一种“积木”立体车库的设计

肖莹莹

（德州职业技术学院，山东德州 253034）

0 引言

随着我国经济快速发展，机动车的保有量逐年递增，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体车库已成为人们的共识。目前，市场上的立体车库结构主要由简单横向升降和垂直升降两部分组成[1]。此类车库结构复杂，成本高，适合大型停车场，无法满足临时车位增加的需求。所以，设计一款简单、方便、安全、存取快捷的“积木”立体车库，该车库即用即搭建，用完可以方便拆卸，哪里有需要就在哪里搭建，搭建多少根据需要和搭建地点进行调节。

1 “积木”立体车库设计思路

设计研发一款“积木”立体车库，满足临时车辆增加造成的巨大停车压力，待人员疏散完毕，立体车库可以立刻拆除，留待下次备用，节能环保。“积木”立体车库可以有效缓解车站、码头、电影院、医院、风景名胜区、公园、商业购物中心、大型考试、大型会议等在某一段时间内，车位需求激增的情况。

2 结构设计

为了实现“积木”立体车库的结构设计，用CAXA 实体设计软件进行实体建模，并用3D 打印机试制样机模型。“积木”立体车库主要由底板、载车板、搭接载车板和立柱4 部分构成，可以快速搭建，就像小孩子搭积木一样（图1）。

图1 “积木”立体车库模型

2.1 底板设计

底板上面设有4 个实心圆柱凸台，用来和立柱连接，搭“积木”车库时，立柱内孔直接插入凸台即可，凸台也可增加底板的稳定性；底板两侧设计有凹槽，用于和搭接载车板的凸台连接（图2）。

图2 底板

2.2 载车板设计

载车板的上面设有4 个圆柱凸台，用来和立柱连接；载车板下面，凸台对应位置的正下方设有空心圆柱凸台，与立柱连接时，须将立柱插入到空心圆柱凸台的里面，即载车板上面凸台和立柱的内径配合，而下面的空心圆柱凸台和立柱的外径配合（图3）。

图3 载车板

2.3 搭接载车板设计

搭接载车板的下面两侧设有凸台，凸台用于卡入底板和载车板的槽内，实现“积木”立体车库的快速搭建（图4）。

图4 搭接载车板

2.4 立柱设计

立柱为空心管结构，内径与底板和载车板的圆柱凸台装配，外径与载车板的空心圆柱凸台装配，从而实现搭“积木”式立体车库的构建（图5）。

图5 立柱

2.5 单组“积木”立体车库设计

单组“积木”立体车库由底板、立柱和载车板组成，每两个单组“积木”立体车库单元之间需用搭接载车板进行连接，这样按照一定距离搭建好多个单组“积木”立体车库后，便可以放置搭接载车板，实现搭“积木”式的积木立体车库的构建（图6）。

图6 单组“积木”立体车库

3 性能校核

“积木”立体车库技术性能指标如表1 所示，使用的材料需满足设计要求，使用寿命在30 年以上。

表1 “积木”立体车库技术性能指标

把立柱和载车板看作简支梁，画出受力简图（图7）。假定一辆小轿车重2 t，可简化为4 个集中力，则每根立柱的载荷为5 kN，载车板受到4 个大小为5 kN 的集中力作用。根据简支梁和立柱受压情况，对载车板和立柱进行强度、刚度的力学性能校核。

图7 简支梁受力

3.1 拉压强度校核

所以，立柱强度符合要求。

3.2 弯曲强度和刚度校核

弯曲刚度计算如下：

所以，载车板的弯曲强度和弯曲刚度均符合要求。

3.3 剪切强度校核

所以，立柱和载车板连接处的剪切强度符合要求。

4 使用说明

“积木”立体车库须配合移动升降装备使用（图8、图9）。

图8 移动升降装备模型

图9 “积木”立体车库停车效果模型

5 创新性

5.1 结构创新

传统立体车库建造时费时费力，虽然在结构设计、运动学和动力学研究方面取得了较好的成果[2-4]，但缺乏结构简单、储存车辆多的创新设计。“积木”立体车库的四大构件可以像搭积木那样轻松建造立体车库，即用即搭建，用完即拆，灵活调节车位数量。

5.2 应用创新

“积木”立体车库可以在同样面积的土地上停放更多车辆，提高了土地面积利用率。可以充分利用城市现有面积小而分散的土地资源来进行临时搭建，满足大型考试、学生开学、大型会议等临时停车位激增的问题。“积木”立体车库配套的移动升降装备以其高效、快速、安全等特点解决了停车、取车的问题。

5.3 理论创新

“积木”立体车库是一种使用方便、机构简单、价格低廉的立体停车系统。通过对车库四大构件进行强度、刚度校核，其性能完全满足立体停车设计要求，最大特点是可以移动，根据需要临时搭建，用完即可拆掉，储存备用，避免造成资源浪费。

6 不足之处

“积木”立体车库的设计能很好地解决平时停车位无压力，而在一段时间内停车位需求激增的问题。由于设计的车库选材为Q235 钢，自身重量较大，在进行搭建和拆除时需要借助起重设备，增加了搭建的难度和危险，未来可寻求一种能满足强度和刚度要求的非金属复合材料替代品。其次“，积木”立体车库的存取车需要借助移动升降装备来完成，搭建车位时需要根据车位比例配备移动升降装备，对移动升降装备的质量、性能等要求提高，增加成本。

7 结语

国内外立体车库的种类较多，但适用性强、性能价格比高的立体车库产品稀缺。“积木”立体车库可以在同样面积的土地上停放更多车辆，满足因会议、考试、开学报到等急需的临时停车难问题，提高了土地面积利用率，即用即搭建，用完拆卸备用，节能环保。移动升降装备以其高效、快速、安全的特点解决了“积木”立体车库的停车和取车问题。