升降横移式立体车库计算书

升降横移类机械式立体车库计算书

一、 工程概况：

1、本工程为保定市永和钢结构工程有限公司。 2、建设地点：河北保定富昌路。 3、建筑设计耐久年限：30年。 4、建筑物防火分类：Ⅳ类。

5、建筑物耐火等级：不应低于Ⅲ级。 6、建筑结构形式：钢结构。 8、建筑层数：三层。

9、机械停车库型式：外墙钢结构90度垂直升降式机械停车库。 10、停车容量：机械车位7辆。 二、设计依据：

建筑基础设计规范（GB50007-2002） 钢结构设计规范（GB50017-2003） GB/T3811-1983 立体车库设计规范 GB/T6067-1985 立体车库安全规程

GB17907-1999 机械式停车设备通用安全要求

Q/HF H0202-2001 升降横移类机械式停车设备技术要求 JB/T8713-1998 机械式停车设备类别、型式与基本参数 建设单位提供的地形图和有关的设计要求。

三、设计参数：

1.1设计目标的基本参数及主要技术性能指标

停车尺寸：５０００×１８５０×１５５０ 单位：ｍｍ

载车板规格：４７２０ｘ２３６０ 单位:ｍｍ

停车规格：车长×车宽×车高 ５０００×１８５０×１５５０； 单位：mm 停车最大重量：１７００ ｋｇ 提升时间：２６秒 横移速度：１６秒

1.2整体结构设计的内容及要求

车库主体框架钢结构由前、后立柱，前、后横梁，纵梁等组成。传动系统安装在主体框架的纵梁与后立柱上，包含传动的链条链轮以及链条张紧装置。载车板与传动链条相连，提升电机和传动系统驱动升降载车板上下升降，横移电机驱动横移载车板左右移动，实现车辆的停放和存取。车库主体框架支撑着动力电机、传动系统和车辆载荷，为保证车库安全、可靠地工作，车库主体框架必须具有足够的强度和刚度。

升降横移式立体车库的结构设计主要包括：主体框架、载车板装置、传动系统及安 全防护装置等

1.3车库主体框架设计

机械式立体车库的主体框架主要采用各种型材焊接加工成型作为承重结构。钢结构构件大多为轧制型材，可直接用来加工成结构物，且安装方便，可将工厂加工好的构件运到施工场地，在工地拼装。

三层升降横移类机械式立体车库主体框架结构全部为钢结构组件。立柱与横梁都采用Ｈ型钢，传动系统采用无缝钢管与圆钢，钢板主要用于载车板及横梁、立柱的加强肋板。立柱通过膨胀螺栓与地面基础相连．立柱与横梁之问通过高强度螺栓连接成整体结构。

车库主体框架承担着整个车库的自重和全部车辆载荷重量，其自身的重量、稳定性和可靠性对整个车库成本和安全性有着重要的影响。车库主体框架在加载条件下的变形直接影响到链传动系统能否正常运行。

车库适用的最大车型外形尺寸决定了停车车位的有效空间以及车库框架的尺寸。本立体车库所适用的车型的外形尺寸：汽车长×车宽×车高为5000×1850×1550ｍｍ，另外还要考虑到安装安全检测设备（即检删汽车长度是否超出停车库设计要求的检测器）和横移栽车板的电机安装位置，因此，本立体车库前后立柱中心的距离定为5890ｍｍ；为方便人进出和安全必须保证第层停车的空间不低于1800mm．所以一层的高度为2100ｍｍ；一个车位的宽为2400mm，横梁的长度为：2400*3＋550=8020mm。

经过初步计算，钢架立柱采用宽翼缘型150*150的热轧Ｈ型钢。安装承载链条传动系统的纵梁受力较复杂，采用宽翼缘型300*150的热轧Ｈ型钢；前横梁跨越三个车位，长度较长且承载三辆车的载荷，所以选用宽翼缘型300×150的热轧Ｈ型钢。立柱与横粱之间通过高强度螺栓连接成框架。

