四位电梯式立体车库的机械结构及控制系统陈健

四位电梯式立体车库的机械结构及控制系统陈健

陈健

（浙江省特种设备检验研究院浙江杭州310000）

摘要：随着汽车拥有量的不断增加，城市中停车位不足的问题日趋严重，建造立体停车库成为解决该问题的重要途径。本文以电梯式立体车库为研究背景，运用系统建模与仿真技术，研究存取机构及控制系统的优化问题。

关键词：电梯式立体车库；存取机构；结构优化；

前言

随着中国经济的迅猛发展和城市化进程的大步迈进，私家汽车已逐渐成为人们生活的必需品，而我国城镇中的停车位已远远少于快速增长的汽车总量。于是停车难、停车位缺乏逐渐成为我国城镇发展中的重要交通问题。而传统的停车场或地下车库占地面积大、空间利用率低、车位少，已经远远不能满足人们对停车位的需求。立体车库拥有占地少、车位多、土地和空间利用率高、智能化程度高、存取车方便等优点，通过智能化的控制系统操作机械设备完成存取车工作。智能化立体车库与传统的停车场相比，不但节省了大量的土地面积，同时提高了存取车效率，节约了车主存取车时间，解决了大量乱停乱放影响道路通畅的交通问题，是停车场主要的发展趋势。

1电梯式立体车库的发展趋势

随着科学技术的日新月异，立体车库的研发与生产将不断引入各种高新技术，以满足当代社会对立体车库的各种需求。在未来立体车库主要朝着专业化、智能化、高速化、大型化、一体化的方向发展，其主要表现为：

1.1专业化：即提高生产厂商的专业化程度，以提高立体车库的可靠性及稳定性，减少立体车库的故障发生率，同时使立体车库的软硬件配套设施更标准、更专业，降低维修维护成本，以提高立体车库的使用寿命。

1.2智能化：随着科学技术的发展，智能管理系统将在立体车库中得到充分运用，以提高其智能化水平。例如，智能IC卡收费，导航定位系统，数据库信息管理，电子地图实时监控，防火防盗系统，图像识别系统等。高智能化的立体车库可实现无人操作，以降低立体车库运行的人员管理费用。

1.3高速化：立体停车库通过提高各阶段运行效率和速率来达到高速存取车，以减少用户等待存取车的时间。

1.4大型化：汽车总量不断攀升，中小型停车场已无法满足社会日趋增多的停车位需求量，则需要建筑能提供大量停车位的大型立体停车库。

1.5一体化：即停车库与建筑物合为一体，可以更充分的利用占地面积，更合理的利用资源，降低对环境的破坏，节约了建造成本。可预见，未来的立体车库将更便捷、更实用、更普及、更开放，遍及城镇各区，深入楼宇之间。同时控制系统将更加强大，操作更加便捷，真正实现高智能化快捷存取车，为人们的生活带来更多的便利与高效。

2立体车库总体结构设计

2.1电梯式立体车库结构组成及工作原理

电梯式立体车库是高自动化、高智能化的立体车库，相比于其他类型的立体停车库，其土地和空间利用率更高，单车占地面积最小，修建更灵活，可与城市建筑良好的融为一体，运行效率及安全性更好。可预见，电梯式立体车库在未来会成为主要的立体车库类型，并能良好的解决城市静态交通问题。

2.1.1电梯式立体车库结构组成

电梯式立体车库的主体结构主要分为五部分：主建筑框架、存取机构、驱动系统、控制系统、安全系统。主建筑框架一般采用钢结构，起到支撑作用，包括有停车位车架、升降和横移导轨等；存取机构主要分为旋转台和载车板两部分，可带动车辆旋转和升降横移；驱动系统包括驱动电机和传动装置，以驱动存取机构上下左右运动；控制系统的主要部分是控制核心，有单片机、IPC、PLC、DSP等不同类型，其智能化程度根据采用的控制核心而定；安全系统主要有阻车装置、检测装置、超限装置、防坠装置、警报装置、急停装置等。

