地下车库的柱网设计

地下车库的柱网设计谭玉阶（深圳市汇宇建筑工程设计事务所） 提 要：根据汽车库内汽车运行、停靠、进出的规律和公式，重点以“上海SH760A”小轿车的规格尺度为例，通过图例分解，了解汽车运行的轨迹，通过计算分析，掌握准确的具体数据，求得合理的柱距，以及在特殊情况下提供一般处理的方法，以便为汽车库建筑设计提供方便和参考。 关键词：汽车库柱网设计 环行轨迹 通道宽度 停车带 柱网 高层建筑由于基础的埋深和嵌固要求，必须低于室外地坪一定深度，就是多层建筑也需要一定面积的地下室和人防设施，另外地上空间有限，为增加使用面积，也必须向地下发展，因此种种原因，地下建筑必不可少，也越来越多，并向大面积和深度发展，而且使用性质也逐渐增多，就当前情况来讲，地下车库居多，几乎处处都能遇到。地下车库有一层、两层或更多层，地面层以上还可能连有塔楼和裙房，另外地下车库有一般停车库和机械停车库，而地下室的柱网设计又受到上面层的剪力墙或转换柱位等限制，不能随意发挥，这些被约束的场所，主要由结构需要而定，这里暂且不谈，本文仅就一般性停车库和不受上部结构约束的特定情况下，论述柱网布置的一般要求和寻求合理的柱网设计。一、一次性出车汽车的停车方式有平行式、斜列式和垂直式三种方式。其中斜列式有倾角300、450、600之分，另外停车又有前进停车和后退停车之分，一般最常见的是垂直的后退停车方式，由于它占地少，出车方便而常被采用，设计中也基本上以其为重点来考虑，如果这个问题彻底搞清楚了，其它问题也就迎刃而解了。所谓一次性出车，就是出车时不要来回倒车，一次开出去，“汽车库建筑设计规范”（以下简称规范）明确指出“应满足一次进出停车位要求”。一般情况下，停车时要求不太急，来回倒几下问题不大，另外司机的技术有所不同，差的不免要来回倒几次才停好，要真正一次就好位的，技术就要求较高，一般较难作到，而出车时，情况不太一样，只要顾到前面和侧面，往往容易很多，但要真正满足一次性出车要求，除提高开车技术外，柱网的布置是关键，另外地下室周边侧墙和中间隔墙的设置位置也很重要。二、汽车环行的轨迹规律汽车环行或拐弯时，有其特定的规律。每种车型由于前轮的最大偏转角有个限度，从而注定了其最小转弯半径r1，另外后轮不能偏转，从而也就决定了其拐弯旋转的圆心就在后轴的延长线上，知道了半径和圆心的方位，就能定出圆心，从而就可轻易求出车身每个部位在环行时所走的轨迹，不论前进或后退都一样，如同拉磨的牛（马）套，只要固定在横杆上的部件不变，其所有轨迹就是围绕磨心作圆周运动，理解并掌握了这种特定的运行规律，相关问题也就好解决了，见图1。图1.汽车环行平面a汽车长度 b汽车宽度 d前悬尺寸 e后悬尺寸 轴距 m后轮距n前轮距W=R0-r2R0=R+XR= Re= r2= r-yr = 式中：W环道最小宽度r1汽车最小转弯半径R0环道外半径R汽车环行外半径Re汽车回转中心至汽车后外角的水平距离r2环道内半径r汽车环行内半径x汽车环行时最外点至环道外边距离，宜0.25my汽车环行时最内点至环道内边距离，宜0.25m以“上海SH760A”为例（所有标注尺寸单位均以m计，下同）r= = =3.22r2= r y =3.220.25=2.97R =6.16Re= =5.14R0R+X6.160.256.41W =R0-r26.412.973.44根据以上计算方法和结果加上其他一种较长车型的“红旗”和一种较短车型的“丰田”，归纳见表1：三种小轿车环道内外半径及最小宽度 表1 注：“建筑设计资料集”中上海SH760A轴距加前后悬之和 为4.76，比总长4.86少0.10。根据有关资料推算，现把后悬e调正为1.24。 从图1中可以看出,环道最小宽度W是车在环行时所需要的最小宽度，一般是比较容易满足的，而环道外半径R0是车从停车位一次性出车时所需的场地尺寸，从点A即柱（墙）角或车头角算起，车前面所需的旋转拐弯尺度，若小于或不满足这个最小尺度，汽车就不可能很顺利的一次性通过，这也就是本文研讨的重点。