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1、毕业论文四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析吉 林 建 筑 大 学2013年6月20日毕业论文四层升降横移式立体车库钢结构设计及有限元分析FOUR LAYERS OF STEEL STRUCTURE LIFTING AND MOVING SOLID CARPORT DESIGN AND FINITE ELEMENT ANALYSIS专 业： 机械工程及自动化学 号： 02709225答 辩 日 期： 2013 年 6 月20 日摘 要随着城市的人口不断的增加，国民经济的快速发展，汽车的数量更是增长迅速，由于城市空间有限，停车难问题已经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体停车库可充分
2、利用土地资源，布局灵活、高效节能，成为目前解决停车难问题的重要方式之一，其中以升降横移式立体车库应用最为广泛。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，对车库的钢结构进行设计及有限元分析。本文结合实际工程项目，对四层升降横移式立体车库进行钢结构设计。立体车库的钢结构结构设计包括车库总体方案的确定、总体尺寸的选择确定、立柱、横梁、纵梁的设计、连接设计等。首先，根据车库施工现场场地限制与车库设计要求确定车库方案及主体框架总体尺寸；之后对立柱、横梁、纵梁、连接进行设计与其强度校核。设计完成后，采用基于CATIA有限元技术对车库主体钢结构进行静力分析、稳定性分析，求解车库主体整体钢结构、单根横梁
3、、单根纵梁在载荷下的的应力场分布、变形位移规律，为车库梁柱结构设计提供理论依据。关键词： 立体车库；升降横移式；有限元分析；CAITA建模AbstractWith the increase of urban population, the rapid development of national economy, the number of vehicles is increasing rapidly, due to the limited urban space, the parking problem has become one of common phenomenon in larg
4、e and medium-sized cities. Can make full use of land resources of mechanical parking equipment, flexible layout, high efficiency and energy saving, is now one of the important ways to solve the problem of parking difficulty, among them three-dimensional garage for lifting and moving type most widely
5、 used. This topic was typical to lift move transversely type parking equipment as the research object, and steel structure of garage design and finite element analysis. Combining with the actual engineering projects, the four layers of three-dimensional garage for lifting and moving type steel struc
6、ture design. Stereo garage steel structure design including the garage overall scheme, the selection of the overall size to determine, column, beam and girder design, connectiondesign, etc. First of all, according to the construction site garage space limitation and the lower the design requirement
7、and main body frameworks overall size; After the column, beam, longitudinal beam, connection design and strength check.Based on CATIA, after the completion of design, finite element static analysis technology for the steel structure of garage, stability analysis, solve the whole steel structure, sin
8、gle beam, single garage subject longitudinal beam under the load of the regularity of stress distribution, deformation, as to provide theoretical basis for garage beam-column structure design.Keywords： Stereo garage; liftsliding type; finite element analysis(FEA);CAITA modeling目 录摘要IAbstract第一章 绪论11
9、.1立体车库设计选题的目的和意义11.2国内外关于立体车库研究状况及发展趋势11.2.1国外状况11.2.2国内状况21.2.3发展趋势31.3课题的主攻方向与内容3第二章 四层横移式立体车库总体方案设计52.1 机械式立体车库52.1.1机械式立体车库及其组成52.1.2目前机械式立体车库种类及特点52.2横移式立体车库工作原理72.3结构方案设计选择82.3.1产品结构的设计选型82.3.2立体车库的型号及基本参数82.3.3总体结构尺寸确定92.4车库主体结构确定9第三章 立体车库结构设计113.1结构设计概述113.1.1结构设计的重要性113.1.2立体车库受力情况分析113.2立体
10、车库钢结构分析设计与校核123.2.1导轨支撑梁的设计与校核123.2.2立柱的设计与校核153.2.3横梁设计与校核173.2.4纵梁设计与校核20第四章 连接设计214.1钢结构的连接种类和要求214.1.1钢结构的连接方法214.1.2焊接与螺栓连接要求214.2横梁与柱的连接设计224.2.1连接形式设计224.2.2设计计算224.3纵梁与柱的连接设计234.3.1搭接板与柱的焊接连接设计234.3.2搭接板与悬伸支撑托座的焊接连接设计264.3.3纵梁与悬伸支撑托座的螺栓连接设计284.4梁的拼接连接设计28第五章 基于CATIA的立体车库钢结构分析315.1有限元分析概述315.
