谈汽车库内坡道的缓坡设计

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1、谈汽车库内坡道的缓坡设计一、国内外汽车库内坡道坡度概况在汽车库的设计中，车行道的坡道设计，是常遇到的问题，往往由于受到平面场地的限制，既要满足使用要求，又要满足设计规范要求，作多种比较后，也不一定能达到理想状态，尤其在拐弯的起点或止点处，受到柱位的影响，总带来一些困难。汽车库坡道的坡度设置，与汽车的制动性能有关，随着其性能的改善，坡度也在相应变大，过去国内最大为12%，现在为 15%，在国外有的作到18%，这样可缩短坡长，给设计带来一定方便，对建筑面积的有效利用更有好处。确信随着科学的进步，汽车制动性能的改善，将来的坡度会加大，设计环境也会有所改进。二、纵坡与缓坡的关系纵坡是主要段，设在坡道中

2、间。缓坡是过渡段，设在坡道与平地相连接处，起着缓冲、平缓过渡的作用，减少汽车颠跛跳动，避免前后档与地面碰撞，保证行车安全。 规范要求缓坡是纵坡的一半，另外还规定纵坡 10%时可不作缓坡， 小汽车只要轴距小于4.0m，中间底盘高于 0.10m，接近角、离去角大于6o ，经过验算，可满足车行的要求，但这并不说明为了缩短坡的总长，可把缓坡作成10%，若这样作，似乎并不违反规范，但与纵坡段相接处的坡差小，而与水平段相接处的坡差大，两者不均衡，给行车带来不便，还是取缓坡为纵坡的一半为好。三、缓坡的两种形式对比缓坡有直线缓坡和曲线缓坡两种形式，前者对设计和施工都比较简单，国内外都常被采用，后者设计和施工较

3、为麻烦，但行车比较平缓，好处较多，国外采用较多，凡公路不论国内外，变坡处均采取凹、凸形竖曲线，车速越快，竖曲线半径越大，要求更加严格，行车的安全性和舒适度才有保证。四、曲线缓坡的坡长计算直线缓坡的坡长计算，是直线比例关系，计算比较简单，不再赘述，这里专门研讨曲线缓坡的问题。1、国外有的纵坡坡度为18%，竖曲线半径为 22.5m。 （图 1）图 1 曲线缓坡示意图 2 曲线缓坡段计算简图设曲线缓坡的圆弧线与纵坡线、水平线均相切（图2） ，求曲线缓坡两切点的水平长度 L 和两切点的垂直高度H。 根据平面几何学推理，则纵坡线与水平线的夹角，等于两切点间半径R的夹角 。 根据勾股弦定律，斜边的平方等于

4、两直角边的平方之和，设长边为1，短边为 0.18，则斜边长为18.018.01=1.01607m。 根据相似三角形互成正比的原理，则 18.0L= 01607.1RL= 01607.15.22 0.18=3.985953.986m 01607.11RHRH=R- 01607.1R=22.5- 01607.15.22=0.355860.356m 按三角学用角度计算，也可求得相同结果，就不再赘述。通过计算结果，曲线缓坡的两切点水平长度为3.986m，两切点的垂直高度为0.356m， 有趣的是这两切点即变坡点的连线坡度i2= 986.3356.0=8.93%， 即接近纵坡 18%的一半 9%，若简化

5、计算，缓坡取9%，水平长取 4m，则坡高为 0.36m，这样，就能很快的计算出坡道水平总长的近似值。例如，层高4m，曲线缓坡与直线缓坡的水平长度比较 （图 3） ，通过计算两者总长仅差 0.017m，非常接近，几乎可以忽略不计。a 曲线缓坡b 直线缓坡图 3 曲、直线缓坡水平总长比较由计算结果分析，纵坡一致，缓坡曲线半径不一样，只要曲线圆弧与水平线和纵 坡线都相切，则相切的两切点的水平长L 和垂直高 H，都随着缓坡曲线半径R 增 大而增大，而且成一定比值增大，两切点的连线坡度i2接近纵坡 i1的一半（见下 表） 。 纵坡一定， R与 L、H的比值关系表从表中可以看出：i1(%)R （m）L (