1.4主体框架关键联接部位螺栓设计计算

纵梁与后立柱的螺栓联结为整个车库中最危险且最关键的联结部位。对载荷进行简化，关于螺栓组的计算如下：

F0≥ KAFE/fzi （２－１）

式中： F0 螺栓预紧力；

KA——防滑系数，取１．２；

FE——实际总载荷，按照车库极限载荷取１４．４ＫＮ；

f——接合面摩擦系数，取０．４；

i——接合面数，取1；

z——螺栓数目，取４；

将数据代入式（２－１）得：

F0≥ KAFE/fzi =1.2*14.4KN/0.4*4*1 =10.8ＫＮ

故取最小预紧力F0为10.8ＫＮ。螺栓强度校核公式：

σcn=5.2F0/πd12 ≤［σ ］ （２＿２）

式中： σcn——计算应力；

F0——螺栓预紧力；

d1——螺栓直径，取１６ｍｍ：

［σ ］——许用应力，采用高强度螺栓，取１２５ＭＰａ。

将数据代入式（２—２）计算结果如下：

σcn=5.2*10.8KN/3.14*162mm2=69.8Mpa≤［σ ］=125Mpa 故螺栓连接满足要求。

1.5传动系统设计

选用链条传动作为车库的传动系统。机械式立体车库目前大多数采用链传动为提升和横移系统，其优点是可以保证准确的传动比，传动结构紧凑，运行平稳，选用链条传动作为车库的传动系统。

1.5.1提升电机的选择

根据车库使用者要求，设计的升降横移式立体车库提升时间不超过２６秒，设计取提升时间为２２秒，提升载车板与横移载车板之间的净空垂直距离不得少于1.8ｍ，即提升的位移为2.4ｍ，所以可以计算出提升速度ｖ约为0.08ｍ／ｓ。

预估载车板重量约为0.5吨重，停车重量取1.7吨重，合计提升电机需提升的总重约为2.2吨，即2.2*104Ｎ。

故电机提升功率Ｐ按式２—３计算。

P＝G×V＝2.2*104ｘ0.08＝1.76ｋｗ （２－３）

根据各立体车库专用电机的型号，选用台湾的东力电机股份有限公司的立体车库专用电机ＰＬ４０—２２００－４０型号电机为主传动系统的提升电机。该电机的输出功率为２．２ｋｗ，输出扭矩为５３Ｋｇ／ｍ，输出转速为３７．５ｒｐｍ。在润滑良好状况下，各传动构件之间的摩擦小，车库传动系统为低速传动，电机每天运行的时间很短，仅在车辆入库或者出库时启动，所选用电机具有一定过载能力，故所选电机能够满足要求。

1.5.2提升链条链轮的选择及计算

链传动根据链速可分为：中高速链传动，链速ｖ≥０．６ｍ／ｓ；低速链传动，链速ｖ＜０．６ｍ／ｓ。升降横移式立体车库链条运行速度远远低于０．６ｍ／ｓ，属于低速链传动。低速链传动与中高速链传动设计有着很大的区别。对于低速链传动，因抗拉静力强度不够而破坏的几率很大，设计时在结构允许的条件下，应尽量取较大的链轮直径以减小链条拉力。必须保证小链轮与链条同时啮合的齿数大于３～５。故常按式（２－４）进行抗拉静力强度计算：

SCA=Q/KAF+FC+Ff≥［S］ （２—４）

FC＝ｑｖ２ （２—５）

Ff=Kfqa*10-2

Ff=（Kf+sinα）qa*10-2

式中：SCA——链的抗拉静力强度的计算安全系数：

Q——单排链的极限拉伸载荷（ｋＮ）取55.6*103；

KA——工作情况系数，取1；

N——链条排数；

Ｆ——链的有效拉力（即有效圆周力）（Ｎ），取7860。

FC——离心力引起的拉力（Ｎ），当ｖ＜４ｍ／ｓ时可以忽略不计。

ｑ——链条单位长度的重量（ｋｇ／ｍ）。

v——链速ｍ／ｓ；

Kf——垂度系数，取最大值。

Ff——悬垂拉力（Ｎ），取最大值。

［S］——许用安全系数，一般为４～８；若按照最大尖峰载荷Fmax代替KAF进行计

算，可为３～６；对于速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或者作用力确定得比较准确时，［S］可以取较小值。