11、1.1有限元分析一般基本步骤315.1.2有限元结构的离散化325.2关于CATIA335.2.1 CATIA软件简介335.2.2 CATIA有限元分析特点345.2.3 CATIA V5有限元分析过程355.3立体车库结构静态分析365.3.1基于CATIA参数化实体建模365.3.2单根横梁有限元分析385.3.3单根纵梁有限元分析395.4车库整体稳定性分析405.4.1钢架结构稳定性问题405.4.2立体车库钢结构稳定性的特点405.4.3机械式立体车库整体稳定性分析（屈曲分析）413.5.4立体车库钢框架模态分析42第六章 总结与展望45致谢46参考文献47第一章 绪论1.1立体车
12、库设计选题的目的和意义在我国，许多大中城市交通设施落后，道路堵塞严重，停车难、乱停车与不断增长的机动车保有量间的矛盾同益突出，早己是社会普遍关注的焦点问题。我国城市全国机动车和驾驶人众多，城市土地资源有限，各种基础设施建设用地不断增长，停车难问题成为首要解决的问题。2012年上半年全国机动车和驾驶人保持快速增长趋势，截至6月底，全国机动车总保有量达2.33亿辆，其中汽车1.14亿辆，摩托车1.03亿辆。全国机动车驾驶人达2.47亿人，其中汽车驾驶人1.86亿人，全国17个城市的汽车保有量超过100万辆，其中北京、成都、天津、深圳、上海等5个城市的汽车保有量超过200万辆。私人汽车保有量达861
13、3万辆，目前停车问题日益明显，每年预计需新增停车位400万个。由于我国停车场建设的严重滞后导致机动车违章停靠，侵占道路和绿地，致使道路通行能力下降，影响了社会总体效率。停车设备建设是汽车工业和城市发展的基本条件之一，停车设备本身也是城市交通战略和城市道路产业政策不可缺少的组成部分，对于确保安全、流畅的交通环境，整洁优美的生活环境以及保持社会的安定起着重要的作用。立体车库，以其占地面积少、停车率高、布置灵活等优点，越来越受到人们的青睐。智能立体车库以其操作方便、安全可靠、高效低耗等优点，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段。从现有停车位的缺口情况和今后
14、市场的需求可以看出，立体车库的市场前景十分良好。它的发展对于促进国民经济快速增长，尤其在缓和汽车与车位相对紧张之间的矛盾方面具有广泛的社会意义。由此可以预见立体车库具有广阔的市场前景。1.2国内外关于立体车库研究状况及发展趋势1.2.1国外状况机械式立体车库发源于上世纪20年代的美国，是在繁华拥挤的都市里为解决停车难而采取的一种措施。20 世纪80年代中期，德国的Krupp 制造公司在当地安装了两台较大的机械式立体停车设备，一个是在萨尔布吕肯，另一个是在慕尼黑，这两台设备目前都仍在运营。意大利从事停车设备开发和生产也比较早，较好的公司有：意大利Sotefin、Interpark 等。由于欧洲国
15、家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。日本公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等欧洲有意大利就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展，机械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断地更新换代，日趋完美。总体来看，国外立体停车设备的技术以日本和德国领先，其发展主要有两个特点：一是高技术含量高。同本和德国的车库行业将机、电子工业的高新技术成果随时转化和移植到车库产品中，使车库技术进步和产品更新很快。比如高速曳引机和VVVF调速控制技术(即高速电梯技术)很快应用到垂直升降式车库产品，使这种电梯式车库存取速度更快，存车量更大
16、，从而逐步替代老式的垂直循环式塔型车库。又如计算机管理、IC卡识别、计时收费系统一出现，立即应用于立体停车库， 使车库融于城市楼宇自动化管理系统中，无论是公共停车还是住宅停车变得更容易、更方便。二是车库产品朝着性能价格比更高的方向发展。即不但重视停车密度和高性能，更讲究产品的经济实用性。日本经济经历了几次高潮和低谷，车库行业亦几起几落，在竞争中，产品越趋成熟越注重经济实用，性能价格比更高。1.2.2国内状况我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代但由于市场需求原因，十多年来缓慢。发展立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道， 1998年1月1日起执行的国家计委6
