杆塔设计常用规范解读

前言前言 以杆塔为代表的各类高耸结构的设计是一项涉及基础知识广泛 技术含量很高的工作 对于刚接触杆塔设计工作的学员 必须从最为基础的力学知识 结构设计 及现行常用规 范的解读开始打好基本功 方可成为一名优秀的设计师 本文只用于我公司内部员工在进 行结构设计培训过程中学习之用 切不可外传 成文过程中撰稿人查阅了大量的文献资料 并仔细分析甄别 注入大量的心血方成 希望读到此文的学员认真学习珍惜生活中的每一 个学习机会 北京信狐天诚软件科技有限公司 年 月 日 目录目录 常用规范简介 3 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 3 钢结构设计规范 GB50017 2003 3 高耸结构设计规范 GB50135 2006 3 建筑抗震设计规范 GB 50011 2001 3 构筑物抗震设计规范 GB50191 1993 3 110 500kV 架空送电线路杆塔结构设计技术规定 DL T 5154 2002 3 110 750kv 输电线路设计技术规定 2008 最新国家电网标准 4 Design of Latticed Steel Transmission Structures ASCE 10 97 4 材料 4 风荷载 5 覆冰荷载 6 杆塔构造基本规定 6 5 1 设计原则 6 5 2 结构的极限状态 7 5 3 极限状态的计算方式 7 5 4 基本规定 9 杆件强度设计 10 6 1 轴心受力构件的强度计算 10 6 2 受弯构件计算 10 6 3 受拉同时受弯构件的强度计算 11 6 4 偏心受力构件强度验算 11 杆件长细比计算 13 7 1 构件长细比的界定 13 7 2 构件长细比的控制 13 7 3 受压构件长细比修正系数 19 受压杆件稳定计算 20 8 1 轴心受压构件的稳定性计算 20 8 2 受压同时受弯构件的局部稳定计算 21 8 3 偏心受力压弯构件的稳定性计算 21 钢结构构造要求 23 9 1 一般要求 23 9 2 组合构件 24 9 3 钢管构件 25 9 4 焊缝连接 25 9 5 螺栓连接 27 抗震设计 29 连接计算 29 11 1 螺栓连接 29 11 2 焊缝连接 29 法兰连接 29 塔脚设计 29 常用规范简介 常用规范简介 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 GB50009 2001 年 月 日年施行 对建筑结构设计中部分直接作用和间接作用 如地震 荷载作出规定 如 风荷 雪荷载 屋面活荷载等 本荷载适用于国内一切建筑工程结构 设计过程中各类典型荷载的计算 钢结构设计规范钢结构设计规范 GB50017 2003 年 月 日施行 本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢结构设 计 高耸结构设计规范高耸结构设计规范 GB50135 2006 年 月 日施行 本规范适用于钢及钢筋混凝土高耸结构 包括广播电视塔 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 风力发电塔等构筑物的设计 目前本规定除电力行业有输电杆塔专用规范应用较少外 被 普遍应用于以上其它行业的高耸建筑的结构设计 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GB 50011 2001 年 月 日施行 按本规范进行抗震设计的建筑 其抗震设防目标是 当遭 受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时 一般不受损坏或不需修理可继续使用 当 遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时 可能损坏 经一般修理或不需修理仍可继 续使用 当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时 不致倒塌或发生危及生 命的严重破坏 构筑物抗震设计规范构筑物抗震设计规范 GB50191 1993 年 月 日施行 本规范的适用范围与 建筑抗震设计规范 类似 只是范 围缩小为结构组装形成的建筑物 简称为构筑物 110 500kV 架空送电线路杆塔结构设计技术规定架空送电线路杆塔结构设计技术规定 DL T 5154 2002 年 月 日施行 本规定适用于新建的 110 500kV 架空送电线路杆塔结构的 设计 通信塔设计可参照采用 110 750kv 输电线路设计技术规定输电线路设计技术规定 2008 最新国家电网最新国家电网 标准 标准 年 月 日施行 本规定考虑到 年底我国特大雪灾 在 110 500kV 架空送电线路设计技术规程 基础上结合近年特高压杆塔的设计实践修订而成 