高耸结构设计规范.docx
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高耸结构设计规范
高耸结构设计规范
GBJ135-90
第1章
总则
第2章
基本规定
第3章
荷载
3.1
荷载分类
3.2
风荷载
3.3
裹冰荷载
3.4
地震作用和抗震验算
第4章
钢塔架和桅杆结构
4.1
一般规定
4.2
钢塔桅结构的内力分析
4.3
钢塔桅结构的变形和整体稳定
4.4
纤绳
4.5
轴心受拉和轴心受压构件
4.6
偏心受拉和偏心受压构件
4.7
焊缝连接计算
4.8
螺栓连接计算
4.9
法兰盘连接计算
第5章
钢筋混凝土圆筒形塔
5.1
一般规定
5.2
塔身变形和塔筒截面内力计算
5.3
塔筒承载能力计算
5.4
塔筒裂缝宽度计算
5.5
钢筋混凝土塔筒的构造要求
第6章
地基与基础
6.1
一般规定
6.2
地基计算
6.3
刚性基础和板式基础
6.4
基础的抗拔稳定和抗滑稳定
附录一
钢材及连接的强度设计值
附录二
轴心受压钢构件的稳定系数
附录三
塔筒水平截面受压区半角φ计算表（正常使用状态时）
附录四
圆筒形塔的附加弯矩计算
附录五
在偏心荷载作用下，圆形、环形基础基底部分脱开基土时，基底压力计算系数τ、ξ
附录六
基础和锚板基础抗拔稳定计算
附录七
本规范用词说明
第1章 总则
第1.0.1条 为了在高耸结构设计中做到技术先进，经济合理、安全适用、确保质量，特制订本规范。
第1.0.2条 本规范适用于钢及钢筋混凝土高耸结构，如电视塔、拉绳桅杆、发射塔、微波塔、石油化工塔、大气污染监测塔、烟囱、排气塔、水塔、矿井架等。
第1.0.3条 本规范是根据国家标准《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84规定的原则制定的。
符号、计量单位和基本术语是按现行国家标准《建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语》的有关规定采用。
第1.0.4条 设计高耸结构时，除遵照本规范的规定外，尚应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》、《钢结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《地基基础设计规范》和《建筑抗震设计规范》等的有关规定。
有关专业技术问题尚应符合各专业规范、规程的要求。
第1.0.5条 设计高耸结构和选择结构方案时，应同时考虑施工方法（包括运输、安装）以及建成后的环境影响，维护保养等问题。
第2章 基本规定
第2.0.1条 本规范采用以概率论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量高耸结构的可靠度，以分项系数设计表达式进行计算。
第2.0.2条 极限状态分为下列两类：
一、承载能力极限状态。
这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形；
注：
当考虑偶然事件时，应使主体承重结构不致丧失承载能力，允许局部破坏，但不致发生倒塌。
二、正常使用极限状态。
这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的有关规定限值。
第2.0.3条 对于承载能力极限状态，高耸结构应根据其破坏后果（如危及人的生命安全、造成经济损失、产生社会影响等）的严重性按表2.0.3划分为两个安全等级。
高耸结构的安全等级
表2.0.3
安全等级
高耸结构类型
结构破坏后果
一级
二级
重要的高耸结构
一般的高耸结构
很严重
严重
注：
①对特殊的高耸结构，其安全等级可根据具体情况另行规定。
②结构构件的安全等级宜采用与整个结构相应的安全等级，对部分构件可按具体情况调整其安全等级。
第2.0.4条 对于承载能力极限状态，高耸结构构件应按荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计。
一、基本组合应采用下列极限状态设计表达式：
γ0（γGCGGk+γQ1CQ1Q1k+Σni=2ψciγQiCQiQik）≤R（.）
（式2.0.4）
式中
?
γ0——高耸结构重要性系数，对安全等级为一级、二级的结构可分别采用1.1、1.0；
?