由电机轴上小链轮转速n1，与电机功率p，可选择传动链条为１６Ａ，其节距Ｐ为25.4ｍｍ，单排极限承载为５５．６ＫＮ。按式（２—４）进行抗拉静力强度计算，可得到链条抗拉静力强度计算所需参数，计算结果如下：

SCA=Q/KAF+FC+Ff=55.6*103/1*7860+0+0=7.07≥［S］

由于升降横移式立体车库的结构特殊，考虑电机的安装位置及受力情况，采用两级链条传动，电机链轮和主动轴大链轮是第一级传动，主动轴小链轮和提升链轮是第二级传动。立体车库传动为低速链传动，小链轮齿数可少于１７，但不能小于９。在结构允许的条件下，应尽量取较大的链轮直径以减小链条拉力。兼顾提升链轮传动的空间尺寸，提升链轮的齿数取１３齿。主动轴小链轮从成本及安装方便出发可取１３齿，在分析主动轴小链轮的受力条件后，必需保证链条同时与链轮啮合的齿数大于3-5，所以主动轴小链轮齿数取15齿，这样保证链轮３有５个齿与链条啮合。

由提升链速可得出提升链轮的转速为14.42ｒｐｍ，整个立体车库的传动比i=n电机/n提升链轮＝37.5/14.42=2.6，链传动比为2-3.5。所以机械式立体车库的传动比ｉ为2.6符合要求。

为保证电机链轮同样有５个齿与链条啮合，电机轴上的小链轮齿数取１４齿，根据传动比i为２．６确定主动轴大链轮齿数为４２齿，至此提升传动系统确定。

1.5.2横移电机的选择

根据设计要求，横移时间ｆ为约１６ｓ，横移的距离 SL为２．４ｍ，故横移的速度v为：

V= SL/t= 2.4/16=0.15m/s （２—７）

取横移载车板与停放车辆总重为2.2吨，即2.2*104Ｎ重。横移轮与轨道之间为滚动摩擦，取横移轮与轨道之间的滚动摩擦系数μ=0.05，则横移载车板与轨道之间的摩擦力f为：

f=N*μ=G*μ= 2.2*104Ｎ*0.05=1100N （２—８）

则横移电机的所需功率Ｐ按式（２－９）计算：

P＝f×v＝1100Ｎｘ0.15m／s＝0.165ｋｗ （２～９）

根据各立体车库专用电机的型号，选用台湾的东力电机股份有限公司的立体车库专电y用机PL22-200-30-50S3B，Ｂ型号电机为横移电机，陔电机的输出功率为0.2ｋｗ，输出扭矩为6.25Ｋｇ／ｍ，输出转速为30ｒｐｍ。所选用电机具有一定过载能力，故选用的具有计算功率的电机足够满足要求。

1.5.3横移链条链轮的选择及计算

横移电机输出转速ｎt与电机功率Pd，选择传动链条为10A，其节距p为15.875mm，单排极限承载为21.8ＫＮ。

根据横移速度及横移车板滚轮的尺寸，选取横移传动齿轮的齿数分别为13齿及16齿。

1.5.4主传动轴的设计计算

对于主传动轴，为节约成本采用无缝钢管，将传动的链轮焊接在无缝钢管上。

这样结构设计对焊接的要求高，传动链轮焊接达不到要求会产生的不利情况有：１、焊接处强度达不到要求，导致在提升车辆时出现坠落，后果非常严重；２、焊接工艺达不到要求，不能保证链轮中心面与传动轴轴心的垂直度和同心度，导致传动时链轮摆动，对电机及提升链条产生不利影响。