适用范围 Design of Latticed Steel Transmission Structures ASCE 10 97 美国土木工程师协会 年发布关于 格构式钢结构传输塔 的设计规范 目前 在国外工程中被普遍采用 材料 材料 钢材牌号一般形式为 Q235 Q235B Q235B F 形式 Q 钢材屈服点 屈 字汉语拼音首位字母 A B C D 分别为质量等级 F 沸腾钢 沸 字汉语拼音首位字母 b 半镇静钢 半 字汉语拼音首位字母 Z 镇静钢 镇 字汉语拼音首位字母 TZ 特殊镇钢 特镇 两字汉语拼音首位字母 在牌号组成表示方法中 Z 与 TZ 符号予以省略 钢材的质量好坏主要取决于钢中有害杂质硫 磷的含量 这些有害杂质会导致钢材出 现热脆性或冷脆性出现 随着等级不同有害杂质的含量也不同 导致各等级低温冲 击韧性越来越好 主要是指冲击功韧性试验 不试验 20 试验 0 试验 20 试验 110 500kV 架空送电线路 杆塔设计技术规定 110 750kV 架空输电线路设 计技术规定 钢结构设计规范 一般采用 Q235 Q345 有 条件也可采用 Q390 一般采用 Q235 Q345 Q390 Q420 有条件也可采用 Q460 钢材质 量等级 所有杆塔结构的钢材 均应满足 B 级钢的质量要求 承重结构的钢材宜采用 Q235 Q345 Q390 Q42 0 部分承重结构和构件不 能采用 Q235 沸腾钢 尤 其是低温 承受动力荷载 和焊接件 其余规程中未涉及钢构件材料的具体要求 目前根据实际况看 500kV 以下的塔普通 采用了 Q235 和 Q345 两种材质 500kV 以上的杆塔主材有好多已经开始采用了 Q420 对 于其它行业的高耸建筑物 一般采用的是 Q235 和 Q345 两种材质 但在设计使用组合构件 如组合角钢 时 由于高强度钢 如 Q420 的伸长率一般较低 而组合截面的尺度较大 如果按一个整体来考虑 一旦出现弯矩 可能会导致应力不均局部失效 此时在设计时必 须进行相应的补偿设计考虑 镇定钢在冶炼的后期用锰铁 硅铁和铝进行了充分的脱氧 钢水在锭模内平静的凝固 它的化学成分均匀 组织致密 质量高 但有缩孔 沸腾钢在冶炼的后期没有进行充分的脱氧 导致了钢水在锭模内仍在脱氧 引起了钢 水的沸腾 所以少量气体被封闭在钢锭内 形成了气泡 它的成分不均匀 组织不致密 质量差 沸腾钢只能是低碳钢 所以限制了它的使用范围 并且要经过锻打 前者的冲击韧性比后者好 但强度和伸长率相差不大 风荷载 风荷载 规 范 科目 110 500kV 架空送电线路杆 塔设计技术规定 110 750kV 架空输电线 路设计技术 规定 高耸结构设计规 范 建筑结构荷载规范 风速基准高度 m 15m10m10m10m 线缆风荷载计 算 2 sin pcsczox dLWW 同左无相应内容无相应内容 杆塔风荷载计 算 fzszos AWW 更名为 f A s A 同左同左 基准风压标准 值 o W V 有最小1600 2 VWo 值 同左 2 35 0mkNWo 其余同右 2 2 0 3 0 2 1 mkNWo 考虑了海拔高度 影响很小 近似与电力规范相同 线缆风压不 均匀系数 查表查表 但与 左取值不同 无相应系数无相应系数 风压高度变化 系数 z 与右三项比 因以 15m 作为 基准高 且缺少 类地面类型 故取值有所不同 查表查表查表 线缆体型 sc 系数 与线缆直径及覆冰状态有关同左同右无明确规定 只规定各类 型截面杆件取 1 3 构件体型系 s 数 分类查表 与 建筑结构荷载 规范 接近 但具体算法不同 按照 建筑 结构荷载规 范 按照 建筑结构荷 载规范 分类查表计算 风荷载 c z 调整系数 分类查表 塔高不超过 60m 时按全高一个系数计算 同左 但增 加基础及杆 塔覆冰工况 的规定 增加护栏结构计算 并考虑了地 gz 点因素 其余同右 更名为风振系数 并分类 查表计算 规 范 科目 110 500kV 架空送电线路杆 塔设计技术规定 110 750kV 架空输电线 路设计技术 规定 高耸结构设计规 范 建筑结构荷载规范 构件承 f A s A 受风压投影面 积 分类查表计算 但基本依照 建筑结构荷载规范 依照 建筑 结构荷载规 范 依照 建筑结构荷 载规范 分类查表计算 覆冰荷载 覆冰荷载 规 范 科目 110 750kV 架空输电 线路设计技术规定 高耸结构设计规范 建筑结构荷载规 范 覆冰厚度依照 建筑结构荷载规范 分类查表计算 圆截面构件覆 冰荷载 单位长 度 6 2121 10 bdbql 单位 kN m 非圆截面构件 覆冰荷载 单位 面积 单位 kN m2 6 2 106 0 bqa b 基本覆冰厚 度 查表计算 与构件直径 1 有关的覆冰厚 度修正系数 查表计算 覆冰厚度的 2 高度递增系数 查表计算 覆冰密度 在风压计算中在风压调 整系数中有考虑 导地 线有单独的覆冰考虑 9kN