多层升降横移式立体车库结构设计方案分析

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(中原工学院，郑州 450007)

随着人类社会的进步、城市人口的扩张，城市交通压力越来越大，停车难已成为困扰人们日常生活的社会难题.若要解决此难题，车辆的立体存放是必然趋势[1].目前，地面、地下停车场已不能满足正常的停车需求，因此，设置各种形式的立体车库将成为解决停车难的有效举措.根据物流立体仓储的存放、控制原理[2]，巷道式、垂直升降式立体车库存车方案较多，如西安龙首北路天竹大厦52层、104个车位的电梯式停车库和深圳市宝安区人民医院16层、234个车位的双塔式立体车库，是垂直升降式立体车库的典型范例.汽车不同于其他物品，体积、质量大，而且车主更关注存取效率.本文就几种立体车库结构的设计方案进行分析研究.

1 垂直升降式立体车库的结构设计方案分析

垂直升降式立体车库的结构如图1所示.当车辆需要存入车库时，需将车辆驶入并停放在两列车位之间的堆垛机[2]平台上，由车管人员将堆垛机提升到有空车位的指定高度，然后由堆垛机采用三层货叉机构[3]或辊道机构[4]将车体和载车台一并存入指定的空车位.取车时，由车管人员将堆垛机提升到指定高度，通过三层货叉或辊道机构将车体从指定车位转移到堆垛机升降平台上，然后由堆垛机将车体下降并停放到车库临近地坪高度的第一层，停稳后由车主将车辆开出车库.

图1 垂直升降式立体车库示意图

这种立体车库高，存车数量大，缺点是车辆存取单靠唯一的进出口和堆垛机，升降速度慢，存取车辆效率太低.假如某小区该车库某一单元中存有80辆车，每辆车的存取时间平均为3 min，而小区车主要在同一时间取车上班，从库中提取第一辆车到提取最后一辆车，需要持续4 h，显然是不可行的.所以这类车库多用于汽车销售部门.

2 升降横移式3层立体车库的结构设计方案分析

目前，居民小区使用较多的是升降横移式3层立体车库，其结构如图2所示.其特点是：每一个车位都有自己独立的运动驱动系统，上层和底层只有升降功能，中间层(临近地坪)只有水平横移功能.具有升降功能的车位不能横移；具有横移功能的车位也无法升降.这类车库由若干个车位组成一个操控单元[6]，如某一个操控单元由24个(3的整数倍)车位组成，则上层有8个车位，可实现升降操作；底层也有8个车位，可升降操作；接近地面的中间层只有7个车位可实现水平横移式操作.中间层则必须留出至少一个车位供上、下车位升降操作存取车体，因此一个存车单元最多可存放23辆车.存放在中间层车位上的车辆，征得车管员同意后可自行将车开出车库；存放在上层车位(或下层车位)的车辆，取车时必须由车管员将该车位下方的中间层车位移开(不论该车位是否有车)，将车体从上层车位下降到中间层车位后，由车主将车辆开出车库.

01-上层提升动力系统；02-上层载车台板；03-中间横移载车台板；04-横移台板驱动动力系统；

这种车库的优点是存取车辆效率高，造价便宜，车库结构简单，操作方便，车辆可由车主自行开入车位，不需要专用堆垛机操作.由于存取车辆比较方便，所以受到了车主的普遍欢迎.但是这种车库存车数量少，占地面积大，土地利用率低[2]，不适合人口密集的地区建设(如商场、医院等)，因此不能作为大力推广的车库类型.

从结构设计而言，为了避免运动干涉，在上、下层车位移动时，必须避开中间层的横移轨道及固定横梁(如图2所示)，并借助于搭接板08，才能将车体顺利移至停车位上.因此，这种车库无法实现更多层的车辆存放，只能是3层[5].

3 升降横移式多层立体车库的结构设计方案分析

为了发挥3层立体车库的优势，在设计升降横移式多层立体车库时，车库中必须设置具有升降横移双重功能的车位[6]，结构如图3所示.

可把具有升降横移双重功能的车位分为3个独立的框架部分：

07为车库的固定钢架，除必要的立柱横撑外，还须通过托脚将车位横移必须具备的横梁、钢轨04固定在钢架07上.

01为具有独立结构的车位横移框架，底盘设置有4个轴承座和4个滚轮，其中2个为主动轮，通过减速电机和链条、传动链轮驱动，可在固定钢架07的钢轨上双向横移；另外，在横移框架的上部托板上，还安装固定有车位升降驱动动力系统06，通过链条传动，车位升降台及存入的车辆可按要求升降.横移框架01是一个没有底面和前帘的可移动钢架，是连接车库固定钢架07和车位升降框架02的中间过渡框架.

02为具有独立结构的车位升降框架，底盘设置固定有4组钢丝绳轮托脚和钢丝绳导向绳轮.2条钢丝绳一端固定在吊耳09上，然后穿过4个导向绳轮和2个提升绳轮.由升降驱动减速电机、传动链轮组成的传动系统，驱使钢丝绳卷筒双向旋转，实现车位的升降要求.在车位升降框架的两侧，安装固定有4个半圆柱套筒式导向滑靴03，与固定在横移框架01上的4个导向立柱08组成4组半圆柱面导向装置，在车位升降框架上升到顶和下落到底(借助第1层车位的导柱)时，起到安全可靠的导向、定位作用.

