垂直循環(huán)立體車庫(kù)抗風(fēng)穩(wěn)定性研究

賴穎東

摘 ?要：該文研究機(jī)械式立體停車設(shè)備中的垂直循環(huán)型抗風(fēng)性能，通過(guò)分析在風(fēng)力作用下立體車庫(kù)的受力狀況，對(duì)車庫(kù)的抗風(fēng)性能進(jìn)行校核，特別是應(yīng)對(duì)極端天氣環(huán)境，如臺(tái)風(fēng)、短時(shí)大風(fēng)等，驗(yàn)證其強(qiáng)度是否能保證，防止立體車庫(kù)發(fā)生傾覆事故，保障車庫(kù)的安全運(yùn)行。筆者從自身實(shí)際工作出發(fā)，通過(guò)對(duì)垂直循環(huán)立體停車庫(kù)抗風(fēng)穩(wěn)定性的研究，提出相應(yīng)的保證設(shè)備安全運(yùn)行的一些建議。

關(guān)鍵詞：垂直循環(huán)立體停車庫(kù) ?抗風(fēng)性能 ?機(jī)械強(qiáng)度校核

中圖分類號(hào)：TP273 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（b）-0029-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，擁有一輛汽車對(duì)于中國(guó)很多家庭來(lái)說(shuō)已經(jīng)不是難事了。伴隨著汽車保有量的不斷提升，停車難問(wèn)題也日益凸顯。中國(guó)的大城市中停車位緊缺的矛盾也不斷變得尖銳起來(lái)。以深圳為例，從2003年至2015年，深圳的機(jī)動(dòng)車保有量從20萬(wàn)臺(tái)猛增至320萬(wàn)臺(tái)，而相應(yīng)的登記經(jīng)營(yíng)性停車場(chǎng)有4200多家，等級(jí)停車位近100萬(wàn)個(gè)，存在巨大的停車位缺口，這相當(dāng)于每3臺(tái)汽車只有1個(gè)停車位。作為停車難問(wèn)題的一個(gè)解決方案，機(jī)械式立體停車設(shè)備具有許多優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約用地、操作方便、存取車快、省電節(jié)能、投資成本小等，這使得機(jī)械式立體停車設(shè)備的推廣使用得到了迅速的發(fā)展。

垂直循環(huán)式立體車庫(kù)是一種很適合無(wú)地下車庫(kù)的老舊小區(qū)的機(jī)械式立體停車設(shè)備，其特點(diǎn)為：（1）占地少，兩個(gè)泊位面積可6～12輛汽車;（2）外裝修可只加頂棚，消防可以利用消防栓;（3）價(jià)格低，地基、外裝修、消防方面投入比較少，建設(shè)周期短;（4）可自動(dòng)控制，安全可靠[1]。但是作為露天設(shè)備，垂直循環(huán)立體車庫(kù)受到風(fēng)載荷的影響巨大，特別是像深圳這樣的沿海城市，每當(dāng)臺(tái)風(fēng)來(lái)臨，都是對(duì)這類車庫(kù)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

1 ?作用于車庫(kù)本體結(jié)構(gòu)上的風(fēng)載荷

風(fēng)載荷一般處于水平狀態(tài)施加在車庫(kù)上，風(fēng)壓與風(fēng)速成平方關(guān)系：

q=V?/16 （1）

式中：q為風(fēng)的壓力（10N/m?）;V為風(fēng)的速度（m/s）。

風(fēng)力等級(jí)越高，風(fēng)壓越大，其大小直接影響著車庫(kù)的正常工作，我們?nèi)∨_(tái)風(fēng)的風(fēng)速折算出風(fēng)壓1280N/m2。

對(duì)一套12個(gè)停車位的垂直循環(huán)立體車庫(kù)，每個(gè)車位的額定載荷是2t，對(duì)應(yīng)的部件迎風(fēng)受力計(jì)算公式如下：

F=ψF輪 （2）

F輪為起重機(jī)的組成部分的輪廓面積在垂直于風(fēng)向平面上的投影來(lái)計(jì)算（m2）;ψ為起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的充滿系數(shù)即結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的凈面積與其輪廓面積之比，通常結(jié)構(gòu)形式的ψ值為：