m3 无相关内容 杆塔构造基本规定 杆塔构造基本规定 5 1 设计原则设计原则 杆塔构造的设计原则不仅覆盖了国家电网公司企业标准 而且必须满足钢结构规范 高耸结构设计规范等相关内容 设计原则 钢结构规范 GB50017 2003 除疲劳计算外 采用以概率理论为基础的极限状态设计方法 用分项系 数设计表达式进行计算 高耸结构设计 规范 GB50135 2006 高耸结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度 可靠度可采用 以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定 设计基准期为 50 年 110kv 750kv 架空输电线路设 计技术规定 Q GDW179 2008 杆塔结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计法 结构构件的 可靠度采用可靠指标度量 极限状态设计表达式采用荷载代表值 材料 性能标准值 几何参数标准值以及各种分项系数等表达 对于可靠度的定义 在 高耸机构设计规范 中有明确说明 即为高耸结构在规定的 设计使用年限内应满足下列功能要求 1 在正常施工和正常使用时 能承受可能出现的各种作用 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 在设计规定的偶然事件发生时及发生后 仍能保持必须的整体稳定性 5 2 结构的极限状态结构的极限状态 结构的极限状态是指结构或构件在规定的各种荷载组合作用下或在各种变形或裂缝的 限值条件下 满足安全使用 线路安全运行 的临界状态 极限状态分为承载力极限状态 和正常使用极限状态 承载能力极限状态正常使用极限状态 钢结构设计规 范 GB50017 2003 构件和连接的强度破坏 疲劳破 坏和因过度变形而不适于继续承 载 结构和构件丧失稳定 结构 转变为机动体系和结构倾覆 影响结构 构件和非结构构件正常 使用或外观的变形 影响正常使用 的振动 影响正常使用或耐久性能 的局部破坏 包括混凝土裂缝 高耸结构设计 规范 GB50135 2006 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不适于 继续承载的变形 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某项 规定限值 110kv 750kv 架空输电线路设 计技术规定 Q GDW179 2008 结构或构件达到最大承载力或不 适合继续承载的变形 结构或构件的变形或裂缝等达到正 常使用的规定限值 5 3 极限状态的计算方式极限状态的计算方式 结构及构件在极限状态下的计算方式 在 钢结构设计规范 中指出 按承载能力极 限状态计算钢结构时 应考虑荷载效应的基本组合 必要时尚要考虑荷载效应的偶然组合 按正常使用极限状态计算钢结构时 应考虑荷载效应的标准组合 对钢与混凝土组合梁 尚应考虑准永久组合 在 高耸结构设计规范 中又进一步指出 对承载能力极限状态 高耸结构及构件对 荷载效应的基本组合与偶然组合都得进行设计 对正常使用极限状态 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 在 110kv 750kv 架空输电线路设计技术规定 中给出了极限状态下的计算表达式 1 结构或构件的承载力极限状态 应采用下列表达式 式中 结构重要性系数 按安全等级选定 结构重要性系数采用规定 钢结构设计规范 GB50017 2003 一般工业与民用建筑钢结构的安全等级应取二级 其它特殊建筑钢结 构的安全等级应根据具体情况另行确定 对设计使用年限为 25 年的 结构构件 不应小于 0 95 高耸结构设计规 范 GB50135 2006 1 对安全等级为一级或设计使用年限为 100 年及以上的结构构件 不应小于 1 1 2 对于安全等级为二级或设计使用年限为 50 年的结构构件 不应小 于 1 0 110kv 750kv 架 空输电线路设计技 术规定 Q GDW179 2008 一级 特别重要的杆塔结构 不应小于 1 1 二级 各级电压线 路的各类杆塔 应取 1 0 三级 临时使用的各类杆塔 应取 0 9 重力荷载分项系数 重力荷载分项系数 采用规定 一般结构计算1 0有 利 倾覆 滑移验算0 9 由可变荷载控制1 2 高耸结构设计 规范 GB50135 2006 不 利由永久荷载控制1 35 110kv 750kv 架空输电线路设 计技术规定 Q GDW179 2008 对结构受力有利时 不应大于 1 0 不利时 应取 1 2 第 i 项可变荷载的分项系数 应取 1 4 对温度作用可用 1 0 可变荷载效 应对结构有利时 分项系数为 0 高耸结构设计规范 重力荷载标准值的效应 第 i 项可变荷载标准值的效应 