高耸结构设计标准 GB50135-2019

前言

中华人民共和国国家标准

高耸结构设计标准

Standard for design of high-rising structures

GB 50135-2019

主编部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

发布部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

国家市场监督管理总局

发布日期：2019年05月24日

实施日期：2019年12月01日
 

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

2019年第133号

住房和城乡建设部关于发布国家标准《高耸结构设计标准》的公告
 

    现批准《高耸结构设计标准》为国家标准，编号为GB 50135-2019，自2019年12月1日起实施。其中，第5.1.2、7.1.5条为强制性条文，必须严格执行。原《高耸结构设计规范》(GB 50135-2006)同时废止。

    本标准在住房和城乡建设部门户网站(www.mohurd.gov.cn)公开，并由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2019年5月24日

 

    根据住房和城乡建设部《关于印发<2014年工程建设标准规范制订修订计划>的通知》(建标[2013]169号)要求，标准编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，修订本标准。

    本标准的主要技术内容是：总则、术语和符号、基本规定、荷载与作用、钢塔架和桅杆结构、混凝土圆筒形塔、地基与基础以及相关的附录。

    本标准修订的主要技术内容是：与国家近期颁布的新标准内容相协调，增加了风力发电塔相关设计内容；补充了高耸钢管结构节点设计的规定；提出了承受拉压交变作用下高强螺栓抗疲劳设计要求；提出了风力发电塔预应力锚栓基础和预应力岩石锚杆基础的设计要求。

    本标准中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。

    本标准由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由同济大学负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送同济大学(地址：上海四平路1239号土木大楼A703，邮编：200092)。

    本标准主编单位：同济大学

    本标准参编单位：同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 中冶东方工程技术有限公司 中广电广播电影电视设计研究院 重庆大学 大连理工大学 湖南大学 北京市市政工程设计研究总院 江苏省邮电规划设计院有限责任公司 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 中国移动通信集团设计院有限公司 电力规划设计总院 中国电子工程设计院 中国建筑西南设计研究院有限公司 中国建筑科学研究院 中石化洛阳工程有限公司 中讯邮电咨询设计院有限公司 河北省电力勘测设计研究院 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 北京北广科技股份有限公司 电联工程技术股份有限公司 青岛中天斯壮科技有限公司 内蒙古金海新能源科技股份有限公司 青岛东方铁塔股份有限公司 新疆金风科技股份有限公司 青岛王宝强实业有限公司 上海矩尺土木科技有限公司 浙江巨匠钢业有限公司

    本标准主要起草人员：马人乐  牛春良  何建平  何敏娟 李喜来  肖克艰  邓洪洲  陈凯 荆建中  李正良  屠海明  梁峰  罗烈  肖洪伟  娄宇  陈俊岭 吕兆华  杨靖波  黄冬平  王立成 董建尧  舒亚俐  付举宏  李占岭 武笑平  沈之容  曹向东  陈艾荣 黄荣鑫  葛卫春  廖宗高  徐华刚 陈飞  范志华   王建磊 王谦 舒兴平  王同华  丛欧  王虎长 王宝山  沈卫明  张学斌

    本标准主要审查人员：陈禄如  范峰  章一萍  吴欣之 赵金城  秦惠纪  滕延京  谢郁山 李兴利  缪国庆  段然
 

1 总则

1.0.2  本标准适用于钢及钢筋混凝土高耸结构，包括广播电视塔、旅游观光塔、通信塔、导航塔、输电高塔、石油化工塔、大气监测塔、烟囱、排气塔、水塔、矿井架、瞭望塔、风力发电塔等的设计。

1.0.3  高耸结构设计应综合考虑制作、防护、运输、现场施工以及建成后的环境影响和维护保养等问题。

1.0.4  高耸结构设计除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
 

2 术语和符号

2.1 术语
2.2 符号

2.1 术语

    高而细的结构。

2.1.2  钢塔架    steel tower

    自立构架式高耸钢结构。

2.1.3  钢桅杆    guyed steel mast

    由立柱和拉索构成的高耸钢结构。

2.1.4  混凝土圆筒形塔    reinforced concrete cylindrical tower

    横截面为圆筒形、材料为钢筋混凝土的自立式高耸结构。

2.1.5  预应力锚栓    prestressed anchor bolt

    通过锚固板锚固于基础中，用于连接上部结构的无黏结预应力地脚螺栓。

2.1.6  预应力岩石锚杆    prestressed anchor rod in rock

    由自由段和锚固段构成的施加预应力的岩石锚杆。

2.1.7  连续倒塌    progressive collapse

    初始的局部破坏，从构件到构件扩展，最终导致整个结构倒塌或与起因不相称的一部分结构倒塌。
 

2.2 符号

A_f——风压频遇值作用下塔楼处水平动位移幅值；

b一一基本覆冰厚度；

N——纤绳拉力设计值；

q——塔筒线分布重力；

q_a——单位面积上的覆冰荷载；

q_l——单位长度上的覆冰荷载；

l/r_c——塔筒代表截面处的弯曲变形曲率；

l/r_dc——塔筒代表截面处的地震弯曲变形曲率；

S_A——与横风向临界风速计算相应的顺风向风荷载效应；

S_L——横风向风振效应；

S_wk——风荷载标准值的效应；

△μ＇——纤绳层间水平位移差；

V_e——土体滑动面上剪切抗力的竖向分量之和；

υ_cr——临界风速；

ω₀——基本风压；

ω_l——绝缘子串风荷载的标准值；

ω_k——作用在高耸结构z高度处单位投影面积上的风荷载标准值；

ω_0，R——对应于重现期为R的风压代表值；

ω_x——垂直于导线及地线方向的水平风荷载标准值；

γ——覆冰重度。

2.2.2  计算指标：

C——高耸结构设计对变形、裂缝等规定的相应限值；

f_w——钢丝绳或钢绞线强度设计值；

f_u——锚栓经热处理后的最低抗拉强度；

R_t——单根锚杆抗拔承载力特征值；

σ_crt——筒壁局部稳定临界应力。

2.2.3  几何参数：

A——构件毛截面面积，纤绳的钢丝绳或钢绞线截面面积，塔筒截面面积，基础底面面积；

A1——绝缘子串承受风压面积计算值；

d——导线或地线的外径或覆冰时的计算外径，圆截面构件、拉绳、缆索、架空线的直径，塔筒计算截面的外径，圆板(环)形基础底板的外径，锚杆直径；

d₀——石油化工塔的内径；

H——高耸结构总高度；

h——纤绳的间距，肋板的高度；

H₁——共振临界风速起始高度；

h_cr——土重法计算的临界深度；

h_t——基础上拔深度；

l₀——弹性支承点之间杆身计算长度；

r_c——筒体底截面的平均半径；

r_co——截面核心距(半径)；

t——连接件的厚度，筒壁厚度；

α₀——土体重量计算的抗拔角；

θ——风向与导线或地线方向之间的夹角(°)，塔柱与铅直线的夹角；

λ₀——弹性支承点之间杆身换算长细比；

ф——截面受压区半角。

2.2.4  计算系数及其他：

A₀——塔筒水平截面的换算截面面积；

B₁——覆冰时风荷载增大系数；

B₂——输电高塔构件覆冰时风荷载增大系数；

f_R——正常运行范围内风轮的最大旋转频率；

f_R，m——m个风轮叶片的通过频率；

f_0，n——塔架(在整机状态下)的第n阶固有频率；

f_0，1——塔架(在整机状态下)的第一阶固有频率；

g——峰值因子；

I₁₀——10m高紊流度；

Re——雷诺数；

St——斯脱罗哈数；

a₁——与构件直径有关的覆冰厚度修正系数；

a₂——覆冰厚度的高度递增系数；

a_t——受拉钢筋的半角系数；

β_z——高度z处的风振系数、输电高塔风振系数；

γ₀——高耸结构重要性系数；

γ_R1一一土体重的抗拔稳定系数；

γ_R2一一基础重的抗拔稳定系数；

ε₁——风压脉动和风压高度变化等的影响系数；

ε₂——振型、结构外形的影响系数；

ε_q——综合考虑风压脉动、高度变化及振型影响的系数；

λ_j——共振区域系数；

μ_s——风荷载体型系数；

μ_sc——导线或地线的体型系数；

μ_sn——垂直于横梁的体型系数分量；

μ_sp——平行于横梁的体型系数分量；

μz——高度z处的风压高度变化系数；

ξ——脉动增大系数，格构式桅杆杆身按压弯杆件计算时的刚度折减系数；

Ф——挡风系数；

ψ一一裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，环形基础底板外形系数；

ψ_wE——抗震基本组合中的风荷载组合值系数；

ω_hs、ω_hp一一塔筒水平截面的特征系数；

ω_v——塔筒竖向截面的特征系数。
 

3 基本规定

3.0.2  本标准采用的设计基准期为50年。

3.0.3  高耸结构的设计使用年限应符合下列规定：

    1  特别重要的高耸结构设计使用年限应为100年；

    2  一般高耸结构的设计使用年限应为50年；

    3  建于既有建筑物或构筑物上的通信塔，其设计使用年限宜与既有结构的后续设计使用年限相匹配；

    4  风力发电塔的设计使用年限宜与发电设备的设计使用年限相匹配；

    5  对有其他特殊要求的高耸结构，使用年限宜根据具体条件确定。

3.0.4  高耸结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：

    1  在正常施工和使用时，能承受可能出现的各种荷载和作用；

    2  在正常使用时，具有良好的工作性能；

    3  在正常维护下，具有足够的耐久性能；

    4  当发生偶然事件时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不对应的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。

3.0.5  高耸结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果，根据危及人的生命、造成经济损失、产生社会、环境影响等的严重性，采用不同的安全等级。高耸结构安全等级的划分应符合表3.0.5的规定，并应符合下列规定：

    1  高耸结构安全等级应按表3.0.5的要求采用。

表3.0.5  高耸结构安全等级

注：1  对特殊高耸结构，其安全等级可根据具体情况另行确定；

       2  对风力发电塔，安全等级应为二级。

    2  结构重要性系数γ0应按下列规定采用：

      1)对安全等级为一级的结构构件，不应小于1.1；

      2)对安全等级为二级的结构构件，不应小于1.0；

      3)对安全等级为三级的结构构件，不应小于0.9。

3.0.6  高耸结构除疲劳设计采用容许应力法外，应按极限状态法进行设计。

3.0.7  对于承载能力极限状态，高耸结构及构件应按荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计。

    1  基本组合应采用下列极限状态设计表达式中的最不利组合：

      1)可变荷载效应控制的组合：

      2)永久荷载效应控制的组合：

式中：γ₀——高耸结构重要性系数，按本标准第3.0.5条第2款的规定确定；

          γ_Gｊ——第ｊ个永久荷载分项系数，按表3.0.7-1采用；

          γ_Q1、γ_Qi——第一个可变荷载、其他第i个可变荷载的分项系数，一般用1.4；可变荷载效应对结构有利时，分项系数为0；

          γ_Li——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中γL1为主导可变荷载Q1考虑设计使用年限的调整系数；

          S_Gjk——按第j个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值；

          S_QiK——按第i个可变荷载标准值QiK计算的荷载效应值；

          ψ_Qi——可变荷载Qi的组合值系数，按行业规范取值，当行业规范无特殊要求时按表3.0.7-2采用；

          m——参与组合的永久荷载数；

          n——参与组合的可变荷载数；

          R(γ_k，f_k，a_k)一一结构抗力；

          γ_R——结构抗力分项系数，其值应符合各类材料的结构设计标准规定；

          f_k——材料性能的标准值；

          a_k——几何参数的标准值，当几何参数的变异对结构构件有明显影响时可另增减一个附加值△a考虑其不利影响。

表3.0.7-1  永久荷载分项系数

注：初始状态下导线或纤绳张力的γ_G＝1.4。

表3.0.7-2  不同荷载基本组合中可变荷载组合值系数表

注：1  G表示自重等永久荷载，W、A、I、T、L分别表示风荷载、安装检修荷载、覆冰荷载、温度作用和塔楼楼屋面或平台的活荷载；

  2  对于带塔楼或平台的高耸结构，塔楼顶及外平台面的活载准永久值加雪荷载组合值大于活载组合值时，该平台活载组合值改为准永久值，即ψCL均改为0.40，而雪荷载组合系数ψCS在组合Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ中均取0.70；

  3  在组合Ⅱ中ψ_CW可取0.25～0.70，即—般取0.25，但0.25W0≥0.15kN/m²；对覆冰后冬季风很大的区域，应根据调查选用相应的值；

  4  在组合Ⅲ中，ψ_CW可取0.60，但对于临时固定状态的结构遭遇强风时，应取ψ_CW＝1.00，且按临时固定状况验算；

  5  表中ψ_CW、ψ_CA、ψ_CI、ψ_CT、ψ_CL分别为风荷载，安装检修荷载、覆冰荷载、温度作用和塔楼楼屋面或平台的活荷载的可变荷载组合值系数。

    2  采用偶然组合设计时应符合下列规定：

      1)高耸结构在偶然组合承载能力极限状态验算中，偶然作用的代表值不乘分项系数，与偶然作用同时出现的可变荷载应根据观测资料和工程经验采用适当的代表值；

      2)具体的表达式及参数应按国家现行有关标准确定。

3.0.8  高耸结构抗震设计时，基本组合应采用下列极限状态表达式：

式中：S——结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴力和剪力设计值等；

          γ_Eh、γ_Ev——水平、竖向地震作用分项系数，按表3.0.8的规定采用；

         γ_w——风荷载分项系数，取1.4；

         S_GE——重力荷载代表值的效应，可按本标准第4.4.13条的规定采用；

         S_Ehk——水平地震作用标准值的效应；

         S_Evk——竖向地震作用标准值的效应；

         S_wk——风荷载标准值的效应；

         ψ_wE——抗震基本组合中的风荷载组合值系数，可取0.2；对于风力发电塔，取0.7；

         R——抗力，按本标准相应各章的有关规定计算；

         γ_RE——承载力抗震调整系数，按有关标准取值。

表3.0.8  地震作用分项系数

3.0.9  对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，分别采用荷载的短期效应组合(标准组合或频遇组合)和长期效应组合(准永久组合)进行设计，变形、裂缝等作用效应的代表值应符合下式规定：

