基于PLC控制的升降横移式立体停车库设计(1)

1、毕 业 论 文 开 题 报 告1、 本课题的研究意义：随着汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化,而作为解决城市静态交通的有效措施向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：1. 升降横移类2. 垂直循环类3. 多层循环类4. 水平循环类5. 平面移动类6. 巷道堆垛类7. 垂直升降类8. 简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。立体停车库以停放轿车为主,其代价较昂贵,而且立体停车库使用时涉及到

2、人身和车辆的安全,所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。PLC采用了以计算机为核心的通用自动控制装置,集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体,可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便,适用于频繁启动和恶劣的环境,因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为电控系统的核心。PLC来源可编程序控制器的英文为Programmable Controller,在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器 (PLC-Programmable Logic Co

3、ntroller),为了方便,仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统,强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。PLC是以微处理器为基础，综合自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使它成为大规模控制工程的理想下位机。此次所设计的立体停车库也是使用PLC进行下位机的控制及使用。文献18主要介绍了在当前城市用地资源日趋紧张的情况下，有必要从城市交通总体角度规划一定数量的公共类机械立体停车库，为机械

4、式立体停车库的推广建设提供良好的示范。其中文献1更以广州市为例，浅谈城市机械立体停车库应用规划研究，并提出机械式立体停车库建设与发展的相关建议，以推动停车科技产业法杖，有效缓解城市停车难现状。2、本课题的基本内容简介：内容和要求1.设计控制系统的硬件电路2系统的软件设计3调试4. 简述“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。3、论文提纲：第一部分：设计

5、任务书一. 设计内容二. 设计文件及图纸需求三. 原始资料第二部分:设计说明书一. 设计步骤1. 控制算法2. 控制系统的运行3. PLC控制系统硬件设计和软件设计4. 开关量UO点的节省和模拟量UO模块的代用二.设计中应注意的问题结论与总结致谢参考文献4、研究进程计划及时间安排（计划进度、预计完成的日期,阶段性成果的形式）：第1-2周 ： 熟悉课题，收集资料，写出开题报告第3周 ： 确定课题的总体研究方案，开题报告定稿第4-5周 ： 完成硬件电路的设计第6-8周 ： 控制程序设计第9-10周 ： 组态设计第11-12周 ：模拟调试第13-15周 ：撰写毕业设计报告，准备毕业答辩第16周 ：

6、毕业答辩5、参考文献目录：1. 黄莉等. 广州市机械式立体停车库应用规划研究R.起重运输机械。2006（10）2. 王永华.现代电气控制及PLC应用技术（第2版）M.北京航空航天大学出版社3. 王炎玉，秦展田，PLC在升降移位立体停车库控制中的应用J.桂林航天工业高等专科学校学报.2007年第3期4. 周奇才等.魔方式停车库自动控制系统设计J.起重机与运输机械.2006(11)5. 胡瑜.基于组态控制技术的智能立体停车库J.起重机与运输机械.2006(2)6程怀洲.基于PLC的多层升降横移立体停车库控制系统设计J.电子设计应用.2005（4）7郝艳芳等. 自动化立体停车设备的安全技术J.机电产

7、品开发与创新. 20018. 于海楼.立体车库:城市交通发展之必然J.2005(2)9. 蒋圣平.颜景龙.裴焕斗.PLC在立体车库系统中的应用J.2000(2)10. 郑宝举.袁永康.员超.智能立体停车库控制系统的设计与实现J.计算机测量与控制.2003(6)11. 西门子（中国）有限公司 自动化与驱动集团.深入浅出西门子与S7-200PLC（第二版）M.北京航空航天大学出版社.20056、指导教师审阅意见：摘 要立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最

8、大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的力学分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。在对升降横移式立

9、体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用欧姆龙公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器(PLC)作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。关键词：立体车库，控制系统，可编程序控制器，钢结构。AbstractStereo garage is the storage which is used f

10、or automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, an

11、d maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthet

12、ically.On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is mad

13、e of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The finite element reliability checking of steel structure of garage

14、is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage. Including intension of the framework structure and axes, etc. The paper adopted PLC as control system in designing t

15、he up-down and translation stereo garage, PLC software of OMRON company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and hig

