GB 50135-2019 高耸结构设计标准

UDC 中华人民共和国国家标准B P GB 50135 - 2019 高耸结构设计标准Standard for design of high-rising structures 2019 - 05 - 24 发布2019 - 12 - 01 实施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联合发布中华人民共和国国家标准高耸结构设计标准Standard fo r design of high- ri s ing stru ctures 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施行日期2 0 1 9 年1 2 月1 日中国计划出版社2019北京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GB50 135 -2019，向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I自耸结构设计规范GB50 135-2006同时废止。本标准在住房和城乡建设部门户网站www.mo出hl盯cI.gov. cn 公开，并向住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版杜出版发行。中华人民共和国住房和城乡建设部2019年5月24日目。-目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2013J169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罔外先进标准，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l枪杆结构、昆凝土匮|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蝶栓抗疲劳设计要求;提出了风力发电塔预应力锚栓基础和l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，由r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阳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-1 . 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阿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讪|陈凯荆建中李正良屠海明梁峰 2 罗烈肖共伟委字陈俊岭吕兆华杨靖波黄冬平王立成董建尧舒亚俐忖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 3 目次I总则1 2 术语和符号 2 2.1 术语2 2.2 符号2 3 基本规定 6 4 荷载与作用门川4. 1 荷载与作用分类15 4.2 风荷载15 4. 3 夜冰荷载 35 4. 4 地震作m 36 4. 5 泪度作用 39 5 钢塔架和枪杆结构什川5. 1 一般规定刊5. 2 塔搅钢结构的内力计算川5. 3 塔能钢结构的变形和稳体稳定12 5.4 纤皇宫 . 43 5. 5 轴心受拉和轴心受斥构件 43 5. 6 拉弯和压弯构件48 5. 7 焊缝连接刊5. 8 螺栓连接 53 5. 9 法兰连战 54 5. 10 构造要求.62 6 1昆凝土圆筒形塔川5 6. 1 一般规定 65 -l . 6. 2 塔身变J和塔筒截而内力计算65 6. 3 塔筒截而承载能力验算67 6. “ 塔筒裂缝宽度验算.68 6. 5 混凝土培筒的构造要求73 7 地基与基础 77 7. 1 一般规定7. 2 i也基计算77 80 7. 3 基础设计 85 7.4 基础的抗拔稳定和抗滑稳定 96 附录A材料及连接.102 附录B轴心受压钢构件的稳定系数107 附录C单管塔局部稳定验算110附录D节点板尺寸的临界值 附录E开孔;塔筒截面承载力验算11 2 附录F截面形心轴至圆心轴的距离且截面核心距计算附录。开孔塔筒截面应力计算门别附录H在偏心荷载作用下，厕形、环形基础基底零应力区的基底压力计算系数123附录j基础和l锚l板基础抗拔稳定计算本标准用词说明.13 1 钊用标准名录32附条文说明 133 2 Contents 1 G e n e r a l prOVlSlons 1 2 T e rms and symbols . 2 2. 1 T erms . 2 2. 2 Symbols 2 3 Basic require m e nts 6 4 Loa ds and actio n s 15 4. 1 Classification of loads and acti ons 15 4.2引i口dload 15 4. 3 Ice load 35 4. 4 Earthquake action 36 4. 5 Therma l acti on 39 5 Steel towe r a nd m ast s tructure . 40 5 . 1 General requiremenl s O 5. 2 Calcul arion of int ernal fo rce for steel lOwcr a nd mast s l ructllre 4 j 5. 3 Defor丁nationand stabilit y of steel tower and IT咀51slrucl11re 112 5. 4 Cabl e 43 5. 5 Members llnder axia l 1巳nsionand comprc5sion . 3 5. 6 Members under combined axia l fo rce and bending . 48 5. 7 Welding connecti ons 49 5. 8 ol ted connccl ions . 