S_d≤C           (3.0.9-1)

式中：S_d——变形、裂缝等作用效应的代表值；

          C——设计对变形、裂缝、加速度、振幅等规定的相应限值，应符合本标准第3.0.11条的规定。

    1  标准组合：

    2  频遇组合：

    3  准永久组合：

式中：ψ_f1——第1个可变荷载的频遇值系数，按表3.0.9取值；

          ψ_qi——第i个可变荷载的准永久值系数，按表3.0.9取值。

表3.0.9  高耸结构常用可变荷载的组合值、频遇值、准永久值系数表

注：1  雪荷载的分区应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009执行；

       2  风荷载的ψc仅在验算抗震时用0.2。

3.0.10  高耸结构按正常使用极限状态设计时，可变荷载代表值可按表3.0.10选取。

表3.0.10  高耸结构按正常使用极限状态设计时可变荷载代表值

注：括号内代表值适用于风玫瑰图呈严重偏心的地区，计算地基不均匀沉降时可用频遇值作为风荷载的代表值。

3.0.11  高耸结构正常使用极限状态的控制条件应符合下列规定：

    1  对于装有方向性较强(如微波塔、电视塔)或工艺要求较严格(如石油化工塔)的设备的高耸结构，在不均匀日照温度或风荷载标准值作用下，设备所在位置塔身的角位移应满足工艺要求；

    2  在风荷载或多遇地震作用下，塔楼处的剪切位移角θ不宜大于1/300；

    3  在风荷载的动力作用下，设有游览设施或有人员在塔楼值班的塔，塔楼处振动加速度幅值应符合公式(3.0.11-1)的规定，塔身任意高度处的振动加速度可按公式(3.0.11-2)计算：

式中：A_f——风压频遇值作用下塔楼处水平动位移幅值，其值为结构对应点在0.4ωk作用下的位移值与0.4μzμsω0作用下的位移值之差，对仅有游客的塔楼可按实际使用情况取Af为6级～7级风作用下水平动位移幅值(mm)；

          ω₁——塔第一圆频率(l/s)。

    4  风力发电塔顶部加速度值不宜大于0.15g，g为重力加速度；

    5  在各种荷载标准值组合作用下，钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定，且不应大于0.2mm；

    6  高耸结构的基础变形值应符合本标准第7.2.5条的规定；

    7  高耸结构在以风为主的荷载标准组合及以地震作用为主的荷载标准组合下，其水平位移角不得大于表3.0.11的规定。单管塔的水平位移限值可比表3.0.11所列限值适当放宽，具体限值根据各行业标准确定；但同时应按荷载的设计值对塔身进行非线性承载能力极限状态验算，并将塔脚处非线性作用传给基础进行验算。对于下部为混凝土结构、上部为钢结构的自立式塔，钢结构塔位移应符合表3.0.11的规定；其下部混凝土结构应符合结构变形及开裂的有关规定。

表3.0.11  高耸结构水平位移角限值

注：△μ为水平位移，与分母代表的高度对应；△υ为由剪切变形引起的水平位移，与分母代表的高度对应；△μ＇为纤绳层间水平位移差，与分母代表的高度对应；H为总高度；h对于桅杆为纤绳之间距，对于自立式塔为层高。

3.0.12  对于受变形、加速度控制非强度控制的高耸结构，宜采用适当的振动控制技术来减小结构变形及加速度。对于高度超过100m的风力发电塔，应采用振动控制技术减小共振。

3.0.13  风力发电塔架固有频率应符合下列规定：

    1  结构固有频率f₀，n和激振频率f_R、f_R，m应满足下列公式要求：

式中：f_R——正常运行范围内风轮的最大旋转频率；

          f_0，1——塔架(在整机状态下)的第一阶固有频率，应通过实测或监测修正；

          f_R，m——m个风轮叶片的通过频率；

          f_0，n——塔架在整机状态下的第n阶固有频率。

    2  计算固有频率时，应考虑基础的影响；

    3  对于同一型号塔架，宜做现场动力实测或监测；

    4  在计算固有频率时，为了考虑不确定性因素的影响，频率应有±5％的浮动。

3.0.14  高耸结构地基基础设计前应进行岩土工程勘察。

3.0.15  在下列条件下，高耸钢结构可不进行抗震验算：

    1  设防烈度为6度，高耸钢结构及其地基基础；

    2  设防烈度小于或等于8度，Ⅰ、Ⅱ类场地的不带塔楼的钢塔架及其地基基础；

    3  设防烈度小于9度的钢桅杆。

3.0.16  高耸结构应分别计算两个主轴方向和对角线方向的水平地震作用，并应进行抗震验算。

3.0.17  高耸结构的地震作用计算应采用振型分解反应谱法。对于重点设防类、特殊设防类高耸结构还应采用时程分析法做验算，地震波的选取应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011执行。

3.0.18  高耸结构的扭转地震效应的计算应采用空间模型。
 

4 荷载与作用

4.1 荷载与作用分类
4.2 风荷载
4.3 覆冰荷载
4.4 地震作用
4.5 温度作用

4.1 荷载与作用分类

    1  永久荷载与作用：结构自重，固定的设备重，物料重，土重，土压力，初始状态下索线或纤绳的拉力，结构内部的预应力，地基变形作用等；

    2  可变荷载与作用：风荷载，机械设备动力作用，覆冰荷载，多遇地震作用，雪荷载，安装检修荷载，塔楼楼面或平台的活荷载，温度作用等；

    3  偶然荷载与作用：索线断线，撞击、爆炸、罕遇地震作用等。

4.1.2  荷载与作用应按下列原则确定：

    1  仅列出风荷载、覆冰荷载及地震作用的标准值；

    2  机械振动的作用按机械运行规律由机械专业人员测算提供；

    3  其他荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009执行。
 

4.2 风荷载

ω_k＝β_zμ_sμ_zω₀             (4.2.1)

式中：ω_k——作用在高耸结构z高度处单位投影面积上的风荷载标准值(kN/m²)；

          ω₀——基本风压(kN/m²)，取值不得小于0.35kN/m²；

          μ_z——高度z处的风压高度变化系数；

          μ_s——风荷载体型系数；

          β_z——高度z处的风振系数。

4.2.2  基本风压ω0应以当地空旷平坦地面、离地10m高、50年重现期、10min平均年最大风速为标准，其值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009执行，且应符合本标准第4.2.1条的规定。

4.2.3  当城市或建设地点的基本风压值在现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的全国基本风压图上没有给出时，其基本风压值可根据当地年最大风速资料，按基本风压定义，通过统计分析确定，分析时应考虑样本数量的影响。当地没有风速资料时，可根据附近地区规定的基本风压或长期资料，通过气象和地形条件的对比分析确定；也可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009中全国基本风压分布图确定。

4.2.4  山区及偏僻地区的10m高处的风压，应通过实地调查和对比观察分析确定。一般情况可按附近地区的基本风压乘以下列调整系数采用：

    1  对于山间盆地、谷地等闭塞地形，调整系数为0.75～0.85；

    2  对于与风向一致的谷口、山口，调整系数为1.20～1.50。

4.2.5  沿海海面和海岛的10m高的风压，当缺乏实际资料时，可按邻近陆上基本风压乘以表4.2.5规定的调整系数采用。

表4.2.5  海面和海岛的基本风压调整系数

4.2.6  风压高度变化系数，对于平坦或稍有起伏的地形，应根据地面粗糙度类别按表4.2.6确定。

表4.2.6  风压高度变化系数μ_z

    1  地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

      1)A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

      2)B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；

      3)C类指有密集建筑群的城市市区；

      4)D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

    2  在确定城区的地面粗糙度类别时，当无实测资料时，可按下列原则确定：

      1)以拟建高耸结构为中心，2km为半径的迎风半圆影响范围内的建筑及构筑物密集度来区分粗糙度类别，风向以该地区最大风的风向为准，但也可取其主导风；

      2)以半圆影响范围内建筑及构筑物平均高度来划分地面粗糙度类别：≥18m时，为D类；9m＜＜18m时，为C类；≤9m时，为B类；

      3)影响范围内不同高度的面域：每座建筑物向外延伸距离为其高度的面域内均为该高度；当不同高度的面域相交时，交叠部分的高度取大者；

      4)平均高度取各面域面积为权数计算。

    3  对于山区的高耸结构，风压高度变化系数可按结构计算位置离山地周围平坦地面高度计算。

4.2.7  不同类型高耸结构的风荷载体型系数μ_s取值应符合下列规定：

    1  悬臂结构，当计算局部表面[图4.2.7-1(a)]分布的体型系数μ_s时，应按表4.2.7-1采用；当计算整体[图4.2.7-1(b)]体型系数时，应按表4.2.7-2采用。

图4.2.7-1  悬臂结构

表4.2.7-1  悬臂结构体型系数μ_s

注：表中数值适用于μ_zω₀d₂≥0.02的表面光滑情况，其中ω₀为基本风压，以kN/m²计，d以m计。

表4.2.7-2  悬臂结构整体计算体型系数μs

注：1  表中圆形结构的μ_s值适用于μ_zω₀d₂≥0.02的情况，D以m计；ω₀为基本风压，以kN/m²计；

       2  表中“光滑”系指钢、混凝土等圆形结构的表面情况，“粗糙”系指结构表面凸出肋条较小的情况；

       3  计算正方形对角线方向的风载时，体型系数按照表4.2.7-2取值，迎风面积按照正方形单面面积取值。

    2  型钢及组合型钢结构(图4.2.7-2)的体型系数应按表4.2.7-3采用。

图4.2.7-2  型钢及组合钢结构

表4.2.7-3  型钢及组合型钢结构体型系数μ_s

    3  塔架结构(图4.2.7-3)的体型系数应按下列规定取值：

图4.2.7-3  塔架结构截面形式

      1)角钢塔架整体体型系数μs应按表4.2.7-4采用。

表4.2.7-4  角钢塔架的整体体型系数μ_s

续表4.2.7-4

注：1  挡风系数，均按塔架迎风面的一个塔面计算；

       2  六边形及八边形塔架的μ_s值，可近似地按表中方形塔架参照对应的风向①或②采用；但六边形塔迎风面积按两个相邻塔面计算，八边形塔迎风面积按三个相邻塔面计算。

      2)管子及圆钢塔架的整体体型系数μs应按下列规定取值：

        a)当μ_zω₀d₂≤0.002时，μ_s值应按角钢塔架的整体体型系数μ_s值乘以0.8采用；

        b)当μ_zω₀d₂≥0.015时，μ_s值应按角钢塔架的整体体型系数μ_s值乘以0.6采用；

        c)当0.002＜μ_zω₀d₂＜0.015时，μ_s值应按插入法计算。

      3)当高耸结构由不同类型截面组合而成时，应按不同类型杆件迎风面积加权平均选用μ_s值。

    4  格构式横梁的体型系数应按下列规定取值：

      1)矩形格构式横梁(图4.2.7-4)，当风向垂直于横梁(θ＝90°)时，横梁的整体体型系数μ_s应按表4.2.7-5取值；当风向不与横梁垂直时，横梁的整体体型系数μ_s应按表4.2.7-6取值；

图4.2.7-4  矩形格构式横梁

表4.2.7-5  风向垂直于角钢桁架横梁的整体体型系数μ_s

表4.2.7-6  风向不与横梁垂直时横梁整体体型系数μ_s

注：1  μ_sn、μ_sp分别为垂直和平行于横梁的体型系数分量；

       2  μ_s为风向垂直于横梁时的整体体型系数；

       3  计算μ_sn及μ_sp时，均以横梁正面面积为准。

      2)三角形横梁的整体体型系数可按矩形横梁的值乘以0.9采用；

      3)管子及圆钢组成的横梁可按本条第3款第2项的方法计算整体体型系数μ_s的值。

    5  架空线、悬索、管材等(图4.2.7-5)的体型系数应按表4.2.7-7取值。

图4.2.7-5  架空线、悬索、管材

1-结构(线索、管)

表4.2.7-7  架空线、悬索、管材体型系数μ_sn

注：μ_sn为作用于结构的垂直风向分量ω_n的体型系数；作用于结构的平行风向分量ω_p的体型系数μ_sp影响较小，可不计。

    6  架空管道为上下双管[图4.2.7-6(a)]时，整体体型系数μ_s应按表4.2.7-8的规定取值；当架空管道为前后双管[图4.2.7-6(b)]时，整体体型系数μ_s应按表4.2.7-9的规定取值。

