淺談智能機械立體車庫結構設計

姜建花

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，蘭州 730000）

1 立體車庫出現的時代背景

隨著我國經濟的發展，城市化進程加快和人民生活水平提高，汽車數量飛速增加，但汽車泊位增長緩慢，由此帶來停車難、違章停車、停車管理困難等一系列問題。傳統的路邊人行道上停車，地下或地面停車場均解決不了以上問題，而智能化的機械式立體停車庫（樓），由于能夠極大地提高土地及空間利用率，兼具安全可靠和低能耗的特點，并且能夠與不同性質城市建筑物組合建造。因此，在人員密集、停車需求旺盛的居住區和商業區，機械式立體停車庫（樓）被批準建設，相應的設計工作由此展開。

2 立體車庫的分類及介紹

在原國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的《特種設備目錄》中，將立體車庫分為九大類，具體是：升降橫移類、簡易升降類、垂直循環類、水平循環類、多層循環類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類和汽車專用升降機。本文以深圳怡豐自動化科技有限公司生產的產品為例，詳細介紹其中兩種使用頻率較高的立體車庫。

2.1 垂直移動立體車庫

垂直移動是結合了垂直升降、平面移動和巷道堆垛等各自的倉儲技術特點，可以實現水平和垂直方向的同時快速移動，極大地提高存取車效率。每個停車層可停放6～14 輛車，層數高可達16 層，占地面積小于巷道堆垛類和平面移動類，平均每輛車占地面積僅1.2 m2，空間利用率高，存取車時間平均為90 s。垂直移動類自動停車系統是現代化城市中適合地面上建設的高容量立體車庫。

2.2 巷道堆垛類立體車庫

巷道堆垛類自動停車系統是運用了堆垛倉儲技術，堆垛機通過在巷道內水平移動的同時完成垂直升降，一套堆垛機覆蓋不同停車層的每一個車位，實現X、Y軸同時移動。駕駛員只需將車輛停放在停車平臺，系統將安全地把車停放在立體的停車位。巷道堆垛適用于場地較短，但對停車密度要求高的場地，是所有自動停車系統中經濟性較高的產品。

3 立體車庫設計內容

在立體車庫設計中，首先要對車庫總體予以設計[1-2]。以“回”字形結構立體車庫為例，道路貫穿車庫中間，車庫出入口位于道路兩側，并利用軌道循環運動停放的車輛。這種方式無須使用大量輔助設施，不僅便于車輛停放，且對主干道上行駛的車輛和行人不會造成任何影響。

其次，要對車庫傳動方案予以設計。傳動指的是將動力從源頭傳遞至目標地，在立體車庫中則是指保持載車板平穩地運動。立體車庫通常結合使用提升機構和搬運器，以達到載車板運動的效果，從而實現車輛循環，但這種方式存在一定不足，其結構復雜、可靠性較弱、載車板運動效率較低。所以為改善這些問題，新型立體車庫可利用電機驅動鏈條帶動載車板，使之沿著導靴軌道運動，并在保證載車板平順轉向的基礎上，實現循環運動。在傳動方案設計中，為保障設計效果，還應全面分析載車板運動學原理。當載車板水平、豎直運動狀態，均保持軌道前方驅動鏈條速度與后方部分相同，即可使載車板在軌道限制下僅有水平或豎直移動的自由度。載車板運動設計的難點在于軌道圓弧轉角處，為確保載車板運動平順性，必須對軌道幾何形狀進行合理設計，以防止發生傾斜和側翻。

最后，要對車庫結構予以設計。本文以江西省南昌市淵明北路停車場工程項目為例，對智能機械式立體車庫結構設計展開重點講解，內容如下。

4 工程概況

本工程為江西省南昌市淵明北路停車場，位于淵明北路與毛家園街交叉口，北側為毛家園街，東側為狀元橋社區，多為2～5 層的磚混結構住宅樓，西側為淵明北路，南側為狀元橋社區，多為3～8 層的磚混結構商業住宅樓。因場地狹小，停車需求旺盛，采用智能化的機械式立體車庫。

