YD∕T5131-2019移动通信工程钢塔桅结构设计规范.pdf

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  • 1.0.1 为在移动通信工程钢塔梳结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量,特制定本规范。
    1.0.2 本规范适用于移动通信工程的钢塔榄结构,包括自立式钢塔架、单管塔、拉线塔等的设计,其他通信钢塔榄结构设计可参照使用。
    1.0.3 本规范是按GB 50153(( 工程结构可靠性设计统一标准》以及GB 50068(( 建筑结构可靠度设计统一标准》规定的原则制定的。
    1.0.4 在移动通信工程钢塔榄结构设计文件中,应注明结构的设计使用年限、使用条件、钢材牌号、连接材料的型号〈或钢号〉和对钢材所要求的力学性能、化学成分以及其他的附加保证项目。此外,还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端部刨平顶紧部位及对施工的要求。
    1.0.5 在既有建筑物上加建移动通信工程钢塔梳结构时,应经技术鉴定或设计许可,确保建筑物的安全。

    f, 钢材的抗剪强度设计值; 修正后的地基承载力特征值; 调整后的地基抗震承载力; fg 钢绞线强度设计值; Nb 一每个螺栓的受拉承载力设计值 地基变形的规定限值; 结构或构件的变形限值

    2.2.4计算系数及其他

    3.1.1移动通信工程钢塔榄结构设计,采用以概率论为基础的极 限状态设计方法,以可靠指标度量结构构件的可靠度,以分项系数 设计表达式进行计算。

    辅助软件3.1.2移动通信工程钢塔榄结构的设计基准期为50年

    .1. 建于既有建筑物或构筑物上的钢塔榄结构,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,且不低于25年。有特殊使 用要求的钢塔榄结构,其设计使用年限可根据使用要求及现行相 关国家标准另行确定,

    使用要求的钢塔结构,其安全等级可按实际情况确定。

    1.承载能力极限状态:这种极限状态对应于结构或结构构件 达到最大承载能力,或达到不适于继续承载的变形。 2.正常使用极限状态:这种极限状态对应于结构或结构构件 达到变形或耐久性能的有关规定限值

    3.1.6移动通信工程钢塔榄结构构件承载能力极限状态设计应

    (GSG +YQ, YL, SQk + ZYQ,YL,c,SQ,k)≤R

    2.由永久荷载效应控制的组合:

    式中:%—— 结构重要性系数;

    (Sck +e, L,c,SQ,k)

    YQ:一第i个可变荷载的分项系数,其中Q为可变荷载Qi 的分项系数,一般情况下应取1.4,可变荷载效应对结构有利时 取0; YL.一一第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数,其中 YL为主导可变荷载Q1考虑设计使用年限的调整系数,对于雪荷载 和风荷载,不考虑此调整系数,应取重现期为设计使用年限选取相 应的荷载值,对于其他可变荷载,取值按GB50009《建筑结构荷载 规范》的规定采用; SGk一一永久荷载标准值的效应; SQk一第i项可变荷载标准值的效应,其中SQk为第一个可 变荷载标准值的效应,其荷载效应在各可变荷载效应中起控制 作用; dc.一一可变荷载Q:的组合值系数,应根据不同的荷载组合按 第3.1.7条的规定采用;

    R一一结构或构件抗力的设计值。 1.7移动通信工程钢塔榄结构构件承载能力极限状态设计应 虑如下两种不同荷载基本组合,其可变荷载组合值系数应分别 表 3. 1. 7 采用。

    3.1.7荷载基本组合及可变荷载组合值

    注:①表中G代表永久荷载,W代表风荷载,L代表平台活荷载,I代表覆冰荷载 ②组合Ⅱ中一般取0.25,但0.25o不小于0.15kN/m;对于覆冰后冬季风很大 的区域,应根据实地情况调查选用相应的值。 ③需要考虑雪荷载时,雪荷载的组合系数均取0.7

