某加油站鋼結構罩棚設計研究及建議

【摘 要】 介紹我國加油站罩棚結構形式的變化，就目前加油站鋼結構罩棚結構形式進行力學分析，并對鋼罩棚柱基礎形式及柱腳形式進行合理研究分析。

【關鍵詞】 加油站 結構形式 鋼罩棚 鋼結構 基礎 柱腳

隨著我國經濟的高速發展，石油化工行業發展日益迅猛，成品零售行業競爭加劇，加油站數量逐步增多，做為各大石油巨頭銷售公司最直接的形象代表，也是各石油銷售公司占有和擴大市場的主要載體，而作為加油站最直接形象的罩棚的設計不僅從功能布局而且從結構的材質和形式要求越來越高。下面筆者就加油站的幾個方面做如下分析：

1、 加油站罩棚結構形式的演變

縱觀我國加油站發展歷史，從上世紀九十年代我國的加油站罩棚設計主要是滿足遮風避雨功能要求，當時我國的機動車保有量比較少，加油站罩棚的建筑面積主要在100～200平米左右，罩棚的造型變化不大，結構形式主要是鋼筋混凝土結構。隨著國民經濟的發展和我國汽車保有量的快速增加，以前的加油站罩棚車位數量已不能滿足當前的需要，且大型加油站更能吸引廣大車主的注意，給加油站帶來可觀的經濟效益。這種情況下網架結構出現了。網架結構由多根桿件按照一定的網格形式通過節點連結而成的空間結構。具有空間受力、重量輕、剛度大、抗震性能好等優點；缺點是匯交于節點上的桿件數量較多，制作安裝較平面結構復雜。網架結構根據外形不同，可分為雙層的板型網架結構、單層和雙層的殼型網架結構。板型網架和雙層殼型網架的桿件分為上弦桿、下弦桿和腹桿，主要承受拉力和壓力；單層殼型網架的桿件，除承受拉力和壓力外，還承受彎矩及切力。目前中國的網架結構絕大部分采用板型網架結構。但是有些加油站由于建筑面積得限制或者業主特殊要求單排式加油站罩棚出現了，這種結構形式往往采用輕鋼結構形式。

2、 工程實例

為研究加油站輕鋼結構罩棚的安全性及受力情況，現以某加油站罩棚為例進行分析。加油站罩棚平面布局如圖一，該加油站罩棚建筑面積為420平米，長42米，寬10米，最大柱距為10米，柱高5.7米，單柱最大懸挑長度為5米，柱子采用箱型鋼柱，鋼梁采用變截面H型鋼。

鋼罩棚屋面恒荷載按0.3KN/m2 ，活荷載0.5 KN/m2，筆者用PKPM軟件經過計算，通過SATWE-8數據分析，可以看出鋼罩棚鋼梁和鋼柱還有進一步減小的可能，但本實例僅用于數據分析，本次計算構件尺寸暫不做調整。通過分析可知罩棚的柱子兩個軸的慣性矩相同或者相近為好，同時希望截面鋼布置遠離其形心，以便取得更大的慣性矩，增加柱子的穩定性。最能滿足這樣要求的顯然是圓形或者方形的鋼管。如果方形鋼管由于壁厚不能滿足局部屈曲問題，可以通過填充膨脹混凝土的方法解決，從而達到承載力高、用鋼量省的特點。

對于鋼罩棚的變截面H型鋼鋼梁，比傳統的熱軋鋼型材相比，具有更加合理的受力特性，比如在截面用鋼量相同的情況下，變截面H型鋼鋼梁具有更大的慣性矩，從而獲得更大的抵抗彎矩。這種鋼材構造簡單，施工方便，質量也得到了保證，特別是相對于網架結構大幅度降低了結構層的厚度。因此用變截面H型鋼做為鋼梁，冷彎薄壁鋼作為檁條，防水層用單層彩鋼壓型鋼板，金屬扣板為吊頂輕鋼結構式加油站主要的結構體系，也符合符合國際通用的做法。

鋼結構加油站罩棚柱基礎通常采用柱下獨立柱基或者杯口基礎。杯口基礎是在基礎中應預留安放柱子的孔洞，孔洞的尺寸應比柱子斷面尺寸大一些。柱子放人孔洞后，柱子周圍用細石混凝土（比基礎混凝土強度高一級）澆筑，這種基礎稱為杯口基礎（又稱杯形基礎）。杯口基礎根據基礎本身的高低和形狀分為兩種：一種叫普通杯口基礎；另一種叫高杯口基礎。杯口基礎和普通獨立基礎的差別是：普通的獨立基礎柱子是季節延伸到基礎表面，二高杯口基礎是在柱子和基礎表面之間還有一段過渡的短柱，這個短柱比上面柱子斷面大一些。一般高杯口基礎用于基礎底面比較深的柱子上面。主要原因是柱子直接伸下去長細比過大，就是結構計算上面的原因。柱下獨立基礎再計算時要考慮基礎抗傾覆計算，對于柱腳應能可靠傳遞柱身承載力，宜采用埋入式、插入式或者外包式，對于六、七度地區也可采用外露式柱腳。當采用外露式柱腳時，柱腳承載力不宜小于柱截面塑性屈服承載力的1.2倍。柱腳錨栓不宜用以承受柱底水平剪力，柱底剪力應由鋼地板與基礎間的摩擦力或設置抗剪鍵及其他措施承擔。柱腳錨栓應可靠錨固。汶川地震震害資料表面，外露式柱腳破壞的特征是錨栓剪斷、拉斷或拔出。由于柱腳錨栓破壞，使鋼結構傾斜，嚴重者導致結構坍塌。外包式表現為頂部箍筋不足的破壞。埋入式柱腳在鋼柱根部截面容易滿足塑性鉸的要求，當埋入式深度達到鋼柱截面高度的二倍時，可以認為其柱腳部位的恢復力特性基本呈防錐形。插入式柱腳應確保鋼柱的埋入深度和鋼柱埋入部分的周邊混凝土厚度。外包式柱腳的力學性能主要取決于外包鋼筋混凝土的力學性能。因而，外包式短柱的鋼筋應該加強，特別是頂部箍筋，并確保外包式混凝土的厚度。一般外露式柱腳，從力學性能角度是作為半剛性考慮的。與鋼柱根部截面的全截面屈服承載力相比，柱腳在多數情況下由錨栓屈服所決定的塑性彎矩較小，這種柱腳受彎時的力學性能，主要是有錨栓的性能決定。

如錨栓受拉屈服后能充分發展塑性，則承受反復荷載作用時，外露式柱腳的恢復力特性呈典型的滑移型滯回特性。但實際的柱腳往往在錨栓截面未消弱部分屈服前。螺紋部分就發生斷裂，難以有充分的塑性發展。當鋼柱截面大到一定程度時，設計大于柱截面抗彎承載力的外露式柱腳往往是很困難的。因此，當柱腳承受地震作用大時，采用外露式不經濟，也不合適。采用外露式柱腳時，與柱間支撐連接的柱腳，不論是否需要，都必須設置剪力鍵，以可靠抵抗水平地質作用。

3、 結論

加油站鋼罩棚結構是經過多年的具體實踐并得到普及的結構形式，只要設計者嚴格按照規范中對荷載的取值、規范設計、嚴格按圖施工，可以確保合格的質量。嚴格執行國家的相關法律法規和石油化工本行業的規定。加強監管和質量控制，確保結構的安全性。