17、号令把机械式停车库和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录”国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”。为适应立体车库行业迅猛发展的需要，保证产品质量和可靠性，以规范立体车库的生产和建设，国家已出台了机械式停车设备类别、型式与基本参数JB/T87130-1998等6个标准，对推动我国立体车库事业起到了极大的促进作用。城市停车难的问题日益突出，在此情况下，我国的机械式停车设备行业行到了一个高速发展的机遇从近两年立体停车设备停车位的增长速度一直保持在50%以上就能看出来。目前上海、北京、深圳、广州、天津、成都、大连、南京、济南、福州、沈阳等城市都相继出现了立体车
18、库。车库型以小型车库为主，100个车位以下的占64，100500个车位的占33，500个车位以上的大型车库占3，但已有增长的势头。使用地以商业住宅小区为主，用于小区配套的占50，单位自用停车库占30，公共停车库占20。目前国内立体停车设备是以升降横移类为主，约占总量的84。此外还有垂直升降类和平面移动类。在技术方面，由最初的机械传动式车库逐步在发展液压传动式、机械液压传动式、电传动式。控制方式也由单纯的手动控制发展到电气控制、PLC控制和现场总线控制。我国停车位的空缺还很大，并且现在存在车库挪用等一系列现象，也是停车位比实际统计的还要少。立体停车设备的普遍应用的大势是不可改变的，这一市场有着广
19、阔的前景。然而，城市停车设施的增长却长期落后于车辆的增长。目前我国各大城市停车设施的建设仍远远落后道路建设和汽车工业的发展。1.2.3发展趋势随着当今社会各种高新技术的引入，立体车库正在向专业化、复杂化、智能化和高自动化方向发展。未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理一体化，系统操作更加简便，功能更加强大。整个车库的管理可以纳入楼宇自动化系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立体车库的无人管理。1.3课题的主攻方向与内容随着土地资源的不断开发，城市人均占地面积不断缩小，智能立体车库将是商业宾馆、酒店、办公娱乐场所及居民小区的主要停车方式。本课题
20、以四层升降横移式立体车库为主要研究对象，对立体车库的钢结构进行设计及其有限元分析研究。立体车库的钢结构是车库重量的主要部分，钢结构的材质型号及其连接方式对车库的安全性起着至关重要的作用。由于车库在停放车辆的时候，需要将汽车进行横移或升降，汽车的重量本身会对车库产生一定的作用力，存取车时的动力势能也会加重这种作用，因此车库整体的刚度和强度要严格要求，加强立体车库的安全性。课题研究了以下几个内容：（1）立体车库方案选型与确定综合考虑各方面因素，在参照和对比国内外同类停车设备的基础上，确定车库方案，完成了本车库的总体方案的设计。（2）立体车库钢结构设计计算对两层升降横移式立体车库的主体框架结构设计和
21、梁与柱的连接进行设计。包括立柱、横梁、纵梁的设计。进行立柱、横梁计时，应满足强度和刚度要求并校核。（3）立体车库立柱、横梁有限元分析，确定最优化结构尺寸建立立体车库钢结构的有限元模型，对立体车库钢结构进行系统理论分析。使用有限元技术对车库立柱、横梁进行静力分析，以获得车库主体框架结构在不同载荷工况下的变形位移与应力分布规律，并确定最优化结构尺寸。第二章 四层横移式立体车库总体方案设计2.1 机械式立体车库2.1.1机械式立体车库及其组成使用车辆之外的搬运装置来完成车辆停放、存储的机械设施称为机械停车库，以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体车库。机械式立体车库属于机电一体化产品，综合
22、了机械、电子、计算机、液压、光学、磁控等领域的先进技术，是一种技术密集型产品。机械立体车库主要由主体框架、载车板装置、传动装置、安全保护装置、电气控制等几部分组成。不同形式的机械式立体车库由于运行原理差异，其主要区别在于主体框架、载车板装置、传动装置等，而安全保护装置、电气控制与运行原理关联不大，因此基本类似。2.1.2目前机械式立体车库种类及特点立体车库的类别根据JBT8713-1998机械行业标准，按其工作原理区分主要包括以下九种：(1)升降横移类SH；(2)垂直循环类CX；(3)水平循环类SX；(4)多层循环类DX；(5)平面移动类PY；(6)巷道堆垛类XD；(7)垂直升降类CS；(8)
