3 基本规定

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。

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。

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。

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；

          γ_Gｊ——第ｊ个永久荷载分项系数，按表3.0.7-1采用；

          γ_Q1、γ_Qi——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；

          γ_Li——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；

          S_Gjk——按第j个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值；

          S_QiK——按第i个可变荷载标准值QiK计算的荷载效应值；

          ψ_Qi——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(γ_k，f_k，a_k)一一结构抗力；

          γ_R——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；

          f_k——材料性能的标准值；

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

  5  表中ψ_CW、ψ_CA、ψ_CI、ψ_CT、ψ_CL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。

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；

          γ_Eh、γ_Ev——水平、竖向地震作用分项系数，按表3.0.8的规定采用；

         γ_w——风荷载分项系数，取1.4；

         S_GE——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；

         S_Ehk——水平地震作用标准值的效应；

         S_Evk——竖向地震作用标准值的效应；

         S_wk——风荷载标准值的效应；

         ψ_wE——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；

         γ_RE——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：

S_d≤C           (3.0.9-1)

式中：S_d——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：ψ_f1——第1个可变荷载的频遇值系数，按表3.0.9取值；

          ψ_qi——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。

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。

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：A_f——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

注：△μ为水平位移，与分母代表的高度对应；△υ为由剪切变形引起的水平位移，与分母代表的高度对应；△μ＇为纤绳层间水平位移差，与分母代表的高度对应；H为总高度；h对于桅杆为纤绳之间距，对于自立式塔为层高。

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f₀，n和激振频率f_R、f_R，m应满足下列公式要求：

式中：f_R——正常运行范围内风轮的最大旋转频率；

          f_0，1——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；

          f_R，m——m个风轮叶片的通过频率；

          f_0，n——塔架在整机状态下的第n阶固有频率。

    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±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勘察。

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，Ⅰ、Ⅱ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度的钢桅杆。

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》GB 50011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。