垂直升降类机械式停车库建筑和结构设计要点探析

徐 涛 （六安市建设工程质量安全监督处，安徽 六安 237000）

0 引言

垂直升降类机械式停车库又称为塔式机械立体停车库，它是通过升降设备将车辆或有车辆的载车横板横向或者纵向地从车辆升降机搬运至停车位，停车位分横置式、纵置式和圆周式三种。通常一个垂直升降类机械式停车库有一套或多套垂直升降类停车设备组成，垂直升降类机械停车设备的构件如图1所示，其运行原理与常见的建筑电梯载人运行原理类似，汽车的垂直运输井道位于停车区域中间，两侧是沿垂直方向设置的停车位，存车时，车辆驶进车库入口，由升降设备将车辆或载车板提升到目的层，然后用升降设备上的横移装置把车辆或载车板送进存车室；取车时，由横移装置把指定存车室上的车辆或载车板取出装进升降设备，然后由升降设备把车辆降至车库出口处，实现取出车辆的功能。

图1 垂直升降类机械式停车设备主要组成

垂直升降类机械式停车库层数一般设计为20～25层，平均每辆车占地面积约 1.1～1.3m，因其平面和空间利用率高、能耗噪音低、出入库便利、安全性能高、操作简单、维护方便等优点，目前被广泛应用于大型商场、医院和办公等公共区域停车。

1 建筑设计

垂直升降类机械式停车库建筑设计要综合考虑停车车型尺寸、现场交通条件、防火排烟、设备安装、建筑节能以及外立面美观等要求，通常建筑设计需在满足《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-2014）要求的总平面布置基础上，重点对平面布置、柱网选择、出入口和外立面进行设计，通常其外立面一般采用金属或玻璃幕墙的方式，以达到一种较好的立面装饰效果。

1.1 平面布置

通常垂直升降类机械式停车库的平面布置主要根据停车数量、防火间距、消防通道和周边交通环境进行灵活布置，其布置形式可以单库、双库和多库。单库是指中间一个升降井，两边设置停车位；双库和多库是指由单库采用横向或者纵向排列组合而成，如图2。单库的平面布置占地面积小、受力简单、工程造价低但受结构抗震等因素影响，其设计的结构高度受到高宽比的限制，高度不宜过高，设计停放的车辆不多，双库和多库相对于单库其结构高度可以大幅提高，多适用于停车需求较多的项目。

图2 单库、双库平面布置示意图

1.2 柱网的选择

垂直升降类机械式停车库立面空间都比较大，除了机械立体停车设备，还要土建结构相配合，为了能提高停车库的利用率，柱网的选择尤其关键。决定停车间距尺寸的主要因素很多，主要是受到停车宽度、两柱间的停车数量、车辆的停放方式、柱子的截面尺寸等。通常设计上以停放1辆车平均所用的建筑面积作为综合指标来衡量柱网是否合理，设计时尽可能减少柱网的种类，统一柱网尺寸，并保持与其他部分柱网的协调一致，对于设计为小型车和中型停车库，实践中比较经济合理的柱网设计尺寸为6.0m×7.5m。

1.3 出入口设计

停车库出入口是停车库内部交通和城市交通连接的节点，是停车库的规划和设计合理与否决定因素之一。出入口的设计不仅要保证车辆快速和安全地进出车库，同时不能造成城市交通拥堵。出入口设计不仅要满足《车库建筑设计规范》（JGJ 100-2015）的要求，同时设计时应考虑以下影响：①出入口与城市道路车流量和车库停车位数量对停车库的使用有重要的影响，因此停车库到道路规划红线应留一定距离，一般停车库出入口到城市主要道路和次要道路的距离应大于10m，到城市支路距离应大于8m；②当停车库的出入口位置导致汽车不能顺畅出入车库时，应设置回转平台；③停车库安全通道、安全门、紧急出口等位置应设置醒目标志；④停车库出入口应安装减速装置；⑤出入口处要考虑排水和防止雨水渗入等措施。