23、简易升降类JS；(9)汽车升降机类QS(1)升降横移类 代号SH采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫做升降横移停车库。一层车位只能横移，中间车位即可横移又可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可，可以在地面及地下停车场使用，也可设计成半地下形式，使用形式灵活，造价较低，因此这类停车库比较普遍。(2)垂直循环类 代号CH垂直循环类机械式停车库采用了垂直方向作循环运动的停车系统存取车辆的停车设备。这种停车设备的工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引机构链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时
24、,存车托架随链条一起做循环运动,达到存取车的目的。存车时司机将车开至车库存车托架准确位置后,关好车门退出车库。操作员按动操作按键,电机启动,存车托架随之运动，另一存车托架转动到进口位置即停，则可进行下一个存车操作。取车时按动操作台存车编号按键，电机启动，在可编程序控制器作用下使其按最短路程到出口，司机进入存车托架，将车开出。(3)水平循环类 代号SX采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆机械式停车设备的存车库叫水平循环类车库。其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环运动,将所需存取车辆的载车板移到出入口处,驾驶员再将汽车存入或取出。（4)多层循环类 代号DX多层循环停车库是采用了
25、通过使载车板作上下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，从而实现减少占的面积,提高存取车自动化程度的机械式停车库。（5)平面移动类 代号PY采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆,或使载车板平面横移实现存取车，已可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备的停车库叫平面移动停车库。(6)巷道堆垛类 代号XD采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备的车库叫巷道堆垛类停车。堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数要较多的客户使用。(7)垂直升降类 代号CS垂
26、直升降类汽车停车库也称为塔式立体停车库，它是通过提升机的升降和装载提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车库。垂直升降类停车设备的工作原理是：用提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位或是相反,通过横移机构将指定存车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构降到车辆出口处，打开车库门，驾驶员将车辆开走。这种车库的高度较高（几十米)，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，造价较高，但外型美观大方，可以与建筑物并设，也可单独设置，与环境融洽结合，高效利用土地。(8)简易升降类 代号JS把停车位分成上、下二层或二层以上,借助
27、升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车库叫做简易升降类机械式停车库。简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式。类车库一般为准无人方式，结构十分简单、建造成本较为经济，安装周期也很短，性能可靠、操作也十分容易。该类车库多适用于多用于私人住宅、企事业单位、地下室等场所，在面积一定时至少增加二倍以上的停车位。(9)汽车升降机类 代号QS汽车升降机是专门用作不同平层的汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无直接存取功能；常常用于地下或屋顶存放汽车的搬运，也可与智能小车配合使用。在立体停车库的建设中，往往会遇到因场地狭小无法采用自走式坡道的情况，为将汽车搬运到不同平层中