6、m) H (m) L/R H/R H/L=i212 15 20 22.5 25 1.78719 2.38291 2.68078 2.97864 0.10678 0.14238 0.16018 0.17797 0.11915 0.00712 0.05975 =5.98% 15 15 20 22.5 25 2.22510 2.96680 3.33765 3.70850 0.16599 0.22132 0.24899 0.27664 0.14834 0.011066 0.07460 =7.46% 18 15 20 22.5 25 2.65730 3.54306 3.98595 4.42883 0.2

7、3724 0.31632 0.35586 0.39540 0.17715 0.01582 0.08928 =8.83% 缓坡曲线半径 R，乘以 L/R 和 H/R 的比值，就可得出L 和 H 的值。 纵坡相同，半径不同，L、H 值也不同，但其L/R、H/R、 H/L 均相同。 纵坡相同，半径增大， L、H 值也随相同的 L/R、H/R 比值而增大。 2、我国规范规定，纵坡12%15%，曲线缓坡的水平长度不应小于2.4m，曲 线的半径不应小于20m。 （图 4）图 4 汽车库设计规范规定的曲线缓坡按规范条件要求，先按纵坡15%为例，研讨其相互关系。 （1）按纵坡 15%，缓坡曲线半径 R20 圆

8、弧与水平线、纵坡线都相切（图5） ，求 曲线缓坡的水平长度和垂直高度（方法同前）图 5 i1=15% ， R=20，两边相切的计算简图则 01119.1R= 15.0LL= 01119.1R 0.15=2.96680m 01119.11RHRH=R- 01119.1R=0.22132m 从表中也可查得同一结果。 当纵坡 i1=12%，缓坡曲线半径R=20m时，查表 L=2.38291m，H=0.14238m 这符合规范的水平长度2.4m的要求。若纵坡为15%时，水平长度则约为3m 才合 适，如取 2.4m则误解了规范的本意，即L=2.4m 是指纵坡为 12%而言，其他较大的纵坡并未说清楚，如纵

9、坡为12%15%，则 L=2.43.0 为好。 （2）按纵坡为 15%，曲线缓坡的水平长度为2.4m，求曲线的半径R（图 6） 。图 6 15.04.201119.1RR= 15.04.21.01119=16.179m 1 5.04.21HRH=R- 15.04.2=0.179m R16.179R20这不符合规范要求，不成立。（3）按纵坡为 15%，曲线半径 R=20m，曲线缓坡水平长取最小值2.4m（似乎满足规范的三个要求，实际并不成立） ，现举三种容易验证的特殊情况来说明。 圆弧与水平线相切，与纵坡线相割，求第一个割点高度H1（图 7） 。图 7 R2=（R- H1）2+2.42=R2-2

10、R H1+ H12+2.42 即H12-2R H1+2.42=0 H1= 24.24.24222RRR= 204.23160040H1=39.856m(不含，舍去 )，H1=0.1445m 取 H1=0.1445m 圆弧与纵坡线相切，与水平线相割，求切点与割点高差H1（图 8）图 8 按圆弧与水平线、纵坡线都相切，查表可得：L=2.96680， H=0.22132，则L2=L-2.4=0.5668 R2=（R-H 2）2+0.56682=R2-2R H 2+ H22+0.56682 H22-2R H 2+0.56682=0 H2= 25668.05668.04222RRR= 2285.1160

11、040H2=39.99195m(不含，舍去 )，H2=0.00805m 取 H2=0.00805m 则 H1=0.22132-0.00805=0.21327m 圆弧与水平线、纵坡线相割都均等，求两割点的高差（图9） 。图 9 按圆弧与水平线、 纵坡线都相切， 查表可得： L=2.96680，H=0.22132，由于两切点的连线与均等相割两割点的连线平行，相似三角形的对应边成比例。则 H1/0.22132=2.4/2.9668 H1= 9668.24.2 0.22132=0.17904m 上面三种特殊情况计算出的H1值大小，其实也与圆弧形相切或相割的水平角度有关的概念一致。虽第二种的有效高度值H