图4.2.7-6  架空管道

表4.2.7-8  架空管道为上下双管时体型系数μ_s

注：表中μ_s值适用于μ_zω₀d₂≥0.02。

表4.2.7-9  架空管道为前后双管时体型系数μ_s

注：表中μ_s值适用于μ_zω₀d₂≥0.02的情况，并为前后两管的系数之和。

    7  倒锥形水塔的水箱[图4.2.7-7(a)]的体型系数和绝缘子[图4.2.7-7(b)]的体型系数应按表4.2.7-10的规定取值。

图4.2.7-7  倒锥形水塔的水箱、绝缘子立面图

表4.2.7-10  倒锥形水塔的水箱、绝缘子体型系数μ_s

    8  微波天线(图4.2.7-8)的体型系数应按表4.2.7-11的规定取值。

图4.2.7-8  微波天线平面图

表4.2.7-11  微波天线体型系数μ_s

续表4.2.7-11

    9  石油化工塔型设备(图4.2.7-9)的体型系数应按表4.2.7-12的规定取值。

图4.2.7-9  石油化工塔型设备

1-爬梯；2-平台

表4.2.7-12  石油化工塔型设备的体型系数μ_s

注：1  表中μs值适用于包括了平台、梯子、管线等影响的单个塔型设备，计算风荷载时其挡风面积可仅取塔型设备的外径；

       2  当塔型设备直径为变直径时，可按各段高度和外径求加权平均值；

       3  当设备直径为表中中间值时，μ_s可用插入法计算。

    10  球状结构(图4.2.7-10)的体型系数应按表4.2.7-13的规定取值。

图4.2.7-10  球状结构

表4.2.7-13  球状结构的体型系数

    11  封闭塔楼和设备平台(图4.2.7-11)的体型系数应按表4.2.7-14的规定取值。

图4.2.7-11  封闭塔楼和设备平台立面图

表4.2.7-14  封闭塔楼和设备平台的体型系数

    12  四管组合柱(图4.2.7-12)的体型系数应按表4.2.7-15的规定取值。

图4.2.7-12  四管组合柱

表4.2.7-15  四管组合柱体型系数μ_s

注：以一个圆管的直径计算挡风面积。

    13  三管组合柱对角线风向[图4.2.7-13(a)、(b)、(c)]的体型系数μs应按表4.2.7-16取值，0°风向[图4.2.7-13(c)、(d)]的体型系数μ_s应按表4.2.7-17取值。

图4.2.7-13  三管组合柱

表4.2.7-16  三管组合柱对角线风向体型系数μ_s

注：以一个圆管的直径计算挡风面积。

 

 表4.2.7-17  三管组合柱0°风向体型系数μ_s

 

 

注：1  以一个圆管的直径计算挡风面积；

       2  μ_sX、μ_sY分别为X方向和Y方向的体型系数，为整体体型系数，且整体体型系数在x轴、y轴投影，应等于在x轴、y轴上的单独体型系数。

4.2.8  高耸结构体型未在现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009中列出的，但与本标准所列结构体型相似时，其风荷载体型系数可按本标准第4.2.7条的规定采用；特别重要或体型复杂的高耸结构，宜由风洞试验或数值风洞计算确定。

4.2.9  自立式高耸结构在z高度处的风振系数β_z可按下式确定：

式中：ξ——脉动增大系数，按表4.2.9-1采用，其中T取结构的基本自振周期；

          ε₁——风压脉动和风压高度变化等的影响系数，按表4.2.9-2采用；

          ε₂——振型、结构外形的影响系数，按表4.2.9-3采用。

表4.2.9-1  脉动增大系数ξ

注：1  表中给出了结构对应的阻尼比从左到右依次为0.01～0.05，可根据结构型式相应选取；对于单管塔可取阻尼比0.01，其余类型塔的阻尼比可按照本标准第4.4.6条选取；

       2  对于上部用钢材、下部用混凝土的结构，可近似地分别根据钢和混凝土查取相应的ξ值，并计算各自的风振系数。

表4.2.9-2  考虑风压脉动和风压高度变化的影响系数ε₁

注：1  对于结构外形或质量有较大突变的高耸结构，风振计算均应按随机振动理论进行；

       2  计算时，对地面粗糙度B类地区可直接带入基本风压，而对A类、C类、D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.28、0.54、0.26。

表4.2.9-3  考虑振型和结构外形的影响系数ε₂

续表4.2.9-3

注：1  表中有括弧的，括弧内的系数适用于直线变化结构，括弧外的系数适用于凹线形变化的结构，其余无括弧的系数两者均适用；

       2  表中变化范围中的数字为A类地貌至D类地貌，B类地貌可取该数字范围内约1/5处，C类可取约1/2处。

4.2.10  钢桅杆风振系数应符合下列规定：

    1  杆身风振系数应按下列规定确定：

      1)当钢桅杆高度不大于150m时：

        悬臂段β_z(z)＝2.1；

        非悬臂段β_z(z)＝1.6；

      2)当钢桅杆高度大于150m时：

式中：g——峰值因子，取2.5；

           I₁₀——10m高紊流度，A类、B类、C类、D类地貌分别为12％、14％、23％、39％；

          α——风剖面指数，A类、B类、C类、D类地貌分别为0.12、0.15、0.22、0.30；

          ξ_j——脉动增大系数，按表4.2.9-1采用；

          H——塔身全高；

          N——沿杆身全高取N个等分点计算风振系数，每小段的长度为dH＝H/N，点的编号自下至上为1，2，…，N；

          Φ，(i)——杆身第i点所在高度的第j阶振型系数。

    2  钢桅杆纤绳风振系数应按下列规定确定：

      1)当钢桅杆高度不大于150m时：

β_z＝1.6

      2)当钢桅杆高度大于150m时：

β_z＝1＋ξε_q        (4.2.10-2)

式中：ξ——脉动增大系数，按表4.2.9-1采用，其中T取纤绳的基本自振周期；

          ε_q——综合考虑风压脉动、高度变化及振型影响的系数，按表4.2.10采用。

表4.2.10  综合考虑风压脉动、高度变化及振型影响的系数ε_q

注：1  变化范围的数字A类至D类地貌，B类地貌取该数字范围内约1/10处，C类取1/2处；

       2  表中，ω为考虑杆身影响后的纤绳实际基频(rad/s)，l为纤绳弦向长度(m)，S为纤绳张力(N)，m为纤绳线质量密度(kg/m)；

       3  两端铰支的纤绳的基频为。

4.2.11  高耸结构应考虑由脉动风引起的垂直于风向的横向共振的验算。

4.2.12  对于竖向斜率不大于2％的圆筒形塔、烟囱等圆截面构筑物以及圆管、拉绳和悬索等圆截面构件，应根据雷诺数Re的不同情况按下列规定进行横风向风振的验算：

    1  可按下列公式计算结构或构件的雷诺数Re、临界风速υcr、结构顶部风速υH：

式中：υ_cr，j——第j振型临界风速(m/s)；

          υ——计算雷诺数时所取风速(m/s)，可取υ＝υ_cr，j；

          d——圆筒形结构的外径(m)，有锥度时可取2/3高度处的外径；

          S_t——斯脱罗哈数，对圆形截面结构或构件取0.2；

          T_j——结构或构件的j振型的自振周期(s)；

         υ_H——结构顶部的风速(m/s)；

         μ_H——高度H处风压高度变化系数。

    2  圆形截面结构或构件的横风向风振响应分析应符合下列规定：

      1)当雷诺数Re＜3×10⁵且υ_H＞υ_cr，j时，应在构造上采取防振措施或控制结构的临界风速υ_cr，j不小于15m/s；

      2)当雷诺数Re≥3.5×10⁶且1.2υ_H＞υ_cr，j时，应验算共振响应。横向共振引起的等效静风荷载ω_Ldj(kN/m²)应按下列公式计算：

式中：φ_ji——第j振型在i点的相对位移；

          υ_cr，j——第j振型的共振临界风速(m/s)，按公式(4.2.12-2)计算；

          υ_H,α——粗糙度指数为α时的结构顶点的风速；

          ξ_j——结构第j振型阻尼比，对于高振型，可参考类似资料，如无试验资料，也可取与第1振型相同的值；

          μ_L——横向力系数，取0.25；

          λ_j——共振区域系数，由表4.2.12确定；

          H₁——共振临界风速起始高度。

表4.2.12  λ_j计算用表

注：校核横风向风振时考虑的振型序号不大于4，对一般悬臂结构可只考虑第1或第2振型。

      3)当雷诺数为3×10⁵≤Re＜3.5×10⁶时，不发生超临界范围的共振，可不做处理。

4.2.13  对于非圆截面构筑物，其横风向风振可按本标准公式(4.2.12-1)～公式(4.2.12-5)进行验算，并宜通过风洞试验或可靠资料确定有关系数，当无试验值时，可按下列规定取值：

    1  斯脱罗哈数S_t取0.15；

    2  方形截面以及深宽比1≤D/B≤2的矩形截面的横风向力系数μ_L，取0.60；

    3  公式中圆筒外径d由迎风面最大宽度B代替。

4.2.14  考虑横风向风振时，风荷载的总效应S可按下式进行计算：

式中：S_L——横风向风振效应；

          S_D——发生横风向共振时相应的顺风向风荷载效应。

4.2.15  输电高塔设计风荷载可根据行业的具体情况确定，并应符合下列规定：

    1  输电高塔设计基本风速的重现期取值应按国家现行标准有关规定确定。

    2  位于山地上的高塔的基本风速应符合下列规定：

      1)宜采用统计分析和对比观测等方法，由临近地区气象台、站的气象资料推算，并应结合实际运行经验确定；

      2)当无可靠资料时，宜将附近平原地区的统计值提高10％。

    3  大跨越高塔的基本风速应符合下列规定：

      1)当无可靠资料时，宜将附近陆上相同电压等级输电线路的风速统计值换算到跨越处历年大风季节平均最低水位以上10m处，并增加10％，考虑水面影响再增加10％后选用；

      2)大跨越高塔的基本风速不应低于相连接的陆上输电线路的基本风速，且330kV及以下大跨越高塔的基本风速不低于25m/s，500kV、±400kV及以上大跨越高塔的基本风速不低于30m/s；

      3)必要时，尚宜按稀有风速条件进行验算。

4.2.16  对于处于地形条件复杂或几何形状复杂的高耸结构，可通过风洞试验或数值模拟来确定风荷载计算参数。
 

4.3 覆冰荷载

4.3.2  基本覆冰厚度应根据当地离地10m高度处的观测资料和设计重现期分析计算确定。当无观测资料时，应通过实地调查确定，或按下列经验数值分析采用：

    1  重覆冰区：基本覆冰厚度可取20mm～50mm；

    2  中覆冰区：基本覆冰厚度可取15mm～20mm；

    3  轻覆冰区：基本覆冰厚度可取5mm～10mm。

4.3.3  覆冰重力荷载的计算应符合下列规定：

    1  圆截面的构件、拉绳、缆索、架空线等每单位长度上的覆冰重力荷载可按下式计算：

q_l＝πbα₁α₂(d＋bα₁α₂)γ×10^-6       (4.3.3-1)

式中：q_l——单位长度上的覆冰重力荷载(kN/m)；

          b——基本覆冰厚度(mm)，按本标准第4.3.2条的规定采用；

          d——圆截面构件、拉绳、缆索、架空线的直径(mm)；

         α₁——与构件直径有关的覆冰厚度修正系数，按表4.3.3-1采用；

         α₂——覆冰厚度的高度递增系数，按表4.3.3-2采用；

         γ——覆冰重度，一般取9kN/m³。

    2  非圆截面的其他构件每单位面积上的覆冰重力荷载q_a(kN/m²)可按下式计算：

qa＝0.6bα2γ×10-3           (4.3.3-2)

式中：q_a——单位面积上的覆冰重力荷载(kN/m²)。

表4.3.3-1  与构件直径有关的覆冰厚度修正系数α₁

表4.3.3-2  覆冰厚度的高度递增系数α₂

 

4.4 地震作用

4.4.2  对设防烈度为7度(0.15g)及以上带塔楼的高耸结构、设防烈度为8度及以上的高耸混凝土结构和设防烈度为9度及以上的高耸钢结构，应同时考虑竖向地震作用和水平地震作用的不利组合。对高耸结构的悬挑桁架、悬臂梁、较大跨梁等，应考虑竖向地震作用。刚度中心与质量中心存在偏心时，应考虑地震作用的扭转效应。

4.4.3  带有塔楼的高耸结构应进行性能化设计。当高耸结构采用抗震性能设计时，应根据其抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型、功能要求、投资、造成损失大小和修复难易程度等，对选定的抗震性能目标提出技术和经济可行性综合分析和论证。

4.4.4  地震影响系数(图4.4.4)应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011采用，其最大值按本标准第4.4.5条的规定采用，其形状参数应符合下列规定：

图4.4.4  地震影响系数曲线

α-地震影响系数；α_max-地震影响系数最大值；η₁-直线下降段的下降斜率调整系数；γ-衰减指数；T_g-特征周期；η₂-阻尼调整系数；T-结构自振周期

    1  直线上升段，周期小于0.1s的区段；

    2  水平段，自0.1s至特征周期区段，应取最大值α_max；

    3  曲线下降段，自特征周期至5倍特征周期区段，衰减指数应取0.9；

    4  直线下降段，自5倍特征周期至6.0s区段，下降斜率调整系数应取0.02；

    5  特征周期，根据场地类别和设计地震分组按表4.4.4采用；计算8度、9度罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。

