9 杆塔设计
9.0.1 杆塔结构构件及连接的承载力、强度、稳定计算和基础强度计算,应采用荷载设计值;变形、抗裂、裂缝、地基和基础稳定计算,均应采用荷载标准值。
9.0.2 杆塔结构构件的承载力设计,应采用下列极限状态设计表达式:
9.0.3 杆塔结构构件的变形、裂缝和抗裂计算,应采用下列正常使用极限状态表达式:
9.0.4 杆塔结构正常使用极限状态的控制应符合下列规定:
1 在长期荷载作用下,杆塔的计算挠度应符合下列规定:
1)无拉线直线单杆杆顶的挠度:水泥杆不应大于杆全高的5‰,钢管杆不应大于杆全高的8‰,钢管混凝土杆不应大于杆全高的7‰;
2)无拉线直线铁塔塔顶的挠度不应大于塔全高的3‰;
3)拉线杆塔顶点的挠度不应大于杆塔全高的4‰;
4)拉线杆塔拉线点以下杆塔身的挠度不应大于拉线点高的2‰;
5)耐张型塔塔顶的挠度不应大于塔全高的7‰;
6)单柱耐张型杆杆顶的挠度不应大于杆全高的15‰。
2 在运行工况的荷载作用下,钢筋混凝土构件的计算裂缝宽度不应大于0.2mm,部分预应力混凝土构件的计算裂缝宽度不应大于0.1mm;预应力钢筋混凝土构件的混凝土拉应力限制系数不应大于1.0。
9.0.1~9.0.3 这三条是杆塔结构可靠度设计的基本安全要求,其中9.0.1为强制性条文,必须严格执行。
杆塔结构设计按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001的规定采用概率极限状态设计法。概率极限状态设计法,是以结构失效概率P定义结构的可靠度,并以与其相对应的可靠指标B来度量结构的可靠度。这种方法能够较好地反映结构可靠度的实质,使概念更为科学和明确。采用概率极限状态设计法,必须采用统一的荷载计算参数、材料计算指标以及构件抗力计算方法。例如,采用极限状态设计法中的材料指标而不采用其分项系数,或者随意采用其他规范中的荷载计算方法,都是绝对不允许的。本规范目前尚无法单独进行可靠度分析,只能在有关结构规范按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001校准的基础上,结合有关规范的标准进行转化换算。本规范杆塔结构的安全等级为二级,属于“一般工业建筑物”,其结构重要性系数γ0=1.0,所以在表达式中省略。
《建筑地基基础设计规范》GBJ 7-89中地基的承载力虽然也改为“标准值”和“设计值”,实质上仍然是容许承载力。该规范第5.1.3条规定当“设计值”f<1.1fK(标准值)时,可取f=1.1fK。电力线路杆塔的地基荷载,采用上述新旧设计法的差值为1.37倍左右,即使《建筑地基基础设计规范》GBJ 7-89的1.1改为1.2也无法直接套用。因此,对于杆塔基础的地基和上拔及倾覆稳定计算采用荷载标准值,即不乘任何分项系数的荷载,可以保证与原设计标准相同。《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002使用了地基承载力特征值的概念,为了保持设计方法的连续性本次修订继续使用原方法。
杆塔结构构件的承载力极限状态设计表达式,即计算荷载效应小于或等于结构计算抗力与单一安全系数不同,极限状态设计法采用分项系数。实质上可以形象地认为是把容许应力设计法中的安全系数,按影响结构安全度的因素,用各分项安全系数来考虑到。采用分项安全系数有下列优点:
1 与容许应力设计方法在型式上可以衔接,结构的具体设计计算方法仍与传统方法相似;
2 不同荷载组合以及不同材料组合将获得更加一致的安全度;
3 对新的结构和试验工作,均可较合理地确定安全度。
9.0.4 变形和裂缝均属于结构正常使用极限状态的控制,所以列入本章。单柱耐张型杆挠度的限值,是根据近些年来单柱钢管杆的设计实践确定的。有些国家对单柱钢管杆的挠度没有定量限制,只提出不以影响美观为度。按我国的习惯和经验,定出限值为好。辽宁省的设计实践证明,15‰的限值是适宜的。杆塔的设计挠度不包括基础和拉线点的位移。
根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002,钢筋混凝土构件的计算裂缝宽度不应大于0.2mm是适宜的。调查结果表明,处于露天环境的钢筋混凝土构件,裂缝宽度小于或等于0.2mm时,裂缝处钢筋上只有轻微的表皮锈蚀。对预应力混凝土构件用抗裂安全系数控制裂缝。由于不同形式的构件,混凝工边缘有效预应力和混凝土抗裂强度的比例不同,同一抗裂安全系数的两种构件,其实际抗裂保证率并不相同,因此,用抗裂安全系数来控制构件的抗裂不够合理。预应力混凝土构件的混凝土拉应力限制系数不应大于1.0与抗裂安全系数不应小于1.0相当。
输电杆塔建造场地按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011分为有利、不利和危险地段。当线路位于基本地震烈度较高的地区,对于杆塔高度较高的杆塔宜进行抗震验算,具体方法可参照现行国家标准《电力设施抗震设计规范》GB 50260和国家其他有关的规程规范。