浅谈智能机械立体车库结构设计

姜建花

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，兰州 730000）

1 立体车库出现的时代背景

随着我国经济的发展，城市化进程加快和人民生活水平提高，汽车数量飞速增加，但汽车泊位增长缓慢，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。传统的路边人行道上停车，地下或地面停车场均解决不了以上问题，而智能化的机械式立体停车库（楼），由于能够极大地提高土地及空间利用率，兼具安全可靠和低能耗的特点，并且能够与不同性质城市建筑物组合建造。因此，在人员密集、停车需求旺盛的居住区和商业区，机械式立体停车库（楼）被批准建设，相应的设计工作由此展开。

2 立体车库的分类及介绍

在原国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》中，将立体车库分为九大类，具体是：升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和汽车专用升降机。本文以深圳怡丰自动化科技有限公司生产的产品为例，详细介绍其中两种使用频率较高的立体车库。

2.1 垂直移动立体车库

垂直移动是结合了垂直升降、平面移动和巷道堆垛等各自的仓储技术特点，可以实现水平和垂直方向的同时快速移动，极大地提高存取车效率。每个停车层可停放6～14 辆车，层数高可达16 层，占地面积小于巷道堆垛类和平面移动类，平均每辆车占地面积仅1.2 m2，空间利用率高，存取车时间平均为90 s。垂直移动类自动停车系统是现代化城市中适合地面上建设的高容量立体车库。

2.2 巷道堆垛类立体车库

巷道堆垛类自动停车系统是运用了堆垛仓储技术，堆垛机通过在巷道内水平移动的同时完成垂直升降，一套堆垛机覆盖不同停车层的每一个车位，实现X、Y轴同时移动。驾驶员只需将车辆停放在停车平台，系统将安全地把车停放在立体的停车位。巷道堆垛适用于场地较短，但对停车密度要求高的场地，是所有自动停车系统中经济性较高的产品。

3 立体车库设计内容

在立体车库设计中，首先要对车库总体予以设计[1-2]。以“回”字形结构立体车库为例，道路贯穿车库中间，车库出入口位于道路两侧，并利用轨道循环运动停放的车辆。这种方式无须使用大量辅助设施，不仅便于车辆停放，且对主干道上行驶的车辆和行人不会造成任何影响。

其次，要对车库传动方案予以设计。传动指的是将动力从源头传递至目标地，在立体车库中则是指保持载车板平稳地运动。立体车库通常结合使用提升机构和搬运器，以达到载车板运动的效果，从而实现车辆循环，但这种方式存在一定不足，其结构复杂、可靠性较弱、载车板运动效率较低。所以为改善这些问题，新型立体车库可利用电机驱动链条带动载车板，使之沿着导靴轨道运动，并在保证载车板平顺转向的基础上，实现循环运动。在传动方案设计中，为保障设计效果，还应全面分析载车板运动学原理。当载车板水平、竖直运动状态，均保持轨道前方驱动链条速度与后方部分相同，即可使载车板在轨道限制下仅有水平或竖直移动的自由度。载车板运动设计的难点在于轨道圆弧转角处，为确保载车板运动平顺性，必须对轨道几何形状进行合理设计，以防止发生倾斜和侧翻。

最后，要对车库结构予以设计。本文以江西省南昌市渊明北路停车场工程项目为例，对智能机械式立体车库结构设计展开重点讲解，内容如下。

4 工程概况

本工程为江西省南昌市渊明北路停车场，位于渊明北路与毛家园街交叉口，北侧为毛家园街，东侧为状元桥社区，多为2～5 层的砖混结构住宅楼，西侧为渊明北路，南侧为状元桥社区，多为3～8 层的砖混结构商业住宅楼。因场地狭小，停车需求旺盛，采用智能化的机械式立体车库。