01-车位横移框架；02-车位升降框架；03-导向滑靴；04-车位横移轨道及横梁；05-车位横移驱动动力系统；

这种具有升降横移双功能的车库，在结构设计和操作功能上都比3层车库复杂，造价也高.由图3可知，横移框架01只能在固定的高度左右横移；升降框架02也只能上升到指定的高度.如图4所示，第3列第4层的车位存入车辆后，只能在车库的第4层第2、3、4列间左右移动，这个车位及存入的车辆不可能上升到第5层并横移到第1或第5、6列.绝对不允许车位及存入车辆在第4层下方的任一高度悬空停留，以保证安全及其他车位的正常操作.

我们把3层以上的立体车库称为多层立体车库，图4为升降横移式多层立体车库的基本车位结构图，假设它由6层8列共48个车位组成.第6层为顶层，像3层立体车库的顶层车位一样，只有升降功能，可全部存入车辆；第2～5层为升降横移双功能车位，为了便于车辆存取，必须有一列是空位，作为车辆存取的升降通道，所以这32个车位空间只能设置28个车位，最多存入28辆车；第1层临近地坪高度，设置的车位也只有横移功能，为便于车辆存取、出入，只能设置7个车位.因此这种存车单元最多只能存入43辆车，比3层立体车库造价高，有效存车位数量少，存取车辆效率低.

图4 升降横移式多层立体车库的基本车位结构

当车辆需要存车入库时，最简单、快捷的方式是直接将车存入第1层车位，这样存车、取车用时都最少；当需要将车辆存放在高层车位时，需要车管人员将空车位下方存有车辆的车位向两边横移，腾出空车位下降的通道，然后把空车位下降到临近地坪的第一层高度，由车主将车辆开入指定的空车位，由车管人员将载入车辆的车位上升到原来的高度，由此完成整个存车过程.从高层车位取车的操作过程与之相反.

车辆存入库内车位处于等待状态时，为避免钢丝绳断裂、砸坏下面的车辆，在车位升降框架02上部设置有顶棚钢构横撑；另外，在车位升降框架02和车位横移框架01之间可以设置电磁铁驱动的电控或气动插销装置，使01、02框架在没有相对运动时锁闭成一体；也可在横移框架01上设置手动杠杆、四连杆机构，将升降框架02与横移框架01互锁连接成一体(图中没有标出)，从而减少存入车辆时钢丝绳的受力，提高存车的安全可靠性.图4中第6层(顶层)车位虽然只有升降功能，从安全可靠性要求出发，也需要在固定框架07顶层上设置相关固定的安全保护和导向装置[1].

考虑车位升降框架02落到第1层地坪高度时，框架的底盘距离车库外地坪尚有一段距离，不利于车辆出入，可将第1层横移车位框架设计成过渡车位，让升降框架嵌入第1层横移框架内，并形成统一底盘高度.这样，第1层横移单功能框架，即有独立的存车功能，也可作为第2至第6层下降或提升时的过渡平台，提高车辆存取过程中的平稳、安全、可靠性.

与3层立体车库相比，多层升降横移式立体车库无需设置地下车位，便于车库施工、检修.但由于车库高度的增加，车辆存取复杂且危险程度增加.因此，在车库的设计过程中，需要设计安全保护装置[7].

随着多层升降横移式立体车库的存车高度和数量增加，土地的利用率得到了改善.但是高度越高，存车数量越多，存取车辆的效率就越低，给使用者带来不便.若一栋楼有几个单元，也可将一个立体车库相应分为几个存车单元，这样车辆存取效率高，车主存取车辆方便.由于每一存取单元都需要留出一列车位作为车位周转时的升降通道，这样就会降低立体车库空间车位的有效利用率.另外，每一存车单元层数越多，车库的土地利用率越高，但是由于双功能车位数量的增加，也会提高造价.因此，需要合理设计多层立体车库每一个存车单元的存车高度与数量.

4 结 语

升降横移式立体车库与现有的垂直升降式、堆垛机巷道式立体车库相比，结构简单、施工方便、存取车辆效率较高，且由于车辆可由车主自行驾驶入库，省略了专用堆垛机，造价相对较低.但是，因其土地利用率和存取车辆效率之间的矛盾，以及自动化控制水平较低，目前仍不是立体车库结构设计的最佳方案，更加合理的立体车库结构方案还需要进一步研究.

参考文献：

[1] 徐宁.智能立体车库的应用与研究[J].机电产品开发与创新，2009(1):60-62.

[2] 弋和友.锦端园石油小区立体车库的运行[J].现代物业，2010(11):87-89.

[3] 梁睦.堆垛机3层货叉直线差动机构的设计[J].起重运输机械,2005(3):32-33.

[4] 梁睦.货叉式与辊道式立体仓库结构设计[J].起重运输机械,2008(11):20-23.

[5] 梁睦,梁东凯.立体车库的应用及结构设计方案研讨[J].机电产品开发与创新,2011(6):57-59.

[6] 刘丽娜.浅谈立体车库的特点及其应用[J].智能建筑与城市信息，2007(12):96-98.

[7] 夏建民.一种解决医院停车难的创新方案[J].中国医院建筑与装备，2009(1):18-23.