53 5. 9 Flange conn ecti ons 54 5.1 0 Detailing reqllircmcnts 62 6 C y lindrical concr巳tetow巳r.65 6. 1 Genera l reqllirements 65 3 6. 2 Dcation of IOwcr ,md inlemal force calculation of section 65 6.3 Calculation of bearin g capac it y 67 6. 4 Calcu lation of crack 68 6. 5 Detailin g of cy lind ri c l 73 7 Ground a nd foundatio n 77 7. 1 Genera l requirements . . 77 7. 2 Ca lcu lation for ground 80 7.3 Found ali on design 85 7. 1 Anti-uplir t and anli-sliding stabilit y of foundation 96 Appencl ix A Mat巳rialsa nd connectio ns 102 A ppcndix B Stability co巳fficientof a xia l compressed s teel m embe rs 107 Appendix C Local stabil ity calculatio n o f m o nopole 1 10 Appe ndix D C ritical va lue of gusset pla te s s ize 111 Appendix E Calcula ti o n o f capacity or section w ith openlngs 112 Appe ncl ix F Calculatio n of di s ta nce be t ween the centrioda l a xi s and t he centra l a xi s of t he secti o n , a nd moment of the co re of the sectio n . 116 Appencl ix G Stress a nalys is of concr巳tetube with openings 118 Appendi x H Pressure calculatio n coeffi cient of t he base zero stress ar ea for circle o r r ing fo unclatio n unde r eccentric load 1 23 Appendix J Calcula tio n of the a nti- uplift stability for fo undation a ncl anchor巴dp late 126 Expla nation of wording in this s ta nda rd 1 31 Lis t of q uo ted standa rds 132 Addition Explana ti o n of provis io ns 133 4 1总则1. 0.1 为了在高耸结构设计巾做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，制定4标准。1. 0.2 本标准适用于钢及钢筋棍凝土高耸结构，包括广播电视塔、旅游观光塔、画信培、导，航塔、输电高塔、石油化工塔、大气监测塔、炯囱、排气塔、水塔、矿井架、隙望塔、风力发电塔等的设计。1. O. 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。I. O. 4 高耸结构设计除应符合本标准的规定外，尚应科合同家现行有关标准的规定。-1 . 2 术语和符号2. 1术语2. 1. 1 高耸结构hi g h- rising structure 高而细的结构。2. l. 2 钢塔架ste巳Itow巳r自立构架式高耸钢结构。2. l. 3 钢榄杆g uyed steel mast 由立柱和拉索构成的高耸钢结构。2. l. 4 混凝土圆筒形塔r巳inforcedconcrete cylindri cal tower 横截面为圆筒形、材料为钢筋昆凝土的自立式高耸结构。2. l. 5 预应力锚栓prestressed ancho r bo lr 通过锚固板锚l固于基础中，用于连接上部结构的无布结预应力地脚螺栓。2. l. 6 预应力岩石锚杆pr巳stressedanchor 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 co ll apse 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符口可2.2.1 作用和作用效应Ar二一风斥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一一纤绳拉力设计值;q一一塔筒线分布重力;q.一一单位面积上的覆冰荷载;q，一一单位长度上的覆冰荷载;1/1，.一一塔筒代表截面处的弯曲变形曲率;l/rdc一一塔筒代表截面处的地震弯曲变形曲率;5A-与横风向临界风速计算相应的顺风向风荷载效应;5，二一横风向风振效应;5wk 风荷载标准值的效应;6.u-一纤绳层间水平位移差;Ve一一土体滑动面上剪切抗力的竖向分量之和1; 比一一-11伍界风速;切。-一基本风压;w，二一绝缘子串风荷载的标准值;Wk-一作-用在高耸结构z高度处单位投影面积上的风荷载标准值;WO.N一一对应于重现期为R的风F右，代表值;叭一一垂直于导线及地线方向的水平风荷载标准值;一一宿冰重度。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;lu-一锚栓经热处理后的最低抗拉强度;R , 单根锚杆抗拔承载力特征值;cn一一筒壁局部稳定11伍界应力。