高耸结构设计标准[附条文说明]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

前言

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

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1总则

1 总则

1.0.1 为了在高耸结构设计中做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，制定本标准。

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。

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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。

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2术语和符号

2.1 术语

2 术语和符号

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2.1 术语

2.1.1 高耸结构 high-rising structure

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。

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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。

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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

2.2.1 作用和作用效应：

Af——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；

qa——单位面积上的覆冰荷载；

ql——单位长度上的覆冰荷载；

l/rc——塔筒代表截面处的弯曲变形曲率；

l/rdc——塔筒代表截面处的地震弯曲变形曲率；

SA——与横风向临界风速计算相应的顺风向风荷载效应；

SL——横风向风振效应；

Swk——风荷载标准值的效应；

△μ＇——纤绳层间水平位移差；

Ve——土体滑动面上剪切抗力的竖向分量之和；

υcr——临界风速；

ω0——基本风压；

ωl——绝缘子串风荷载的标准值；

ωk——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；

ω0，R——对应于重现期为R的风压代表值；

ωx——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；

fw——钢丝绳或钢绞线强度设计值；

fu——锚栓经热处理后的最低抗拉强度；

Rt——单根锚杆抗拔承载力特征值；

σcrt——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；

hcr——土重法计算的临界深度；

ht——基础上拔深度；

l0——弹性支承点之间杆身计算长度；

rc——筒体底截面的平均半径；

rco——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；

fR——正常运行范围内风轮的最大旋转频率；

fR，m——m个风轮叶片的通过频率；

f0，n——塔架(在整机状态下)的第n阶固有频率；

f0，1——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；

at——受拉钢筋的半角系数；

βz——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；

γR1一一土体重的抗拔稳定系数；

γR2一一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；

εq——综合考虑风压脉动、高度变化及振型影响的系数；

λj——共振区域系数；

μs——风荷载体型系数；

μsc——导线或地线的体型系数；

μsn——垂直于横梁的体型系数分量；

μsp——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；

ψwE——抗震基本组合中的风荷载组合值系数；

ωhs、ωhp一一塔筒水平截面的特征系数；

ωv——塔筒竖向截面的特征系数。

3基本规定

3 基本规定

3.0.1 本标准采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。

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。

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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。

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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。

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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；

γGｊ——第ｊ个永久荷载分项系数，按表3.0.7-1采用；

γQ1、γQi——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；

γLi——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；

SGjk——按第j个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值；

SQiK——按第i个可变荷载标准值QiK计算的荷载效应值；

ψQi——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(γk，fk，ak)一一结构抗力；

γR——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；

fk——材料性能的标准值；

ak——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γG＝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ψCW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，ψCW可取0.60，但对于临时固定状态的结构遭遇强风时，应取ψCW＝1.00，且按临时固定状况验算；

5 表中ψCW、ψCA、ψCI、ψCT、ψCL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。

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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；

γEh、γEv——水平、竖向地震作用分项系数，按表3.0.8的规定采用；

γw——风荷载分项系数，取1.4；

SGE——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；

SEhk——水平地震作用标准值的效应；

SEvk——竖向地震作用标准值的效应；

Swk——风荷载标准值的效应；

ψwE——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；

γRE——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：

Sd≤C (3.0.9-1)

式中：Sd——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：ψf1——第1个可变荷载的频遇值系数，按表3.0.9取值；

ψqi——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。

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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。

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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：Af——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