根据轴承尺寸及受力条件，选耻外往υ为60mm的无缝钢管，无缝钢管的厚度δ根据粗选计算如下：

δ≥D(1-4√πD3［τ］—16Tmax/πD3［τ］)/2

公式中：δ——无缝钢管壁厚， 单位mm；

Ｄ——无缝钢管外径，单位mm；

Tmax——轴所受最大扭矩，单位Ｎ．mm；

［τ］——许用切应力，取６０ＭＰａ。

将相关参数数值代入式（２—１０），得：

δ≥60*10-3*(1-4√3.14*(60*10-3)3×60×106-16×732/3.14*(60*10-3)3×60×106-)/2＝2.44ｍｍ

参考无缝钢管规格，初步校核后选取外径υ为60mm，壁厚为5mm的无缝钢管，材料为４５钢，主传动轴强度校核按式（２－１１）计算：

σca=√M2+(aT)2/W≤［σ］ (２一１１）

公式中：σca——轴的计算应力，单位ＭＰａ；

Ｍ——轴所受的弯矩，单位Ｎ．mm；

T——轴所受的扭矩，单位Ｎ．ｉmm；

a——折合系数，按照静应力算，取０．３；

［σ］——许用应力，取８８ＭＰａ，即４５钢的极限弯曲应力355/4＝88ＭＰａ；

W——抗弯截面系数，单位mm３，可算出钢管的抗弯截面系数Ｗ见式（２—１２）；

W=0.1d3(1-β4) = 0.1*603 *(1-(50/60)4)=11188mm3 （２—１２）

将上述数据代入式（２一１１）得：

σca=86.25ＭＰａ≤［σ］＝88ＭＰａ；

故主传动轴强度满足要求。

验算大链轮焊缝焊接强度，若该处满足要求，则主传动轴上的其他焊接处也满足要求。焊接强度Ｔ形接头计算公式：

τ=2T(R+α)/π［（R+α）4-R4］≤［τ］

公式中：τ——焊缝的计算切应力，单位ＭＰａ；

Ｒ——轴的半径，单位ｍｍ，无缝钢管Ｒ为３０ｍｍ；

T——轴所受的扭矩，单位Ｎ．mm；

α一焊缝宽度，取５ｍｍ；

［τ］——焊缝的许用切应力，单位ＭＰａ，这里取３６ＭＰａ；

将上述数据代入式（２—１３）得：

τ=23.63ＭＰａ≤［τ］=３６ＭＰａ

故把链轮焊缝强度满足要求。

1.6载车扳设计

本次立体车库采用拼装式载车板，升降载车板和横移载车板的主体结构由边粱、波浪板及连接横梁组成，边粱采用3.5mm厚的钢板弯成的形状，通过若干条槽钢制成的连接粱与方钢制成的阻车杆用螺栓连接成的框架，在框架上铺上波浪板组成拼装式载车板，车辆停放在波浪板上。

波浪板由专门厂家生产，厚度可以根据立体车库设计使用要求而定，波浪板搭接在左右对称的两根边粱上长８０mm的悬臂上，通过螺栓固定在边梁上，波浪板彼此之问同样通过螺栓连接成整体。

升降载车板由链条牵引升降，链条属于柔性体，升降载车板与停在载车板上的车辆在升降过程中会产生前后、左右的摆动，这对停放的车辆会造成危害，所以在升降载车板上设计了升降导向块，导向块安装在升降载车板的后侧，导向块能前后左右调整，调整到合适位置通过螺栓拧紧固定在升降载车板上。导向块在载车扳升降过程中沿着后立柱Ｈ型钢的翼缘滑行，可以限制升降载车板升降过程中前后左右摆动。

横移载车板同框架、主传动系统没有直接关联，其横移运动通过安装在横移载车板边梁上的横移电机实现，横移电机的转动通过链轮链条传递到横移传动轴，从而带动横移主轴上的两个滚轮滚动，实现横移载车板的横移运动。

1.7防坠落装置

防坠器有专业厂家生产，本次选用的FQB3-50型的垂直吊钩式防坠器

在载车板上升到正确停车高度时，安全吊钩处于状态。载车板升降时，电磁铁通电，推动电磁驱动安全吊钩向左转动，同时通过连接杆带动自制吊钩向左转动，从而实现吊钩与载车板的分离，载车板在链条牵引下自由升降。本车库通过连接杆连接，自制一个安全吊钩，省去一个电磁铁驱动安全吊钩，一个车位节省两个电磁铁驱动安全吊钩。

除了安全防坠落装置外，车库还配备防火装置、运行故障急停系统、安全护栏、防止超限运行装置、人车误入检测装置、缓冲器装置。另外所选用的立体车库专用电机在突然断电时，电机减速器有自锁保护功能并处于锁紧状态，使车库传动系统立即停止运行。

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