2.2. 3 几何参数A一一构件毛截面面积，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;A，一一绝缘子串承受风压面积计算值;d一一导线或地线的外径或程冰时的计算外径，圆截面构件、拉绳、缆索、架空线的直径，塔筒计算截面的外径， 3 圆板环形基础底板的外径，锚杆直径;do一一石油化工塔的内径;H一一高耸结构总高度;h一一纤绳的间距，肋板的高度;HI一一共振临界风速起始高度;11“ --土重法计算的11商界深度;17.，一一基础上拔深度;Lo一一弹性支承点之间杆身计算长度;rc一一简体底截面的平均半径;rc。一一截面核心距半径; t-连接件的厚度，筒壁厚度;。一一土体重量计算的抗拔角;。风向与导线或地线方向之间的夹角勺，塔柱与铅直线的夹角;u一一弹性支承点之间杆身换算长细比;一一截面受压区半角。2. 2.4 计算系数及其他A。一一塔筒水平截面的换算截面面积;B I 缸冰时风荷载增大系数;B2 输电高塔构件嚣冰时风荷载增大系数iIR-一正常运行范围内风轮的最大旋转频率;I1 。.7 0.6 O. 5 证7荷载地10 。.7 0.6 O. 2 地|天阻。.7O. 6 。i，l与荷载的分区应按现行国家标准建筑结构街载规范GI350009执行.2 L衍载的仅在验算抗震lI;t用0.2.3.0. O 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序号I同耸结构类别验31内容1吁变荷才主代表值选用2 4 b 6 7 微il主塔天线标rE处f1位移标准值m合带I苔楼电视陪t丹梭处tjij切变标准值组合栩聆楼电视I抖m楼处JJJ温度版j且毒组合钢筋1良凝土塔或烟囱裂缝觅j交验3标准值组合所有高耸结构地接沉降及不均匀沉降验算1ft永久值J贡i自由D组l合所有高耸结构顶点水平位移标准j组合1非线性变形较大的高耸计吉ir线性变及其j，t结标准值乘分明1系数结构构的不利影响组合注括号内代表值适用于凤玫瑰||呈严重偏心的J也区.计算地基不均生j沉降日;p用频j也值作为风荷载的代表值.11 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披塔、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。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-Arw2200 2 l一王 3. 0.11-1 3. o. 11-2 式中Ar风压频遇值作用下塔楼处水平动位移I画值，其值为结构对应点在O.4k作用下的位移值与O.4f.1挡。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Ar为6级7级风作用下水平动位移幅值mm; 1 塔第一圆频率1/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，钢筋泪凝土构件的最大裂缝宽度应科合现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010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.O. 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 12 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。对于下部为昆凝土结构、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;其下部棍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6v为由jj切变形引起的水平位移，与分每代表的高度对应ju并J纤纯层间水平立移茬，与分母代表的高度对应H为总高度从对于梳丰T为纤绳之间i侣，对于II立式培11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10.“和激振频率fR、R.m应满足下列公式要求ti;三o.95 3. 0. 13-1 |会-1书。05 3. 0. 13-2 式中/11正常运行范围内风轮的最大旋转频率;/0.1一一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;fR川一-m个风轮叶片的通过频率;10.“一一塔架在整机状态下的第n阶固有频率。13 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，频率应有土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助察。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，1、E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度的钢梳杆。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GB500 11 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。 14 4 荷载与作用4. 1 荷载与作用分类4. 1. 1 高耸结构上的荷载与作用可分为下列三类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GB50009 执行。4.2凤荷载4.2.1 垂直作用于高耸结构表面单位计算面积上的风荷载标准值应按下式计算Wk卢sf.1，W4. 2. 1 式中叫一一作用在高耸结构z高度处单位投影面积上的风荷载标准值CkN/m2;切。一一基本风压CkN/m勺，取值不得小于O.35 kN/ m2 ; 户高度z处的风压高度变化系数; 15 如风荷载体型系数;良高度z处的风振系数。