表4.4.4  特征周期值(s)

4.4.5  计算地震作用标准值时，水平地震影响系数最大值应按表4.4.5采用。

表4.4.5  水平地震影响系数最大值

注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度取为0.15g(抗震设防烈度为7度)和0.30g(抗震设防烈度为8度)的地区。

4.4.6  当高耸结构抗震阻尼比的取值不等于0.05时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数η₂及形状参数应按下列规定调整：

    1  曲线下降段的衰减指数应按下式确定：

式中：γ——曲线下降段的衰减指数；

          ζ——结构抗震阻尼比，按表4.4.6采用。

表4.4.6  结构抗震阻尼比

注：对于上部钢结构、下部钢筋混凝土的高耸结构，换算阻尼系数可根据该振型振动时能量耗散等效的原则确定。

    2  直线下降段的下降斜率调整系数应按下式确定：

式中：η₁——直线下降段的下降斜率调整系数，当小于0时取0。

    3  阻尼调整系数应按下式确定：

式中：η₂——阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55。

4.4.7  计算高耸结构的地震作用时，其重力荷载代表值应取结构自重标准值和各竖向可变荷载的组合值之和。结构自重和各竖向可变荷载的组合值系数应按下列规定采用：

    1  对结构自重(结构和构配件自重、固定设备重等)取1.0；

    2  对设备内的物料重取1.0，对特殊情况可按国家现行有关标准采用；

    3  对升降机、电梯的自重取1.0，对吊重取0.3；

    4  对塔楼楼面和平台的等效均布荷载取0.5，按实际情况考虑时取1.0；

    5  对塔楼顶的雪荷载取0.5。
 

4.5 温度作用

4.5.2  高耸结构由日照引起向阳面和背阳面的温差，应按实测数据采用，当无实测数据时可按不低于20℃采用。

4.5.3  桅杆温度作用应按当地历年冬季或夏季最冷或最热的日平均气温与桅杆安装调试完成时的月平均气温之差计算。
 

5 钢塔架和桅杆结构

5.1 一般规定
5.2 塔桅钢结构的内力计算
5.3 塔桅钢结构的变形和整体稳定
5.4 纤绳
5.5 轴心受拉和轴心受压构件
5.6 拉弯和压弯构件
5.7 焊缝连接
5.8 螺栓连接
5.9 法兰连接
5.10 构造要求

5.1 一般规定

5.1.2  对于承受疲劳动力作用的高耸钢结构应进行抗疲劳设计。

5.1.3  塔桅钢结构选用的钢材材质应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定。螺栓、紧固件应符合国家现行相关标准的要求。

5.1.4  塔桅钢结构的钢材及连接强度设计值应按本标准附录A的表A.0.1～表A.0.4采用，并按本标准表A.0.5折减。钢铰线的强度设计值可按本标准表A.0.6采用。单角钢连接计算应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定。

5.1.5  塔桅钢结构应做长效防腐蚀处理。一般情况以热浸锌为宜，构件体型特殊且很大时可用热喷锌(铝)复合涂层。对厚度大于或等于5mm的构件，锌层平均厚度不应小于86μm；对厚度小于5mm的构件，锌层平均厚度不应小于65μm。

5.1.6  塔桅钢结构应有可靠的防雷接地，接地标准应按国家现行有关标准执行。当采用镀锌钢塔塔体作为引下线时，必须保证塔体由避雷针到接地线全线连通，无绝缘涂层。高强缆索不应作为接地体。

5.1.7  桅杆结构设计时，宜有一层纤绳采用各向双纤绳，纤绳所在轴线不宜通过桅杆杆身轴线(图5.1.7)。

5.1.8  塔桅钢结构节点处各杆件的内力宜交汇于一点。

图5.1.7  双纤绳布置方案

1-杆身；2-纤绳
 

5.2 塔桅钢结构的内力计算

5.2.2  桅杆可用梁索单元或杆索单元非线性有限元法做静力分析；当钢桅杆安全等级为一级时应进行非线性动力分析。当桅杆杆身为格构式并按压弯杆件计算时，其刚度应乘以折减系数ξ，折减系数可按下式确定：

式中：l₀——弹性支承点之间杆身计算长度(m)；

          i——杆身截面回转半径(m)；

          λ₀——弹性支承点之间杆身换算长细比，按本标准第5.5.5条的规定计算。

5.2.3  当计算所得四边形钢塔斜杆承担的剪力与同层塔柱承担的剪力之比时，斜杆内力宜取塔柱内力乘系数α(图5.2.3)，α可按公式(5.2.3)确定。当未按本条规定的方法复核斜杆受力时，斜杆设计内力不宜小于主材内力的3％。

式中：μ——斜杆为刚性时，μ＝1；斜杆为柔性时，μ＝2；

          V、M——层顶剪力、弯矩；

          b——为层顶宽度；

          θ——塔柱与铅直线之夹角；

          h——所计算截面以上塔体高度。

图5.2.3  斜杆最小内力限值计算图

1-斜杆；2-指向塔心方向；3-上部结构

5.2.4  塔桅钢结构中的构造支撑的设计内力不应小于被它所支撑的杆件的内力值的1/50。

5.2.5  塔桅钢结构中柔性预应力交叉斜杆的预拉力值不宜小于按线弹性理论计算时交叉斜杆的压力设计值，应按预应力结构体系进行计算。
 

5.3 塔桅钢结构的变形和整体稳定

5.3.2  桅杆除应按本标准第5.1.1条验算承载能力外，尚应验算各安装阶段的整体稳定，整体稳定安全系数不应低于2.0。对于纤绳上有绝缘子的桅杆，应验算绝缘子破坏后的受力状况，此时可假定纤绳初应力值降低20％，相应的稳定安全系数不应低于1.6。
 

5.4 纤绳

5.4.2  纤绳的初应力应综合考虑桅杆变形、杆身的内力和稳定以及纤绳承载力等因素确定，宜在200N/mm²～300N/mm²范围内选用。

5.4.3  纤绳的截面强度应按下式验算：

式中：N——纤绳拉力设计值(N)；

          A——纤绳的钢丝绳或钢绞线截面面积(mm²)；

          f_w——钢丝绳或钢绞线强度设计值(N/mm²)，按本标准表A.0.6、表A.0.7采用。
 

5.5 轴心受拉和轴心受压构件

式中：N——轴心拉力和轴心压力；

          A_n——构件净截面面积(mm²)，对多排螺栓连接的受拉构件，要计及锯齿形破坏情况；

          f——钢材的强度设计值(N/mm²)，按本标准附录A的表A.0.1采用，并按本标准附录A的表A.0.5修正。

5.5.2  轴心受压构件的稳定性应按下式验算：

式中：A——构件毛截面面积；

          φ——轴心受压构件稳定系数，可根据构件长细比λ、材料强度及截面类别按本标准附录B采用。

5.5.3  塔桅钢结构的构件长细λ可按下列方法取值：

    1  单角钢：

      1)弦杆长细比λ按表5.5.3-1采用。

      2)斜杆长细比λ按表5.5.3-2采用。

      3)横杆和横膈长细比λ按表5.5.3-3采用。

表5.5.3-1  塔架和桅杆的弦杆长细比λ

表5.5.3-2  塔架和桅杆的斜杆长细比λ

表5.5.3-3  塔架和桅杆的横杆和横膈长细比λ

    2  单角钢、双角钢、T形及十字形截面应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017考虑扭转及弯扭屈曲采用等效长细比计算。

5.5.4  构件的容许长细比λ应符合表5.5.4的规定。

表5.5.4  构件容许长细比λ

注：格构式桅杆采用换算长细比。

5.5.5  格构式轴心受压构件的稳定性应按本标准公式(5.5.2)验算。此时对虚轴长细比应采用换算长细比λ₀，λ₀应按表5.5.5计算，并应符合下列规定：

    1  缀板式构件的单肢长细比λ1不应大于40；

    2  斜缀条与构件轴线间的倾角应为40°～70°；

    3  缀条式轴心受压格构式构件的单肢长细比λ₁不应大于构件双向长细比的70％；缀板式轴心受压格构式构件的单肢长细比λ₁不应大于构件双向长细比的50％。

表5.5.5  格构式构件换算长细比λ0

续表5.5.5

5.5.6  所有对地夹角不大于30°的杆件，应能承受跨中1kN检修荷载。此时，不与其他荷载组合。
 

5.6 拉弯和压弯构件

5.6.2  单圆钢管或多边形钢管塔径厚比D/t不宜大于400，单管塔除应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017中压弯构件的有关公式进行强度和稳定验算外，尚应进行局部稳定验算。单管塔受弯时，考虑到管壁局部稳定影响，当验算弯矩作用平面内稳定时，其设计强度f应乘以修正系数μ_d。μ_d应按公式(5.6.2-1)～公式(5.6.2-4)计算。当径厚比D/t大于公式(5.6.2-1)～公式(5.6.2-4)规定范围时，应按本标准附录C计算单管塔局部稳定。

 

5.7 焊缝连接

5.7.2  高耸钢结构中的对接焊缝、角焊缝的承载能力应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017进行验算。

5.7.3  承受疲劳动力荷载的高耸钢结构应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017对焊缝相邻处的母材进行疲劳验算。

5.7.4  高耸空间桁架结构的主管与支杆连接(图5.7.4-1)应符合下列规定：

    1  应使上下两支杆相连的节点板连成一体。

    2  应符合螺栓连接的构造要求。

    3  应符合螺栓连接的承载能力要求。

    4  节点板与钢管的焊缝应满足上下两支杆内力N_X1，N_X2在焊缝处的合力△N及弯矩的强度要求(图5.7.4-2)。N、N+△N为主管上段和下段内力。△N、△M为焊缝内力。

    5  节点板宽b₁与板厚t₁之比不应大于15，节点板厚t₁≤t－2，且t₁不应小于4mm，t为主管壁厚。

    6  当完全符合本条第1款～第5款要求且节点板的长度l_g与主管直径D的比值lg/D大于本标准附录D表D.0.1中节点板临界比值要求时，可不对主管承载力进行验算，否则应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定或按弹塑性有限元法验算主管承载力，在荷载设计值作用下，塑性发展深度不应大于0.1t。

5.7.5  高耸钢结构主管与支管用相贯线焊接时，应符合下列规定：

    1  主管径厚比D/t不宜大于45；支管与主管直径之比不宜小于0.4，主管壁厚与支管壁厚之比t/t_i不宜小于1.2；主管长细比不宜小于40。应按本条第2款第1项～第4项要求设计焊缝。当满足上述条件时可不做主管局部承载力验算，否则应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017相应要求做主管局部承载力验算。

    2  主管与支管的相贯线焊缝应符合下列规定：

      1)相贯线焊缝包括坡口线应该连续，圆滑过渡。

      2)当支管壁厚t_i不大于6mm时，可用相贯线全长角焊缝连接，焊脚尺寸h_f＝1.2t_i，按二级焊缝要求做外观检查。

      3)当支管壁厚t_i大于6mm时，当节点受疲劳动力作用或高频振动，或主管与支管轴线最小夹角小于30°时，相贯线焊缝应全长按四分区方式设计(图5.7.5-1，图5.7.5-2)，应按一级焊缝检查；主管表面与支管表面相贯线夹角ψ的使用范围与焊缝坡口角度Φ的关系应按表5.7.5-1确定；焊缝的焊脚尺寸T＝at，t为支管厚度，a为系数，应按表5.7.5-2取值。

图5.7.5-1

1-A区；2-B区；3-C区和D区

表5.7.5-1  ψ使用范围与坡口角度Φ

表5.7.5-2  ψ使用范围与系数a取值

图5.7.5-2  钢管相贯焊缝四分区法

      4)当支管壁厚t_i大于6mm时，除本款第3项之外的其他情况，相贯线焊缝全长可按三分区方式设计(图5.7.5-3)。对接焊缝全熔透，和角焊缝可按二级焊缝做外观检查。

图5.7.5-3  钢管相贯焊缝三分区法

1-A区；2-B区；3-C区

      5)当与主管连接的多根支管在节点处相互干扰时，应首先确保受力大的主要支管按本款第1项～第4项的要求做相贯线焊接，受力较小的次要支管可通过其他过渡板与主管连接。两根支管受力相当时，则通过对称中心的加强板辅助相贯线连接(图5.7.5-4)，并按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017相应要求验算主管局部承载力。

图5.7.5-4  加强板辅助相贯线连接

1-主管；2-支管A；3-支管B；4-对称中心加强板

5.7.6  当塔柱节点上有与塔柱受力相当的杆件集中力作用时，可对塔柱做局部加强，并应按本标准第5.7.5条要求进行验算。
 

5.8 螺栓连接

    1  应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017相应要求进行螺栓承载能力验算；

    2  应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017中关于普通螺栓连接的构造要求；

    3  应规定螺栓防松措施，防松措施可用双螺母或扣紧螺母。

5.8.2  高耸钢结构中的高强螺栓连接应符合下列规定：

    1  应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017相应要求进行高强螺栓承载能力验算，其中高强螺栓承压型连接应确保在荷载标准值下保持高强螺栓状态；