5 项目特点

5.1 建筑平面不连续，属平面不规则结构

场地北侧采用巷道堆垛类立体车库，堆垛机需要水平移动和竖直方向移动完成汽车的存放，故在巷道内不允许设置楼板，也不允许框架梁连通；南侧采用垂直移动立体车库，因为横移车和搬运器需要水平移动和竖直移动完成汽车的存放，因此在每个垂直升降井道内不允许设置楼板，不允许框架梁连通，但相邻升降井道间的框架梁可以连通。地下二层平面（见图1）为典型楼层，可说明建筑平面的不连续性。

图1 地下二层平面图

5.2 建筑层高小

建筑层高小，无法设置正常高度的框架梁及次梁。因为建设场地紧张，建筑师为了增加停车位数量，往往将建筑层高降低到规范允许的最小值，普通停车位层高2.20～2.30 m，客车停车位层高2.60～2.70 m，建筑竖向设计可参考见建筑物剖面图（见图2）。建筑设计框架柱间距通常为7.5～8.4 m，为保证车辆通行所需的净高，在车位进口处的梁高受到限制。本项目设计过程中，车位进口处框架梁高无法按常规设计取柱跨的1/10～1/18，仅取为350 mm。

图2 建筑剖面图

5.3 局部荷载

局部荷载大，以集中荷载的形式传给楼板或梁。智能机械车库结构设计除应考虑常规设计中的楼（屋）面、梁、墙、柱恒活荷载以外，还必须考虑设备的自重，以及设备运行过程中所产生的动力荷载。由于设备生产厂家众多，各厂家提供的设备重量及作用在主体结构上的作用力大小、位置也有差别，因此，主体结构设计必须参照特定厂家提供的土建施工图进行。

5.4 地下室外墙水土压力

地下室层数多，深度大，地下室外墙水土压力大，基础设计需满足抗浮要求。当总停车数量固定，地上停车数量没有办法再增加时，建筑设计就设置层数较多的地下室。当建设场地位于地下水丰富的地区，地下室外墙需承受较大的水土压力，基础除需满足正常的抗压、抗剪、抗冲切等要求外，需满足抗浮要求。

6 结构设计

6.1 采用扁梁确保车辆正常进出所需的净高

普通矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5；当梁宽大于梁高时，梁就称为扁梁（或称宽扁梁、扁平梁、框架扁梁）。扁梁的外形特点是梁的宽度通常超过柱子的截面高度，采用这种梁一般是因为需要满足建筑净空的要求。采用相同截面面积，扁梁比正常梁的惯性矩小，承载力低且挠度大，配筋量也比正常梁稍多一些。

本项目中，X向跨度7.2 m，框架梁截面尺寸550 mm×350 mm，柱截面尺寸500 mm×600 mm，框架梁宽度虽未大于相应方向框架柱尺寸，但框架梁的受力特性已与普通窄梁不完全相同。设计过程中，针对扁梁，采取以下措施。

1）在满足GB 50010—2010 《混凝土结构设计规范》[3]（2015 年版）（以下简称《混规》）第9.2.1 条第3 款梁上部钢筋和下部钢筋最小净间距的要求的前提下，尽量将梁纵筋排成一排，避免多排布置。

2）在满足受剪承载力前提下，满足《混规》表11.3.6-2 中的构造要求，箍筋全长加密。

3）验算梁的挠度，保证梁的挠度满足《混规》表3.4.3 中，f≤l0/250 的限值要求。其中，l0为构件计算跨度，f为构件实际挠度。

4）验算梁的裂缝宽度，裂缝控制等级三级，保证梁的裂缝宽度满足《混规》表3.4.5 中最大裂缝宽度Wmax≤0.30 的限值要求。

6.2 在允许位置设置混凝土支撑

南侧垂直移动立体车库，地下5 层，地上4 层，分3 个车库，仅有4 道框架梁连通，3 道框架梁及楼板均不连通，Y向侧向刚度较弱。为增加Y向结构刚度，地下5 层设一道X形钢筋混凝土支撑外，其余每2 层设置一道X形钢筋混凝土支撑。