γG——永久荷载分项系数，一般情况可采用1.2，当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时可采用1.0；
γQ1、γQi——第一个可变荷载、其它第i个可变荷载的分项系数，一般情况可采用1.4，但对安装检修荷载可采用1.3，对温度作用可采用1.0；
Gk——永久荷载的标准值；
Q1K——第一个可变荷载的标准值，该可变荷载的效应大于其它任何第i个可变荷载的效应；
Qik——除第一个可变荷载外，其它任何第i个可变荷载的标准值；
CG、CQ1、CQi——永久荷载、第一个可变荷载和其他任何第i个可变荷载的荷载效应系数；
ψci——除第一个可变荷载外，其它任何第i个可变荷载的组合值系数，根据不同的荷载组合按本章第2.0.5条规定采用；
R（.）——结构构件的抗力函数。
二、偶然组合的极限状态设计表达式宜按下列原则确定：
1.只考虑一种偶然作用与其它可变荷载组合；
2.偶然作用的代表值不应乘分项系数；
3.与偶然作用同时出现的可变荷载可根据具体情况采用相应的代表值；
4.具体的设计表达式及各种系数值应按有关专业规范，规程的规定采用。
第2.0.5条 设计高耸结构时，对不同荷载基本组合，其可变荷载组合值系数应分别按表2.0.5采用：
可变荷载组合值系数
表2.0.5
荷载组合
可变荷载组合值系数
ψcW
ψcJ
ψcA
ψcT
ψcL
Ⅰ
G+W+L
1.0
－
－
－
0.7
Ⅱ
G+I+W+L
0.25
1.0
-
-
0.7
Ⅲ
G+A+W+J
0.25
-
1.0
-
0.7
注：
G表示结构构件自重等永久荷载，W、A、I、T、L分别表示风荷载、安装检修荷载、裹冰荷载、温度作用和塔楼楼面或平台的活荷载。
对于带塔楼或平台的高耸结构，需要考虑雪荷载组合时，在组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中，雪的组合值系数ψcs取0.5。
组合Ⅰ中，当基本风压值ωO小于0.3kN燉m2，ψwc燈ωO
采用0.3kN燉m2
在组合中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，当ψWC燈ωO小于0.15kN燉m2时，ψwc燈ωO应采用0.15kn,燉m2。
第2.0.6条 高耸结构抗震计算时基本组合应采用下列极限状态设计表达式：
γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψwγwCwWk≤R/γRE
（式2.0.6）
式中
γG——重力荷载分项系数，一般情况应取1.2，当重力效应对构件承载能力有利时宜取1.0；
?
γEh、γEv——水平、竖向地震作用分项系数，应按表2.0.6的规定采用；
地震作用分项系数
表2.0.6
考虑地震作用的情况
γEh
γEv
仅考虑水平地震作用
1.3
不考虑
仅考虑竖向地震作用
不考虑
1.3
同时考虑水平与坚向地震作用
1.3
0.5
γw——风荷载分项系数，应取1.4；
GE——重力代表值，可按本规范第3.4.6条采用；
Ehk——水平地震作用标准值；
Evk——竖向地震作用标准值；
Wk——风荷载标准值；
ψw——抗震基本组合中的风荷载组合值系数，可取0.2；
CG、CEh、CEv、CW——有关各类荷载与作用的作用效应系数，并应乘以国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中规定的效应增大系数或调整系数；
R——抗力，按本规范各章的有关规定计算；
γRE——抗力抗震调整系数，对钢及钢筋混凝土高耸结构均取0.8，对焊缝取1.0。
第2.0.7条 对于正常使用极限状态，应根据不同的设计目的，分别按荷载效应的短期组合和长期组合进行计算，其变形、裂缝等计算值不应超过相应的规定限值。
一、短期效应组合
CGGk+CQ1Q1k+Σni=2ψciCQiQik
（式2.0.7-1）
二、长期效应组合
CGGk+Σni=1ψqiCQiQik
（式2.0.7-2）
式中
ψci——短期效应组合时，除第一个可变荷载外，其它任何第i个可变荷载的组合值系数；
ψqi——长期效应组合时，任何第i个可变荷载的准永久值系数。
第2.0.8条 高耸结构正常使用极限状态的控制条件应符合下列规定：
一、在风荷载（标准值）作用下，高耸结构任意点的水平位移不得大于该点离地高度的1燉100。
对桅杆结构，注意层间的相对水平位移，尚不得大于该层间高度的1燉100.