从表1可以看出，R0“红旗”为8.41m属最大，最难满足，一般不予开虑，除非特殊要求，“丰田”为5.57m属最小，最好满足。“上海”居中，由于这种车型居多，最具代表性，在“建筑设计资料集”的小轿车尺寸表的附注中写明“目前我国常用小轿车的车型多、牌号杂，设计时选的标准车型尺寸宜为：长4.90m、宽1.80m、高1.60m”，而“上海SH760A”的车长4.86m、宽1.77m（简称上海车，下同）与其极为接近，因此把它作为例子来计算是合适的，作为设计依据也是合理的。三、垂直式停车的通车道宽度1、 前进停车、后退开出图2后退开出平面Lre= Re= Wd LreReZ +Z式中 Wd通车道宽度S出入口处与邻车的安全距离（取0.3m）Z行驶车与车或墙的安全距离（取0.5m）C车与车的间距，小型汽车为0.6m以“上海车”为例Wd +Z 0.58.88同样可求得“红旗”、“丰田”的Wd，见表2 三种小轿车后退开出的通车道宽度Wd 表2车型 b e r R Wd 计算值 规范值上海SH760A 1.77 1.24 3.22 6.16 8.88 9.00红旗CA770A 1.99 1.35 4.73 8.16 11.595 丰田1600 1.57 1.00 2.70 5.32 7.691 从表2中可见规范要求Wd为9.00m，只能满足“上海”、“丰田”等一般车型要求，但对于“红旗”等长车则另当别论。2、后退停车、前进开出（1）车旁车前进开出图3车旁车前进开出平面R= WdR Z= +Z以“上海车”为例，S=0.3m,Z=0.5mWd +0.5=5.37同样可求得“红旗”“丰田”的Wd，见表3车旁车前进开出的Wd 表3车型 Wd 计算值 规范值上海SH760A 5.37 5.50红旗CA770A 7.06 丰田1600 4.68 从表3可以看出，规范要求Wd为5.50，只能满足“上海”“丰田”等一般车型要求，但对于“红旗”等长车，仍不能满足。（2） 柱旁车前进开出图4柱旁车前进开出平面lm= Wd =Z+Rlm式中lm 柱外边到环行圆心O的垂直距离 lc 柱侧边到车边的距离当 lc=0.3时，以“上海车”为例 lm= =0 Wd=0.5+6.160=6.66同理可求得“红旗”“丰田”柱边车前进开出的Wd，见表4-1柱边车前进开出的Wd 表4-1车 型 b e r R Re Wd上 海 1.77 1.24 3.22 6.16 5.14 6.66红 旗 1.99 1.35 4.73 8.16 6.85 8.66丰 田 1.57 1.00 2.70 5.32 4.39 5.82另外由于lc不同，Wd亦不同，现仅以“上海车”为例，按上式可求得其相应值，见表4-2“上海车”不同lc所对应的Wd值 表4-2lc lm Wd lm+ Wd0.3 0 6.66 6.660.4 0.76 5.90 0.5 1.06 5.60 0.6 1.29 5.37 0.7 1.48 5.18 从表4-1、4-2中可以看出，车型越长，所需通道越宽，车距柱边越远，所需通道越窄，因此柱网的设计，要综合考虑，在柱距不变的情况下，减少柱宽是有利的，当停车线与柱外侧相平或退后时，车与柱边相距0.50.6m，其通道宽与中间不靠柱的车的通道宽5.5m相一致，若停车线在柱外侧之前时，对柱旁车出车有利，因其通道宽是按柱外边算起，且车旁距柱远近关系较大，如lc为0.5和0.3虽只差0.2，可Wd却相差1.06，所以从平行通道方向的柱距而言，减少柱宽，作成扁柱即长方形柱是很有好处的。(3)墙旁车前进开出车库中防火墙或人防墙的洞口大小和位置，与相邻车的进出有密切关系，见图5，洞口宽了不经济，窄了不适用，如设计不合理，则会影响停车数，或者形成安全隐患，为此只有通过计算，才能做到心中有数。图5墙旁车前进开出平面lm = Wm= m式中 Wm防火墙或人防墙的洞口宽 m环行起点至洞边的平行距离 c车与墙间的净距 t 墙厚以“上海车”为例 设墙厚t为0.2m，车与墙间净距 c为0.3mm = =0Wm= 0=6.08同样可算得 c为不同值时的 m和Wm值。