垂直循環立體車庫抗風穩定性研究

賴穎東

摘 ?要：該文研究機械式立體停車設備中的垂直循環型抗風性能，通過分析在風力作用下立體車庫的受力狀況，對車庫的抗風性能進行校核，特別是應對極端天氣環境，如臺風、短時大風等，驗證其強度是否能保證，防止立體車庫發生傾覆事故，保障車庫的安全運行。筆者從自身實際工作出發，通過對垂直循環立體停車庫抗風穩定性的研究，提出相應的保證設備安全運行的一些建議。

關鍵詞：垂直循環立體停車庫 ?抗風性能 ?機械強度校核

中圖分類號：TP273 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（b）-0029-02

隨著我國經濟的不斷發展，擁有一輛汽車對于中國很多家庭來說已經不是難事了。伴隨著汽車保有量的不斷提升，停車難問題也日益凸顯。中國的大城市中停車位緊缺的矛盾也不斷變得尖銳起來。以深圳為例，從2003年至2015年，深圳的機動車保有量從20萬臺猛增至320萬臺，而相應的登記經營性停車場有4200多家，等級停車位近100萬個，存在巨大的停車位缺口，這相當于每3臺汽車只有1個停車位。作為停車難問題的一個解決方案，機械式立體停車設備具有許多優點：節約用地、操作方便、存取車快、省電節能、投資成本小等，這使得機械式立體停車設備的推廣使用得到了迅速的發展。

垂直循環式立體車庫是一種很適合無地下車庫的老舊小區的機械式立體停車設備，其特點為：（1）占地少，兩個泊位面積可6～12輛汽車;（2）外裝修可只加頂棚，消防可以利用消防栓;（3）價格低，地基、外裝修、消防方面投入比較少，建設周期短;（4）可自動控制，安全可靠[1]。但是作為露天設備，垂直循環立體車庫受到風載荷的影響巨大，特別是像深圳這樣的沿海城市，每當臺風來臨，都是對這類車庫的嚴峻考驗。

1 ?作用于車庫本體結構上的風載荷

風載荷一般處于水平狀態施加在車庫上，風壓與風速成平方關系：

q=V?/16 （1）

式中：q為風的壓力（10N/m?）;V為風的速度（m/s）。

風力等級越高，風壓越大，其大小直接影響著車庫的正常工作，我們取臺風的風速折算出風壓1280N/m2。

對一套12個停車位的垂直循環立體車庫，每個車位的額定載荷是2t，對應的部件迎風受力計算公式如下：

F=ψF輪 （2）

F輪為起重機的組成部分的輪廓面積在垂直于風向平面上的投影來計算（m2）;ψ為起重機金屬結構或機構的充滿系數即結構或機構的凈面積與其輪廓面積之比，通常結構形式的ψ值為：

（1）由型鋼或鋼板制成的桁架或空腹結構：ψ=0.2～0.6。

（2）管子桁架結構（無斜桿桁架取小值）：ψ=0.2～0.4。

（3）實體板結構：ψ=1。

（4）機構：ψ=0.8～1.0。

整理后一套垂直循環車庫風載荷如表1所示。

經計算，得出車庫整體所受風載荷為F風載=12837N。

當垂直循環車庫一側停滿車輛，即停了7臺車輛時，為最大偏載，是最不利工況。此時所停車輛所承受的風載荷為F車=63013N。

2 ?作用在車庫上的動載荷

當車庫開始運作時，載荷的慣性力會使起升載荷出現動載增大的作用，該效應用一個大于1的起升動載系數Φ2乘以額定起升載荷PQ來考慮[2]。

起升動載系數Φ2與穩定起升速度νq和起升狀態級別有關，其值可以由實驗或分析確定，也可以按下式計算：

Φ2=Φ2min+β2νq （3）

Φ2min為與起升級別相對應的起升動載系數的最小值，這里取1.05。

β2為按起升狀態級別設定的系數，這里取0.17。

νq為穩定起升速度，這里νq=0.25m/s。

最后計算的出動載荷為F動載=152600N。

立體車庫穩定性的力矩如圖1所示。

3 ?最大偏載狀態下的傾覆力矩

車庫在風載作用下產生的傾覆力矩M風載=100129Nm。

動載產生的傾覆力矩M動載=579880Nm。

4 ?校驗地腳螺栓強度

4.1 車庫空載下強度校核

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M27的螺栓上，螺栓有效橫截面積S螺栓=459mm2，則每個螺栓的應力σ=F螺栓/3S螺栓=57.41MPa。

M27螺栓許用應力[σ]=σs/n=382MPa（n為安全系數）。

驗算可得強度符合要求，車庫處于安全的狀態。

4.2 車庫最大偏載且處于動載狀態

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M27的螺栓上，螺栓有效橫截面積S螺栓=459mm2，則每個螺栓的應力σ=F螺栓/3S螺栓=389.88MPa。

M27螺栓許用應力[σ]=σs/n=382MPa（n為安全系數）。

驗算可得強度不符合要求，在這種載荷狀態下，車庫地腳螺栓超過了它能承受的應力的極限，螺栓將會斷裂失效，造成車庫的整體傾覆，引發嚴重的事故。

5 ?結語

經過計算得出，在臺風或者突發大風的情況下，空載垂直循環車庫抗傾覆性能符合要求，但是當車庫處于最大偏載，且承受動載荷時，地腳螺栓無法承受對應的拉力，車庫有整體傾覆的風險，所以當臺風或者短時大風等災害天氣來臨時，使用單位要做好清空立體車庫，防止車庫運行的防護措施，如此才能最大可能防止車庫傾覆引發危險。

參考文獻

[1] 武志峰，王萬雷，王國巧.垂直循環式立體車庫控制系統設計[J].大連民族大學學報，2019，21（1）：25-28.

[2] 樊國秋，黃晨，羅琴娟.基于單片機的垂直循環式立體車庫的研究與設計[J].機械研究與應用，2018，31（6）：67-70.

[3] 張啟輝，蘇東海.垂直循環式立體車庫液壓控制系統的特性分析[J].機械工程與自動化，2018（5）：176-178.