28、存取车辆，就需要采用垂直升降的汽车专用升降机。这样可以代替汽车进出车库的斜坡道，大大节省空间，提高车库利用率。这种汽车专用升降机常用于地下或屋顶或建筑自走式车库存取汽车的搬运。2.2横移式立体车库工作原理横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。其结构与运行原理为：各车位由钢丝绳或链条固
29、定在停车托盘的四角于此程序相反，在此不再赘述。另外在工作过程中，为保证各机构运行平稳或紧急处理运行事故，机械停车库必须采用安全装置，以保证设备的安全和有效运行。 四层横移式立体车库的运行原理：该停车设备的出入口在第一层，最高层的停车板只可做升降动作，最底层的停车板只可做横移运动。中间两层停车可作升降动作又可做横移动作。下上层均设有空位，停车板是通过横移动作变换空位，降下空位上方的汽车，取出汽车，最底层汽车无需倒车，便可直接开出。2.3结构方案设计选择2.3.1产品结构的设计选型经过实用性与经济性分析，选定四层六列升降横移式立体车库。四层六列式立体车库共21个车位(有三个车位空出，以便进行升降与
30、横移运动)，可以从底层的五个车位入库。升降横移式立体车库可以根据场地和空间的大小设计车库的整体规模，四层六列式立体车库具有一定实用性。该类型立体库每层设置五个车位，车辆入库的方式变得更加复杂，可以实现多路径的入库到位，因此有利于对汽车的入库和出库进行控制优化，提高立体车库存取车的效率，减少等待时间。该车库结构类型具有典型性，对于后期进行大型车库的设计和制造具有很好的扩展性，因此具有很好的借鉴意义。2.3.2立体车库的型号及基本参数 中华人民共和国机械工业部1998年7月1日正式实施的JB/T8713-1998机械行业标准中确定了机械停车设备具体表示方法，如图2.1图2.1立体车库的型号表示方法
31、停车辆的尺寸及质量如下：对适合于机械式停车设备中停放的车辆，按其尺寸及质量（整车加50千克物品的质量），分为X(小)、Z(中)、D（大）、T（特大）、C（超大）五个轿车组和一个K(客车)一个客车组，共六个组，分组范围见表1：组别代号汽车长/mm x车宽/mm x车高/mm质量/kgX4400x1750x14501300 auoA Z4700x1800x1450 :z124Zf 1500 ! $XO Un D5000x1850x1550 EUQ449p 1700 mG!L$ T5300x1900x1550 fl!1AKSnN 2350 Zh8 QI+ C5600x2050x1550 Q!Msyv
32、 2550 wfWS-pQ K5000x1850x2050 ,at-ci 1850 5Bzuj 表1.停车辆尺寸及质量本设计所设计的车库停车辆为中型以下轿车，最大停车数量为17辆，不能停放客车。故该车库的型号标记为：PSH17Z。2.3.3总体结构尺寸确定由于车库容许的车辆为小型、中型小轿车，因此车辆的最大尺寸为长宽高为4700mm1800mm1450mm，考虑到车库存取车方便性和安全性，同时根据中华人民共和国机械行业标准升降横移类机械式停车设备，我们选择一个车位的规格为5400mm2400mm1700mm，总规格为LWH为5400144007200mm。其中为给第一层留足够空间取高为2500
33、mm。2.4车库主体结构确定立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，本文研究的四层升降横移式立体车库主体框架结构全部为钢结构。 钢架结构与其它建筑结构相比具有：质量稳定，性能可靠；钢材组织均匀，接近于各向同性均质体；钢结构自重小，材料的塑性和韧性好钢结构密闭性好；但钢材的耐锈蚀性较差，需要涂上合格的防锈涂料。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，主体采用热制H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度和刚度，轻巧、美观，运输方便，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。第三章 立体车库结构
34、设计3.1结构设计概述3.1.1结构设计的重要性升降横移式立体停车库的结构设计在整个车库中非常重要，主框架部分、载车板部分和传动系统是升降横移式立体停车库的主要组成部分，主框架部分承担着整个升降横移式立体停车库的总量，它是传动设计和控制系统设计的平台，而且它的轻重、稳定性和可靠性以及载车板部分还影响着整个立体停车库的重量、材料和成本的多少以及安全性，传动系统的性能决定着升降横移式立体停车库运行的好坏,所以如何设计主框架部分成为影响整个立体停车库的关键因素。3.1.2立体车库受力情况分析在车库钢结构设计中，包括轴心受力构件、梁、拉弯和压弯构件的设计。进行轴心受力杆件设计时，轴心受拉构件应满足强度