见表5墙边车前进开出的洞口宽Wm值 表5 cmWm0.3 0 6.080.4 0.76 5.360.5 1.06 5.110.6 1.29 4.920.7 1.48 4.77从表5可见，车旁距墙越近，门洞越宽，车行通道一般在5.50左右，这个宽度也能满足靠墙的车进出要求，但考虑到司机的视野要求，应大一点为好，另外人防墙及其门垛均较厚，再加上人防门的厚度，则人防门宽需作到6.0m较合适，再宽又不经济，如果仅是防火的要求，则防火卷闸可再作宽一点，对行车带来方便，稍贵一点也值得。四、斜列式停车通车道宽度的计算1、 前进停车、后退开出图6后退开出平面Wd ReZ(r + b) cos +( Lre) sin ReZ(r + b) sin+ ( Lre)sin ReZsin Lr （c+b）ctg e=e + （c+b）ctg Re= 以“上海车”为例，设S0.3，Z=0.5,C=0.6当 30时Re 5.14Lre （c+b）ctg 1.24 （0.6+1.77）ctg300.38WdReZsin=5.12+0.5sin30 0.87同理可以求得其他几种停车倾角的通车道宽度值Wd，见表6后退开出的通车道宽度值Wd 表6sin ctg Re Lr Wd 计算值 规范值30 0.5 1.732 5.14 0.38 0.89 3.8045 0.707 1 5.14 2.11 2.73 3.8060 0.866 0.577 5.14 3.11 4.77 4.5090 1 0 5.14 4.48 8.88 9.00垂直式从广义来讲也应属于斜列式范畴，不过只是它的一种特定形式而已，现用同一公式来计算，所得Wd值与垂直式的公式所算结果一致。但当 30时，所得Wd值仅为0.89，只有当后退开出时，旁边无任何障碍物公式才适用。所以在规范中明确指出，“本公式适用于停车倾角6090，45及45以下可用作图法”。现作图如下：图7斜列式停车，后退开出平面作图法：先画出距后退车r远的平行线（即圆心定位线），以A（即旁边的车角）为圆心，以r-s为半径，交圆心定位线于O点，即可求得该后退车的环行圆心和环行轨迹，以及通车道的宽度Wd。从图中可以看出，当停车倾角 30、45时，环行外半径R，远小于圆心O到相邻车尾B的距离 ，说明不碰旁边的车，其通车道的宽度Wd可直接从图中量出，也可按下面所述的公式算出。但当停车倾角 为60或更大时，则环行外半径R大于圆心O到相邻车尾B的距离 ，这说明要碰旁边的车，因此倾角为60或大于60时，只能按照前面所述的后退开出的公式计算通车道的宽度Wd。如果按照上述作图的原理，也可导出求 的运算公式，由于计算比较繁琐，这里从略。现仅以“上海车”为例，算出 的结果是：30时为8.90，45时为6.57，60时为5.80，90时为5.74，与R值6.16比较一下就可以看出，当 值大于R值，就不碰车，否则就不行。通车道的宽度也可计算如下：WdRe(rc)cos sinZ当 30时Wd5.14(3.220.6)0.866 0.50.52.73当 45时Wd5.14(3.220.6)0.707 0.7070.52.80上述结果远小于规范的Wd值，所以当实际场地有限时，作适当调整，把通车道的宽度作到3.00或3.50，也应该是可行的。2后退停车，前进开出 图8前进开出平面WdZ+R sin (rc)cos 以“上海车”为例，当 30时Wd0.56.16 0.5(3.220.6)0.8663.75同式可求出其他倾角的Wd值 见表7前进开出的通车道宽度值Wd 表7Sin Cos Wd 计算值 规范值30 0.5 0.866 3.75 45 0.707 0.707 3.90 60 0.866 0.5 4.23 4.290 1 0 5.37 5.5从表7可以看出Wd的计算值与规范值相近，符合要求。