雪荷載下加油站罩棚倒塌事故分析及若干建議

袁揚(yáng)　陳忠范

東南大學(xué)土木工程學(xué)院　江蘇南京210096 東南大學(xué)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

江蘇南京210096

前言

    2008年初兩場(chǎng)暴雪之后，南京及蘇南地區(qū)最大積雪深度達(dá)36cm～38cm。中國(guó)石油化工股份有限公司江蘇石油分公司遭受了53年不遇的暴雪、冰凍災(zāi)害，共有79座加油站在這場(chǎng)雪災(zāi)中遭受了不同程度的損失，其中：罩棚整體或部分坍塌加油站27座，整體坍塌加油站l7座、部分坍塌加油站10座。部分受損加油站52座。

    受中國(guó)石油化工股份有限公司委托，東南大學(xué)專家到江蘇省無錫市和宜興市，對(duì)4個(gè)倒塌的加油站進(jìn)行倒塌原因分析。

1、現(xiàn)場(chǎng)勘寨情況和倒塌原因分析

    1.1無錫某加油站

    無錫某加油站外形為金字塔形，底面尺寸約為36mx38m．罩棚面積1300m2，四角設(shè)鋼構(gòu)斜柱(圖1)，柱上布置八邊形桁架環(huán)粱，柱頂焊接鋼板，上部四根斜柱置于鋼板之上，金字塔脊鋼構(gòu)與側(cè)面方形環(huán)梁形成上部頂蓋主線，并在頂蓋下部的方形環(huán)粱面內(nèi)對(duì)角線上布置桁架粱(圖3)。

    該加油站整體塌陷，四根柱子全部與上部結(jié)構(gòu)斷開。經(jīng)檢查分析認(rèn)為：該加油站停止使用后處于廢置狀態(tài)，已經(jīng)有1年多時(shí)間，期間缺乏日常維護(hù)，鋼材嚴(yán)重銹蝕，部分主要受力構(gòu)件已經(jīng)蝕斷，圖4可見底部斜柱柱腳斜腹桿銹斷，斜柱的橫向角鋼上積銹很厚，圖2可見角鋼銹蝕分層十分嚴(yán)重，所剩部分很薄。下部斜鋼柱嚴(yán)重銹蝕，桿件有效截面變小是倒塌的主要原因。

    1.2宜興某桁架式加油站

    宜興某加油站為桁架結(jié)構(gòu)，軸網(wǎng)尺寸約為20cm x23cm，罩棚面積900m2，該站前面布置兩鋼構(gòu)柱，與地面預(yù)埋件焊接固定，后面布置兩支座于營(yíng)業(yè)廳房頂，同樣以預(yù)埋件焊接固定。屋頂前后各布置一桁架主梁，分別置于前柱與后面支座之上．在垂直方向上布置五道次梁，柱外各一道，柱內(nèi)布置3道(圖6)，鋼構(gòu)件銹蝕較輕(圖8)。

    該加油站整體塌陷，前面兩柱傾倒，與地面完全脫開，后面兩支座已脫離屋頂預(yù)埋件(圖3)。經(jīng)檢查分析認(rèn)為：該加油站倒塌主要是因?yàn)橹�外�?/span>1根邊次梁跨中下邊受拉弦桿在焊接處脫開，邊次梁桁架下弦的斷裂，導(dǎo)致該桁架卸載，原承受的荷載向附近的第2榀次桁架轉(zhuǎn)移，直接導(dǎo)致第2榀桁架超載，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)：第2榀桁架雖仍然連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)斷開，但上弦壓桿已被壓曲，第1、2榀次桁架的破壞、下凹(圖6)使在其中的柱的頂部受到向內(nèi)的拉力，導(dǎo)致柱的傾斜和主梁的偏位。后面的次桁架既因?yàn)槭艿降?/span>l、2榀桁架卸來的豎向荷載而超載，還因?yàn)樽鳛榇瘟褐ё�的主粱的偏位而失穩(wěn)，引起連鎖破壞和倒塌，另外，屋面檁條布置在次粱受壓桿的中間，而非壓桿、豎桿和斜桿交匯處，細(xì)部布置不合理，導(dǎo)致上弦壓桿彎曲(圖8)，對(duì)結(jié)構(gòu)受力也有一定影響；柱底處與基礎(chǔ)焊接不牢(圖5)。