    2  应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017中关于高强螺栓连接的构造要求；

    3  对于不同防腐蚀涂层，不同受力特征的高强螺栓应按如下不同要求施加预应力：

      1)对于室内无长效防腐蚀涂层的高强螺栓，按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017规定的扭矩法施加预应力；

      2)对于有长效防腐蚀涂层的高强螺栓中受剪及受一般拉力作用者，用转角法施加预应力；

      3)对于有长效防腐蚀涂层的高强螺栓中受拉压交变疲劳作用者，用直接张拉法施加预应力。

5.8.3  承受疲劳动力作用的高强螺栓的应力幅应按下式计算：

式中：△σ——高强螺栓的应力幅(MPa)，不应大于按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017确定的容许疲劳应力幅；

          △T——拉力幅值；

          A_c——受压钢板面积，当构造条件复杂，Ac不易确定时，应按实测或有限元计算确定；

          A_d——螺栓的面积。
 

5.9 法兰连接

    1  按空间桁架计算钢管结构，其节点邻近处的法兰可用高强度普通螺栓连接，加双螺母防松；

    2  按空间刚架计算的钢管结构或按空间桁架计算的钢管结构杆件中段的法兰应用刚接法兰，用高强螺栓连接，并提出明确的预应力设计参数；

    3  非标准或大直径管结构的连接可采用有加劲肋法兰；

    4  标准化或较小直径管结构的连接可采用无加劲肋法兰；

    5  小直径管结构应采用外法兰；大直径管结构可采用内法兰，并设计配套施工辅助设施；基础顶面与大型单管塔连接可用双面T形法兰；

    6  所受压力与拉力相比大一个数量级或以上的法兰应采用承压型法兰，钢管和法兰焊接后端面铣平顶紧，焊缝不传递压力，螺栓传递可能承受的较小拉力；

    7  刚接柱脚可用双层法兰。

5.9.2  刚接法兰的计算应符合下列规定：

    1  刚接法兰中摩擦型高强螺栓群同时受弯矩M和轴拉力N时，单个螺栓最大拉力应按下式计算：

式中：y_i——第i个螺栓到法兰中性轴的距离；

          y_n——离法兰中性轴最远的螺栓到法兰中性轴的距离；

          n₀——法兰盘上螺栓总数；

          N_tb——摩擦型高强螺栓抗拉设计承载力。

    2  刚接法兰中法兰板厚度t应按下式计算：

式中：M_max——按单个螺栓最大拉力均布到法兰板对应区域时计算得到的法兰板单位板宽最大弯矩；无加劲肋法兰时，按悬臂板计算；有加劲肋法兰时，按两边沿加劲板边固结，一边沿管壁铰接弹性薄板近似计算弯矩；

          f——钢材抗拉强度设计值。

      单位板宽法兰板最大弯矩Mmax应按下列公式计算：

式中：a——固结边长度；

          b——简支边长度(图5.9.2-1，实际取扇形区域的平均宽度)，；

          N_tmax——单个螺栓最大拉力设计值；

          m_b——弯矩计算系数，按表5.9.2取值。

图5.9.2-1  法兰板受弯计算简图

1-固定边(靠加劲板)；2-自由边；3-简支边(靠钢管)

表5.9.2  均布荷载下有加劲肋法兰(一边简支，两边固结板)

弯矩计算系数mb和加劲板反力比a

    3  刚接法兰的加劲板强度按平面内拉、弯计算，拉力大小按三边支承板的两固结边支承反力计，拉力中心与螺栓对齐。加劲板与法兰板的焊缝、加劲板与筒壁焊缝按上述同样受力分别验算。法兰加劲肋板焊缝(图5.9.2-2)应进行如下计算。加劲板受力F＝aN_tmax。a按表5.9.2取值。

图5.9.2-2  内、外法兰肋板焊缝计算示意图

      竖向对接焊缝验算：

      水平对接焊缝验算：

式中：σ_f——垂直于焊缝长度方向的拉应力；

          τ_f——平行焊缝长度方向的剪应力；

          B——加劲板宽度；

          t——肋板的厚度(mm)；

          e——N_tmax偏心距，取螺栓中心到钢管外壁的距离；

          a——加劲板承担反力的比例，按表5.9.2取值，加劲板受力为：F＝aN_tmax；

          h——肋板的高度；

          S₁——肋板下端切角高度；

          S₂——加劲板横向切角尺寸；

          f_tw、f_vw——对接焊缝抗拉、抗剪强度设计值。

    4  刚接法兰抗剪按高强螺栓抗剪验算。

5.9.3  半刚接法兰的计算应符合下列规定：

    1  半刚接法兰用高强度普通螺栓连接。在荷载频遇值作用下，法兰不宜开缝；在承载能力极限状态下，法兰可开缝，并绕特定的转动中心轴转动。

    2  半刚接法兰既可能受轴压又可能受轴拉时，轴压力通过钢管与法兰板之间的焊缝直接传递。应保证焊缝与钢管壁等强，拉力N则通过螺栓传递。

      1)有加劲肋法兰单个螺栓拉力应按下式计算：

      2)无加劲肋法兰(图5.9.3-1)单个螺栓拉力应按下式计算：

图5.9.3-1  无加劲肋法兰受力

式中：T_b——一个螺栓对应的筒壁拉力；

          N^b_t,max——单个螺栓受力；

          m一一工作条件系数，取0.65。

    3  半刚接法兰主要受弯矩作用时：

      1)有加劲肋外法兰、有加劲肋内法兰[图5.9.3-2(a)、图5.9.3-2(b)]螺栓最大拉力应按下式计算：

式中：y_i——螺栓群转动中心轴到第i个螺栓的距离；

          y_n——离螺栓群转动中心轴最远螺栓的距离。

图5.9.3-2  法兰螺栓群计算形心轴

1-外焊缝；2-受压区形心轴；3-内法兰；4-受压区形心轴

      2)无加劲肋法兰螺栓最大拉力按下式计算：

式中：M——法兰板所受的弯矩；

          R——钢管的外半径；

          n——法兰板上螺栓数目。

    4  半刚接法兰板厚度应按本标准第5.9.2条第2款计算。

    5  半刚接法兰加劲板对应的焊缝应按本标准第5.9.2条第3款验算。

    6  半刚接法兰所受剪力不应大于螺栓拉力在法兰板内产生的压力对应的摩擦力。

5.9.4  承压型法兰应按铣平顶紧计算管端受压(图5.9.4)。法兰仅承受次要工况下的弯矩或拉力作用时，法兰计算应与刚接法兰相同。

图5.9.4  承压型法兰

1-端面铣平

5.9.5  双层法兰应与基础中预应力锚栓配套使用。双层法兰应按下列规定计算(图5.9.5)：

图5.9.5  刚性柱脚双层法兰

1-柱脚；2-上法兰板；3-加劲板；4-下法兰板；5-套管；6-预应力锚栓(高强螺栓)；7-定位螺母；8-受力螺母；9-下锚板；10-基础高度

    1  下法兰板与混凝土接触的毛面积按基础顶面混凝土局部承压确定，应满足下列公式要求：

式中：f_c——混凝土轴线抗压强度设计值；

           P——锚栓预拉力；

           σ_l，max——无预应力状态下基础底法兰面按平截面假定计算得到的最大拉应力设计值。

    2  下法兰板分布荷载取σmax，应根据本标准第5.9.2条进行抗弯验算。

    3  螺栓最大拉力Nbmax应按下式验算：

N^b_max≤0.8P            (5.9.5-3)

    4  上法兰板按设计预拉力均布在螺栓作用区间计算荷载抗弯，应按公式(5.9.2-2)计算。

    5  加劲板应按本标准第5.9.2条第3款进行计算。

    6  螺栓加预拉力应用直接张拉法，宜超张拉15％。

    7  下锚板应计算混凝土多向局部承压和板抗弯。
 

5.10 构造要求

5.10.1  塔桅钢结构应采取防锈措施，在可能积水的部分必须设置排水孔。对管形和其他封闭形截面的构件，当采用热喷铝或油漆防锈时，端部应密封；当采用热浸锌防锈时，端部不得密封。在锌液易滞留的部位应设溢流孔。

5.10.2  角钢塔的腹杆应伸入弦杆，钢塔腹杆应直接与弦杆相连，或用不小于腹杆厚度的节点板连接；当采用螺栓连接时，腹杆与弦杆间的净距离不宜小于10mm。当节点板与弦杆采用角焊缝连接时，尚应兼顾角焊缝高度的影响。

5.10.3  塔桅钢结构主要受力构件塔柱、横杆、斜杆及其连接件宜符合下列规定：

    1  钢板厚度不应小于5mm；

    2  角钢截面不应小于L45×4；

    3  圆钢直径不应小ф16；

    4  钢管壁厚不应小于4mm。

5.10.4  塔桅钢结构截面的边数不小于4时，应按结构计算要求设置横膈。当塔柱及其连接抗弯刚度较大，横膈按计算为零杆时，可按构造要求设置横膈，宜每隔2节～3节设置一道横膈；在塔柱变坡处，桅杆运输单元的两端及纤绳节点处应设置横膈。横膈应具有足够的刚度。

5.10.5  单管塔底部开设人孔等较大孔洞时，应采取加强圈补强或贴板补强等补强措施。

5.10.6  焊接材料的强度宜与主体钢材的强度相适应。当不同强度的钢材焊接时，宜按强度低的钢材选择焊接材料。当大直径圆钢对接焊时，宜采用铜模电渣焊及熔槽焊，也可用“X”形坡口电弧焊。对接焊缝强度不应低于母材强度。高耸结构钢管宜选用热轧无缝钢管或焊接钢管，不宜选用热扩无缝管，当钢管对接焊接时，焊缝强度不应低于钢管的母材强度。

5.10.7  焊缝的布置应对称于构件重心，避免立体交叉和集中在一处。

5.10.8  焊缝的坡口形式应根据焊件尺寸和施工条件按国家现行有关标准的要求确定，并应符合下列规定：

    1  钢板对接的过渡段的坡度不得大于1:2.5；

    2  钢管或圆钢对接的过渡段长度不得小于直径差的2倍。

5.10.9  角焊缝的构造尺寸应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定。

5.10.10  圆钢与圆钢、圆钢与钢板或型钢间的角焊缝有效厚度，不宜小于圆钢直径的20％(当两圆钢直径不同时，取平均直径)，且不宜小于3mm，并不应大于钢板厚度的1.2倍；计算长度不应小于20mm。

5.10.11  塔桅结构构件端部的焊缝应采用围焊，所有围焊的转角处应连续施焊。

5.10.12  构件采用螺栓连接时，连接螺栓的直径不应小于12mm，每一杆件在接头一端的螺栓数不宜少于2个，连接法兰盘的螺栓数不应少于3个。对桅杆的腹杆或格构式构件的缀条与弦杆的连接及钢塔中相当于精制螺栓的销连接可用一个螺栓。弦杆角钢对接，在接头一端的螺栓数不宜少于6个。

5.10.13  螺栓排列和距离应符合表5.10.13的规定。

表5.10.13  螺栓的排列和允许距离

注：1  d₀为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度；

       2  钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢等)相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用；

       3  当有试验依据时，螺栓的允许距离可适当调整，但应按相关标准执行。

5.10.14  受剪螺栓的螺纹不宜进入剪切面。高耸钢结构中受拉普通螺栓应用双螺母防松，其他普通螺栓应用扣紧螺母防松。靠近地面的塔柱和拉线的连接螺栓宜采取防拆卸措施。

5.10.15  当圆钢或钢管与法兰盘焊接且设置加劲肋时，加劲肋的厚度除应满足支承法兰板的受力要求及焊缝传力要求外，不宜小于肋长的1/15，并不宜小于5mm。加劲肋与法兰板及钢管交汇处应切除直角边长不小于20mm的三角，应避免三向焊缝交叉。

5.10.16  塔柱由角钢或其他格构式杆件组成时，塔柱与法兰盘的连接构造应与柱脚相同。
 

6 混凝土圆筒形塔

6.1 一般规定
6.2 塔身变形和塔筒截面内力计算
6.3 塔筒截面承载能力验算
6.4 塔筒裂缝宽度验算
6.5 混凝土塔筒的构造要求

6.1 一般规定

    预应力混凝土圆筒形塔宜采用后张法有黏结预应力混凝土，并应配置非预应力钢筋。当采用无黏结预应力混凝土时，受拉预应力筋的应力应按无黏结预应力筋的有效预应力与无黏结预应力筋在荷载作用下的应力增量之和进行计算，并应符合国家有关规定。烟囱的截面设计应按现行国家标准《烟囱设计规范》GB 50051执行。

6.1.2  混凝土及预应力混凝土圆筒形塔身的正常使用极限状态设计控制条件应符合本标准第3.0.11条的有关规定。

6.1.3  塔身由于设置悬挑平台、牛腿、挑梁、支承托架、天线杆、塔楼等而受到局部荷载作用时，荷载组合和设计控制条件等应根据实际情况按国家现行有关标准确定。

6.1.4  高耸结构后张预应力混凝土构件的一般规定及计算，如张拉控制应力，预应力损失及钢筋和混凝土等应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行。