5 項目特點

5.1 建筑平面不連續，屬平面不規則結構

場地北側采用巷道堆垛類立體車庫，堆垛機需要水平移動和豎直方向移動完成汽車的存放，故在巷道內不允許設置樓板，也不允許框架梁連通；南側采用垂直移動立體車庫，因為橫移車和搬運器需要水平移動和豎直移動完成汽車的存放，因此在每個垂直升降井道內不允許設置樓板，不允許框架梁連通，但相鄰升降井道間的框架梁可以連通。地下二層平面（見圖1）為典型樓層，可說明建筑平面的不連續性。

圖1 地下二層平面圖

5.2 建筑層高小

建筑層高小，無法設置正常高度的框架梁及次梁。因為建設場地緊張，建筑師為了增加停車位數量，往往將建筑層高降低到規范允許的最小值，普通停車位層高2.20～2.30 m，客車停車位層高2.60～2.70 m，建筑豎向設計可參考見建筑物剖面圖（見圖2）。建筑設計框架柱間距通常為7.5～8.4 m，為保證車輛通行所需的凈高，在車位進口處的梁高受到限制。本項目設計過程中，車位進口處框架梁高無法按常規設計取柱跨的1/10～1/18，僅取為350 mm。

圖2 建筑剖面圖

5.3 局部荷載

局部荷載大，以集中荷載的形式傳給樓板或梁。智能機械車庫結構設計除應考慮常規設計中的樓（屋）面、梁、墻、柱恒活荷載以外，還必須考慮設備的自重，以及設備運行過程中所產生的動力荷載。由于設備生產廠家眾多，各廠家提供的設備重量及作用在主體結構上的作用力大小、位置也有差別，因此，主體結構設計必須參照特定廠家提供的土建施工圖進行。

5.4 地下室外墻水土壓力

地下室層數多，深度大，地下室外墻水土壓力大，基礎設計需滿足抗浮要求。當總停車數量固定，地上停車數量沒有辦法再增加時，建筑設計就設置層數較多的地下室。當建設場地位于地下水豐富的地區，地下室外墻需承受較大的水土壓力，基礎除需滿足正常的抗壓、抗剪、抗沖切等要求外，需滿足抗浮要求。

6 結構設計

6.1 采用扁梁確保車輛正常進出所需的凈高

普通矩形截面梁的高寬比h/b一般取2.0～3.5；當梁寬大于梁高時，梁就稱為扁梁（或稱寬扁梁、扁平梁、框架扁梁）。扁梁的外形特點是梁的寬度通常超過柱子的截面高度，采用這種梁一般是因為需要滿足建筑凈空的要求。采用相同截面面積，扁梁比正常梁的慣性矩小，承載力低且撓度大，配筋量也比正常梁稍多一些。

本項目中，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，框架梁寬度雖未大于相應方向框架柱尺寸，但框架梁的受力特性已與普通窄梁不完全相同。設計過程中，針對扁梁，采取以下措施。

1）在滿足GB 50010—2010 《混凝土結構設計規范》[3]（2015 年版）（以下簡稱《混規》）第9.2.1 條第3 款梁上部鋼筋和下部鋼筋最小凈間距的要求的前提下，盡量將梁縱筋排成一排，避免多排布置。

2）在滿足受剪承載力前提下，滿足《混規》表11.3.6-2 中的構造要求，箍筋全長加密。

3）驗算梁的撓度，保證梁的撓度滿足《混規》表3.4.3 中，f≤l0/250 的限值要求。其中，l0為構件計算跨度，f為構件實際撓度。

4）驗算梁的裂縫寬度，裂縫控制等級三級，保證梁的裂縫寬度滿足《混規》表3.4.5 中最大裂縫寬度Wmax≤0.30 的限值要求。

6.2 在允許位置設置混凝土支撐

南側垂直移動立體車庫，地下5 層，地上4 層，分3 個車庫，僅有4 道框架梁連通，3 道框架梁及樓板均不連通，Y向側向剛度較弱。為增加Y向結構剛度，地下5 層設一道X形鋼筋混凝土支撐外，其余每2 層設置一道X形鋼筋混凝土支撐。