可变荷载组合系数 各级电压线路的正常运行情况 应取 1 0 220kV 及以 上送电线路的断线情况和不均匀覆冰情况及各级电压线路的安装情况 应取 0 9 各级电压线路的验算情况和 110kV 线路的断线情况 应取 0 75 结构构件的抗力设计值 2 结构或构件的正常使用极限状态 应采用下列表达式 式中 C 设计时对构或构件的裂缝宽度或变形等规定的相应限值 mm 在 高耸结构 设计规范 中对此进一步阐述 并注明此限值应符合下述的规定 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 在设备所在位置塔身角 位移应满足工艺要求 2 在风荷载或常遇地震作用下 塔楼处的剪切变形不宜大于 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 值不宜大于 200 其中对有常驻值班人员的塔楼为风压频遇作用下 塔楼处水平动位移幅值 其值为结构对应点在 0 4作用下的位移值与 0 4作 用下的位移值之差 为基频 对仅有游客的塔楼可按照世界使用情况取为 6 7 级风作用下水平位移幅值 5 4 基本规定基本规定 1 杆塔结构荷载分类 a 永久荷载 导线及地线 绝缘子及其附件和杆塔结构及杆塔上各种固定设备的重力 荷载 土压力及预应力等荷载 b 可变荷载 风和冰 雪 荷载 导线 地线及拉线的张力 安装检修的各种附加荷 载 结构变形引起的次荷载及各种振动荷载 2 不带拉线的直线杆 在纵向荷载情况下计算时 可以考虑顺线路方向的底线支持力作用 但最大支持力不得大于地线线夹的允许握着力 并考虑有一定的裕度 4 一般拉线杆塔 拉线受力按简化方法计算时 须乘以 1 05 增大系数 5 杆塔拉线除应力一般控制在 120 140 N mm 拉杆预拉力可取拉杆最大使用拉力的 20 30 6 铁塔辅助材的承载能力一般不低于所支撑主材内力的 2 斜材内力的 5 7 在荷载的长期效应组合 无水 风速 5m s 及年平均气温 作用下 杆塔的计算挠曲度 不包括基础倾斜和拉线点位移 不应超过下列数值 a 悬垂直线无拉线单根钢筋混凝土杆及钢管杆 5h 1000 b 悬垂直线自立式铁塔 3h 1000 c 悬垂直线拉线杆塔的杆 塔 顶 4h 1000 d 悬垂直线拉线杆塔 拉线点以下杆 塔 身 2H 1000 e 耐张转角及终端自立式铁塔 7h 1000 注 h 为地面起至计算点高度 H 为电杆拉线点至地面的高度 根据杆塔的特点 设计应提出施工 预偏的要求 8 在考虑荷载效应的标准组合及长期效应组合影响下 普通和部分预应力混凝土构件正 截面的裂缝控制等级为三级 计算裂缝的允许宽度分别为 0 2mm 及 0 1mm 预应力 混凝土构件正截面的裂缝控制等级为二级 一般要求不出现裂缝 杆件强度设计 杆件强度设计 构件截面材料或连接抵抗破坏的能力称之为强度 强度计算是防止结构构件或连接因 材料强度被超过而破坏的计算 对于杆件强度设计 钢结构设计规范 中指出 计算结构 或构件的强度 稳定性急连接的强度时 应采用荷载设计值 荷载标准值乘以荷载分项系 数 计算疲劳时 应采用荷载标准值 并且在 110kv 750kv 架空输电线路设计技术规定 中再次指出结构或构件的强度 稳定和连接强度 应按承载力极限状态的要求 采用荷载 的设计值和材料强度的设计值进行计算 结构或构件的变形或裂缝 应按正常使用极限状 态的要求 采用荷载的标准值和正常使用规定限值进行计算 6 1 轴心受力构件的强度计算 轴心受力构件的强度计算 N An m f 式中 N 轴心拉力或轴心压力设计值 构件强度折减系数 受拉构件 双肢连接的角钢和中心连接钢管构件 m 1 0 偏心连接钢管构件 m 0 85 单肢连接的角钢构件 肢宽 40mm m 0 70 单肢连接的角钢构件 肢宽 40mm m 0 55 受压构件 双肢连接的角钢和中心连接钢管构件 m 1 0 单肢连接的角钢和偏心连接钢管构件 m 0 85 组合断面构件 无偏心 m 1 0 组合断面构件 有偏心 m 0 85 An 构件净截面面积 mm 对多排螺栓连接的手拉构件 要考虑锯齿形破坏情况 钢材的强度设计值 N mm 6 2 受弯构件计算 受弯构件计算 M MxMy mf WxWy A 式中 Mx My 绕 x 轴和 y 轴的弯矩设计值 N mm Wx Wy 对 x 轴和 y 轴的截面抵抗钜 mm mM 受弯构件稳定强度折减系数 角钢构件 mM 1 0 钢管构件 根据外径 与壁厚 t 之比计算确定 当 时 0D t 38060 f mM 1 0 当 时 38060 f 0D t 76130 f mM 0 70 0 11410 Dtf A 6 3 受拉同时受弯构件的强度计算受拉同时受弯构件的强度计算 Mn NM f m Am W AA 6 4 偏心受力构件强度验算偏心受力构件强度验算 铁塔中构件多以轴心受力为主 偏心受力的情况只作为截面强度验算 