二、对于装有方向性较强（如电视塔、微波塔）或工艺要求较严格的设备（如石油化工塔）的高耸结构，在不均匀日照温度或风荷载（标准值）作用下，在设备所在位置处的塔身转角，应满足工艺要求。
三、在风荷载的动力作用下，设有游览设施的塔，在游览设施所在位置处的塔身振动加速度及水平振幅应满足正常使用要求。
四、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不应大于0.2mm。
注：
上述控制条件适用于一般情况，当有其它特殊要求时可按各专业规范规程的规定采用。
第3章 高耸结构设计规范
3.1 荷载分类
第3.1.1条 高耸结构上的荷载可分为下列三类：
一、永久荷载：
结构自重、固定的设备重、物料重、土重、土压力、线的拉力等；
二、可变荷载：
风荷载、裹冰荷载、地震作用、雪荷载、安装检修荷载、塔楼楼面或平台的活荷载、温度变化、地基沉陷等；
三、偶然荷载：
导线断线等。
注：
地震设防烈度≤6度时，地震作用可作为偶然荷载。
第3.1.2条 本规范仅列出风荷载、裹冰荷载及地震作用的标准值，其它荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用。
3.2 风荷载
第3.2.1条 作用在高耸结构单位面积上的风荷载应按下式计算：
ω＝βzμsμzμrω0
（式3.2.1）
式中
ω——作用在高耸结构单位面积上的风荷载（kN/m）；
ω0——基本风压（kN/m2）应按本章第3.2.2条、第3.2.3条和第3.2.4条的规定采用；
μr——重现期调整系数，对一般高耸结构可采用1.1，对重要的高耸结构可采用1.2；
μz——z高度处的风压高度变化系数，应按本章第3.2.5条的规定采用；
μs——风荷载体型系数，可按本章第3.2.6条的规定采用；
βz——z高度处的风振系数，可按本章第3.2.7条至第3.2.10条的规定采用。
第3.2.2条 基本风压ωO系以当地比较空旷平坦地面、离地10m高、统计30年一遇的10min平均最大风速为标准，其值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用，但对高耸结构不得小于0.3kN燉m2。
第3.2.3条 山区及偏辟地区的基本风压应通过实地调查和对比观察经分析确定。
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：
山间盆地、谷地等闭塞地形0.75-0.85
与风向一致的谷口、山口1.2-1.5
注：
山顶或山坡的基本风压可根据山麓基本风压近似地按高度变化规律推算。
第3.2.4条 沿海海面和海岛的基本风压，当缺乏实际资料时，可按邻近陆上基本风压乘以表3.2.4规定的调整系数采用：
海面和海岛基本风压调整系数
表3.2.4
海面和海岛距海岸距离（km）
调整系数
＜10
40-60
60-100
1.0
1.0-1.1
1.1-1.2
第3.2.5条 风压随高度的变化规律与地面粗糙度有关，地面粗糙度可分为下列三类：
A类指近海海面、小岛及大沙漠等：
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市的郊区；
C类指有密集建筑群和较多高层建筑的大城市市区。
风压高度变化系数μz
表3.2.5
离地面或海面高度（m）
地面粗糙度类别
A
B
C
5
10
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150
200
250
300
350
≥400
1.17
1.38
1.52
1.63
1.80
1.92
2.03
2.12
2.20
2.27
2.34
2.40
2.64
2.83
2.99
3.12
3.12
3.12
0.80
1.00
1.14
1.25
1.42
1.56
1.67
1.77
1.86
1.95
2.02
2.09
2.38
2.61
2.80
2.97
3.12
3.12
0.54
0.71
0.84
0.94
1.11
1.24
1.36
1.46
1.55
1.64
1.72
1.79
2.11
2.36
2.58
2.78
2.96
3.12
第3.2.7条 高耸结构应考虑由脉动风引起的风振影响，当结构的基本自振周期小于0.25s时，可不考虑风振影响。
注：
高耸结构计算风振时的基本自振周期可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定计算。
第3.2.8条 自立式高耸结构在ｚ高度处的风振系数β可按下式确定：
βz＝1+ξ.ε1.ε2
（式3.2.8）
式中
