 22 x 184.3mm215mm m nn w s g = 总 其中，g 为塑性发展系数，取1.05。 所以，该梁满足正应力强度条件。 切应力强度校核 重庆理工大学 psh16d 机械立体停车库设计 21 等截面梁的切应力强度条件为 】【 ， tt= d z maxz * max, max i sfs 计算可得， 22 max 47.7mm125mmnntt=【 】 所以，该梁满足切应力强度条件。 3.2 立柱的设计与校核 3.2.1 接地立柱接地立柱 立柱在受力分析中，可以称之为压杆