在 高耸结构 设计规范 中对于偏心受压和偏心受拉构件的截面强度 给出了相应的验算公式 1 拉弯和压弯构件的截面强度 当弯矩作用在主平面时 应按下式验算 x nnx NM f AW 式中 Mx 对 x 轴的弯矩 Wnx 对 x y 轴的净截面抗弯模量 注 当弯矩作用在两个平面时 压弯构件的强度及稳定验算按现行国家标准 钢结构设计规范 GB50017 进行 2 格构式压弯构件应按下式验算单肢的强度 m nu N N n f A 式中 n 单肢数目 截面弯矩在单肢中引起的轴力 N m N 单肢净截面面积 nu A 2 mm 3 格构式轴心受压构件的剪力应按下式计算 85235 y f Af V 式中 钢材 屈服强度 N y f 2 mm 此剪力 V 值可认为沿构件全长不变 并由承受该剪力的缀件面分担 4 计算格构式压弯构件的缀件时 应取实际最大剪力和按上式的计算剪力两者中的较大者 进行计算 1 缀条的内力应按桁架的腹杆计算 2 缀板的内力应按下列公式计算 见图 6 01 剪力 1 l Va V s 弯矩 在和肢件连接处 1 2 l Va M 式中 分配到一个缀板面的剪力 N l V a 缀板中到中距离 m s 肢件轴线间距 m 图 6 01 缀板的内力 5 单管塔受压时 钢管径厚比不应大于 100 单管塔受弯时 轴压应力占最大应力值 5 以 内 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 按下式计算 d d 对 Q235 140 140300 D t D t 2 1 0 1832 5 73 85 0 566 d D D t t 对 Q345 2 1 0 1926 5 66 62 0 554 d D D t t 110 110245 D t D t 杆件长细比计算 杆件长细比计算 杆件的长细比指构件的计算长度与构件截面回转半径的比值 在轴心受压构件的整体 稳定计算中 按临界力相等的原则 将格构式构件换算为实腹构件进行计算时所对应的长 细比或将弯扭与扭转失稳换算为弯曲失稳时采用的长细比称之为换算长细比 7 1 构件长细比的界定构件长细比的界定 长细比 Lo r 是衡量一根杆件柔度 进行压杆稳定设计的重要综合参数 长细比越 大杆件柔性越大 也就越容易弯曲变形 该参数同时反映压杆长度 支撑方式和截面几何 性质对临界 压 应力的影响 为了保证全塔杆件都有一定的抗弯刚度 不容易发生失稳 弯曲 2002 版 技术规定 钢结构设计规范 等规定 规范中对钢结构杆件的允许最 大长细比都有详细的规定 如表 7 01 所示 表表 7 01 钢结构构件允许最大的长细比钢结构构件允许最大的长细比 L0 r 110 500kV 架 空送电线路杆塔 设计技术规定 110 750kV 架 空输电线路设计 技术规定 钢结构设计规 范 高耸结构设计 规范 受压主材 L0 r 150L0 r 150L0 r 150L0 r 150 受压 斜 横 材 K L0 r 220K L0 r 200K L0 r 200K L0 r 180 受 压 构 件辅助材 K L0 r 250K L0 r 250K L0 r 200K L0 r 200 受拉构件 预拉 力的拉杆可不 受长细比限制 L0 r 400L0 r 400 查表 L0 r 350 式中 K 构件长细比修正系数 L0 构件计算长度 回转半径 构件回转半径完全由构件的规格来决定 一般不会对用户造成歧义 也容易理解和掌 握 7 2 构件长细比的控制构件长细比的控制 1 构件计算长度的确定 根据 2002 版 技术规定 可分为主材和斜 非主 材两种情况 分别进行计算 主材计算长度表见上表 7 02 斜 非主 材计算长度表见下表 7 03 表表 7 02 主材计算长度表主材计算长度表 结构型式计算长度 Lo计算回转半径 r 主材最小轴L 0y r 主材平行轴1 2Lx x r 主材按最小轴布置简图 主材按平行轴布置简图 表表 7 037 03 斜材计算长度表斜材计算长度表 两根斜材为一拉 一压时 两根斜材同时受压 时 交于主材同一点 的相邻斜材为压 杆 图例 LorLorLor 备注 2 L yo r 3 8 0 L x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 0 主材最小轴 或无补材交叉 斜材 1 1 2 L x r 3 8 0 L x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 1 主材平行轴 或单面补材连 接的交叉斜材 2 L x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 3 斜材平行轴 布置 1 1 2 L x r 3 8 0 L x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 