    1.3宜興某網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加油站

    宜興某網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加油站罩棚面積l500m2，網(wǎng)架整體

置于4根混凝土柱頂錐形支座上(圖9)，支座通過焊接柱頂預(yù)埋件固定。

    該加油站網(wǎng)架整體塌陷，由于該網(wǎng)架倒塌后較少有完整局部，不少桿件散落地下，甚至缺少桿件，給倒塌原因分析帶來了很大困難。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)柱頂上無支座，尋找網(wǎng)檠支座時(shí)發(fā)現(xiàn)一支座壓于桿下(圖9)，而該桿件已發(fā)生彎曲，說明支座先于該桿件落地，經(jīng)對(duì)該支座檢查發(fā)現(xiàn)，支座底鋼板四邊僅有一面有焊接痕跡，且焊接質(zhì)量很差；而另一柱上的支座懸掛在柱邊，支座上連著兩根弦桿(圖11)，觀察該支座底鋼板發(fā)現(xiàn)，其四邊也僅有一面有焊接痕跡。分析認(rèn)為：柱頂錐形支座與預(yù)埋件焊接不牢，導(dǎo)致支座滑落，可能是該加油站倒塌的主要原因。同時(shí)屋頂排水溝內(nèi)堆積了厚厚的一層積灰(圖10)，增加了屋面荷載，說明缺乏日常維護(hù)，帶來安全隱患。網(wǎng)架在塌陷過程中引發(fā)了大量桿件于球鉸處的螺栓斷裂(圖12)。

2、加油站罩棚設(shè)計(jì)、施工、使用要點(diǎn)及建議

    2.1設(shè)計(jì)

    (1)加油站設(shè)計(jì)中應(yīng)選用合理的荷載大小和荷載組合；應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。

    (2)考慮到加油站對(duì)雪荷載和風(fēng)荷載的敏感程度比房屋結(jié)構(gòu)的要高，對(duì)加油站建議采用100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值和雪壓值。

    (3)選用合理的罩棚類型和桿件截面形狀；對(duì)平板網(wǎng)架，宜選擇剛度較好的正放四角錐網(wǎng)架，建議采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，桿件和球節(jié)點(diǎn)可在工廠加工，以確保加工精度和加工質(zhì)量：網(wǎng)架高度宜為跨度的1/20～1/30；桁架高度宜為跨度的1/15—1/20：網(wǎng)架桿件宜采用圓形截面，截面不宜小于φ48x2，便于施焊和防腐要求，不用角鋼，以防止積灰、積水；對(duì)蒙古包式加油站要特別注意罩棚邊粱與拱的連接構(gòu)造。

    (4)選擇規(guī)范許可的支座及支座連接形式；對(duì)桿件截面大小進(jìn)行優(yōu)化，網(wǎng)架桿件不應(yīng)采用同一截面尺寸．對(duì)30nl左右跨度的網(wǎng)架．宜選擇3—5種截面；螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架的桿件長(zhǎng)度一般在2m～3m；螺栓球中鑄鋼球質(zhì)量不易保證．故應(yīng)采用鍛制的鋼球；罩棚常用卷邊C型檁條．回轉(zhuǎn)半徑、慣性矩和面積矩均較大，但因壁薄，應(yīng)特別注意其防銹；實(shí)腹式檁條的截面高度一般為跨度的l/35～1/50。

    (5)桿件節(jié)間嚴(yán)禁承受橫向荷載。

    (6)建議對(duì)加油站少做或不做吊頂，至少應(yīng)留檢查口，以便檢查和維護(hù)保養(yǎng)。(7)鋼結(jié)構(gòu)柱的柱腳應(yīng)采取有效的防銹措施。