6.1.5  对于抗震设防烈度为7度及以上的高耸混凝土结构，采用预应力混凝土时，应采取有效措施保证结构具有必要的延性。
 

6.2 塔身变形和塔筒截面内力计算

    每个质点的重力荷载代表值应取相邻上下质点距离内结构自重的一半，有塔楼时应包括相应的塔楼自重、楼面固定设备重、楼面活荷载标准值的1/2。

6.2.2  计算结构自振特性和正常使用极限状态时，可将塔身视为弹性体系。其截面刚度可按下列规定取值：

    1  计算结构自振特性时，混凝土高耸结构取0.85EcI，预应力混凝土高耸结构取1.0EcI；

    2  计算正常使用极限状态时，混凝土高耸结构取0.65EcI，预应力混凝土高耸结构取βEcI，其中β为刚度折减系数，可按表6.2.2取值。

表6.2.2  刚度折减系数β

注：1  λ为预应力度，即有效预压应力和标准荷载组合下混凝土中的拉应力之比；

       2  E_c为混凝土的弹性模量，I为圆环截面的惯性矩。

6.2.3  计算不均匀日照引起的塔身变位时，截面曲率(l/rc)可按下式计算：

式中：aT——混凝土的线膨胀系数，取1×10^-5/℃；

          △t——由日照引起的塔身向阳面和背阳面的温度差；

           d——塔筒计算截面的外径。

6.2.4  考虑横向风振时，截面的组合弯矩可按下式计算：

式中：M_max——截面组合弯矩(kN·m)；

          M_C——横向风振引起的弯矩(kN·m)；

          M_A——相应于临界风速的顺风向弯矩(kN·m)。

6.2.5  在塔身截面i处由塔体竖向荷载和水平位移所产生的附加弯矩Mai可按下式计算(图6.2.5)：

式中：G_j——j质点的重力荷载(考虑竖向地震影响时应包括竖向地震作用)；

          μ_i、μ_j——i、j质点的最终水平位移，计算时包括日照温差和基础倾斜的影响和材料的非线性影响。

图6.2.5  附加弯矩
 

6.3 塔筒截面承载能力验算

图6.3.1  塔筒截面无孔洞时极限承载力计算简图

1-受压区；2-中和区；3-受拉区

式中：A——塔筒截面面积；

          A_p、A_s——全部纵向预应力钢筋和非预应力钢筋的截面面积；

          r₁、r₂——环形截面的内、外半径；

          r_p——预应力钢筋的半径；

          a——受压区的半角系数，按公式(6.3.1-1)确定；

          a₁——受压区混凝土矩形应力图的应力与混凝土抗压强度设计值的比值，当混凝土强度等级不超过C50时，a₁取为1.0；当混凝土强度等级为C80时，a₁取为0.94，其间按线性内插法取用；

          a_t——受拉钢筋的半角系数，当时，取at＝0；

          f_py、f＇_py——预应力钢筋的抗拉、抗压强度(N/mm²)；

          f_y、f＇_y——非预应力钢筋的抗拉、抗压强度(N/mm²)，f_y＝f＇_y；

          σ_po——消压状态时预应力钢筋中的拉应力(N/mm²)。

6.3.2  当混凝土塔身有孔洞时，其水平截面极限承载能力可按本标准附录E验算。
 

6.4 塔筒裂缝宽度验算

6.4.2  验算混凝土和预应力混凝土塔筒裂缝宽度时，应按eok≤rco和eok＞rco两种偏心情况计算截面混凝土压应力和钢筋拉应力。此时轴向力和截面圆心的偏心距eok应分别按下列规定计算：

    1  轴向力对截面圆心的偏心距eok：

      1)当截面上无孔洞或有两个大小相等且对称的孔洞时：

      2)当截面上有孔且大小不相等或不对称时：

式中：N_k、M_k、M_ak——荷载标准值(包括风荷载)作用下的截面轴向力(N)、弯矩(N·m)和附加弯矩(N·m)；

          a——截面形心轴至圆心轴的距离(m)，可按本标准附录F计算；

          N_pe——有效预应力，预应力钢筋对构件产生的轴向力(N)。

    2  截面核心距rco可按本标准附录F进行计算。

6.4.3  当e_ok≤r_co(图6.4.3)且塔筒计算截面无孔洞时，应按下列规定确定背风面和迎风面混凝土压应力；当塔筒计算截面有孔洞时，可按本标准附录G进行计算。

图6.4.3  水平截面在标准荷载作用下的计算

    1  背风面混凝土的压应力σ＇_c。应按下式计算：

    2  迎风面混凝土的压应力σ_c应按下式计算：

式中：A₀——塔筒水平截面的换算截面面积，A₀＝2πrt(1＋ω_hs＋ω_hp)；t为筒壁厚度；

          ω_hs、ω_hp——塔筒水平截面的特征系数，取ω_hs＝2.5ρ_saE_s，ω_hp＝2.5ρ_paE_p；aE_s、aE_p为钢筋、预应力钢筋和混凝土弹性模量之比；aE_s＝E_s/E_c，aE_p＝E_p/E_c；ρ_s、ρ_p为纵向普通钢筋和预应力钢筋的配筋率。

6.4.4  当e_ok＞r_co(图6.4.4)且塔筒计算截面无孔洞时，应按下列规定确定背风面混凝土压应力和迎风面纵向钢筋和预应力钢筋的拉应力；当塔筒计算截面有孔洞时，可按本标准附录G进行计算。

图6.4.4  水平截面在标准荷载作用下的计算

    1  背风面混凝土的压应力σ＇c应按下式计算：

式中：A——塔筒水平截面面积。

    2  迎风面纵向钢筋和预应力钢筋的拉应力σs和σp应按下列公式计算：

    3  截面受压区半角φ可按下式计算：

6.4.5  混凝土塔筒在荷载标准值和温度共同作用下产生的最大水平裂缝宽度ω_max(mm)可按下列公式计算：

式中：σ_sk——在标准荷载和温度共同作用下的纵向钢筋拉应力或预应力钢筋等效应力；

          σ_s——在荷载标准组合值作用下的纵向钢筋拉应力(N/mm²)或预应力钢筋的等效应力，可按本标准第6.4.4条计算；

          a_T——混凝土线膨胀系数，取1×10^-5/℃；

          △t——筒壁内外温差(℃)；

          a_cr——构件受力特征系数，按表6.4.5-1采用；

          ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当ψ＜0.2时取0.2，当ψ＞1.0时取1.0，对直接承受重复荷载的构件，呻ψ＝1；

          f_tk——混凝土抗拉强度标准值(N/mm²)；

         ρ_te——按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；对无黏结后张构件，仅取纵向受拉普通钢筋计算配筋率；在最大裂缝宽度计算中，当ρ_te＜0.01时，取ρ_te＝0.01；

         C_s——最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离(mm)，当C_s＜20时，取C_s＝20；当C_s＞65时，取C_s＝65；

         A_te——有效受拉混凝土截面面积(mm²)；

         A_s——受拉区纵向非预应力钢筋截面面积(mm²)；

         A_p——受拉区纵向预应力钢筋截面面积(mm²)；

         d_eq——受拉区纵向钢筋的等效直径(mm)；

        d_i——受拉区第i种纵向钢筋的公称直径(mm)；

        n_i——受拉区第i种纵向钢筋的根数；

        v_i——受拉区第i种纵向钢筋的相对黏结特性系数，按表6.4.5-2采用。

表6.4.5-1  构件受力特征系数

表6.4.5-2  钢筋的相对黏结特性系数

注：1  对环氧树脂涂层带肋钢筋，其相对黏结特性系数应按表中系数的80％取用；

       2  当e_ok≤r_co时，不需验算水平裂缝宽度。

6.4.6  混凝土塔筒由于内外温差所产生的最大竖向裂缝宽度ω_max可按本标准第6.4.5条的公式进行计算，但σ_sk应按下列公式计算：

σ_sk＝E_s△ta_T(1－ξ)          (6.4.6-1)

式中：ξ——受压区相对高度；

          ω_v——塔筒竖向截面的特征系数；

          aE——钢筋和混凝土的弹性模量比，aE＝E_s/E_c。
 

6.5 混凝土塔筒的构造要求

t_min＝100＋0.01d         (6.5.1)

式中：d——塔筒外直径(mm)。

6.5.2  塔筒外表面沿高度坡度可连续变化，也可分段采用不同的坡度。塔筒壁厚可沿高度均匀变化，也可分段阶梯形变化。

6.5.3  对混凝土塔筒，混凝土强度等级不宜低于C30；混凝土的水胶比应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定，且不宜大于0.5；对预应力混凝土筒壁，混凝土强度等级不宜低于C40。钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm，筒壁外表面距离预留孔道壁的距离应大于40mm，且不宜小于孔道直径的一半。孔道之间的净距不应小于50mm或孔道直径。孔道直径应比预应力钢筋束外径、钢筋对焊接头处外径或需穿过孔道的锚具外径大10mm～15mm。

6.5.4  筒壁上的孔洞应规整，同一截面上开多个孔洞时，宜沿圆周均匀分布，其圆心角总和不应超过140°，单个孔洞的圆心角不应大于70°。同一截面上两个孔洞之间的筒壁宽度不宜小于筒壁厚度的3倍，且不应小于两相邻孔洞宽度之和的25％。当同一截面上圆心角总和大于70°时，洞口影响范围及以下截面的混凝土强度等级宜大于上部截面一个等级。

6.5.5  混凝土塔筒应配置双排纵向钢筋和双层环向钢筋，且纵向普通钢筋宜采用变形带肋钢筋，其最小配筋率应符合表6.5.5的规定。在后张法预应力塔筒中，应配置非预应力构造钢筋，当有较多的非预应力受力钢筋时，可代替构造钢筋。

表6.5.5  混凝土塔筒的最小配筋率(％)

注：受拉侧环向钢筋最小配筋率尚不应小于(45f_t/f_y)％，其中f_y、f_t分别为钢筋和混凝土抗拉强度设计值。

6.5.6  纵向钢筋和环向钢筋的最小直径和最大间距应符合表6.5.6的规定。

表6.5.6  钢筋最小直径和钢筋最大间距(mm)

6.5.7  内、外层环向钢筋应分别与内、外排纵向钢筋绑扎成钢筋网(图6.5.7)。内外钢筋网之间应用拉筋连接，拉筋直径不宜小于6mm，拉筋的纵横间距可取500mm。拉筋应交错布置，并应与纵向钢筋连接牢固。

图6.5.7  纵向钢筋与环向钢筋布置

1-拉筋

6.5.8  当纵向钢筋直径不大于18mm时，可采用非焊接或焊接的搭接接头；当纵向钢筋直径大于18mm时，宜采用机械连接或对焊接头。环向钢筋可采用搭接接头，地震区应采用焊接接头。环向钢筋应放置在纵向钢筋的外侧。

    钢筋的搭接和锚固应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行。同一截面上搭接接头的截面积不应超过钢筋总截面积的1/4；焊接接头则接头截面积不应超过钢筋总截面积的1/2，且接头位置应均匀错开。

6.5.9  塔筒孔洞处的加强钢筋应按下列要求配置：

    1  加强钢筋应布置在孔洞边缘3倍筒壁厚度范围内，其面积可取同方向被孔洞切断钢筋截面积的1.3倍；其中环向加强钢筋的一半应贯通整个环形截面；

    2  矩形孔洞的四角处应配置45°方向的斜向钢筋，每处斜向钢筋可按筒壁每100mm厚度采用250mm2的钢筋面积，且钢筋不宜少于2根；

    3  所有加强钢筋伸过孔洞边缘的长度不应小于45倍钢筋直径；

    4  孔洞宜设计成圆形。矩形孔洞的转角宜设计成弧形(图6.5.9)。

图6.5.9  洞口加强筋

1-矩形孔洞；2-圆形孔洞

6.5.10  在后张法有黏结预应力混凝土塔筒两端及中部应设置灌浆孔，其间距不宜大于12m。孔道灌浆应密实，水泥浆强度等级不应低于M20，其水胶比宜为0.40～0.45，并应按有关规定掺加膨胀剂，筒壁端部应设排气孔。

6.5.11  配置钢丝、钢铰线的后张法预应力筒壁的端部，在预应力筋的锚具下和张拉设备的支承处应进行局部加强，宜附加横向钢筋网或螺旋式钢筋，其配筋量由计算确定，应根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中相应的条文计算，且体积配筋率ρ_v不应小于0.5％，构件端部锚固区的混凝土截面可适当加大。

6.5.12  后张法预应力构件的锚固应选用可靠的锚具，其制作方法和质量要求应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》GB 50204的规定。
 

7 地基与基础

7.1 一般规定
7.2 地基计算
7.3 基础设计
7.4 基础的抗拔稳定和抗滑稳定

7.1 一般规定

表7.1.1  高耸结构地基基础选型

注：构架式塔包括钢结构或混凝土结构的空间桁架或空间刚架式塔。

7.1.2  高耸结构的地基基础应进行承载能力计算。

    1  表7.1.2中的高耸结构应进行地基变形验算。

表7.1.2  需验算地基变形的高耸结构

注：地基主要受力层系指独立基础下为1.5b(b为基础底面宽度)，且厚度不小于5m范围内的地基土层。

    2  非表7.1.2中所列高耸结构有下列情况之一时，仍应做地基变形验算：

      1)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；

      2)软弱地基上相邻建筑距离近，可能发生倾斜时；

      3)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土或地基土，其自重固结未完成时；

      4)石化塔在fak＜200kPa的地基上均应计算地基变形；

      5)采用地基处理消除湿陷性黄土地基的部分湿陷量时，下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量应符合现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025的规定。

