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【摘 要】 介绍我国加油站罩棚结构形式的变化，就目前加油站钢结构罩棚结构形式进行力学分析，并对钢罩棚柱基础形式及柱脚形式进行合理研究分析。
【关键词】 加油站 结构形式 钢罩棚 钢结构 基础 柱脚
随着我国经济的高速发展，石油化工行业发展日益迅猛，成品零售行业竞争加剧，加油站数量逐步增多，做为各大石油巨头销售公司最直接的形象代表，也是各石油销售公司占有和扩大市场的主要载体，而作为加油站最直接形象的罩棚的设计不仅从功能布局而且从结构的材质和形式要求越来越高。下面笔者就加油站的几个方面做如下分析：
1、 加油站罩棚结构形式的演变
纵观我国加油站发展历史，从上世纪九十年代我国的加油站罩棚设计主要是满足遮风避雨功能要求，当时我国的机动车保有量比较少，加油站罩棚的建筑面积主要在100～200平米左右，罩棚的造型变化不大，结构形式主要是钢筋混凝土结构。随着国民经济的发展和我国汽车保有量的快速增加，以前的加油站罩棚车位数量已不能满足当前的需要，且大型加油站更能吸引广大车主的注意，给加油站带来可观的经济效益。这种情况下网架结构出现了。网架结构由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。网架结构根据外形不同，可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力；单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。但是有些加油站由于建筑面积得限制或者业主特殊要求单排式加油站罩棚出现了，这种结构形式往往采用轻钢结构形式。
2、 工程实例
为研究加油站轻钢结构罩棚的安全性及受力情况，现以某加油站罩棚为例进行分析。加油站罩棚平面布局如图一，该加油站罩棚建筑面积为420平米，长42米，宽10米，最大柱距为10米，柱高5.7米，单柱最大悬挑长度为5米，柱子采用箱型钢柱，钢梁采用变截面H型钢。
钢罩棚屋面恒荷载按0.3KN/m2 ，活荷载0.5 KN/m2，笔者用PKPM软件经过计算，通过SATWE-8数据分析，可以看出钢罩棚钢梁和钢柱还有进一步减小的可能，但本实例仅用于数据分析，本次计算构件尺寸暂不做调整。通过分析可知罩棚的柱子两个轴的惯性矩相同或者相近为好，同时希望截面钢布置远离其形心，以便取得更大的惯性矩，增加柱子的稳定性。最能满足这样要求的显然是圆形或者方形的钢管。如果方形钢管由于壁厚不能满足局部屈曲问题，可以通过填充膨胀混凝土的方法解决，从而达到承载力高、用钢量省的特点。
对于钢罩棚的变截面H型钢钢梁，比传统的热轧钢型材相比，具有更加合理的受力特性，比如在截面用钢量相同的情况下，变截面H型钢钢梁具有更大的惯性矩，从而获得更大的抵抗弯矩。这种钢材构造简单，施工方便，质量也得到了保证，特别是相对于网架结构大幅度降低了结构层的厚度。因此用变截面H型钢做为钢梁，冷弯薄壁钢作为檩条，防水层用单层彩钢压型钢板，金属扣板为吊顶轻钢结构式加油站主要的结构体系，也符合符合国际通用的做法。
钢结构加油站罩棚柱基础通常采用柱下独立柱基或者杯口基础。杯口基础是在基础中应预留安放柱子的孔洞，孔洞的尺寸应比柱子断面尺寸大一些。柱子放人孔洞后，柱子周围用细石混凝土（比基础混凝土强度高一级）浇筑，这种基础称为杯口基础（又称杯形基础）。杯口基础根据基础本身的高低和形状分为两种：一种叫普通杯口基础；另一种叫高杯口基础。杯口基础和普通独立基础的差别是：普通的独立基础柱子是季节延伸到基础表面，二高杯口基础是在柱子和基础表面之间还有一段过渡的短柱，这个短柱比上面柱子断面大一些。一般高杯口基础用于基础底面比较深的柱子上面。主要原因是柱子直接伸下去长细比过大，就是结构计算上面的原因。