    2.2施工

    (1)施工單位必須擁有相應(yīng)的施工資質(zhì)，并有該類結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)：應(yīng)編寫施工組織設(shè)計(jì)文件：施工過程應(yīng)有監(jiān)理：所有結(jié)構(gòu)材料均應(yīng)有質(zhì)保書或檢測(cè)報(bào)告。

    (2)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件和施工規(guī)范、規(guī)程要求施工；網(wǎng)架施工中應(yīng)精確加工桿件長(zhǎng)度，嚴(yán)禁對(duì)超長(zhǎng)構(gòu)件彎曲，以適應(yīng)尺寸需要。

    (3)焊縫強(qiáng)度應(yīng)大于母材強(qiáng)度；焊接球網(wǎng)架的焊縫應(yīng)達(dá)到2級(jí)以上，桿端應(yīng)交于節(jié)點(diǎn)中心，不得偏心。

    (4)嚴(yán)禁在已經(jīng)受力的桿件上施焊，廣告牌等應(yīng)采用綁扎、環(huán)箍等方式與主體結(jié)構(gòu)連接。

    (5)網(wǎng)架、桁架結(jié)構(gòu)的桿件節(jié)間嚴(yán)禁附加支撐、吊掛重物。

    (6)做好桿件的除銹，按設(shè)計(jì)做好防銹涂層，小型網(wǎng)架工程中常用的防銹涂料為紅丹漆：對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)上不用的螺孔應(yīng)封閉。

    (7)罩棚支座應(yīng)與柱頂連接牢固；柱腳應(yīng)與基礎(chǔ)連接牢固。

    (8)施工過程中和結(jié)構(gòu)封頂時(shí)均應(yīng)有質(zhì)監(jiān)站參與，結(jié)構(gòu)材料和施工質(zhì)量應(yīng)符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

    2.3使用

    (1)對(duì)員工進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全培訓(xùn)，普及結(jié)構(gòu)安全基本知識(shí)：特別注意鋼柱柱腳的銹蝕和C型鋼檁條、桁架角鋼的銹蝕：發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)盡快向上級(jí)部門匯報(bào)。

    (2)遇到特別惡劣氣候、惡劣環(huán)境，超過設(shè)計(jì)許可荷載時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉。

    (3)應(yīng)采取有效措施，盡快消除惡劣氣候、惡劣環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

    (4)對(duì)收購(gòu)的加油站和元正規(guī)設(shè)計(jì)圖紙、無竣工驗(yàn)收資料的加油站，應(yīng)立即請(qǐng)有資質(zhì)的單位進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，實(shí)測(cè)和繪制結(jié)構(gòu)圖紙。

    (5)加油站使用中應(yīng)請(qǐng)有資質(zhì)的結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，如構(gòu)件銹蝕、廣告牌松動(dòng)、屋面積灰、排水管堵塞等問題．建議每2年一次。

    (6)應(yīng)按照評(píng)價(jià)結(jié)論．對(duì)結(jié)構(gòu)不合格的加油站應(yīng)請(qǐng)有資質(zhì)的單位進(jìn)行加固或拆除；對(duì)結(jié)構(gòu)合格的加油站，應(yīng)做好桿件除銹、涂刷防銹漆、清理屋面積灰(尤其是排水溝積灰)、清通排水管等維修保養(yǎng)工作，消除安全隱患。

3、結(jié)語

    本文簡(jiǎn)要分析了蘇南地區(qū)3個(gè)加油站罩棚倒塌的原因．從對(duì)其他倒塌加油站調(diào)查研究所掌握的資料來看。這3個(gè)加油站罩棚存在的問題具有普遍意義。在今后類似工程的建設(shè)中應(yīng)該對(duì)上述問題重視起來，切實(shí)提高加油站的建設(shè)水平，從最大限度上避免事故再次發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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【3】楊支柱，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)制作與施工【J】．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)