《高耸结构设计规范》修编介绍

《高耸结构设计规范》修编介绍1.规范修编过程2000年4月~2004年6月，经过6次修编，第5稿。2004年12月通过专家组审查，目前报批。2.各规范间的协调问题2.1协调内容的广泛性2.1.1形式上的协调1).加入第二章“术语与符号”；2).符号、用语、表达式的一致。2.各规范间的协调问题2.1协调内容的广泛性对比：(93规范)：(新规范)：n0GGkQ1Q11kCiQiQiiki2(CGCQCQ)R()n0GGkQ1Q1kQiCiQikRkki2(SSS)R(,f,a,...)注：对桅杆结构，不应简单套用(3.0.6.1)式对荷载效应进行线性迭加，而应计算桅杆在荷载与作用组合下的非线性综合结构效应，再与结构抗力比较。2.各规范间的协调问题2.1协调内容广泛性2.1.2参数上的协调基本风压由30年重现期改为50年重现期。同时对二类高耸结构取消风荷载重现期调整系数r2.各规范间的协调问题2.2协调的主动性2.2.1钢管结构风的体型系数问题：《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)中将风的标准值和设计值混淆了，故在表7.3.1第34项中的界限值为0.002和0.015；《高耸结构设计规范》表4.2.7将此界限值改为0.003和0.02，并通报《建筑结构荷载规范》编制组新版修改2.各规范间的协调问题2.2协调的主动性2.2.2《钢结构设计规范》中指出4种钢材,《高耸结构设计规范》引用了这些材料，但是仍觉得不够用，故又增加了常用的20#钢(无缝钢管)；35#钢、45#钢锚栓；钢丝绳；钢绞线。2.各规范间的协调问题2.3协调的灵活性对《建筑结构荷载规范》7.2.2条中山峰和山坡风的高度系数的修正系数,《建筑结构荷载规范》是从澳大利亚规范引进的，系数一下子将风荷载提高很多；而我和很多有山区工程设计经验的专家认为无此必要，故在引用这一条时加入“可”表示不是必须执行的。3.规范适用范围的改变3.1十年来高耸结构发生较大变化3.1.1建造了大量通信塔；3.1.2建造了大量大跨越输电塔。3.2《高耸结构设计规范》修编适用范围的扩大3.2.1包括“通信塔”，3.2.2包括“输电塔”(大跨越、超高电压)。4.引导新技术的推广与应用4.1原有简化计算方法被杆、索单元的有限元法取代；对动力分析、非线性计算都提出恰当的要求。4.2振动控制技术的应用对于高度超过200米的高耸结构，若仅满足强度极限状态设计要求，而未能满足正常使用极限状态设计要求，宜采用适当的振动控制技术来减小结构变形及加速度。（3.0.11条）4.引导新技术的推广与应用4.3预应力技术的应用4.4基础设计方法的引导重点突出经济性好的柔性扩展基础；基本淘汰经济性差的刚性基础。5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.1变形控制5.1.1将广义变形明确分成6个内容(与高耸结构的各种使用要求相对应)：整体变形、局部变形、角位移；加速度；相对沉降变形；裂缝。并明确计算的荷载代表值(表3.0.9)5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.1变形控制5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.1变形控制5.1.2体现变形限制条件和设计精确性的相关性(表3.0.10)。5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.1变形控制5.1.3准确体现不同使用状况与变形限制条件的相关性在风荷载(频遇值)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不大于250。其中为塔楼处风压频遇值作用下水平位移，为基频。(3.0.10-2条)2k1A2mmskA15.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.2桅杆风振系数问题5.2.1原因：杆索体系、大位移－双非线性因素；5.2.2以大量的非线性动力分析和部分实例为基础；5.2.3对照国外规范，作出修改。