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1、第12卷第3期山东交通学院学报Vol.12No.32004年9月JOURNALOFSHANDONGJIAOTONGUNIVERSITYSep.2004立体车库钢结构骨架的受力分析与结构优化12荆友录,国兴玉(1.山东交通学院汽车工程系,山东济南250023;2.山东交通学院工程机械系,山东济南250023)摘要:以垂直升降式立体停车库的钢结构骨架为研究对象,运用有限元法建立了其受力模型,并利用ANSYS软件对立体停车库的4种受力工况进行了受力分析和变形分析,钢结构骨架满足设计要求。建立了钢结构骨架的优化设计模型并进行了优化设计,使其结构更加合理,大大降低了钢材的用量。关键词:
2、立体车库;钢结构;受力分析;优化中图分类号:U491.7文献标识码:A文章编号:1672-0032(2004)03-0001-04立体车库钢结构骨架起着支承停放车辆载荷和分担提升机构载荷的作用,对车库钢结构骨架进行合理的分析和结构优化特别重要。1立体停车库钢结构骨架的基本结构立体停车库钢结构承载框架(见图1、图2)与外表装饰材料构成停车库主体。钢结构由底部、中部和顶部结构架组成。底部为车辆进出车库和车辆调头之用,高度为2.6m。中部为标准层,高度为2.2m,用来停放车辆,它由标准单元组成,可以根据实际车库容量来适当加减层数。顶部用来安装滑轮组并留有检修滑轮组及其他设备的空间,
3、高度为1.5m。本课题的车库设计容量为20辆,需要10层停车标准单元,车库总层数为12层,总高度为26.1m。2根升降吊笼导轨作对角布置,固定在立柱6上。钢结构分段制造,现场用高强度螺栓拼装。1-底层侧面K形斜杆;2-标准层侧面K形斜杆;1-立柱(固定导轨);2-正面K形横杆和斜杆;3-标准层侧面K形横杆;4-立柱;3-立柱;4-侧面K形横杆和斜杆;5-标准层正面K形斜杆;6-井道立柱;5-井道侧面H形横杆;6-井道正面H形横杆和K形斜杆;7-标准层正面K形横杆;8-底层立柱N-车库进出口方向图1立体停车库钢结构示意图图2停车库钢结构俯视图基金项目:交通部科技计划项目“智能双
4、循环全自动立体停车库(2000～2002)”(95-06-02-35)收稿日期:2004-07-02作者简介:荆友录(1970-),男,山东高密人,山东交通学院讲师.2山东交通学院学报2004年9月第12卷2立体停车库钢结构骨架的结构分析2.1立体停车库钢结构骨架的模型化整个停车库钢结构骨架复杂,很难准确地建立其受力情况的基本方程。应用有限元法可以对整个停车库钢结构骨架的受力做出正确的分析。有限元分析的基础是弹性连续体的离散化,即把整个连续停车库钢结构骨架分割成由有限个单元组成的集合体。这些单元仅仅在节点处连接,单元之间的载荷也仅由节点传递,所有的计算分析都在这个模型上进行。
5、停车库钢结构骨架主要由一些型钢通过螺栓连接而成,对它进行单元划分比较容易,通常以连接点作为节点。停车库钢结构骨架由柱、梁和杆组成。采用三维梁单元和杆单元模拟实际结构,用固定约束边界条件模拟钢结构的安装情况。梁单元具有拉伸、压缩、扭转和弯曲能力,每个节点有6个自由度。杆单元为单向拉压单元,每个节点有3个移动自由度。建立的钢结构力学模型如图1所示,整个车库钢结构骨架共有330个单元,172个节点。2.2钢结构骨架的受力情况钢结构受力主要包括:钢结构本身自重、结构架上各停车位的车辆及固定叉梳重量、提升系统制动所产生的惯性力、驱动装置的重力、顶部梁架所受滑轮组和配重的重力、整体结构所
6、受的风力、地震载荷以及由于外界环境温度变化而引起的温度应力等,它们以集中或均布方式作用。按基本载荷作用情况,将停车库钢结构骨架结构分析的计算工况分为表1所示的4种工况。表1结构分析的计算工况和计算载荷工况说明计算载荷1:空载每个车位均无车辆载荷钢结构自重、固定叉梳重量、传动系统重量和配重2:对称满载每个车位均有对称分布的车辆载荷工况1的载荷和车位上的车辆载荷3:非对称满载每个车位均有按前后轮6∶4分配的车辆载荷工况1的载荷和车位上的车辆载荷4∶最大偏载车库一侧车位无车,另一侧车位均有按前后轮6∶4分配的车辆载荷工况1的载荷和车位上的车辆载荷2.3进行受力分析的基本假设由于车库
7、的实际受力情况很复杂,必须对它进行必要的简化和假设后才能进行受力分析,基本假设为:1)停车库单独建立,不与其它建筑物相接;2)不计由于结构阴面与阳面温差引起的热应力;3)整体结构无初始变形和缺陷;4)按可能是最危险的x,y以及对角线方向3种工况计算风载荷;5)地震载荷按与风载作用方向一致的工况进行计算。该立体车库承载框架是由型钢经高强度螺栓连接而成,各杆件可承受轴向力、剪力和弯矩,在用有限元软件进行受力分析时,此种结构属于梁单元,按空间6个自由度梁单元进行处理。2.4钢结构骨架的受力分析在各种工况载荷的