    3.1.8结构或构件承载力的抗震验算,应按式(3.1.8)进行

    EhSEhk+ESEvk+wwSwk

    式中:Yc一重力荷载分项系数,按表3.1.6采用; SGE一重力荷载代表值效应,重力荷载代表值应取结构自 重和各竖向可变荷载的组合值之和,规定如下:对结构自重(结构 构配件自重、固定设备重等)取1.0,对平台的等效均布荷载取0.5 按实际情况时取1.0,对平台的雪荷载取0.5; YEh、YEv——分别为水平、竖向地震作用分项系数,按表3.1.8 采用:

    表3.1.8地震作用分项系数

    SEhk 水平地震作用标准值效应; SEvk 竖向地震作用标准值效应; YW一 风荷载分项系数,应采用1.4; Swk 风荷载标准值效应; 4w 抗震基本组合中的风荷载组合值系数,可采用0.2; .75,稳定计算取 0.80)。

    Sck + SQ,k +

    Sck + Za,SQ,k≤ S

    式中:—结构或构件的变形限值; S—地基变形或基础裂缝的规定限值; 系数,按表 3. 1. 9 取用

    表3.1.9可变荷载准永久值系数

    ①在风攻瑰图呈严重偏心的地区,风荷载的准永久值系数采用0.4(频遇值)。 ②雪荷载的分区按GB50009《建筑结构荷载规范》执行,

    3.1.10移动通信工程钢塔榄结构正常使用极限状态的控制条件 应符合下列规定:

    1.在以风荷载为主的荷载标准组合作用下,塔榄结构任意点 的水平位移不得大于表3.1.10的规定

    主:①u一一任意点水平位移(与H:高度对应);△u H一任意点高度;h一一层间间距。 ②单管塔任意点水平位移u应为非线性分析结果,同时应考虑基础变形

    2.在以风荷载为主的荷载标准组合作用下,当塔榄结构上挂 有微波天线时,微波天线所在位置的塔(杆)身挠度角和扭转角,应 满足工艺设计要求且不大于1/2微波天线的半功率角。 3.按10m高处10min平均风速10m/s计,单管塔最上层平 台处的水平加速度幅值不应大于300mm/s。 4.钢塔结构的地基变形应符合本规范第7.2.6条的规定

    3.2.1移动通信工程钢塔结构上的荷载与作用一般可分为以 下两类: 1.永久荷载与作用:结构自重、固定设备自重、拉线的初应力 土重、土压力、地基变形作用等。 2.可变荷载与作用:风荷载、覆冰荷载、地震作用、雪荷载、活 荷裁(包插平台安装检修益裁)温度作用等

    1.钢塔榄结构所承受的风荷载计算应按GB50009《建筑结构 荷载规范》的规定执行;当重现期为50年时,基本风压取值不得小 于0.35kN/m。

    号中的数值用于圆形结构的表面粗糙,有凸出

    注:①高宽比为垂直风方向的天线高度和直径的比值、 ②中间取值可以采用插值法

    图3.2.2单管塔塔身及天线示意图

    3)对于通信天线数量少于3副、方位不明确、朝向不确定等特 场景,应按实际情况确定挡风面积。 3.2.3雪荷载的计算应按GB50009《建筑结构荷载规范》的规定 执行,基本雪压按50年一遇采用。 3.2.4覆冰荷载的计算应遵循如下原则: 1.设计移动通信工程钢塔榄结构时,应考虑结构构件、拉索和 天线等表面覆冰后所引起的重力荷载及挡风面积增大的影响。 m意重现期为50年的

    1.设计移动通信工程钢塔榄结构时,应考虑结构构件、拉索和 天线等表面覆冰后所引起的重力荷载及挡风面积增大的影响。 2.基本覆冰厚度应根据当地离地10m高、重现期为50年的

    q=bα(d+bα.10

    式中:qI 单位长度上的覆冰荷载(kN/m); b一基本覆冰厚度(mm),按本条款的规定采用; d一一圆截面构件、拉索的直径(mm);; 采用;