4.2.2 基本风压。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GB50009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GB50009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。4.2.4 111区及偏僻地区的10m高处的风店，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O.75 0.85; 2 对于与风向一致的谷口、山口，调整系数为1.201.50o4.2.5 沿海海面和海岛的10m高的风压，当缺乏实际资料时，可按邻近附上基本风压乘以表4.2. 5规定的调整系数采用。表4.2.5海面和海岛的基本凤压调整系数海白和1/每岛出i每岸距离km调整系数 40 1. 0 4060 l.Ol.l 60lOO l.11.2 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。16 表4.2.6凤压高度变化系数离地面或海平地而粗糙度类别而高度111 A B c 。P 1. 09 1. 00 o. 65 0. 51 10 l. 28 1. 00 0. 65 0. 51 15 1. 42 1. 13 o. 65 0. 51 20 1. 52 1. 23 。70. 51 1O 1. 67 1. 39 0. 88 0.5 40 1. 79 1. 52 1. 00 O. 60 50 1. 89 l. 62 1. 10 。.6960 1. 97 1. 71 1. 20 0. 77 70 2. 05 1. 79 1.28 . 8 80 2.1 2 1. 87 1. 36 O. 91 90 2.1 8 1. 93 1. 43 O. 98 100 2. 21 2.00 1. 50 1. 04 150 2. .16 2. 25 1. 79 1. 33 200 2.64 2. .16 2. 03 1. 58 250 2. 78 2. 63 2. 24 1. 81 300 2. 91 2.77 2. 43 2. 02 350 2. 91 2. 91 2. 60 2. 22 1100 2. 91 2. 91 2. 76 2. 40 150 2. 91 2. f 1 2. 0 1 2. 58 500 2. 91 2. 9 1 2. 91 2. 74 二;5502. 91 2. 91 2. 91 2. 91 1 地面粗糙度可分为A、B、C、D四类lA类指近海悔面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;2B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇;3C类指有密集建筑群的城市市区;40类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。17 2 在确定城区的地面粗糙度类别时，当元实测资料时，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h来划分地面粗糙度类别11二三18m时，为D类;9mh 18m 时，为C类;h 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14平均高度h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s取值应符合下列规定1 悬臂结构，当计算局部表团图4.2.7-ICa分布的体型系数当时，应按表4.2.7-1采用;当计算整体图4.2. 7-ICb体型系数时，应按表4.2. 7-2采用。J 护一.，fz a悬臂结构局部因4.2.7-1恳臂结构 18 A叫叫1、悬臂结构整体表4.2.7-1悬臂结构体型系数s0 H/d注25H / d 7 H / d 1 。 1. 0 1. 0 十1.015 十O.8 0. 8 十O.8 30 0. 1 0. 1 0.1 45 -0. 9 -0.8 -0.7 60 1. 9 - 1. 7 一1.275 - 2.5 - 2.2 - 1. 5 90 一2.6- 2.2 一1.7105 - 1. 9 一1.7一1.2120 O. 9 -0. 8 -0.7 135 - 0.7 O. 6 一O.5 150 一O.6 -0.5 O. 4 165 -0.6 0. 5 一O.4 180 O. 6 -0. 5 - 0. 4 注表小数值适用于陆四od2二呈0.02的表面光滑悄况，其巾间为基本风压.以kN/m2i十.d以m计表4.2.7-2悬臂结构整体计算体型系数队H / d 截面风向25 7 垂直于一边1. 4 1. 4 1. 3 正方形沿对角线1. 5 1. 5 1. 4 正六及正八边形任意1. 2 1. 1 1. 0 | 粗糙O. 9 。.8O. 7 圆形| 任意光滑0.6 O. 5 0.5 注，1表中圆形结构的p.，值适用于乱Od20.02的情况，D以m计W为基本fxlF仨.以kN/mz十，2 表巾光消“系指钢、很凝土等圆形结构的表而情况粗糙“系指结构表而凸出肋条较小的情况，3 计3.正方形对角线方向的风载H才.体型系数按照表4.2.7-2取值，迎JXlTI而积按照正方j单面面积l仅值. 19 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。L O J 仁图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s工况型钢结构组合型钢结构1“ 1. 3 3 塔架结构图4.2.7-3的体型系数应按下列规定取值囚令A 图4.2.7-3恪架结构截而形式1角钢塔架整体体型系数s应按表4.2.7-4采用。表4.2.7-“角钢塔架的整体体型系数s方形三Jt形中风|古J任意风向风情l| 组合角钢 tl钢运三0.12. 6 2. 9 3. 1 2. 4 20