2 结构设计

立体停车库根据其与周围建筑物的位置关系可分为独立式和附着式两类，所谓独立式就是建成一个独立的构筑物，而附着式是指停车库依附在其他建筑内部或外部，属于其他建筑物的一部分，对于附着式停车库其主体结构或停车设备与建筑物主体结构联结时，必须考虑对建筑物产生的不利影响，且预埋件的设置，连接点的设计必须安全、可靠且符合有关规范要求。钢框架结构体系由于具有良好的塑形变形能力，能够很好地承受由水平力产生侧向力和抗疲劳破坏，具有较好的抗震性能且能够较好地满足机械式停车库构件的个性化设计需求，目前被广泛应用于垂直升降类机械式停车库的主体结构，因其使用功能的特殊性，结构设计时在满足强度要求的同时，尤其要注意结构刚度、荷载变形和稳定性问题。

2.1 结构刚度

由于垂直升降类机械式停车库占地面积小，为了增加停车数量只能增加结构高度，同时垂直式机械式停车库由机械设备来运送车辆直接到载车板上，全程无人参与，因此钢框架属于无板结构，结构主要靠框架梁、框架柱受力，随着结构高度增加结构整体刚度必然大幅降低，因此结构设计时必须加强对结构刚度的验算，通过设置高宽比和增加支撑来提高结构整体刚度，通常独立式垂直升降类机械式钢结构停车库的高宽比不大于6.5：1。

2.2 荷载变形

通常垂直升降式钢结构机械式停车库的主体结构受到的荷载作用包括：结构恒载、设备恒载、冲击荷载、停车荷载以及风荷载和地震荷载，同时停车荷载在不同停车状况时又分空载、对称满载、非对称满载、最大偏载四类，进行结构设计时应考虑到多种工况的荷载组合对结构的影响，对不同工况荷载作用下，结构变形情况进行计算分析。

2.3 结构稳定性

垂直升降式钢结构机械式停车库结构设计的稳定性一要考虑结构整体的稳定性即设计的钢结构在最不利的工况荷载作用下整体结构抗倾覆情况；二要考虑设备在搬运汽车的过程中由于机械设备的制动等原因，停放的汽车在重力加速度作用下产生冲击力，容易发生局部失稳，因此停车位需要采取一定的隔振减振措施处理。

3 总结

机械式立体停车库作为解决我国停车难问题的重要途径，一定程度上缓解了城市动、静态交通问题，垂直升降类机械式停车库作为机械式立体停车库一类重要形式，其在建筑和结构设计时需要综合考虑以下几个方面：①交通环境和停车需求。要根据场地大小、停车位数量需求、周边交通条件要求，综合进行分析，合理进行平面布局、柱网选择和结构设计。②建设与运营维护费用。垂直升降类机械式停车库建设的投资回收期周期通常较长，所以车库建设的成本和运营期间的检测、维修、养护费用等是方案选择的主要考虑因素。③工程造价和建设周期。垂直升降类机械式停车库的设计需要考虑当地建筑材料、地质条件、气候环境、地方文化及政策，尤其是地基基础设计、建筑高度及外立面选择需要综合考虑工程造价和建设工期影响。④结构承载能力。垂直升降类机械式停车库其框架结构受力分析与普通房屋建筑不同，各类荷载复杂，尤其需要考虑机械设备运行下的各类冲击荷载和车库不同停车状况下荷载作用下结构安全稳定性能。⑤机械设备安装。垂直升降类机械式停车库的设备安装作为停车库的一项重要内容，建筑和结构设计时需要与设备厂家进行充分沟通，当设备构件同时作为主体结构受力构件时需要与主体结构同步进行设计计算。⑥消防安全问题。由于汽车库多处于中心城区同时设计结构多为钢结构，因此消防安全不容忽视，设计时不光需要考虑与周边建筑的防火间距和建筑物本身防火排烟问题，还需要考虑钢结构防火防腐问题。