但比“上海车”更长的车，就不能满足要求，则需另算，其公式和方法均同。另外这个公式与规范给出的公式计算结果一致，不过规范的公式嫌其繁琐，这里从略。 斜列式中（包括垂直式），有前进停车，也有后退停车，停车时从方便讲来，当 为30、45时，当然前进停车方便，后退开出也方便，其他倾角以后退停车前进开出为好，但从能一次性开出和占地少来讲，则均以后退停车前进开出为好。五、平行式停车通车道宽度的计算在地下车库的边跨或中间靠墙处，由于场地不够垂直停靠一排车位，免不了要采用一些斜列式或平行式的停车方式。平行式停车位的出车路线轨迹，实际与环行道的行车轨迹相似，由于受车的前后间距限制，只是不能作到一次性出车，“规范”规定平行式停车时的汽车间纵向净距，小型汽车为1.20m，想一次性出车是不可能的，必须后倒一定距离，才能向前拐弯出车，但究竟前面要多少间距、拐弯后向前行驶要多宽行车道，才能保证安全出车，则需通过计算，才能作到心中有数。关于平行式停车的出车时所行轨迹，“规范”并未给出直接计算公式，但可根据行车规律去推导，求出新的公式，具体车行轨迹见图9，并计算如下。图9平行式停车时出车轨迹平面1、 出车时，与前车之间的最小距离ldld （ae） = a + e2、 行车道宽WdWdR+Z(rs) =R+Zr + s以“上海车”为例，取s0.3m,z=0.5mld a + e= 4.861.241.98mWd=R+Zr + s =6.16+0.53.22+0.3 =3.74mld、Wd计算值与规范要求对照表 表8车 型 ld Wd 计算值 规范值 计算值 规范值上海SH760A 1.98 车的前后间距之和2.40 3.74 3.8红旗CA770A 2.38 4.23 丰田1600 1.73 3.42 从图9所示和推导公式看来是简单的，关键是O2的定位。为什么要定在相邻前车尾边的延长线上，原因是前面车的外角点是约束车开出的控制点，如果不受其控制，就可以随意开进开出，另外汽车环行时的行车轨迹和计算公式是按照后轴的延长线上定圆心的，因此运用该规律所推导的轨迹和计算公式应该是一致的。也可用作图法，求得Wd。以前车的外角点A为圆心，以安全距离S为半径，画出安全圈；以A为圆心，以R+S为半径，画弧交圆心定位线于O1，则得到车往后倒的后轴定位线；在前面车尾的延长线上求得O2；以O1为 圆心，以r + b为半径画弧，再以O2为圆心，以r为半径画弧，此二弧的公切线，就是该车在作S形拐弯转折时的一段直行轨迹线。从而可量得Wd的值。另外从表8中可以看出，平行式停车时，规范要求前后车的间距最小为1.20m,两者之和最小为2.40m，因此后倒一点，满足前进开出的距离ld即可，其中“红旗车”稍欠缺一点，若前后间距稍拉大一点，就可满足出车要求，这是容易做到的，还有通车道的宽度规范要求最小3.80m，一般车都已足够，仅“红旗车”需4.23m，缺0.43m，若通车道在3.80m宽的基础上增加0.50m也是可行的，根据以上数据分析，按照规范的规定，一般小汽车都能满足停车和出车的要求，在遇到“红旗车”时，稍加注意或找个适当位置，也是能满足要求的。六、停车带的宽度所谓停车带的宽度按垂直于通车道而言是指两车的长度、中间的通道宽度以及车后离车或墙的距离这三者之和，小轿车一般为1617m。以车长5.00m为例，按规范后退停车要求，小型车的通车道最小宽度5.50m，车尾之间的距离为0.5m，则停车带的宽度Wu5.0025.500.516.00m；若一个车尾后面是0.2m厚的隔墙，则其宽度Wu5.0025.500.5+0.10.2516.35m，若两个车尾后面都是隔墙，则其宽度Wu5.0025.50(0.5 + 0.1)216.70m，见图10 。图10小轿车的停车带宽度示意七、柱网设计柱子的大小，如果柱网8m左右、地下地上各两层时，一般为0.60.6m左右，就是加上地上20多层也不过1.01.0m左右，当然特殊情况则例外。