柱下独立基础再计算时要考虑基础抗倾覆计算，对于柱脚应能可靠传递柱身承载力，宜采用埋入式、插入式或者外包式，对于六、七度地区也可采用外露式柱脚。当采用外露式柱脚时，柱脚承载力不宜小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍。柱脚锚栓不宜用以承受柱底水平剪力，柱底剪力应由钢地板与基础间的摩擦力或设置抗剪键及其他措施承担。柱脚锚栓应可靠锚固。汶川地震震害资料表面，外露式柱脚破坏的特征是锚栓剪断、拉断或拔出。由于柱脚锚栓破坏，使钢结构倾斜，严重者导致结构坍塌。外包式表现为顶部箍筋不足的破坏。埋入式柱脚在钢柱根部截面容易满足塑性铰的要求，当埋入式深度达到钢柱截面高度的二倍时，可以认为其柱脚部位的恢复力特性基本呈防锥形。插入式柱脚应确保钢柱的埋入深度和钢柱埋入部分的周边混凝土厚度。外包式柱脚的力学性能主要取决于外包钢筋混凝土的力学性能。因而，外包式短柱的钢筋应该加强，特别是顶部箍筋，并确保外包式混凝土的厚度。一般外露式柱脚，从力学性能角度是作为半刚性考虑的。与钢柱根部截面的全截面屈服承载力相比，柱脚在多数情况下由锚栓屈服所决定的塑性弯矩较小，这种柱脚受弯时的力学性能，主要是有锚栓的性能决定。
如锚栓受拉屈服后能充分发展塑性，则承受反复荷载作用时，外露式柱脚的恢复力特性呈典型的滑移型滞回特性。但实际的柱脚往往在锚栓截面未消弱部分屈服前。螺纹部分就发生断裂，难以有充分的塑性发展。当钢柱截面大到一定程度时，设计大于柱截面抗弯承载力的外露式柱脚往往是很困难的。因此，当柱脚承受地震作用大时，采用外露式不经济，也不合适。采用外露式柱脚时，与柱间支撑连接的柱脚，不论是否需要，都必须设置剪力键，以可靠抵抗水平地质作用。
3、 结论
加油站钢罩棚结构是经过多年的具体实践并得到普及的结构形式，只要设计者严格按照规范中对荷载的取值、规范设计、严格按图施工，可以确保合格的质量。严格执行国家的相关法律法规和石油化工本行业的规定。加强监管和质量控制，确保结构的安全性。
【关键词】 加油站 结构形式 钢罩棚 钢结构 基础 柱脚
随着我国经济的高速发展，石油化工行业发展日益迅猛，成品零售行业竞争加剧，加油站数量逐步增多，做为各大石油巨头销售公司最直接的形象代表，也是各石油销售公司占有和扩大市场的主要载体，而作为加油站最直接形象的罩棚的设计不仅从功能布局而且从结构的材质和形式要求越来越高。下面笔者就加油站的几个方面做如下分析：
1、 加油站罩棚结构形式的演变
纵观我国加油站发展历史，从上世纪九十年代我国的加油站罩棚设计主要是满足遮风避雨功能要求，当时我国的机动车保有量比较少，加油站罩棚的建筑面积主要在100～200平米左右，罩棚的造型变化不大，结构形式主要是钢筋混凝土结构。随着国民经济的发展和我国汽车保有量的快速增加，以前的加油站罩棚车位数量已不能满足当前的需要，且大型加油站更能吸引广大车主的注意，给加油站带来可观的经济效益。这种情况下网架结构出现了。网架结构由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。网架结构根据外形不同，可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力；单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。但是有些加油站由于建筑面积得限制或者业主特殊要求单排式加油站罩棚出现了，这种结构形式往往采用轻钢结构形式。
2、 工程实例
为研究加油站轻钢结构罩棚的安全性及受力情况，现以某加油站罩棚为例进行分析。加油站罩棚平面布局如图一，该加油站罩棚建筑面积为420平米，长42米，宽10米，最大柱距为10米，柱高5.7米，单柱最大悬挑长度为5米，柱子采用箱型钢柱，钢梁采用变截面H型钢。