35、和刚度要求，轴心受压构件除应满足强度、刚度要求外，还应满足整体稳定和局部稳定要求。在梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此应先进行这二者的计算。由于车库系统对于系统的安全要求特别高，所以还应对其整体稳定进行计算。对于压弯件，需要进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性的计算；对于拉弯构件，一般只需要进行强度和刚度计算。在对立体车库钢结构骨架的分析中，我们先从单根梁的受力进行分析，适当简化力学模型，正确分析各梁的约束和受力的基础上，先对各梁和立柱的刚度和强度进行分析，找出系统薄弱处所在，然后再整体分析之中给予特变关注。立体车库钢结构骨架由立柱、横梁、纵梁和支承动力及附属装置的上、下支
36、承梁等组成，其立柱通过螺栓与基础相连，其余钢梁靠焊接或者螺栓相互连接。立柱主要承受压力和其他因素造成的扭矩，即压应力和部分剪应力：前后两个面地纵梁主要承受拉伸和弯矩造成的拉应力和弯曲应力；侧面的横梁承受较小的拉应力和剪应力。为了减小振动和提高稳定性，各部分必须保证足够的强度和刚度。图3.1 立体车库简图设计时采用Q235碳素钢，其屈服极限为235MPa，抗拉强度为375-500MPa。整体车库钢结构许用位移为10mm。本车库所限车位为小型和中型，最大容车重为1500kg，载车板重约500kg，所以每个车位最大重量为1500+500=2000kg。由于停车的随机性，载荷作用也就不同。按载荷作用的
37、基本情况，在进行立体车库钢结构骨架分析考虑空载、对称载荷、非对称载荷和最大偏载四种工况。3.2立体车库钢结构分析设计与校核3.2.1导轨支撑梁的设计与校核一、材料和截面形式确定在立体车库设计中，梁的主要作用是保持整个结构的稳定性和承担所停车辆与其它构件自重对梁产生的弯矩和剪力。纵梁材料选取H型钢，材料为Q235碳素钢。二、导轨支撑梁的计算1 载荷及内力计算由于前后导轨支撑梁承受作用力相同，跨度也相同，选取前导轨左端支撑梁进行设计。如图3.1所示，简支梁AB受力如图。图3.1 前导轨支撑梁总体尺寸简图图3.2 AB段导轨支撑梁受力与弯矩简图已知A、B两点为全约束，。力可视为均布载荷。最大受力为两
38、个车位满载，假设电动机重量为250kg： 车辆在上升和下降的时候速度较小，在梁的载荷计算式，只作恒载计算，不考虑动载的影响，取恒载分项系数。则均布载荷AB段导轨支撑梁为简支梁，因此纵梁所承受的最大弯矩为：2 初选截面由于纵梁选用热轧H型钢，梁所需的净截面模量为：式中：截面塑性发展系数，H型钢；钢材的强度设计值，。查钢结构设计手册，选用H型钢型号为HN15075，其截面特性为：HB3 截面验算：强度验算：单位长度梁的自重标准值其中k=1.2为考虑焊缝、螺栓等附加构件的重量后梁的自重增加系数。单位长度梁的自重设计值，恒载分项系数梁自重引起的跨中最大弯矩为：梁跨中总的最大弯矩为：最大应力为：因此满足
39、条件。刚度验算：载荷产生的跨中最大挠度（考虑梁的自重）：-载荷产生最大弯矩-截面惯性矩两跨中最大容许挠度为：显然，梁的刚度不满足条件。为了保证梁的刚度满足条件，在梁的中间增加斜支撑，此时取梁的跨中自由度为原来的一半，即，在进行刚度验算。满足条件。3.2.2立柱的设计与校核一、材料和截面形式确定本设计中，立柱主要承受的静载荷，工作温度为常温，柱与其它构件之间的连接是通过焊接和螺栓连接的。选择Q235钢即可满足条件。图3.3立柱简图及受力图简图 立柱的截面形式要根据柱的受力大小和特点而确定。柱承受的主要载荷是轴心压力，还有少量的弯矩载荷，因此对柱的截面形式选择可按照轴心受力构件的截面形式进行选择。
40、选择柱的截面形式为H型截面。二、柱的计算立柱为等截面立柱，受压静力。由于梁的跨度都相同，前后立柱受力也相同，因此对右端两个立柱进行计算，如果其满足条件，则其它立柱也满足刚度、稳定性要求。1 载荷计算：已知单位长度梁的自重设计值；为一个车位的宽。第一根柱第二根柱显然另一侧受力对称，其承受的压力设计值为：考虑到屋架结构和其它构件的重量，还有风载、雪载、地震等不确定载荷的影响，为了保证设计的安全性，取柱的压力设计值为。2 初选截面已知立柱长度， 查表得：柱的实轴为a类截面，虚轴为b类截面。先假定长细比。由起重机钢结构附表4-1和4-2查得绕截面强轴和弱轴的截面稳定系数和，取最大值。柱所需的截面面积为