7.1.3  高耸结构基础设计应符合下列规定：

    1  电视塔、微波塔基础底面在正常使用极限状态下及风力发电塔在正常运行工况下，基底不应出现零应力区；

    2  观光塔、带有旅游功能的电视塔基础底面在地震作用下，基底不宜出现零应力区；

    3  石油化工塔基础底面在正常操作或充水试压情况下，基础底面不应出现零应力区，在停产检修时可出现零应力区，但不应超过15％；

    4  其他各类塔基础底面在考虑地震设计组合时或在正常使用极限状态标准组合作用下，基底零应力区面积不应大于基础底面的1/4。

7.1.4  高耸结构地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定：

    1  按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应采用正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值；

    2  计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应采用正常使用极限状态下作用的准永久组合，当风玫瑰图严重偏心时，应取风的频遇值组合，不应计入地震作用；

    3  计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗拔稳定时，作用效应应采用承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数应为1.0；

    4  在确定基础或桩基承台高度、挡土墙截面厚度，计算基础或挡土墙内力，确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应组合和相应的基底反力应采用承载能力极限状态下作用的基本组合，采用相应的分项系数；验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下作用的标准组合并考虑长期作用的影响进行计算。

7.1.5  风力发电塔基础应进行抗疲劳设计。设计中应采用预应力锚栓保证混凝土在疲劳作用下的拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值，验算时疲劳荷载应采用风机工作荷载及相对应的作用次数。

7.1.6  当高耸结构基础有可能处于地下水位以下时，应考虑地下水对基础及覆土实际可能的浮力作用。

7.1.7  高耸结构基础应根据地下水对基础有无侵蚀性进行相应的防侵蚀处理。

7.1.8  对存在液化土层的地基上的高耸结构，基础设计时应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定选择抗液化措施。
 

7.2 地基计算

    1  当轴心荷载作用时：

p_k≤f_a       (7.2.1-1)

式中：p_k——相应于作用的标准组合时，基础底面的平均压力值(kPa)；

          f_a——修正后的地基承载力特征值，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定采用。

    2  当偏心荷载作用时，除应符合公式(7.2.1-1)的规定外，尚应按下式验算：

p_kmax≤1.2f_a      (7.2.1-2)

式中：p_kmax——相应于作用的标准组合时，基础底面边缘的最大压力值(kPa)。

    当考虑地震作用时，在公式(7.2.1-1)、公式(7.2.1-2)中应采用调整后的地基抗震承载力faE代替地基承载力特征值fa，地基抗震承载力faE应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用。

7.2.2  当基础承受轴心荷载和在核心区内承受偏心荷载时，验算地基承载力的基础底面压力可按下列公式计算：

    1  矩形和圆(环)形基础承受轴心荷载时：

式中：F_k——相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础的竖向力值(kN)；

          G_k——基础自重和基础上的土重标准值(kN)；

          A——基础底面面积(m²)。

    2  矩形和圆(环)形基础承受(单向)偏心作用时：

式中：M_k——相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础的力矩值(kN·m)；

          W——基础底面的抵抗矩(m³)；

          p_kmin——相应于作用的标准组合时，基础边缘最小压力值(kPa)。

    3  当矩形基础承受双向偏心荷载时：

式中：M_kx、M_ky——相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础对x轴、y轴的力矩值(kN·m)；

          W_x、W_y——矩形基础底面对x轴、y轴的抵抗矩(m³)。

7.2.3  当基础在核心区外承受偏心荷载，且基础脱开基底面积不大于全部面积的1/4时，验算地基承载力的基础底面压力可按下列公式确定。当基础底面脱开地基土的面积不大于全部面积的1/4，且符合本标准第7.2.1条规定时，可不验算基础的倾覆。

    1  矩形基础承受单向偏心荷载时(图7.2.3-1)：

式中：b——平行于x轴的基础底面边长(m)；

           l——平行于y轴的基础底面边长(m)；

          a——合力作用点至基础底面最大压应力边缘的距离(m)。

图7.2.3-1  在单向偏心荷载作用下矩形基础

底面部分脱开时的基底压力

AT-基底脱开面积；e-偏心距

    2  矩形基础承受双向偏心荷载时(图7.2.3-2)：

式中：a_x——合力作用点至ex一侧基础边缘的距离(m)，按计算；

          a_y——合力作用点至ey一侧基础边缘的距离(m)，按计算；

          e_x——x方向的偏心距(m)，按计算；

          e_y——y方向的偏心距(m)，按计算。

    3  圆(环)形基础承受偏心荷载时(图7.2.3-3)：

式中：r₁——基础底板半径(m)；

          r₂——环形基础孔洞的半径(m)，当r₂＝0时即为圆形基础；

          a_c——基底受压面积宽度(m)；

         ξ、τ——系数，根据比值r₂/r₁及e/r₁按本标准附录H确定。

7.2.4  高耸结构的地基变形计算应符合下列规定：

    1  计算值不应大于地基变形允许值；

    2  地基最终沉降量应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定计算；

    3  当计算风荷载作用下的地基变形时，应采用地基土的三轴试验不排水模量(弹性模量)代替变形模量；

    4  对于高度低于100m的高耸结构，当地基土均匀，又无相邻地面荷载的影响时，在地基最终沉降量能满足允许沉降量的要求后，可不验算倾斜；

    5  基础倾斜应按下式计算：

式中：s₁、s₂——基础倾斜方向两端边缘的最终沉降量(mm)，对矩形基础可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007计算，对圆板(环)形基础可按现行国家标准《烟囱设计规范》GB 50051计算；对构架式塔的分离式基础，为单个基础的中心点沉降；

          b——矩形基础底板沿倾斜方向的边长(mm)，构架式塔的分离式基础的中心距(mm)；

          d——圆板(环)形基础底板的外径(mm)。

7.2.5  高耸结构的地基变形允许值应满足工艺要求，并应符合表7.2.5的规定。

表7.2.5  高耸结构的地基变形允许值

注：H为高耸结构的总高度(m)，d0为石油化工塔的内径(m)。

7.2.6  高耸结构各组成部分相邻基础间的沉降差应满足工艺要求，并应符合表7.2.6的规定。

表7.2.6  高耸结构相邻基础间的沉降差限值

注：l为相邻基础中心间的距离(mm)。

7.2.7  处于山坡地的高耸结构应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007进行地基稳定性计算。
 

7.3 基础设计

7.4 基础的抗拔稳定和抗滑稳定

7.4.2  基础抗拔稳定计算可根据抗拔土体和基础的不同分为土重法和剪切法。土重法适用于回填土体，剪切法适用于原状土体。

7.4.3  采用土重法计算钢塔基础的抗拔稳定时应符合下式规定(图7.4.3)：

式中：F——基础的受拔力(kN)，对应本标准第7.1.4条第3款组合值；

          G_e——土体重量(kN)，按本标准附录J计算，此时土的计算重度γ_s按表7.4.3-1采用；当基础上拔深度ht≤hcr时，取基础底板以上、抗拔角α₀以内的土体重[图7.4.3(a)]；当基础上拔深度h_t＞h_cr时，取h_cr以上、抗拔角α₀以内的土体重和高度为(h_t-h_cr)的土柱重之和[图7.4.3(b)]；

          G_f——基础重(kN)，按基础的体积与容重计算；

         α₀——土体重量计算的抗拔角，按表7.4.3-1采用；

         h_cr一一土重法计算的临界深度(m)，按表7.4.3-2采用；

        γ_R1——土体滑动面上剪切抗力V_e、土体重的抗拔稳定系数，可用2.0；当专业标准有详细规定时，可按专业标准采用；

        γ_R2——基础重的抗拔稳定系数，可用1.4；当专业标准有详细规定时，可按专业标准采用。

图7.4.3  土重法基础抗拔稳定计算

表7.4.3-1  土的计算重力密度γs和土体计算抗拔角α0

表7.4.3-2  土重法计算的临界深度

注：1  公式(7.4.3)对非松散砂类土适用于h_t/b≤5.0和h_t/d≤4.0；对黏性土适用于h_t/b≤4.5和h_t/d≤3.5。

       2  当高耸结构的基础有可能处于地下水面以下或有可能被水淹没时，土重和基础重标准值均应减去水的浮力。

       3  按土重法计算时需确保填土密度达到和超过表7.4.3-1中γ_s。当对基础开挖方式及施工质量无把握时，抗拔角α₀可按0°取用。基础上拔深度内有多层土时，α₀可按加权平均值估算。

       4  上拔时的临界深度hcr即为土体整体破坏的计算深度。

       5  d、b分别为圆形基础的直径和方形基础的边长。

  6  当矩形基础的长边l与短边b之比小于3时，可折算为d＝0.6(b＋l)后，按圆形基础的临界深度hcr采用。

7.4.4  采用土重法时，倾斜拉绳锚板基础的抗拔稳定应按下式计算(图7.4.4)：

式中：F——垂直于锚板的拉绳拔力(kN)，对应本标准第7.1.4条第3款组合值；

          G_e——土体重量(kN)，可按本标准附录J计算；按本标准第7.4.3条考虑浮力影响；

          G_f——拉绳锚板基础重(kN)；按本标准第7.4.3条考虑浮力影响；

          θ——拔力F与水平地面的夹角；公式(7.4.4)仅适用于θ＞45°；当θ≤45°时，考虑土体剪切作用，可按本标准附录J计算；

          γ_R1、γ_R2——同本标准公式(7.4.3)说明。

图7.4.4  拉绳锚板基础的抗拔稳定计算

7.4.5  采用剪切法时基础抗拔稳定，对原状土体应按下列公式计算：

    1  当h_t≤h_cr时[图7.4.5(a)]：

    2  当h_t＞h_cr时[图7.4.5(b)]：

    当基础埋置在软塑黏土内时：

式中：V_e——土体滑动面上剪切抗力的竖向分量之和(kN)，可按本标准附录J计算；

          G_f——基础重，按基础的体积与容重计算(kN)；考虑浮力影响；

          G_e——当h_t＞h_cr时，在h_t-h_cr范围内土体的重量(kN)，可按本标准附录J计算；考虑浮力影响；

          h_cr——剪切法计算的临界深度(m)，按表7.4.5采用；

          c——凝聚力(kPa)，按本标准附录J采用；

          h_t、d——基础埋深(m)、基础宽度(m)；非松散砂类土适用于h_t/d≤4.0，对黏性土适用于h_t/d≤3.5。

图7.4.5  剪切法基础抗拔稳定计算

表7.4.5  剪切法计算的临界深度

注：d为基础宽度。

7.4.6  无埋深基础的抗滑稳定验算应按下式进行：

式中：P_h——基底上部结构传至基础的水平力代表值(kN)，对应本标准第7.1.4条第3款组合值；

          N——上部结构传至基础的竖向力代表值(kN)，与P_h对应；

          G——基础自重(kN)；

          μ——基础底面对地表土的摩擦系数，可按试验确定。
 

附录A 材料及连接

表A.0.1  钢材的强度设计值(N/mm²)

注：1  20#钢(无缝钢管)的强度设计值同Q235钢；

       2  焊接高耸结构应至少采用B级钢材。

A.0.2  钢材的焊缝强度设计值应按表A.0.2采用。

表A.0.2  焊缝的强度设计值(N/mm²)

注：1  自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属抗拉强度不低于相应手工焊焊条的数值；

       2  焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定；

       3  对接焊缝抗弯受压区强度设计值取fcw，抗弯受拉区强度设计值取ftw；

       4  构件钢材为20#钢(无缝钢管)与Q235钢相同。

A.0.3  钢材的螺栓连接强度设计值应按表A.0.3采用。

表A.0.3  螺栓连接的强度设计值(N/mm²)

注：1  A级螺栓用于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm(按较小值)的螺栓；B级螺栓用于d＞24mm和l＞10d或l＞150mm(按较小值)的螺栓。d为公称直径，l为螺杆公称长度；

       2  A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度，均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定；

       3  当有实验依据时，螺栓强度设计值可适当提高，但需按行业标准统一实行；

       4  35号钢、45号钢锚栓材质应符合现行国家标准《优质碳素结构钢))GB/T 699的规定，35号钢一般不宜焊接，45号钢一般不应焊接；

       5  摩擦型高强螺栓连接的强度设计值按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017取值；

       6  预应力锚栓应采用直接张拉法施工；

       7  对于用直接张拉法施工的摩擦型高强螺栓，其强度可提高10％。

A.0.4  钢丝绳弹性模量应按表A.0.4取值。

表A.0.4  钢丝绳弹性模量(N/mm²)

A.0.5  钢材强度设计值折减系数应按表A.0.5取值。

表A.0.5  钢材强度设计值折减系数

A.0.6  镀锌钢绞线强度设计值应按表A.0.6取值。

表A.0.6  镀锌钢绞线强度设计值(MPa)

A.0.7  钢丝绳强度设计值应按表A.0.7取值。

表A.0.7  钢丝绳强度设计值(MPa)

A.0.8  混凝土强度设计值应按表A.0.8取值。

表A.0.8  混凝土强度设计值(N/mm²)