1 主材平行轴 或单面补材连 接的交叉斜材 1 1 2 L x r 3 8 0 L x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 1 主材平行轴 或单面补材连 接的交叉斜材 1 L yo r 0 65 2 L x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 4 同端节点斜 材 跨脚材连 接 考虑同时 受压 1 L yo r 对应 TSA 中的 计算长度类型 5 同端节点斜 材 V 面连接 不考虑同时受 压 1 L yo r 3 55 0 L 0 25 x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 6 带横连接杆 的同端节点斜 材 3 节间 1 L yo r 3 55 0 L 0 4 0 65 2 L 1 0 x r 对应 TSA 中的 计算长度类型 7 带横连接杆 的同端节点斜 材 4 节间 注 1 图例 1 2 4 5 交叉斜材在交叉处均不断开 图例 3 交叉斜材可以断开 2 当两根斜材同时受压或交于主材同一点的相邻斜材均为压杆时 斜材选材容许长细比可取同辅助 材 3 对塔腿斜材 其计算长度应乘以 1 2 增大系数 4 图例 8 和 9 所示平连杆应视作受力构件与塔体同时计算 其中 为平连杆与斜材的刚度比 3 43 3 34 LI LI 式中 L3 L4 斜材 平连杆全长 mm I3 I4 斜材 平连杆的平行轴惯性矩 mm4 2 杆件的长细比控制 在 高耸结构设计规范 中也给出了详细的规定 钢塔桅结构的构 件长细比 取值方法如下 1 单角钢 A 弦杆 主材 长细比 按表 7 04 采用 B 斜杆 斜材 长细比 按表 7 05 采用 C 横杆和横隔长细比 按表 7 06 采用 表表 7 04 塔架与桅杆的弦杆长细比塔架与桅杆的弦杆长细比 表表 7 05 塔架与桅杆的斜杆长细比塔架与桅杆的斜杆长细比 续表续表 7 05 表表 7 06 桅杆的横材及横隔长细比桅杆的横材及横隔长细比 7 3 受压构件长细比修正系数受压构件长细比修正系数 受压构件长细比修正系数 K 对于格构式以及回转类构件 如钢管 取 1 对于普通 角钢构件长细比修正系数 K 取值如下 1 两端双肢连接的主材长细比修正系数 K 1 2 其他受压构件长细比修正系数如下表 7 07 表表 7 077 07 受压构件长细比修正系数受压构件长细比修正系数 K K 序 号 杆件端部受力状况长细比长细比修正系数适用构件举例 1 两端中心受压 0 Lo r 1201 双肢连接的构件 2 一端中心另端偏心 受压 0 Lo r 1200 75 30 Lo r 1 一端双肢连接另端单肢 连接的构件 2 交叉斜材 3 两端偏心受压 0 Lo r 1200 50 60 Lo r 两端单肢连接的构件 4 两端无约束 120 Lo r 2201 单个螺栓连接的交叉斜材 和单斜材 5 一端有约束 120 Lo r 2310 90 11 89 Lo r 两个以上螺栓连接的交叉 斜材 6 两端有约束 120 Lo r 2420 82 21 64 Lo r 两端均有两个以上螺栓连 接的构件 3 辅助材长细比修正系数如下表 7 08 表表 7 087 08 辅助材长细比修正系数辅助材长细比修正系数 K K 序 号 杆件端部受力状况长细比长细比修正系数适用构件举例 1 两端中心受压 0 Lo r 1201 两端单肢连接的构件 2 一端中心另端偏心 受压 120 Lo r 2501 单个螺栓连接的交叉斜材 和单斜材 3 两端偏心受压 120 Lo r 2900 762 28 6 Lo r 两个以上螺栓连接的交叉 斜材 4 两端无约束 120 Lo r 3300 615 46 2 Lo r 两端均有两个以上螺栓连 接的构件 4 节点对所连接杆件具有部分扭转约束的条件 a 被约束的杆件必须有至少两个螺栓连接到提供约束的构件上 b 提供约束的杆件在应力平面内的刚度系数 I L I 为惯性矩 L 为长度 必须等 于或大于连接的被约束杆件在应力平面内的刚度系数总和 c 节点偏心尽可能小 单肢连接的角钢上的螺孔应在角钢背与连接肢中心线之 间 受压杆件稳定计算 受压杆件稳定计算 当作用在细长杆上的轴向压力达到或超过一定限度时 压杆直线形式的平衡是不稳定 的 如上图 8 01 8 02 简称失稳 因此对于轴向受压的杆件 除应考虑其强度与刚度问 题外 还应考虑其稳定问题 根据我国北京良乡铁塔试验基地的试验统计 铁塔受力破坏 90 以上是部分杆件失稳导致 而且 杆件失稳设计也是铁塔设计选材过程中最为复杂的 部分 用户应该多加注意 如上节所述的长细比控制 仅仅是保证每根塔构件有相应的抗 弯刚度 但不能保证在实际工况荷载下每根杆件不发生失稳 为了保证每根杆件在实际工 况荷载下保持稳定 杆件还必须符合一定的稳定条件 