ξ——脉动增大系数，按表3.2.8-1采用；
ε1——风压脉动和风压高度变化等的影响系数，按表3.2.8-2采用。
ε2——振型、结构外形的影响系数，按表3.2.8-3采用。
注：
对于上部用钢材、下部用钢筋混凝土的结构，可近似地分别根据钢和钢筋混凝土由表3.2.8-1查取相应的ξ值，并计算各自的风振系数。
脉动增大系数ξ
表3.2.8-1
ωOT2（KN/s2/m2）
结构类别
钢结构
钢筋混凝土结构
0.01
0.05
0.10
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
20.00
39.00
1.47
1.73
1.88
2.04
2.24
2.36
2.46
2.53
2.80
3.09
3.28
3.42
3.54
3.91
4.14
1.11
1.18
1.23
1.28
1.34
1.38
1.42
1.44
1.54
1.65
1.72
1.77
1.82
1.96
2.06
注：
对于H≥200m的钢筋混凝土筒体，上表脉动增大系数ζ值可乘以1.1采
用。
风压脉动和风压高度变化等的影响系数ε1
表3.2.8-2
总高度H（m）
地面粗糙度类别
Ａ
B
C
10
20
40
60
80
100
150
200
250
300
350
≥400
0.57
0.51
0.45
0.42
0.39
0.37
0.33
0.30
0.27
0.25
0.25
0.25
0.72
0.63
0.55
0.50
0.45
0.43
0.37
0.34
0.31
0.28
0.27
0.27
0.93
0.79
0.69
0.59
0.54
0.50
0.43
0.38
0.34
0.31
0.29
0.27
振型、结构外形的影响系数ε2
表3.2.8-3
相对高度h/H
结构顶部和底部的宽度比
1.0
0.5
0.3
0.2
0.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1.00
0.89
0.78
0.66
0.54
0.42
0.31
0.20
0.11
0.04
0.88
0.83
0.76
0.66
0.56
0.44
0.32
0.22
0.11
0.04
0.76
0.73（0.79）
0.67（0.77）
0.60（0.70）
0.51（0.60）
0.41（0.48）
0.31（0.35）
0.22
0.12
0.04
0.66
0.65（0.76）
0.61（0.78）
0.55（0.73）
0.48（0.64）
0.40（0.51）
0.30（0.38）
0.2（0.25）
0.13
0.05
0.56
0.57（0.84）
0.57（0.96）
0.54（0.94）
0.49（0.84）
0.42（0.69）
0.34（0.52）
0.27（0.38）
0.15（0.19）
0.06
注：
表中有括弧处，括弧内的数值适用于直线变化的结构；括弧外的数值适用于凹线形变化的结构。
其余无括弧的数值则二者均适用。
第3.2.9条 对于外形比较规则，顶宽与底宽之比在0.15-0.4之间的钢塔，如微波塔和电视调频塔，其风振系数亦可按下列确定：
βz＝1+ηβ0
（式3.2.9）
式中
βz——风振系数动力部分的基本值，按表3.2.9-1采用；
η——调整系数，按表3.2.9-2采用。
钢塔风振系数动力部分基本值β0
表3.2.9-1
相对高度h/H
地面粗糙度类别
A
B
C
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.90
0.75
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.15
0.10
0.10
1.20
0.90
0.75
0.65
0.55
0.40
0.30
0.20
0.10
0.10
1.40
1.20
1.00
0.90
0.75
0.60
0.45
0.30
0.15
0.10
调整系数η
表3.2.9-2
H/T
30
40
50
60
70
80
η
1.25
1.20
1.10
1.05
1.00
0.98
H/T
90
100
110
120
130
140
η
0.95
0.90
0.90
0.85
0.80
0.80
注：
表中H为高耸结构总高，以m计；T为结构基本自振周期。
第3.2.10条 拉绳钢桅杆的风振系数β可按表3.2.10采用。
多层拉绳钢桅杆风振系数β
表3.2.10
部位
地面粗糙度类别
A
B
C
悬臂端其它部位
1.8
1.5
2.1
1.7
2.4
2.0
注：
拉绳、悬索等的风振系数β可取1.5.