钢罩棚屋面恒荷载按0.3KN/m2 ，活荷载0.5 KN/m2，笔者用PKPM软件经过计算，通过SATWE-8数据分析，可以看出钢罩棚钢梁和钢柱还有进一步减小的可能，但本实例仅用于数据分析，本次计算构件尺寸暂不做调整。通过分析可知罩棚的柱子两个轴的惯性矩相同或者相近为好，同时希望截面钢布置远离其形心，以便取得更大的惯性矩，增加柱子的稳定性。最能满足这样要求的显然是圆形或者方形的钢管。如果方形钢管由于壁厚不能满足局部屈曲问题，可以通过填充膨胀混凝土的方法解决，从而达到承载力高、用钢量省的特点。
对于钢罩棚的变截面H型钢钢梁，比传统的热轧钢型材相比，具有更加合理的受力特性，比如在截面用钢量相同的情况下，变截面H型钢钢梁具有更大的惯性矩，从而获得更大的抵抗弯矩。这种钢材构造简单，施工方便，质量也得到了保证，特别是相对于网架结构大幅度降低了结构层的厚度。因此用变截面H型钢做为钢梁，冷弯薄壁钢作为檩条，防水层用单层彩钢压型钢板，金属扣板为吊顶轻钢结构式加油站主要的结构体系，也符合符合国际通用的做法。
钢结构加油站罩棚柱基础通常采用柱下独立柱基或者杯口基础。杯口基础是在基础中应预留安放柱子的孔洞，孔洞的尺寸应比柱子断面尺寸大一些。柱子放人孔洞后，柱子周围用细石混凝土（比基础混凝土强度高一级）浇筑，这种基础称为杯口基础（又称杯形基础）。杯口基础根据基础本身的高低和形状分为两种：一种叫普通杯口基础；另一种叫高杯口基础。杯口基础和普通独立基础的差别是：普通的独立基础柱子是季节延伸到基础表面，二高杯口基础是在柱子和基础表面之间还有一段过渡的短柱，这个短柱比上面柱子断面大一些。一般高杯口基础用于基础底面比较深的柱子上面。主要原因是柱子直接伸下去长细比过大，就是结构计算上面的原因。柱下独立基础再计算时要考虑基础抗倾覆计算，对于柱脚应能可靠传递柱身承载力，宜采用埋入式、插入式或者外包式，对于六、七度地区也可采用外露式柱脚。当采用外露式柱脚时，柱脚承载力不宜小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍。柱脚锚栓不宜用以承受柱底水平剪力，柱底剪力应由钢地板与基础间的摩擦力或设置抗剪键及其他措施承担。柱脚锚栓应可靠锚固。汶川地震震害资料表面，外露式柱脚破坏的特征是锚栓剪断、拉断或拔出。由于柱脚锚栓破坏，使钢结构倾斜，严重者导致结构坍塌。外包式表现为顶部箍筋不足的破坏。埋入式柱脚在钢柱根部截面容易满足塑性铰的要求，当埋入式深度达到钢柱截面高度的二倍时，可以认为其柱脚部位的恢复力特性基本呈防锥形。插入式柱脚应确保钢柱的埋入深度和钢柱埋入部分的周边混凝土厚度。外包式柱脚的力学性能主要取决于外包钢筋混凝土的力学性能。因而，外包式短柱的钢筋应该加强，特别是顶部箍筋，并确保外包式混凝土的厚度。一般外露式柱脚，从力学性能角度是作为半刚性考虑的。与钢柱根部截面的全截面屈服承载力相比，柱脚在多数情况下由锚栓屈服所决定的塑性弯矩较小，这种柱脚受弯时的力学性能，主要是有锚栓的性能决定。
如锚栓受拉屈服后能充分发展塑性，则承受反复荷载作用时，外露式柱脚的恢复力特性呈典型的滑移型滞回特性。但实际的柱脚往往在锚栓截面未消弱部分屈服前。螺纹部分就发生断裂，难以有充分的塑性发展。当钢柱截面大到一定程度时，设计大于柱截面抗弯承载力的外露式柱脚往往是很困难的。因此，当柱脚承受地震作用大时，采用外露式不经济，也不合适。采用外露式柱脚时，与柱间支撑连接的柱脚，不论是否需要，都必须设置剪力键，以可靠抵抗水平地质作用。
3、 结论
加油站钢罩棚结构是经过多年的具体实践并得到普及的结构形式，只要设计者严格按照规范中对荷载的取值、规范设计、严格按图施工，可以确保合格的质量。严格执行国家的相关法律法规和石油化工本行业的规定。加强监管和质量控制，确保结构的安全性。