图 8 01 压杆失稳 图 8 02 现场采集失稳构件图 8 1 轴心受压构件的稳定性计算轴心受压构件的稳定性计算 根据 2002 版 技术规定 轴心受压构件的稳定计算条件如下 N A mN f 式中 铁塔轴心受压构件稳定系数 与修正后杆件长细比有关 按 110 500kV 架空 送电线路杆塔设计技术规定 附录 确定 如为格构式组合构件 则需根据附 录 D 表 D5 中共识算出换算长细比 再按表 D6 D11 确定 A 构件毛截面面积 mm mN 压杆稳定强度折减系数 角钢构件 根据翼缘板自由外伸宽度 图 8 01 与厚度 t 之比计算确定 当 lim 时 b t b t 202 f mN 1 0 当 时 202 f b t 363 f mN 1 677 0 677 lim b t b t 钢管构件 根据外径 与壁厚 之比计算确定 当 时 0D t 24100 f mN 1 0 当135 或6mm 时 t 1 2 mm f h 圆孔或槽孔内的角焊缝焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的 1 3 3 角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等 当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合本 条第 1 2 款要求是 可采用不等焊脚尺寸 与较薄焊件接触的焊脚边应符合本条第 2 款的要求 与较厚焊件接触的焊脚边符合本条第 1 款的要求 4 侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于 8和 40mm f h 5 侧面角焊缝的计算长度不宜大于 60 当大于上述数值时 其超过部分在计算中 f h 不予考虑 若内力沿侧面角焊缝全长分布时 其计算长度不受此限 8 在直接承受动力荷载的结构中 角焊缝表面应做成直线形或凹形 焊脚尺寸的比例 对正面角焊缝宜为 1 1 5 长边顺内力方向 对侧面角焊缝可为 1 1 9 在次要构件或次要焊缝连接中 可采用断续角焊缝 断续角焊缝焊段的长度不得小 于 10或 50mm 其净距不应大于 15t 对受压构件 或 30t 对手拉构件 t 为较薄焊件 f h 的厚度 10 当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时 每条侧面焊缝长度不宜小于两侧面角焊 缝之间的距离 同时两侧面角焊缝之间的距离不宜大于 16 当 t 12mm 或 f h 190mm t 12mm t 为较薄焊件的厚度 11 杆件与节点板的连接焊缝 一般宜采用两面侧焊 也可用三面围焊 对角钢杆件 可采用 L 形围焊 节点板焊在杆件上 一般采用三面围焊 所有围焊的转角处 必须连续 施焊 其余的面应用薄焊缝封焊 如图 9 02 中杆件与节点板的连接焊缝所示 图 9 02 杆件与节点板的连接焊缝 12 当角焊缝的端部在构建转角处做长度为 2的绕角焊时 转角处必须连续施焊 f h 13 在搭接连接中 搭接长度不得小于焊件较小厚度的 5 倍 并不得小于 25mm 14 圆钢与圆钢 圆钢与钢板 或型钢 件的角焊缝有效厚度 不宜小于圆钢直径的 0 2 倍 当两圆钢直径不同时 取平均直径 又不宜小于 3mm 并不大于钢板厚度的 1 2 倍 计算长队不应小于 20mm 9 5 螺栓连接螺栓连接 1 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 栓数不宜小于 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 在街头 一端的螺栓数不宜少于 6 个 2 高强度螺栓孔应采用钻成孔 摩擦型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径 d 大 1 5 2 0mm 承压型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径 d 大 1 0 1 5mm 3 螺栓布置的间距 一般需符合表 9 02 的要求 110 500kV 架空送电线路杆塔设 计技术规定 DL T5154 2002 4 受剪螺栓的螺纹不宜进入剪切面 受拉螺栓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 其它用扣紧螺母防松 靠近地面的塔柱和拉 线的连接螺栓 宜采取放拆卸措施 5 C 级螺栓宜用于沿其杆轴方向受拉的连接 在下列情况下可用于受剪连接 1 承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接 2 承受静力荷载的可拆卸结构的连接 3 临时固定构件用的安装连接 6 