一般讲来，平行通车道的柱距要考虑一个开间内的停车数量和车辆左右的间距，而垂直通车道的柱距，则要考虑汽车的长度、通车道的宽度和车后的间距，以及车子进出顺畅、便捷、安全等问题，若设计不合理，则进出不方便，虽图面画得很规整，看起来也很顺畅，但实际使用起来，就不一定很满意，甚至有些根本就不好使用。由于平行通车道的柱距问题较少，因此重点应研究垂直通车道的柱距问题。1、 垂直通车道的柱距 1）车库中间部位的柱距这部分的柱距占大部分，是重要的，也是柱网考虑的重点，以 “上海车”紧靠柱边、前进开出的为例，车后按设墙和不设墙，柱距按8.0m和8.2m，作几种布局设计，比较其可行性和合理性。 柱网为8.0m、柱截面为0.80.8m，车边距柱0.3m时的布车情况，见图11。图11柱距8.00m车位布置情况 柱距8.20m,柱截面0.80.8m,车旁距柱0.3m时的布车情况,见图12a两边车尾对车尾b两边车尾靠墙c左边车尾对车尾，右边车尾靠墙图12柱距8.20m车位布置情况 柱距8.20m，柱截面为0.6X0.6m，一边摆“红旗车”，一边摆“上海车”时的布车情况，见图13图13按规范要求，小型车垂直式后退停车的通车道最小宽度Wd为5.5m，根据计算环道时外半径R0上海牌为6.41m来分析，图11中a.都满足要求，b.都不满足要求，c.通车道宽5.43m，小于规范值5.5m，但大于计算值5.37，还算勉强，而左边（即车尾无墙的）R016.14m6.41m，两者相差0.27m，不能满足要求。若柱宽作到0.6m，即加大车距柱0.1m，则情况大为有利，查表4-2，le0.4时，Wd5.90，这说明前进开出的通车道宽，小于环道外半径，即Wd5.90R06.41m，则可满足要求，总之，当柱距8m，车尾没隔墙时，能满足进出车的要求，若车尾之间设防火墙，就较困难，办法是加宽停车带，或加大车到柱边距离，或减少柱宽，因此当遇有防火墙时，需特别注意。 柱距若按8.20m设计，见图12，则设墙不设墙都能满足要求，设计很灵活，无所顾虑。若要想停放“红旗车”仍不可能，见图13。若真有“红旗车”时，则作特殊处理。 另外规范中规定，在环行道中的安全距离X、Y均为0.25，而在汽车库内通车道宽度计算公式中的安全距离S为0.3，Z为0.51.0，三者有一定差距，计算结果也不相同，同是安全距离，最好规定一致，以免产生混淆和差错。2）靠地下室侧墙的柱距地下室车库边柱离侧墙的距离，与车库的中部柱距之间设墙的情况相仿，但场地限制不一定完全相同，根据总体柱距布置，其间距有时紧张，有时富余。当富余时还好说，多一点比少一点好，如要兼作他用，又要照顾全局，就让其宽余一点也在所难免，如果仅作车库不作他用时，可酌情缩减，究竟多少尺度合适，则是值得考虑的问题。垂直通道的侧墙，影响面一般较小，最多少停几辆车，而一些犄角或特殊偏角，为另当别论，这里仅就平行通道时，紧靠地下室侧壁的一个柱距，探讨其究竟多少最合适，也最合理。仍以“上海车”柱截面也以0.80.8m为例来叙述。图14地下室边柱离侧壁的最小间距从图14中可以看出，当柱网为8m或8.2m时，地下室边柱离侧壁的最小距离为4.35m或4.45m， 一般取4.5m，整数较好。这样不管通车道宽W5.78m或6.18m均大于5.5m和出车时的环道外半径R0=6.49m或6.79m均大于6.41m，都能满足规范要求，是可行的。但有的柱距设计不一定合理，从图面看来很规整，好像可行，实际上究竟可行不可行，还要通过具体验算和分析，见图15。图15某设计实例从图15可以看出，通车道宽W15.64m、W25.78m均大于Wa5.5m，这一条满足规范要求，环道外半径R01R037.20mR06.41m，也满足要求，但2#车的R025.64m、4#车的R045.78m均小于R06.41m，这就是说2#和4#车进出有困难，仅减小柱截面也无济于事，为了使R025.64m满足6.41m的要求，则增加6.41-5.640.77m，也就是说把地下室侧壁向外拓展0.770.8