A.0.9  混凝土受拉或受压的弹性模量应按表A.0.9取值。

表A.0.9  混凝土弹性模量Ec(1×104N/mm²)

A.0.10  普通钢筋强度设计值应按表A.0.10取值。

表A.0.10  普通钢筋强度设计值(N/mm²)

A.0.11  预应力钢筋强度标准值和设计值应按表A.0.11取值。

表A.0.11  预应力钢筋强度标准值和设计值(N/mm²)

A.0.12  钢筋及钢绞线的弹性模量应按表A.0.12取值。

表A.0.12  钢筋及钢绞线的弹性模量(N/mm²)

 

附录B 轴心受压钢构件的稳定系数

表B.0.1  高耸结构常用轴心受压钢构件的截面分类

注：其他截面分类应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017执行。

B.0.2  a类截面轴心受压构件的稳定系数φ应按表B.0.2取值。

 

 表B.0.2  a类截面轴心受压构件的稳定系数φ

 

 

B.0.3  b类截面轴心受压构件的稳定系数φ应按表B.0.3取值。

表B.0.3  b类截面轴心受压构件的稳定系数φ

 

附录C 单管塔局部稳定验算

式中：σ_cr——筒壁局部稳定临界应力(MPa)；

          f_y——钢材屈服强度(MPa)；

          t——计算截面壁厚(mm)；

          D——计算截面外直径(mm)；

          E——钢材的弹性模量(MPa)。
 

附录D 节点板尺寸的临界值

表D.0.1  节点板尺寸的临界值(l_g/D)

注：1  l_g为节点板长；

       2  D为主管直径；

       3  △N/N按本标准第5.7.4条规定采用；

       4  λ为主管长细比；

       5  表中为满应力，当非满应力时，应对λ做修正，修正系数；

       6  通常l_g/D在2.0以内，粗线左下方都满足不验算要求，超出部分适当注意延长节点板即可。
 

附录E 开孔塔筒截面承载力验算

图E.0.1  塔筒截面受压区有一个孔洞时计算简图

1-受压区；2-中和区；3-受拉区

E.0.2  塔筒截面上有两个对称孔洞时(α₀＝π，受压区为2θ₁，受拉区为2θ₂，且θ₁＞θ₂)(图E.0.2)，应按下列公式计算：

图E.0.2  塔筒截面上有两个对称孔洞时计算简图

1-受压区；2-中和区；3-受拉区

E.0.3  塔筒截面上有两个非对称孔洞，且α₀≤α(π－θ₁－θ₂)＋θ₁＋θ₂时，可按θ＝θ₁＋θ₂的单孔洞截面计算。

E.0.4  塔筒截面上有两个非对称孔洞，且α(π－θ₁－θ₂)＋θ₁＋θ₂＜α₀≤π－θ₂－α_t(π－θ₁－θ₂)时(受压区为2θ₁，且θ₁＞θ₂)(图E.0.4)，应按下列公式计算：

 

 图E.0.4  塔筒截面上有两个非对称孔洞，且

α(π－θ₁－θ₂)＋θ₁＋θ₂＜α₀≤π－θ₂－α_t(π－θ₁－θ₂)时计算简图 

 

1-受压区；2-中和区；3-受拉区

E.0.5  塔筒截面上有两个非对称孔洞，且α0＞π－θ2－αt(π－θ1－θ2)时(受压区为2θ1，且θ1＞θ2)(图E.0.5)，应按下列公式计算：

图E.0.5  塔筒截面上有两个非对称孔洞，且

α  ₀＞π－θ₂－α_t(π－θ₁－θ₂)时计算简图

1-受压区；2-中和区；3-受拉区

式中：A——扣除孔洞面积后塔筒截面面积；

          θ₁、θ₂——塔筒截面受压、受拉区的孔洞半角(rad)；

         α₀——计算截面有两个孔洞时，两孔洞角平分线的夹角(rad)。
 

附录F 截面形心轴至圆心轴的距离及截面核心距计算

    1  当有一个孔洞时：

    2  当有两个孔洞且对称布置时：

    3  当有两个孔洞且不对称布置时：

式中：θ——塔筒截面受压区的开孔洞半角(rad)；

          θ₁、θ₂——塔筒截面受压、受拉区的开孔洞半角(rad)。

F.0.2  截面核心距rco可按下列公式计算：

    1  塔筒计算截面无孔洞或有两个对称布置的大小相等的孔洞时：

    2  塔筒截面受压区有一个孔洞时：

    3  塔筒截面有两个对称布置的大小不相等的孔洞(α₀＝π，并将大孔洞置于受压区)时：

    4  塔筒截面有两个非对称孔洞(α₀≠π，并将大孔洞置于受压区)且α₀≤π－θ₂时：

    5  塔筒截面有两个非对称孔洞(α₀≠π，并将大孔洞置于受压区)且α₀＞π－θ₂时：

式中：r——塔筒平均半径。
 

附录G 开孔塔筒截面应力计算

    1  背风面混凝土的压应力σ＇_c应按下列公式计算：

      1)塔筒截面受压区有一个孔洞时：

      2)塔筒截面有两个孔洞(α₀＝π，大孔洞置于受压区)时：

      3)塔筒截面有两个孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)时：

    2  迎风面混凝土的压应力σ_c应按下列公式计算：

      1)塔筒计算截面受压区有一个孔洞时：

      2)塔筒截面有两个孔洞(α₀＝π，大孔洞置于受压区)时：

      3)塔筒截面有两个孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)且α₀≤π－θ₂时：

      4)塔筒截面有两个孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)且α₀＞π－θ₂时：

式中：A₀——塔筒水平截面的换算截面面积，对于无孔洞截面：A₀＝2πrt(1＋ω_hs＋ω_hp)；对于有一个孔洞截面：A₀＝2(π－θ)rt(1＋ω_hs＋ω_hp)；对于有两个孔洞截面：A₀＝2(π－θ₁－θ₂)rt(1＋ω_hs＋ω_hp)；t为筒壁厚度；

          ω_hs、ω_hp——塔筒水平截面的特征系数，取ω_hs＝2.5ρ_saE_s，ω_hp＝2.5ρ_paE_p；aE_s、aE_p为钢筋、预应力钢筋和混凝土弹性模量之比，aE_s＝E_s/E_c，aE_p＝E_p/E_c；ρ_s、ρ_p为纵向普通钢筋和预应力钢筋的配筋率；

          θ₁、θ₂——两孔洞的半角，θ₁＞θ₂，且θ₁位于受压区。

图G.0.1  水平截面在标准荷载作用下的计算

(e_ok≤r_co，全截面受力情况)

1-孔洞；2-受压区

G.0.2  混凝土和预应力混凝土塔筒水平截面的应力，当e_ok＞r_co时应按下列规定确定(图G.0.2)：

图G.0.2  水平截面在标准荷载作用下的计算

(e_ok≤r_co，拉压区均存在情况)

1-孔洞；2-受压区；3-形心轴

    1  背风面混凝土的压应力σ＇_c应按下列公式计算：

      1)塔筒截面受压区有一个孔洞时：

      2)塔筒截面有两个对称孔洞(α₀＝π，大孔洞位于受压区)时：

      3)塔筒截面有两个非对称孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)时：

式中：A——塔筒水平截面面积。如有两个孔洞时：A＝2(π－θ₁－θ₂)rt；有一个孔洞时，令θ₂＝0。

    2  迎风面纵向钢筋和预应力钢筋的拉应力σs和σp应按下列公式计算：

      1)塔筒截面有一个孔洞时：

      2)塔筒截面有两个对称孔洞(α₀＝π，大孔洞位于受压区)时：

      3)塔筒截面有两个非对称孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)且α₀≤π－θ₂时：

      4)塔筒截面有两个非对称孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)且α₀＞π－θ₂时：

    3  截面受压区半角φ可按下列公式计算：

      1)塔筒截面受压区有一个孔洞时：

      2)塔筒截面有两个对称孔洞(α₀＝π，大孔洞位于受压区)时：

      3)塔筒截面有两个非对称孔洞(α₀≠π，大孔洞置于受压区)时：

 

附录H 在偏心荷载作用下，圆形、环形基础基底零应力区的基底压力计算系数

表H.0.1  在偏心荷载作用下，圆形、环形基础基底零应力区的基底压力计算系数

续表H.0.1

续表H.0.1

注：1  r₂/r₁＝0时为圆形基础，r₂/r₁＞0时为环形基础；

       2  当e/r₁、r₂/r₁为中间值时，τ、ξ均可用内插法确定。
 

附录J 基础和锚板基础抗拔稳定计算

G_e＝(V_t－V₀)γ₀       (J.0.1)

式中：V_t——ht深度范围内的土体(包括基础)的体积(m³)；

          V₀——ht深度范围内的基础体积(m³)；

          γ₀——土的计算重度(kN/m³)。

    1  当h_t≤h_cr时：

    方形底板：

    圆形底板：

    2  当h_t＞h_cr时：

    方形底板：

    圆形底板：

    上述G_e的计算值应根据不同的H/F比值乘以下列系数采用：

    当H/F＝0.15～0.40时，乘以1.00～0.90；

    当H/F＝0.40～0.70时，乘以0.90～0.80；

    当H/F＝0.70～1.00时，乘以0.80～0.75；

    此外，当底板坡角α＜45°时，G_e尚应乘以系数0.8。

J.0.2  利用土重法计算拉绳锚板基础的抗拔稳定时，本标准公式(7.4.4)中的Ge可按下式计算：

G_e＝V_tγ₀         (J.0.2)

式中：V_t——锚板上ht深度范围内的土体积(m³)；

          γ₀——土的计算重度(kN/m³)。

    1  当h_t≤h_cr时，矩形锚板：

    2  当h_t＞h_cr时，矩形锚板：

式中：θ₁——拉绳锚板面与水平面的夹角。

J.0.3  利用剪切法计算拉绳锚杆基础的抗拔稳定时，当本标准图7.4.4中θ≤45°，且锚板处于原状土体中时，可按下式验算锚板基础的抗力：

F≤0.5γ₀A(a₁h_t/b＋a₂)/γ_R3         (J.0.3)

式中：F——垂直于锚板的拉绳拔力(θ₁＝90°－θ)；

          A——矩形锚板面积；

          b——锚板宽度(图7.4.4)；

         γ_R3——土体抗剪稳定系数，一般可采用2.0；当专业标准有详细规定时，可按专业标准采用；

         a₁，a₂——与锚板正反面土压力及θ有关的系数，按本标准表J.0.4-4采用。

J.0.4  利用剪切法计算基础的抗拔稳定时，剪切抗力是由与土的凝聚力c和内摩擦角φ有关的两部分组成。

    1  当h_t≤h_cr时，本标准公式(7.4.5-1)中土体滑动面上剪切抗力的总竖向分量Ve可按下式计算：

V_e＝0.4A₁ch_t²＋0.8A₂γ_th_t³         (J.0.4-1)

    2  当h_t＞h_cr时，本标准公式(7.4.5-2)中的Ve可按下式计算：

V_e＝0.4A₁ch_cr²＋0.8A₂γ_th_cr³         (J.0.4-2)

    本标准公式(7.4.5-2)中的G_e可按下式计算：

式中：c——土体饱和状态下的凝聚力(N/m²)；对黏性土，当具有塑性指数Ip和天然孔隙比e时可按表J.0.4-1确定；当粗略估计土体抗拔时，可根据土的密实度按表J.0.4-2确定；

          A₁，A₂——与φ、h_t/d有关的无因次系数，按图J.0.4-1～图J.0.4-3确定；这里的φ为土的计算内摩擦角，对黏性土和砂类土，按表J.0.4-1～表J.0.4-3采用；

          h_t——基础上拔深度(m)；

          γ_t——原状土的重度(N/m³)；

          △V₀——h_t-h_cr范围内的基础体积(m³)。

    当基底展开角α＞45°时，上述V_e和G_e，即本标准公式(7.4.5-1)和公式(7.4.5-2)的右侧V_e项应乘以系数1.2，此外，尚应根据不同的H/F值乘以与本标准附录J.0.1相同的系数。

表J.0.4-1  黏性土凝聚力c和内摩擦角φ

注：黏性土的凝聚力和内摩擦角和砂类土的内摩擦角，可按土工实验方法或其他野外鉴定方法确定。

表J.0.4-2  黏性土凝聚力c和内摩擦角φ

图J.0.4-1  A₁＝f(φ，h_t/d)曲线

图J.0.4-2  A₂＝f(φ，h_t/d)曲线之一

图J.0.4-3  A₂＝f(φ，h_t/d)曲线之二

表J.0.4-3  砂类土内摩擦角φ

注：孔隙比e小者，φ取大值。

表J.0.4-4  锚板剪切法计算系数表

 

本标准用词说明

1  为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：

    1)表示很严格，非这样做不可的：

      正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；

    2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：

      正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

    3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：

      正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；

    4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

2  条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。
 

引用标准名录

《建筑地基基础设计规范》GB 50007

《建筑结构荷载规范》GB 50009

《混凝土结构设计规范》GB 50010

《建筑抗震设计规范》GB 50011

《钢结构设计标准》GB 50017

《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025

《烟囱设计规范》GB 50051

《混凝土结构工程施工及验收规范》GB 50204

《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205

《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223

《优质碳素结构钢》GB/T 699

《建筑桩基技术规范》JGJ 94
 

自2022年1月1日起废止的条文