（1）由型鋼或鋼板制成的桁架或空腹結(jié)構(gòu)：ψ=0.2～0.6。

（2）管子桁架結(jié)構(gòu)（無(wú)斜桿桁架取小值）：ψ=0.2～0.4。

（3）實(shí)體板結(jié)構(gòu)：ψ=1。

（4）機(jī)構(gòu)：ψ=0.8～1.0。

整理后一套垂直循環(huán)車庫(kù)風(fēng)載荷如表1所示。

經(jīng)計(jì)算，得出車庫(kù)整體所受風(fēng)載荷為F風(fēng)載=12837N。

當(dāng)垂直循環(huán)車庫(kù)一側(cè)停滿車輛，即停了7臺(tái)車輛時(shí)，為最大偏載，是最不利工況。此時(shí)所停車輛所承受的風(fēng)載荷為F車=63013N。

2 ?作用在車庫(kù)上的動(dòng)載荷

當(dāng)車庫(kù)開始運(yùn)作時(shí)，載荷的慣性力會(huì)使起升載荷出現(xiàn)動(dòng)載增大的作用，該效應(yīng)用一個(gè)大于1的起升動(dòng)載系數(shù)Φ2乘以額定起升載荷PQ來(lái)考慮[2]。

起升動(dòng)載系數(shù)Φ2與穩(wěn)定起升速度νq和起升狀態(tài)級(jí)別有關(guān)，其值可以由實(shí)驗(yàn)或分析確定，也可以按下式計(jì)算：

Φ2=Φ2min+β2νq （3）

Φ2min為與起升級(jí)別相對(duì)應(yīng)的起升動(dòng)載系數(shù)的最小值，這里取1.05。

β2為按起升狀態(tài)級(jí)別設(shè)定的系數(shù)，這里取0.17。

νq為穩(wěn)定起升速度，這里νq=0.25m/s。

最后計(jì)算的出動(dòng)載荷為F動(dòng)載=152600N。

立體車庫(kù)穩(wěn)定性的力矩如圖1所示。

3 ?最大偏載狀態(tài)下的傾覆力矩

車庫(kù)在風(fēng)載作用下產(chǎn)生的傾覆力矩M風(fēng)載=100129Nm。

動(dòng)載產(chǎn)生的傾覆力矩M動(dòng)載=579880Nm。

4 ?校驗(yàn)地腳螺栓強(qiáng)度

4.1 車庫(kù)空載下強(qiáng)度校核

作用在地腳螺栓上的拉力F螺栓=26350N。

該拉力平均作用在3個(gè)M27的螺栓上，螺栓有效橫截面積S螺栓=459mm2，則每個(gè)螺栓的應(yīng)力σ=F螺栓/3S螺栓=57.41MPa。

M27螺栓許用應(yīng)力[σ]=σs/n=382MPa（n為安全系數(shù)）。

驗(yàn)算可得強(qiáng)度符合要求，車庫(kù)處于安全的狀態(tài)。

4.2 車庫(kù)最大偏載且處于動(dòng)載狀態(tài)

作用在地腳螺栓上的拉力F螺栓=17895N。

該拉力平均作用在3個(gè)M27的螺栓上，螺栓有效橫截面積S螺栓=459mm2，則每個(gè)螺栓的應(yīng)力σ=F螺栓/3S螺栓=389.88MPa。

M27螺栓許用應(yīng)力[σ]=σs/n=382MPa（n為安全系數(shù)）。

驗(yàn)算可得強(qiáng)度不符合要求，在這種載荷狀態(tài)下，車庫(kù)地腳螺栓超過(guò)了它能承受的應(yīng)力的極限，螺栓將會(huì)斷裂失效，造成車庫(kù)的整體傾覆，引發(fā)嚴(yán)重的事故。

5 ?結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，在臺(tái)風(fēng)或者突發(fā)大風(fēng)的情況下，空載垂直循環(huán)車庫(kù)抗傾覆性能符合要求，但是當(dāng)車庫(kù)處于最大偏載，且承受動(dòng)載荷時(shí)，地腳螺栓無(wú)法承受對(duì)應(yīng)的拉力，車庫(kù)有整體傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，所以當(dāng)臺(tái)風(fēng)或者短時(shí)大風(fēng)等災(zāi)害天氣來(lái)臨時(shí)，使用單位要做好清空立體車庫(kù)，防止車庫(kù)運(yùn)行的防護(hù)措施，如此才能最大可能防止車庫(kù)傾覆引發(fā)危險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 武志峰，王萬(wàn)雷，王國(guó)巧.垂直循環(huán)式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大連民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，21（1）：25-28.

[2] 樊國(guó)秋，黃晨，羅琴娟.基于單片機(jī)的垂直循環(huán)式立體車庫(kù)的研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2018，31（6）：67-70.

[3] 張啟輝，蘇東海.垂直循環(huán)式立體車庫(kù)液壓控制系統(tǒng)的特性分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2018（5）：176-178.