12、1=0.21327 值最大，但其割点与切点的连线坡度 i2= 4.20.21327=0.08886=8.89%大于纵坡 15%的一半 7.5%，另外被切割所得的水平长度仅为2.4m，在割点处又不滑顺，对行车不利，所以均不适宜。通过计算和分析，当圆弧线与水平线、纵坡线均相切时，车行时在缓坡段平缓过渡，才符合规范的本意。不过规范标明缓坡曲线的水平长度不应小于2.4m，使人费解，不如国外只给出缓坡曲线半径为好，具体圆弧与水平线、纵坡线相切的水平长度和垂直高度，由设计者去算或电脑中去量，便可得知。另外，缓坡曲线半径与纵坡的坡度有关，如纵坡越大，缓坡曲线半径应越大，即缓坡曲线的水平长度越长；如缓坡曲线半

13、径一致，纵坡越大，缓坡曲线水平长度也越长，（从表中也看得很明显），否则汽车底盘就易碰撞， 行车不安全，当然半径不是越大越好，也不是越小越好，要能相互匹配，在满足不相碰、保证行车安全的前提下，尽量缩短坡长，对减少坡道占地是有好处的。五、两种缓坡分别加纵坡后水平总长的比较1、若层高和纵坡都相同，缓坡用直线缓坡或曲线缓坡，比较其坡道的水平总长，其实就是比较缓坡段的水平长度。设纵坡为15%，其缓坡采取两种形式，来作比较（图 10） 。图 10 坡道起点曲、直线缓坡的水平长度比较当直线缓坡为 7.5%，其坡的水平长度为3.60m，坡高则为 0.27m；当曲线缓坡时，半径 R=20m，查表得出坡的水平长度

14、为2.967m，坡高为 0.221m，两者的坡高差为 0.27-0.221=0.049m ，这段高度用 15%的纵坡，其水平长为0.327m，则曲、直线缓坡的水平长度之差为3.60-2.967-0.3266=0.3064m ， 即曲线缓坡的水平长度比直线缓坡的水平长度短0.306m。坡道止点与坡道起点的情况相同，结果也相同，则总的水平长度可短0.30642=0.613m。2、为简化计算，可按总坡长直接计算。例如：层高 4m，纵坡 15%，仅缓坡形式不相同（图11）a 直线缓坡b 曲线缓坡图 11 水平总长度比较从 图11 中 可 以 看 出 曲 线 缓 坡 与 直 线 缓 坡 的 水 平 总

15、长 度 之 差 为30.267-29.654=0.613m ， 与图 10 计算结果一致。虽曲线缓坡稍短一点， 而短的不多，但在场地紧张的情况下，还是有好处的，尤其能使行车舒适度提高，又何乐而不为呢！虽施工稍麻烦一点，但习惯和熟练了，也就不成问题了。总之，随着机动车的性能改进和追求场地的节省，我国的纵坡坡度如加大到18%，曲线半径加大到22.5m，层高同样是4m，则其水平长度可缩短到26.239m（如图 12）与现行最大的纵坡和直线缓坡相比（30.267-26.239=4.028m ） 可减短 4m多，如层高越大，这个数值越可观，这对设计和节省场地都是有很大好处的。图 12 现在利用电脑，一作图就能得出准确的数值，但通过计算和理论分析，能有一个明晰的概念，对设计者能更好地理解规范的内涵，对施工者能更好地理解设计的意图，都是有好处的，决不要因为有了电脑，完全依靠电脑，连最基本的原理也不去理睬，犹如有了计算器连乘、除、开方等最基本的东西都忘了，那是遗憾的。