当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时 其拼接件宜采用钢板 7 沉头和半沉头铆钉不得用于沿其杆轴方向受拉的连接 8 沿杆轴方向受拉的螺栓 或铆钉 连接中的端板 法兰板 应适当增强其刚度 如加设加劲肋 以减少撬力对螺栓 或铆钉 抗拉承载力的不利影响 表表 9 02 螺栓的排列和容许间距螺栓的排列和容许间距 名称位置和方向最大容许距离 取 两者的较小值 最小容许距离 外排 垂直内力方向或顺内力方向 8或 12t 0 d 垂直内力方向 16或 24t 0 d 构件受压力 12或 18t 0 d 中 间 排 顺内力方向 构件受拉力 16或 24t 0 d 中 心 间 距 沿对角线方向 2 5 3 0 d 0 d 顺内力方向 1 5 2 0 d 0 d 剪切边或手工气割边 高强度螺栓 1 45 1 5 0 d 0 d 中心至 构件边 缘距离 垂直 内力 方向 轧制边 自动气割 或锯割边 其它螺栓或 铆钉 4或 8t 0 d 1 25 1 2 0 d 0 d 注 1 为螺栓直径 t 为外层较薄板的厚度 0 d 2 高强度螺栓指 8 8 级及以上等级螺栓 3 本表适用于螺孔直径较螺栓直径大 1 0mm 1 5mm 的情况 4 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 5 若有实验依据时 螺栓的允许距离可适当调整 但须按行业规程统一实行 6 内的信息为 钢结构设计规范 与 高耸结构设计规范 所规定数值 抗震设计 抗震设计 连接计算 连接计算 11 1 螺栓连接螺栓连接 1 在螺栓受剪的连接中 每个螺栓的承载力设计值应取承剪和承压承载力设计值中的 较小者 承剪承在力 11 1 1 2 4 bb vvv d Nnf 承压承载力 11 1 2 bb cc Ndt f 受拉承载力 11 1 3 2 4 bb e tt d Nf 式中 每个螺栓的承剪 承压 受拉承载力设计值 N b v N b c N b t N 每个螺栓的承剪面数目 v n 螺栓杆直径 mm d 螺栓螺纹处的有效直径 mm e d 在同一受力方向的承压构件的较小总厚度 mm t 螺栓的抗剪 承压 抗拉强度设计值 N mm 可按 高耸结构设 b v f b c f b t f 计规范 附录 A 采用 2 承受轴心力的连接所需普通螺栓的数目 n 按下式计算 b N n N 式中 螺栓承载能力设计值 螺栓受剪时取代 11 1 1 和式 11 1 2 两计 b N 算值中的小者 螺栓受拉时 取式 11 1 3 的计算值 3 普通螺栓同时承受剪力和拉力时应满足下列两式的要求 22 1 vt bb vt NN NN b vc NN 式中 每个螺栓受受的剪力 拉力 N v N t N 每个螺栓的受剪 受拉和承压承载能力设计值 N 应按 11 1 b v N b t N b c N 1 条计算 注 高强螺栓连接计算应按现行国家标准 钢结构设计规范 GB50017 的规定采用 4 高强度螺栓承压型连接应按下列规定计算 钢结构设计规范 GB50017 1 承压型连接的高强度螺栓的预拉力 P 应与摩擦型连接高强度螺栓相同 连接处构件 接触面应清除油污及浮锈 高强度螺栓承压型连接不应用于直接承受动力荷载的结构 2 在抗剪连接中 每个承压型连接高强度螺栓的承载能力设计值的计算方法与普通螺 栓相同 但当剪切面在螺纹处时 其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效面积进行计算 3 在杆轴方向受拉的连接中 每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法 与普通螺栓相同 4 同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型连接的高强度螺栓 应符合下列公式的要求 22 1 vt bb vt NN NN 1 2 b vc NN 式中 每个高强度螺栓所承受的剪力和拉力 v N t N 每个高强度螺栓的受剪 受拉和承压承载能力设计值 b v N b t N b c N 5 在构建的节点处或拼接接头的一端 当螺栓或铆钉沿轴向受理方向的连接长度大于 1 l 15时 应将螺栓或铆钉的承载力设计值乘以折减系数 当大于 60时 0 d 1 0 1 1 150 l d 1 l 0 d 折减系数为 0 7 为孔径 0 d 6 在下列情况的连接中 螺栓或铆钉的数目应予增加 1 一个构件借助填板或其他中间板件与另一构件连接的螺栓 摩擦型连接的高强度 螺栓除外 或铆钉数目 应按计算增加 10 2 当采用搭接或拼接板的单面连接传递轴心力 因偏心引起连接部位发生弯曲时 螺栓 摩擦型连接的高强度螺栓除外 或铆钉数目 应按计算增加 10 3 在构建的端部连接中 当利用短角钢连接型钢 角钢或槽钢 的外伸肢以缩短连 接长