6.3 采用厚板，对楼板进行应力分析

研究表明：与宽扁梁重合部分的板，其作用机理已与纯板完全不同，与梁共同作用并相互协调。考虑板的内力塑性重分布，一般对四周与梁整体连接的板中间跨的跨中弯矩，计算弯矩可减少20%。实际上连续板跨中由于正弯矩作用截面下部开裂，支座由于负弯矩作用截面上部开裂。

应力分析包括中震下楼板应力分析，温度荷载下楼板应力分析和恒活荷载下楼板应力分析。根据本项目特点，仅需进行恒活荷载下楼板应力分析。设计采用YJK-A 进行应力分析。分析方法和步骤可按《YJK 楼板应力分析方法》[4]一书中的详细介绍进行。

6.4 框架柱全部为短柱，箍筋需全高加密

房屋建筑中的短柱以剪跨比的大小判断，当剪跨比≤2（柱净高Hn/2h0≤2，Hn为反弯点位于柱高中部的框架柱的净高，h0为计算方向柱截面有效高度；Mc/Vch0≤2，Mc为柱端未经调整的组合弯矩计算值，可取柱上、下端的较大值，Vc为柱端截面与组合弯炬计算值对应的组合剪力计算值）的柱就是短柱。短柱的变形特征为剪切型，在地震作用时容易发生脆性破坏，导致结构的严重破坏甚至倒塌，因此也成了施工图设计及图纸审查的重点内容。本项目大部分框架柱截面尺寸500 mm×600 mm，层高2.3 m，框架柱全部成为短柱。在设计过程中，采取以下几种措施，提高框架柱延性，改善其变形能力，避免脆性破坏。

6.4.1 箍筋全部采用复合箍筋

采用复合箍筋主要是提高柱的抗剪承载力，使混凝土循环受剪后不致剪切滑移，改善其变形能力。箍筋的间距和最小直径应满足GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》（2016 年版）（以下简称《抗规》），第6.3.7 条要求。

6.4.2 注重短柱的受剪承载力验算

1）剪压比验算，即柱截面应满足《混规》中式（11.4.8-2）的要求。满足该要求主要是保证柱截面最小尺寸，避免剪力较大时柱可能发生的斜压破坏。

2）考虑地震作用组合的短柱受剪承载力验算。该项验算由程序自动执行。

6.4.3 人工加强抗震构造措施

除箍筋全高加密外，注意验算框架柱的纵筋配筋率、轴压比、体积配箍率应满足《抗规》中的相关要求。

6.4.4 梁柱节点核心区的箍筋同框架柱加密区

框架节点核心区箍筋的配置应满足《抗规》第6.3.10 条的要求。本项目框架柱全部为短柱，节点核心区的箍筋按核心区上、下柱端的较大体积配箍率进行配置，保证结构安全。

6.5 地下室外墙厚度计算

地下室外墙厚度随深度变厚，平面外设置剪力墙，共同抵抗水土压力。地下室外墙采用YJK-A 进行整体计算，再用小软件MSteel 进行复核计算。取1 m 宽竖向板带为计算单元，采用水土合算的方式，假定为地下室顶板处铰接，基础顶面刚接，其余各层楼板铰接的竖向连续梁进行计算。

6.6 设计施工应以中标厂家提供的土建施工图为依据

机械车库设计通常参考国标图集中的通用型号进行，应对吊环、停车位、转盘、堆垛机等荷载计入整体计算，考虑其产生的不利影响作用，并且加强荷载作用位置的构造措施。对于安装设备需要的预埋件，应根据受力特点进行验算，提前预埋，保证设备的安装及运行安全。

7 结语

智能机械立体车库建筑设计除了需要满足正常使用功能、消防、疏散等方面的要求，还要满足设备的运行安装要求。结构设计在满足建筑设计全部功能的前提下，还要保证结构安全、经济合理、施工简便，需做一些特殊处理，如采用扁梁、短柱、混凝土支撑、提前设置预埋件等，这些都与普通结构结构设计有所不同，希望引起结构设计同仁们的重视。