    式中:9。 单位面积上的覆冰荷载(kN/m)。

    1.钢塔榄结构的抗震设防类别一般为标准设防类(丙类),有 特殊使用要求的钢塔结构按现行相关国家标准另行确定。抗震 设防烈度应按其所在地的抗震设防基本烈度采用,但建于建筑物 上的钢塔榄结构的抗震设防烈度可按建筑物的抗震设防烈度采 用,且抗震验算时应考虑建筑物的影响。 2.钢塔榄结构地震作用计算宜采用振型分解反应谱法,计算 方法按GB50011《建筑抗震设计规范》的规定执行。 3.抗震设防烈度为8度(0.2g)及以下时,钢塔榄结构及地基 基础可以不进行抗震验算,仅需满足抗震构造要求。 4.抗震设防烈度为9度时钢塔榄结构应同时考虑竖向地震与 水平地震作用的不利组合

    载可按2.0kN/m考虑,平台及栏杆还应考虑天线及支架的水平荷 载的作用,栏杆顶部水平荷载应按实际计算且不小于1.0kN/m

    3.3.1移动通信工程钢塔榄结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸 长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳 含量的合格保证。焊接结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢 材还应具有冷弯试验的合格保证

    3.3.2移动通信工程钢塔榄结构的钢材,宜采用Q235普通碳素

    结构钢、Q345低合金结构钢、20号优质碳素结构钢,有条件时也可 采用Q390、Q420、Q460等钢材强度等级更高的结构钢,其质量标 准应分别符合GB/T700《碳素结构钢》、GB/T1591《低合金高强度 结构钢》和GB/T699《优质碳素结构钢技术条件》的规定。需要焊 接的构件不得采用Q235普通碳素结构钢A级;主要受力构件在 冬季工作温度等于或低于一20℃时,不宜采用Q235沸腾钢

    3.3.3拉线塔的拉索宜采用镀锌钢丝绳和钢绞线,其质量标准应 分别符合GB/T20118《一般用途钢丝绳》、GB8918《重要用途钢丝 绳》和YB/T5004《镀锌钢绞线》的规定

    3.3.4连接材料应符合下列要求:

    3.3.4连接材料应符合下列要求

    1.钢塔榄结构的焊接宜采用手工电弧焊,选用的焊条应符合现 行国家标准GB/T5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》或GB/T5118 热强钢焊条》的规定,焊条型号应与构件钢材的强度相适应,可按 下列原则选用: 1)对于Q235钢,宜选用E43××型焊条; 2)对于Q345钢,宜选用E50××型焊条; 3)对于Q390钢、Q420钢、Q460钢,宜选用E55××型或 E60××型焊条; 4)对于不同强度钢材的连接焊缝,可采用与低强度钢材相适 应的焊条。 2.采用自动焊接或平自动焊接时,焊丝和相应的焊剂应与主 体金属强度相适应,不同强度的钢材相焊接时,可按强度较低的钢 材选用焊接材料。焊丝和焊剂应符合GB/T14957《熔化焊用钢 丝》的规定。 3.角钢塔采用螺栓连接时可选用普通螺栓,并应分别符合 GB/T5782《六角头螺栓》、GB/T5780《六角头螺栓C级》的规定。 4.钢管采用法兰连接时宜选用高强度材料的普通螺栓,高强 度螺栓可采用45号钢、40Cr、40B或20MnTiB钢制作并应符合 GB/T1231《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术 条件》的规定。 5.地脚锚栓宜采用Q235钢、Q345钢或Q390钢制作,也可采 用35号、45号优质碳素钢或40Cr合金结构钢制作,但不得焊接