5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.3单管塔径厚比的问题5.3.1《钢结构设计规范》中关于管结构径厚比的规定原则上适用于受压杆情况(D/t≤100);5.3.2实际工程中为了控制单管塔的变形，要加大D；若仍按照D/t≤100,则t很大而应力比很小，材料浪费；5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.3单管塔径厚比的问题5.3.3国外规范将受弯构件的径厚比与受压构件的径厚比相区别；将应力水平与径厚比对应并有实验基础；5.3.4规范组对国外规范实验中未考虑而应该考虑的的压力作用添加进去后做了大量的非线性有限元分析，选定了比国外规范较为安全而比简单规定D/t≤100科学且经济的规定。5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.3单管塔径厚比的问题5.3.5电力系统的大量实践也为《高耸结构设计规范》提供了佐证。5.高耸结构设计领域内若干关键问题解决方法的进步5.4“埃弗尔效应”问题杜绝风荷载分布的变异、离散性与结构计算的貌似绝对准确性的矛盾。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，斜杆内力乘系数αVb10.42Mtgb(0.2280.649)h（5.2.3条）6.改善规范的可操作性6.1温度效应6.1.1提出了在严寒地区带塔楼钢塔的塔楼内外温差对结构的效应；6.1.2提出了带维护井筒与外露塔身的温差效应及其对策；6.1.3提出了温差Δt的计算方法。6.改善规范的可操作性6.2基础设计6.2.1高耸结构地基基础选型6.改善规范的可操作性6.2基础设计6.2.2规定了常用基础的计算要点；6.2.3明确了高耸结构抗拔基础的特殊受力要求(基础底板、承台有负弯矩)，底板上表面要配受力筋；6.2.4规定了高耸结构基础保证抗拔连续性的一系列构造要求；6.改善规范的可操作性6.2基础设计6.2.5规定了锚栓设计的构造要求(7.3.10条)。高耸钢结构基础顶面的锚栓设计应满足如下要求：1.锚栓设计要兼顾上部钢结构的精度要求、调整的可能性以及钢筋混凝土基础施工的实际可能性确定施工精度要求，并对塔柱底部锚栓孔作相应扩大，便于安装时调整。锚栓孔扩大后须在安装调整完毕后加焊厚垫片以满足螺栓固定的要求;2.锚栓要用双螺母防松；3.锚栓埋设深度须按照受拉钢筋锚固长度计算；4.锚栓应与防雷接地网焊接连通。7.简化条款，鼓励设计人员自主创新7.1问题规范——要求？(太硬)；规范——处方？(太软)；规范——导引？(太松)。7.2答案规范是在三者间寻求平衡。7.简化条款，鼓励设计人员自主创新7.3《高耸结构设计规范》修编的主导思想7.3.1凡是不影响安全的,不涉及上级规范强制性条文的，可以用不同的方法解决的，尽量不设强制性条文；解放设计思想，提倡百花齐放。7.3.2对于高耸结构设计长期实践证明不起控制作用的荷载及组合，规定“允许不予计算”或“可不予考虑”；7.简化条款，鼓励设计人员自主创新7.3《高耸结构设计规范》修编的主导思想7.3.3在用词的严格性方面，尽可能少用严格用语，代之以推荐性条文。以上措施的目的是在保证安全的前提下鼓励设计创新,为高耸结构新形式、新设计的出现敞开大门。编制组认为：设计是规范的基础，规范应该是优秀设计方法的总结，不应该成为设计发展的桎梏。8.注重概念设计和构造设计8.1加强了结构选型和结构布置的条文;钢塔桅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时，可按构造要求设置横膈；在塔柱变坡处，桅杆运输单元的两端及纤绳节点处宜设置横膈。横膈必须有较好的刚度。(5.10.6条);8.注重概念设计和构造设计8.1加强了结构选型和结构布置的条文;底面无横杆的构架式塔宜在近基础附近顶面(以下300mm左右)设置联系梁，连梁及基础柱墩可作为空间刚架整体计算，基础底面可作为固定端，但不计周围土对基础柱墩的嵌固作用。