16、h capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which

17、was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth. Keywords：Stereo garage, Control system, PLC, Steel structure .目 录摘 要iAbstractii第 1 章绪 论11.1课题的背景和意义11.2课题的关键技术及其国内外研究发展现状31.2.1国外研究现状31.2.2国内研究现状

18、51.3本文的主要工作目标和工作内容6第 2 章升降横式立体车库机械部分设计82.1升降横移式立体车库的基本结构82.1.1升降横移式立体车库简介82.1.2立体车库钢结构设计112.2立体车库升降横移机构设计202.2.1横移机构设计202.2.2载车板设计232.2.3安全防护机构232.2.4提升机构及轴的设计24第 3 章立体车库电气控制系统设计313.1电气控制系统整体设计313.2PLC控制程序设计363.3电气安全装置42第 4 章结论与展望464.1结论464.2展望46致 谢49附录A50附录B77第 1 章 绪 论1.1 课题的背景和意义随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展

19、，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止2006年底，市区仅有公共停车场827处，共计车位5.6万个，仅占市区机动车拥有量的8.5，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的227个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为4.84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪8

20、0年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为2030。停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，

21、城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府

22、和管理部门所需投入得精力和资金都不小。图 1.1 先进的自动化立体车库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，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，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

23、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。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。机械车库与传统的自然地下车库相比，在

24、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。 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

25、做成套系统，而是以单台集装而成。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。近年来 ，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决

26、不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机 械 式立 体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。1.2 课题的关键技术及其国内外

27、研究发展现状1.2.1 国外研究现状早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。图

28、1.3 国外高容量的立体车库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

29、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、自动消防灭火系统等。日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经

30、过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。图 1.4 韩国LG公司研发的塔式1.2.2 国内研究现状我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交

31、通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决

32、上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。图 1.5 在我国广泛使用的升降横移式立体车库1.3 本文的主要工作目标和工作内容目前，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、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国内

33、外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。1、工作目标：（1） 升降横移式立体停车设备总体结构的设计与研究；确定垂直升降式立体停车设备的总体布局、运行方式，然后进行存取车方式、提升系统、钢结构等各个组成部分的总体设计。（2）升降横移式立体停车设备的存取机构设计；在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、载车板和存取机构。（3）升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究；首先通过比较，

34、选定曳引驱动方式作为整个车库的升降方式。然后设计升降平台、安全机构等。并计算升降系统电机所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。2、工作内容：（1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解立体车库；参观下沙瓯江大酒店的立体车库，了解车库运行基本原理，了解轿车停车流程，记录立体车库使用注意事项等。（2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库技术发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通过网上检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等。了解建设立体车库的钢材选用，电机选择，建设方法等。（3）据瓯江大酒店立体车库原型，再根据文献

35、资料。初步选择建造立体车库所需钢构、电机、链轮等组成。（4）依据以上的车库组成部件选型，利用AUTOCAD建立立体车库二维图形。在绘制CAD图形过程中，再对部件选型中不合适的进行替换，以达到最佳效果。（5）对建立的车库模型进行安全和疲劳校核，检验设计知否合理。再根据人体工学对车库模型优化设计。（6）归纳、总结并完善报告。结合以上5项计划任务，最后完善论文的总结部分。第 2 章 升降横式立体车库机械部分设计2.1 升降横移式立体车库的基本结构2.1.1 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

36、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。图2.0 为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1 、2号车位可以直接存放车辆;7 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需先将1 号和2号载车板右移，再将3号载车板下降; 4 号车位，则需先将2 号载车板右移，

37、再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能 可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。图 2.0 七车位升降横移式立体车库工作原理图2、立体车库机械部分部件结构和功能以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图2.1所示)进行分析。图

38、 2.1 升降横移式立体车库主要组成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(如图2.0所示)。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点：a.可靠性高钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好;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，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高b.材料的强度高，钢结构自重小与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装

39、，可减轻基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。c.材料的塑性和韧性好钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。d.钢结构制造简便，施工工期短钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构具有连接的特性，

40、故易于加固、改建和拆迁。e.钢结构密闭性好钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。f.钢材的耐锈蚀性差在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对钢结构本身的维护费用低。结构主体采用热制H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度和刚度，轻巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。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。其工作原理如图2.0 ，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