    主:①表中直径指实芯棒材直径,厚度系 和轴心受压构件系指截面中较厚板件的厚度, ②20号优质碳素钢(无缝钢管)的强度设计值同Q235钢

    续表普通螺栓承压型连接锚栓螺栓的性能等级、锚栓C级螺栓A级、B级螺栓高强度螺栓和构件钢材的牌号抗拉抗剪承压抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压ffQ235305405470Q345385510590构件钢材Q390400530牌号615Q420425560655Q460450595695注:①A级螺栓用于d<24mm和L<10d或L<150mm(按较小值)的螺栓;B级螺栓用于d>24mm和L>10d或L>150mm按较小值)的螺栓。其中,d为公称直径,L为螺栓公称长度。②A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度,C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度,均应符合YD/T5132《移动通信工程钢塔稳结构验收规范》的要求。③若有实验依据,螺栓强度设计值可适当提高,但领按行业规程统一实行。④35号钢、45号钢错栓材质应符合GB/T699《优质碳素结构钢技术条件》的标准,35号钢一般不宜焊接,45号钢一般不应焊接。40Cr合金结构钢抗拉强度为热处理后的强度,热处理后的材料机械性能应满足GB/T3077《合金结构钢》的要求。③摩擦型高强螺栓连接的强度设计值参照GB50017《钢结构设计标准》。

    注:①自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂,应保证其熔敷金属的力学性能不低于 GB/T5293《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》和GB/T12470《埋弧焊用低合金钢焊丝和 焊剂》中相关的规定。 ②焊缝质量等级应符合GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》的规定。其中 厚度小于8mm的钢材的对接焊缝,不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。 ③对接焊缝在受压区的抗弯强度设计值取f,在受拉区的抗弯强度设计值取fV。 ④表中厚度系指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚 板件的厚度。 ③构件为20号优质碳素钢的焊缝强度设计值同Q235钢

    注:①自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂,应保证其熔敷金属的力学性能不低于 GB/T5293《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》和GB/T12470《埋弧焊用低合金钢焊丝和 焊剂》中相关的规定。 ②焊缝质量等级应符合GB50205《钢结构工程施工质量验收规范》的规定。其中 厚度小于8mm的钢材的对接焊缝,不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级。 ③对接焊缝在受压区的抗弯强度设计值取f,在受拉区的抗弯强度设计值取fV。 ④表中厚度系指计算点的钢材厚度,对轴心受拉和轴心受压构件系指截面中较厚 板件的厚度。 ③构件为20号优质碳素钢的焊缝强度设计值同Q235钢。

    3.3.6计算下列情况的结构构件或连接时,第3.3.5条规定的强 度设计值应乘以表3.3.6中相应的折减系数

    表3.3.6强度设计值折减系数

    注:①入为长细比,对中间无联系的单角钢压杆,应按最小回转半径计算,但当入<20 时,取入=20。 ②当两种情况同时存在时,其折减系数应连乘

    4.1.1移动通信 线塔等型式。 4.1.2移动通信工程钢塔榄结构的选型应综合考虑使用要求、周 围环境与景观、建筑物的承受能力以及工程造价等因素。 4.1.3移动通信工程钢塔榄结构应按本规范3.1节的规定进行 承载能力极限状态计算,并依次以风荷载及覆冰荷载作为第一个 可变荷载进行组合计算,必要时还应进行抗震验算。 4.1.4移动通信工程钢塔榄结构应按本规范3.1节的规定进行 正常使用极限状态验算,并应满足相应的变形规定。 4.1.5移动通信工程钢塔榄结构平台内力和位移的计算,应根据 平台结构类型选用相应的计算简图,塔体可视为平台结构的支座,

    4.2.1自立式钢塔架的横截面通常为三角形、正方形等,一般情 况下宜采用正方形的钢塔架,为配合场地条件或装饰效果,也可采 用矩形的钢塔架或小根开的三角形钢管塔等。 4.2.2计算自立式钢塔架结构时,宜将结构作为整体,按整体空 间刚架法或整体空间桁架法,采用三维空间程序进行受力分析,主 材与腹杆之间、腹杆与腹杆之间的连接,可按实际情况,视为刚接 或铰接。