第3.2.11条 竖向斜率小于2/100的圆筒形塔及烟囱等圆截面结构和圆管、拉绳及悬索等圆截面构件应考虑由脉动风引起的垂直于风向的横向共振，并应按下列公式计算结构或构件的雷诺Re数：
Re=69000υcrd
（式3.2.11-1）
υcr=5d/Tj
（式3.2.11-2）
式中
υcr——临界风速（m/s）；
d——结构或构件的直径（m）；
Tj——结构或构件的j振型的自振周期（s）。
第3.2.12条 圆形截面结构或构件的横向共振应根据其雷诺数按下列规定处理：
一、当雷诺数Re<3X105时，可能发生微风共振（亚临界范围的共振），此时应在构造上采取防振措施或控制结构的临界风速υcr不小于15m/s，以降低微风共振的发生率。
二、当雷诺数Rw≥3.5X106时，可能发生横向共振（跨临界范围的共振），此时应验算横向共振。
横向共振引起的等效静风荷载ωlji（KN/m）应按下式计算：
ωlji=μjiμlυcr2d/2000ξ
（式3.2.12-3）
式中
ωji——j振型在i点的相对位移；
υcr——j振型的共振临界风速（m/s），按公式（3.2.11-2）计算；
d——圆筒形结构的外径（m），有锥度时可取23高度处的外径；
ζ——结构阻尼比，钢结构取0.01，钢筋混凝土结构取0.05；
μl——横向力系数，取0.25。
注：
①悬臂结构可只考虑第一振型；多层拉绳桅杆根据情况可考虑的振型数目不大于4。
②考虑横向风振时，风荷载的总效应s（内力、变形等）可由横向风振的效应Sn和顺风向风荷载的效应Sl按S=√S2n+S2l组合而成。
此时顺风向风荷载取按相应于临界风速计算的风荷载。
三、当雷诺数为3X105≤Re<3.5X106时，则可能发生超临界范围的共振，此时可按第一款的规定处理。
3.3 裹冰荷载
第3.3.1条 设计电视塔、无线电塔桅等类似结构时，应考虑结构构件、架空线、拉绳表面裹冰后所引起的荷载及挡风面积增大的影响。
第3.3.2条 基本裹冰厚度应根据当地离地10m高度处的观测资料，取统计50年一遇的最大裹冰厚度为标准。
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：
一、重裹冰区：
川东北、川滇、秦岭、湘黔、闽赣等地区，基本裹冰厚度可取10-20mm;
二、轻裹冰区：
东北（部分）、华北（部分）、淮河流域等地区，基本裹冰厚度可取5-10mm.
注：
裹冰还会受地形和局地气候的影响，因此轻裹冰区内可能出现个别地点的重裹冰或无裹冰的情况；同样，重裹冰区内也可能出现个别地点的轻裹冰或超裹冰的情况。
第3.3.3条 管线及结构构件上的裹冰荷载的计算应符合下列规定：
一、圆截面的构件、拉绳、缆索、架空线等每单位长度上的裹冰荷载可按下式计算：
qι=πba1a2（d+ba1a2）γ.10-6
（式3.3.3-1）
式中：
qι0——单位长度上的裹冰荷载（kN/m）；
b——基本裹冰厚度（mm），按本章第3.3.2条的规定采用；
d——圆截面构件、拉绳、缆索、架空线的直径（mm）；
α1——与构件直径有关的裹冰厚度修正系数，按表3.3.3-1采用；
α2——裹冰厚度的高度递增系数，按表3.3.3-2采用；
γ——裹冰重度，一般取9kN/m3。
二、非圆截面的其它构件每单位表面面积上的裹冰荷载q（kN/m2）可按下式计算：
qa=0.6ba2γ.10-3
（式3.3.3-2）
式中
qa——单位面积上的裹冰荷载（kN/m2）；
与构件直径有关的裹冰厚度修正系数α1
表3.3.3-1
直径（mm）
5
10
20
30
40
50
60
70
α1
1.1
1.0
0.9
0.8
0.75
0.7
0.63
0.6
裹冰厚度的高度递增系数α2
表3.3.3-2
离地面高度（m）
10
50
100
150
200
250
300
≥350
α1
1.0
1.6
2.0
2.2
2.4
2.6
2.7
2.8
3.4 地震作用和抗震验算
第3.4.1条 本节规定适用于地震设防烈度为6度至9度地区的高耸结构的抗震设计。
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