基础连梁应按照偏心拉压杆计算。截面计算时除按刚架算得内力外，还应计入由钢筋混凝土梁自重引起的弯矩。基础柱墩按偏心拉压杆设计。基础底板设计时要考虑基础受压和抗拔，根据不同受力状况计算出板的正负弯矩，并分别在板底和板顶配置受力钢筋。在冻土区域基础连梁应用构造措施避免梁底(及梁侧受冻土的作用。(7.3.4条)8.注重概念设计和构造设计8.2加强了关于结构形式、环境条件、荷载与作用及其效应的分析方面的综合性叙述。(4.4.2条).本节规定适用于地震设防烈度为6度至9度地区高耸结构的抗震设计。高耸结构应允许在其两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算；对烈度为8度和9度的高耸结构，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。对于刚度或质量分布不均匀的高耸结构应考虑扭转地震作用。8.注重概念设计和构造设计8.3对非线性效应比较强的结构提出将结构强度、变形、整体稳定、局部稳定综合分析的思想。如对单管塔，刚度小，变形大，可采用非线性分析方法分析其极限承载力，则对于刚度的限制可放宽；在分析其局部稳定时要和应力水平相关，放宽对径厚比的限制。8.注重概念设计和构造设计8.4对焊接连接的质量等级作出合理的规定。承受轴心拉力或压力的对接焊缝强度按下式计算(5.7.1条)：wwtcwNfflt或8.注重概念设计和构造设计8.5对新的连接形式加以介绍。如对于柔性法兰，能减少加工难度，提高工效，故收入。图5.9.4柔性法兰受力简图8.注重概念设计和构造设计(5.9.4条)柔性法兰螺栓计算1.当杆件只受轴向拉力时：一个螺栓所对应的管壁段中的拉力：一个螺栓所承受的最大拉力：bTTnbbt,maxbtabNmTNa8.注重概念设计和构造设计(5.9.4条)柔性法兰螺栓计算2.当杆件受轴向拉(压)力及弯矩作用时：一个螺栓所对应的管壁段中的拉力：一个螺栓所承受的最大拉力(可按下式计算)b1MT(N)n0.5Rbbt,maxbtabNmTNa8.注重概念设计和构造设计8.6增加合理的构造要求(5.1.4条).钢塔桅结构应作长效防腐蚀处理。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。(5.10.1条).钢塔桅结构的构造应满足建成后和施工阶段的受力要求。(5.10.2条).钢塔桅结构应采取防锈措施，在可能积水的部分必须设置排水孔。对管形和其他封闭截面的构件，当采用热喷铝或尤其防锈时端部应封闭，当采用热镀锌防锈时端部不得密封。在锌液易滞留的部位应设置溢流孔。8.注重概念设计和构造设计8.6增加合理的构造要求(5.10.13条).构件采用螺栓连接时，连接螺栓的直径不应小于12mm，每一杆件在接头一边的螺栓数不宜少于2个，连接法兰盘的螺栓数不应小于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。弦杆角钢连接，在接头一边的螺栓数不宜少于6个。8.注重概念设计和构造设计8.6增加合理的构造要求(5.10.15条).受剪螺栓的螺纹不应进入剪切面，受拉螺栓的及位于受振动部位的螺栓应采取防松措施。高耸钢结构中受拉螺栓应用双螺母防松，其他用扣紧螺母防松。靠近底面的塔柱和拉线的连接螺栓，宜采取防拆卸措施。8.注重概念设计和构造设计8.6增加合理的构造要求(7.3.15条).抗拔桩设计应满足如下构造要求：1.抗压又抗拔桩应按计算及构造要求通长配置钢筋。纵向筋焊接接头必须符合受拉接头的要求；2.具有多根抗压又抗拔桩的板式承台上下面均应根据双向可变弯矩的计算或构造要求配筋，上下层钢筋之间应设架立筋；3.抗拔桩主筋锚入承台，基础柱墩主筋锚入承台的长度均按受力筋锚固长度计算，每个桩中至少有两根主筋用附加钢筋与锚栓焊接连通，附加钢筋不小于12。9.结语《高耸结构设计规范》的修编工作:1).充分考虑了高耸结构建设领域内社会的需求和发展；2).较为和谐地处理了设计和规范的辨证关系；3).体现了设计的进步；4).指导高耸结构设计向更为安全、合理、经济的方向发展。