    4.2.3当自立式钢塔架截面为四边形时,在风荷载或地

    下,应考虑如下两种作用方向,如图4.2.3所示。

    图4.2.3塔架水平力作用方向

    4.2.4当自立式钢塔架截面为三角形时,在风荷载或地震作用 下,应考虑如下三种作用方向,如图4.2.4所示

    下,应考虑如下三种作用方向,如图4.2.4所示

    图4.2.4塔架水平力作用方向

    4.2.5四边形钢塔架斜杆承担的剪力与同层塔柱承担的剪

    Vb J2Mtg? α=μ(0.228+0.649)·号

    式中:u 当为刚性斜杆时=1,当为柔性斜杆时μ=2; h一 计算截面以上塔体高度(mm);

    4.2.6塔架辅助杆件的承载能力应不低于所支撑主材内力的 2%、斜杆内力的5%;塔架横隔杆的承载能力应不低于所支撑横杆 内力的2%。

    4.3.1单管塔可按悬臂压弯杆件计算,并应考虑竖向荷载因杆身 变形产生的二次效应影响。 4.3.2锥形单管塔的水平风荷载可分段计算,以分段中央高度的 风荷载作为该段的平均风荷载,整塔的分段数不宜少于5,且每段 长度不大于5m。 4.3.3锥形单管塔的外壁坡度不大于2%时,应根据雷诺数Re按 GB50135《高耸结构设计规范》进行横风向风振的验算。 4.3.4单管塔高度不宜超过50m,超过50m时宜采用适当的振 动控制技术以减小结构变形

    4.4.1拉线塔塔身的内力分析可按拉线节点处为弹性支承的连 续压弯杆件计算,并考虑拉线节点处的偏心弯矩;也可用梁索单元 或杆索单元有限元法计算。当塔身为格构式时,其刚度应考虑杆 身剪切变形后的抗弯刚度变化,其刚度应乘以折减系数5,折减系 数可按式(4.4.1)确定:

    式中:lo一弹性支承点之间杆身计算长度(m); i一一杆身截面回转半径(m); 入。一一弹性支承点之间杆身换算长细比,按本规范第5.2. 冬计算

    4.4.2拉线塔的拉线可按一端连接于塔身的抛物线计算,

    有集中荷载时,可将集中荷载换算成均布荷载。 拉线的截面强度应按式(4.4.2)验算:

    式中:N一拉线拉力设计值(N); A一一拉线的截面面积(mm?); f一一拉线的抗拉强度设计值(N/mm)。 4.4.3拉线的初始应力应综合考虑杆体变形、内力和稳定以及拉 线承载力等因素确定,宜在100~200N/mm范围内选用。 4.4.4拉线塔应进行整体稳定验算建筑节能,按杆身屈曲临界压力计算的 整体稳定安全系数不应低于2.0。 4.4.5·拉线塔的拉线布置:平面上宜为互交120°的三个对称方 向,或互交90°的四个对称方向,拉线与水平面夹角宜为40°~60°。 4.4.6拉线塔高度不宜超过40m。

    5.1.1移动通信工程钢塔榄结构的构件和节点连接设计除了应 满足使用阶段的受力要求外,尚应考虑施工阶段的受力要求。 5.1.2结构构件和节点连接设计,应按承载能力极限状态的要 求,采用荷载基本组合和强度的设计值进行计算。 5.1.3攀登设施(如爬梯、爬钉等)应能承受至少1.0kN的施工 或检修集中活荷载;所有与水平面夹角不大于30°的构件,也应能 承受跨中1.0kN的检修荷载;此荷载不与其他荷载组合。

    5.2.1结构构件的设计,应根据受力状态分别进行受弯、轴向拉 压等的强度计算以及整体稳定和局部稳定验算,具体计算应按 GB50017《钢结构设计标准》的有关规定进行,但塑性发展系数、 .应取为1.0

    2构件的长细比入不应超过下

    主材:入≤150; 横杆、斜杆:入<180北京标准规范范本,当内力小于杆件承载力的50%时 入≤200; 辅助杆、横隔杆:入≤200; 受拉杆:入≤350。 施加预应力的拉杆,长细比不受限制。 榄杆两相邻拉线节点间杆身长细比宜符合下列规定: 格构式榄杆(换算长细比):入。≤100:

    实腹式榄杆:入<150。

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