41、：-钢材的强度设计值-轴心受压件计算载荷-截面稳定系数所需回转半径：查型钢表，选择柱的型号为HW200200，从附表5中查得截面特性为：，3 验算立柱的整体稳定和刚度计算长细比：由附表4-1和4-2得：比较这两个值后取：。柱的自重设计值式中：立柱的线密度；a考虑焊材、柱头和助教等钢材的重量后立柱自重增加系数。显然，截面符合对柱的整体稳定和容许长细比的要求。因为轧制型钢和腹板一般都较厚，都能满足局部稳定要求。3.2.3横梁设计与校核一、材料和截面形式确定横梁的受力特点是在承吊车辆时，梁承受着垂直向下的载荷，从而对梁产生弯矩和剪力，同时在车辆处于上升和弦挂两种状态时，由于链条长期受拉力作用，反过来
42、对梁产生轴向压力。即横梁同时承受着弯矩和轴向压力，属于压弯构件。考虑选材的统一和制造加工的方便性，选用热轧H型钢，材料为Q235钢。二、载荷计算图3.4横梁受力及弯矩简图载荷设计值梁上轴向压力设计值式中：K链条长期受拉力作用产生轴向力系数值经分析产生最大弯矩位置为受力处。已知，取两受力点间距为小车车轮距离，即，则两跨中最大弯矩设计值（未考虑梁的自重）：三、初选截面根据经验，还有参照实物，此处选择梁型号为HW150150，查表得其截面特性为：H，四、截面验算1 先验算梁的强度：查表得：H型钢截面塑性发展系数。实轴方向强度验算：因此，满足条件。虚轴方向强度验算：因此，也满足条件。2 整体稳定性计算
43、由钢结构使用设计手册中关于实腹式单向压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式为：式中：N所计算构件段范围内的轴心压力； 所计算构件段范围内的最大弯矩； 欧拉临界应力，； 弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数； 与W相应的截面塑性发展系数； 计算弯矩作用平面内稳定性时的等效弯矩系数。按a类截面查附表4 -1得：查机械设计手册得：满足条件。3.2.4纵梁设计与校核纵梁在结构中的作用是连接和固定托架横梁，保证整个托架的整体性和必要的刚度和强度。托架纵梁只承受拉力以及很小的弯矩，考虑到托架的连接、导轮的安装，与其导轨支持梁比较，选取其材料和截面形式HN 15075，其进行强度与导轨支持梁比较要求小，
44、因此其强度满足要求。第四章 连接设计4.1钢结构的连接种类和要求4.1.1钢结构的连接方法钢结构的连接方法由焊接、普通螺栓连接、高强度连接和铆接。4.1.2焊接与螺栓连接要求一.焊缝要求：（1）焊缝金属宜于基本金属相适应，当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材相适应的焊接材料。（2）在设计中，不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时，焊缝的布置应尽可能对称于构件的重心。（3）对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行标准手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸的要求选用。（4）当采用不焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其有
45、效厚度不得小1.5。在承受动力载荷的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。（5）在直接承受动力载荷的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形。焊脚尺寸的比例：对正面脚焊缝宜为1：1.5；对侧面脚焊缝应为1：1。二.螺栓连接要求：在立体车库的钢结构中高强度螺栓连接是主连接中常用的连接形式。高强度螺栓连接按其受力的性能可分为：摩擦型和承压型。摩擦型高强度螺栓连接：摩擦型高强度螺栓连接完全依靠被连接的构件间的摩擦阻力来传力，完全不靠孔壁承压和栓杆受剪。摩擦阻力的大小决定于作用在构件摩擦面上的压力(螺栓的预紧力)，同时也与被连接构件的材料及表面处理情况有关。承压型高强度螺栓连接：靠孔壁承压和栓杆受剪，与普通的螺栓相似，其连接多为螺纹连接和绞制孔用螺栓连接。对于同时承受剪力和螺栓杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓4.2横梁与柱的连接设计4.2.1连接形式设计横梁与柱的连接形式如图所示。横梁与搭接板1通过角焊缝连接，搭接板2与柱同样通过角焊缝连接，搭接板1与搭接板2用高强度螺栓连接。由于立柱为H型钢，型号为HW200200，横梁为HW150150，。根据立柱与横梁的尺寸确定搭接板的尺寸为b。横梁、立柱以及搭接板的材料均为Q235钢。焊条型号为E43XX，所有焊接采用角焊手工焊接，焊接质量为三级。搭接板1与搭接板2之间