41、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的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。下载车板及其横移系统由于下载车板不需悬挂链条，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。安全

42、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。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。控制系统升降横移式立体停车设

43、备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，主要有手动、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。对于本文中所列的7车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要要控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。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。2.1.2 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、槽钢等数种型钢形式，就其连接形式而言比较单一，即焊接和

44、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。一、焊缝连接要求 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。 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

45、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，其有效厚度不得小于，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

46、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，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，当时，;当t>6mm时，。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

47、列要求。 （4）侧面脚焊缝或正面脚焊缝的计算长度不得小于和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的绕

48、脚焊时，转角处必须连续施焊。二、螺栓连接要求在立体车库的钢结构中，主立柱与横移导轨“H”型钢的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

49、轴方向拉力的承压型高强度螺栓，应符合下式要求：其中式中，每个承受型高强度螺栓所受的剪力和拉力； 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。由于该立体车库为三层三列式，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

50、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

51、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。图 2.2 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

52、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。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。本车库所限车型为小型车和中型车，最大容车重为2000kg，载车

53、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住是由H型钢制成，前面有两根立柱均匀分布，后面有两根立柱，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。立柱的弯矩与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

54、柱为三根，后立柱为三根，当车库空载时，每一根前立柱所受载荷总大于后立柱所受载荷，因此我们重点分析前支撑住受力情况。图2.3所示为前立柱的力学结构简图。图 2.3 前支撑住的力学分析图 己知A点为全约束，施加在B点的弯矩，施加在C点的弯矩，且根据下列公式进行分析挠曲方程为：端截面转角：，最大挠度：，所以，由梁的迭加原理得出立柱顶端D端为最大挠度点2、立柱稳定性校核前立柱为等截面立柱，受压静力，前立柱受力状态简化如图2.3所示。两中心压杆的稳定条件为：其中：临界载荷P工作载荷n安全系数许用安全系数图 2.4 立柱受垂直力简图（1）立柱的截面力学特性查简明材料力学附录A型钢表可得HW 300X300

55、型H型钢面积： 惯性矩：惯性半径：（2）确定压杆柔度其中：压杆全长为l=500cm压杆长度系数u=2，见机械手册l，1-153页表1-1-104求压杆柔度范围值：其中：弹性模量比例极限 求压杆柔度范围值其中：屈服极限常数查机械手册1，l-1-07，则前立柱属于细长杆，应按欧拉公式计算临界载荷。（3）强度校核设立柱空载时受载车板和上层钢结构载荷满载时前立柱承受最大载荷则立柱的工作载荷由欧拉公式得临界载荷由机械手册1，1-152页表1-1-100查得，金属结构中的压杆安全系数，取n，=3。代入得前立柱的稳定安全系数，由上式可知安全。若按插减系数法计算：其中A受力面积P工作载荷安全系数许用安全系数一

56、中心压杆折减系数，安全裕度较大。3、导轨支撑梁强度校核前后导轨支撑梁均为两点点支撑，承受作用力相同，故我们分析前导轨支撑梁，如果前导轨支撑梁在允许范围之内，则后导轨梁也必然符合设计要求。如图2.5所示，简支梁AB为两点支撑，受均布载荷的作用，两端全约束，且同样为均布载荷。图 2.5导轨支撑梁受力分析简图我们先来分析一下图2.5中的梁的受力。已知A、B两点全约束均布载荷为：挠曲方程为：最大挠度为：计算得：面积梁所承受的弯矩为则导轨支撑梁所承受的最大弯矩为最大应力为根据材料力学“失效、安全系数和强度”理论，由于钢结构选用材料为Q235，屈服强度为235MPa，取安全系数下n=2，所以许用应力。可得，由强度理论可知：导轨支撑梁稳定。4、三层横梁强度校核 三层横梁可以简化为固定梁，受力状态如图2.6所示。横梁两端固定，A、B两点产生相应的支反力和。图 2.6 三层横梁受力简图及弯矩图所承受的主要是拉压受力，所以我们只对其正应力进行分析。梁所承受的弯矩为：最大弯矩为：其中代入得：最大正应力为：其中为抗弯截面系数，根据机械设计手册可以得