一種“積木”立體車庫的設(shè)計

肖瑩瑩

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253034）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，機動車的保有量逐年遞增，道路擁擠、車滿為患已成為當今快節(jié)奏社會中的最不和諧之音，發(fā)展立體車庫已成為人們的共識。目前，市場上的立體車庫結(jié)構(gòu)主要由簡單橫向升降和垂直升降兩部分組成[1]。此類車庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，適合大型停車場，無法滿足臨時車位增加的需求。所以，設(shè)計一款簡單、方便、安全、存取快捷的“積木”立體車庫，該車庫即用即搭建，用完可以方便拆卸，哪里有需要就在哪里搭建，搭建多少根據(jù)需要和搭建地點進行調(diào)節(jié)。

1 “積木”立體車庫設(shè)計思路

設(shè)計研發(fā)一款“積木”立體車庫，滿足臨時車輛增加造成的巨大停車壓力，待人員疏散完畢，立體車庫可以立刻拆除，留待下次備用，節(jié)能環(huán)保。“積木”立體車庫可以有效緩解車站、碼頭、電影院、醫(yī)院、風(fēng)景名勝區(qū)、公園、商業(yè)購物中心、大型考試、大型會議等在某一段時間內(nèi)，車位需求激增的情況。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)“積木”立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計，用CAXA 實體設(shè)計軟件進行實體建模，并用3D 打印機試制樣機模型?！胺e木”立體車庫主要由底板、載車板、搭接載車板和立柱4 部分構(gòu)成，可以快速搭建，就像小孩子搭積木一樣（圖1）。

圖1 “積木”立體車庫模型

2.1 底板設(shè)計

底板上面設(shè)有4 個實心圓柱凸臺，用來和立柱連接，搭“積木”車庫時，立柱內(nèi)孔直接插入凸臺即可，凸臺也可增加底板的穩(wěn)定性；底板兩側(cè)設(shè)計有凹槽，用于和搭接載車板的凸臺連接（圖2）。

圖2 底板

2.2 載車板設(shè)計

載車板的上面設(shè)有4 個圓柱凸臺，用來和立柱連接；載車板下面，凸臺對應(yīng)位置的正下方設(shè)有空心圓柱凸臺，與立柱連接時，須將立柱插入到空心圓柱凸臺的里面，即載車板上面凸臺和立柱的內(nèi)徑配合，而下面的空心圓柱凸臺和立柱的外徑配合（圖3）。

圖3 載車板

2.3 搭接載車板設(shè)計

搭接載車板的下面兩側(cè)設(shè)有凸臺，凸臺用于卡入底板和載車板的槽內(nèi)，實現(xiàn)“積木”立體車庫的快速搭建（圖4）。

圖4 搭接載車板

2.4 立柱設(shè)計

立柱為空心管結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑與底板和載車板的圓柱凸臺裝配，外徑與載車板的空心圓柱凸臺裝配，從而實現(xiàn)搭“積木”式立體車庫的構(gòu)建（圖5）。

圖5 立柱

2.5 單組“積木”立體車庫設(shè)計

單組“積木”立體車庫由底板、立柱和載車板組成，每兩個單組“積木”立體車庫單元之間需用搭接載車板進行連接，這樣按照一定距離搭建好多個單組“積木”立體車庫后，便可以放置搭接載車板，實現(xiàn)搭“積木”式的積木立體車庫的構(gòu)建（圖6）。

圖6 單組“積木”立體車庫

3 性能校核

“積木”立體車庫技術(shù)性能指標如表1 所示，使用的材料需滿足設(shè)計要求，使用壽命在30 年以上。

表1 “積木”立體車庫技術(shù)性能指標

把立柱和載車板看作簡支梁，畫出受力簡圖（圖7）。假定一輛小轎車重2 t，可簡化為4 個集中力，則每根立柱的載荷為5 kN，載車板受到4 個大小為5 kN 的集中力作用。根據(jù)簡支梁和立柱受壓情況，對載車板和立柱進行強度、剛度的力學(xué)性能校核。

圖7 簡支梁受力

3.1 拉壓強度校核

所以，立柱強度符合要求。

3.2 彎曲強度和剛度校核

彎曲剛度計算如下：

所以，載車板的彎曲強度和彎曲剛度均符合要求。

3.3 剪切強度校核

所以，立柱和載車板連接處的剪切強度符合要求。

4 使用說明

“積木”立體車庫須配合移動升降裝備使用（圖8、圖9）。

圖8 移動升降裝備模型

圖9 “積木”立體車庫停車效果模型

5 創(chuàng)新性

5.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

傳統(tǒng)立體車庫建造時費時費力，雖然在結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)和動力學(xué)研究方面取得了較好的成果[2-4]，但缺乏結(jié)構(gòu)簡單、儲存車輛多的創(chuàng)新設(shè)計。“積木”立體車庫的四大構(gòu)件可以像搭積木那樣輕松建造立體車庫，即用即搭建，用完即拆，靈活調(diào)節(jié)車位數(shù)量。

5.2 應(yīng)用創(chuàng)新

“積木”立體車庫可以在同樣面積的土地上停放更多車輛，提高了土地面積利用率。可以充分利用城市現(xiàn)有面積小而分散的土地資源來進行臨時搭建，滿足大型考試、學(xué)生開學(xué)、大型會議等臨時停車位激增的問題?！胺e木”立體車庫配套的移動升降裝備以其高效、快速、安全等特點解決了停車、取車的問題。

5.3 理論創(chuàng)新

“積木”立體車庫是一種使用方便、機構(gòu)簡單、價格低廉的立體停車系統(tǒng)。通過對車庫四大構(gòu)件進行強度、剛度校核，其性能完全滿足立體停車設(shè)計要求，最大特點是可以移動，根據(jù)需要臨時搭建，用完即可拆掉，儲存?zhèn)溆?，避免造成資源浪費。

6 不足之處

“積木”立體車庫的設(shè)計能很好地解決平時停車位無壓力，而在一段時間內(nèi)停車位需求激增的問題。由于設(shè)計的車庫選材為Q235 鋼，自身重量較大，在進行搭建和拆除時需要借助起重設(shè)備，增加了搭建的難度和危險，未來可尋求一種能滿足強度和剛度要求的非金屬復(fù)合材料替代品。其次“，積木”立體車庫的存取車需要借助移動升降裝備來完成，搭建車位時需要根據(jù)車位比例配備移動升降裝備，對移動升降裝備的質(zhì)量、性能等要求提高，增加成本。

7 結(jié)語

國內(nèi)外立體車庫的種類較多，但適用性強、性能價格比高的立體車庫產(chǎn)品稀缺?！胺e木”立體車庫可以在同樣面積的土地上停放更多車輛，滿足因會議、考試、開學(xué)報到等急需的臨時停車難問題，提高了土地面積利用率，即用即搭建，用完拆卸備用，節(jié)能環(huán)保。移動升降裝備以其高效、快速、安全的特點解決了“積木”立體車庫的停車和取車問題。