2.1.2电梯式立体车库工作原理

电梯式立体车库与传统的载人垂直升降电梯运行原理相似，只是存取车

过程是自动化完成的。

存车流程，汽车驶入到立体车库出入口的存取机构后，司机下车并刷卡，控制系统运行并进行检测，判断无误后，开启阻车装置，选取空车位，判断楼层和是否旋转。通过升降机构将汽车升到指定楼层，再通过横移机构带动汽车在横移导轨上横向移动，当到达指定停车位后，存取装置将回收横移机构，并下降到立体车库的出入口处，等待下次存取车命令。取车流程，司机在立体车库出入口刷IP卡后，控制系统运行，并根据卡号查找对应车辆的停放位置，再通过存取装置逆向运行存车动作，最后将汽车取到立体车库出入口，关闭阻车装置，司机将车辆开离立体车库，系统检测到汽车驶离后，恢复初始状态，等待下次存取车命令。。

2.2立体车库主体建筑结构设计

电梯式立体车库的主体建筑结构主要有两种，一种结构是全钢框架，另一种结构为钢筋混泥土框架。主要区别在于全钢框架结构建造速度快、占地面积小、适合独立建造；而钢筋混泥土框架结构需要与周边建筑物同时规划建造或依附于建筑物建造，相较于前者建造时间更长、占地面积更大、不适合独立建造。

2.2.1钢结构立体车库设计注意事项

为了增加立体车库总停车位数量，常采用增加立体车库楼层数量的方法，最终使立体车库总高度偏高，所以对于钢结构高层立体车库而言需注意以下事项：

1）整体结构高宽比偏大：修建立体车库是为了提高空间利用率，所以立体车库的占地面积不会很大，而建筑高度却相对较高，随着立体车库楼层的增加，其高度不断增高，水平方向的风荷载不断增大，使整体结构侧移增加，同时由于钢结构没有楼板，汽车的自重只能通过停车位载车板将载荷平均分配到四角的支柱上，在水平风力的作用下容易产生水平位移和变形，稳定性差，所以高层钢结构立体车库的高宽比不宜过大。

2）荷载作用复杂：立体车库除了自身重量、水平风力、地震等荷载，还有停在车库内的汽车重量、运动状态下的汽车与载车板引起的动荷载，以及升降横移系统产生的冲击振动等，所以其荷载作用模式相对于其他建筑结构要更为复杂。

3）易整体失稳和倾覆：由于上诉的立体车库高宽比过大和动静荷载作用下发生的二阶效应，容易使高层钢结构立体车库整体失稳以及整体倾覆。

2.2.2立体车库基本参数及选材

立体车库适用车型的多少决定了其在市场中的份额大小，而不同车型拥有着不同的外观尺寸，特别是汽车的长宽高以及轴距决定了其停放车位的尺寸大小。所以必须根据市场上现有的普及车型的尺寸参数来设计立体车库的基本尺寸，如车位尺寸、载车板尺寸以及立体车库总尺寸等。立体车库的构件材料截面包括了工字型钢、H型钢以及槽钢等多种形式。而其中热轧H型钢具有诸多优点，如其腹板相对较薄，翼缘较厚，抗弯刚度较大，且在截面抗拒相近的情况下，比热轧工字型钢和槽钢节约了15%至30%的钢材，在安装方面，由于其翼缘内外侧平行，使得其更便于与其他构件连接，安装及加工都更为方便。所以本立体车库选用热轧H型钢作为车库梁柱构件，支撑构件则选用立体车库普遍使用的圆管钢，立体车库的外墙则采用玻璃幕墙。

2.2.3钢框架结构建模及分析

电梯式立体车库有多种形式的钢框架结构，例如单库框架结构、双库框架结构、框架支撑结构、隔层桁架结构、跨层支撑结构等。根据不同钢架结构特点以及本车库为双库模式，所以本车库的钢框架结构初步采用双库框架支撑结构进行设计及分析。MIDAS/GEN是一款具有强大结构模型分析功能的软件，可通过其对双库框架支撑结构进行建模分析，钢框架结构模型的水平荷载为风荷载，恒荷载为其自重，抗震级数为7级，钢材选用Q235H型钢。利用MIDAS/GEN分别建立不同总楼层数的立体车库钢框架结构，并通过不断调试确定了既能满足钢结构力学性能要求，同时又具有较小截面的H型钢材，使立体车库钢框架结构最终通过MIDAS/GEN的构件截面验算，获得了立体车库最小用钢量，节约了建造成本。

3结束语

随着城市的不断发展，汽车拥有量的不断攀升，停车难的问题已经越来越突出，传统的停车场已经远远不能满足日渐增长的停车需求，而立体停车库是解决城市静态交通问题的重要手段之一，大力发展立体停车库已经刻不容缓。

参考文献：

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