6.3 采用厚板，對樓板進行應力分析

研究表明：與寬扁梁重合部分的板，其作用機理已與純板完全不同，與梁共同作用并相互協調?？紤]板的內力塑性重分布，一般對四周與梁整體連接的板中間跨的跨中彎矩，計算彎矩可減少20%。實際上連續板跨中由于正彎矩作用截面下部開裂，支座由于負彎矩作用截面上部開裂。

應力分析包括中震下樓板應力分析，溫度荷載下樓板應力分析和恒活荷載下樓板應力分析。根據本項目特點，僅需進行恒活荷載下樓板應力分析。設計采用YJK-A 進行應力分析。分析方法和步驟可按《YJK 樓板應力分析方法》[4]一書中的詳細介紹進行。

6.4 框架柱全部為短柱，箍筋需全高加密

房屋建筑中的短柱以剪跨比的大小判斷，當剪跨比≤2（柱凈高Hn/2h0≤2，Hn為反彎點位于柱高中部的框架柱的凈高，h0為計算方向柱截面有效高度；Mc/Vch0≤2，Mc為柱端未經調整的組合彎矩計算值，可取柱上、下端的較大值，Vc為柱端截面與組合彎炬計算值對應的組合剪力計算值）的柱就是短柱。短柱的變形特征為剪切型，在地震作用時容易發生脆性破壞，導致結構的嚴重破壞甚至倒塌，因此也成了施工圖設計及圖紙審查的重點內容。本項目大部分框架柱截面尺寸500 mm×600 mm，層高2.3 m，框架柱全部成為短柱。在設計過程中，采取以下幾種措施，提高框架柱延性，改善其變形能力，避免脆性破壞。

6.4.1 箍筋全部采用復合箍筋

采用復合箍筋主要是提高柱的抗剪承載力，使混凝土循環受剪后不致剪切滑移，改善其變形能力。箍筋的間距和最小直徑應滿足GB 50011—2010 《建筑抗震設計規范》（2016 年版）（以下簡稱《抗規》），第6.3.7 條要求。

6.4.2 注重短柱的受剪承載力驗算

1）剪壓比驗算，即柱截面應滿足《混規》中式（11.4.8-2）的要求。滿足該要求主要是保證柱截面最小尺寸，避免剪力較大時柱可能發生的斜壓破壞。

2）考慮地震作用組合的短柱受剪承載力驗算。該項驗算由程序自動執行。

6.4.3 人工加強抗震構造措施

除箍筋全高加密外，注意驗算框架柱的縱筋配筋率、軸壓比、體積配箍率應滿足《抗規》中的相關要求。

6.4.4 梁柱節點核心區的箍筋同框架柱加密區

框架節點核心區箍筋的配置應滿足《抗規》第6.3.10 條的要求。本項目框架柱全部為短柱，節點核心區的箍筋按核心區上、下柱端的較大體積配箍率進行配置，保證結構安全。

6.5 地下室外墻厚度計算

地下室外墻厚度隨深度變厚，平面外設置剪力墻，共同抵抗水土壓力。地下室外墻采用YJK-A 進行整體計算，再用小軟件MSteel 進行復核計算。取1 m 寬豎向板帶為計算單元，采用水土合算的方式，假定為地下室頂板處鉸接，基礎頂面剛接，其余各層樓板鉸接的豎向連續梁進行計算。

6.6 設計施工應以中標廠家提供的土建施工圖為依據

機械車庫設計通常參考國標圖集中的通用型號進行，應對吊環、停車位、轉盤、堆垛機等荷載計入整體計算，考慮其產生的不利影響作用，并且加強荷載作用位置的構造措施。對于安裝設備需要的預埋件，應根據受力特點進行驗算，提前預埋，保證設備的安裝及運行安全。

7 結語

智能機械立體車庫建筑設計除了需要滿足正常使用功能、消防、疏散等方面的要求，還要滿足設備的運行安裝要求。結構設計在滿足建筑設計全部功能的前提下，還要保證結構安全、經濟合理、施工簡便，需做一些特殊處理，如采用扁梁、短柱、混凝土支撐、提前設置預埋件等，這些都與普通結構結構設計有所不同，希望引起結構設計同仁們的重視。