5.9.1  高耸钢管结构中的主要连接方式之一是法兰连接，法兰连接的位置、形式与结构整体计算模式相关，与施工和维护条件相关，也与具体结构的受力特点有关。本条对法兰的选用作出原则规定：

    1  钢管塔一般采用空间桁架的计算模式，这是因为构件长细比较大(大于30以上即可)，杆件抗弯影响较小，用空间桁架计算既简单又准确。既然是空间桁架，在节点附近出现铰或半铰就符合整体计算模式。用普通螺栓连接的法兰尽管可以做到传递拉力、压力，甚至也可以抗弯，但在受弯时法兰板部分脱离接触，只能做半刚接。

    2  按空间刚架计算的高耸结构，其构件的连接要求刚接，刚接的必要条件是有足够的抗弯强度和连续抗弯刚度。所以要用高强螺栓连接，对法兰施加预压力，使法兰板在受力过程中不开缝，抗弯刚度就连续了。空间桁架的杆件若很长，中间要加法兰连接，原则上也要刚接，否则相当于在一根压杆中间加一个半铰，其整体稳定承载力就会降低；钢管结构杆件中段一般为离节点3倍直径以上。

    3  有加劲法兰受力合理，用钢较省，设计也相对灵活，所以用于非标准管结构连接成大型、重复性低的管结构连接较好，但其焊缝多是缺点，耗用劳动力也多。

    4  无加劲法兰焊缝少，耗用劳动力少，用于标准化钢结构或重复率高的钢结构连接，模具成本降低，有一定成本优势，但其耗钢量大，造价一般较高。

    5  小直径管结构内部不能进人操作，所以只能用外法兰，大直径管结构(如风塔)内部可进人，用内法兰可节省施工辅助设施，内法兰抗弯刚度小，但对大直径钢管，影响就会小一些，基础与大型单管塔连接法兰的螺栓布置要考虑螺栓埋在基础混凝土中的构造要求，中距应加倍，所以单面法兰强度不足，改为双面法兰既便于施工，设计强度又容易保证。

    6  一般高耸结构的法兰所受拉力、压力相差不大，压力略大于拉力，此时钢管到法兰板之间力的传递要靠焊缝，对于一些特殊的主要受压力的高耸结构提升支架，用钢管端磨平顶紧传递压力，结构效率很高。

    7  双层法兰螺栓有较大的自由长度，施加预应力准确，预应力损失小；双层法兰上表面螺栓操作不受加劲板影响，两层法兰板之间的加劲板又可以有足够的长度布置焊缝，所以很适合于刚接柱脚。

5.9.2  本条规定了刚性法兰的计算要求。

    1  刚接法兰在弯矩作用的同时可有拉力或压力作用。对螺栓及法兰板的不利作用是弯和拉共同作用。在本标准公式(5.9.2-1)中，不考虑受压。刚接法兰要求法兰板永远处于受压状态，法兰连接的刚度能保持连续。在这一前提下，变形处于弹性状态，且转动中心轴为通过法兰形心的中性轴。

    2  公式(5.9.2-2)为允许法兰板部分进入塑性条件下的验算公式。法兰实际为厚板。螺母与法兰板上压力分布属局部环状分布。但这两种状态的精确计算只能根据有限元法，不利于工程设计。所以一般仍采用弹性薄板理论按荷载均布计算法兰板抗弯，最后允许局部进入塑性。其结果与按有限元法计算总体接近，在工程上也经长期实践检验。所以采用此法。

    钢管构件所受压力一般大于拉力(因重力作用)。而压力分布一般都直接由筒壁通过筒壁与法兰板的内外环焊缝直接传给法兰板，然后在法兰板靠筒壁根部区域通过接触传递。因法兰板较厚，经扩散的局部承压足够且受压区常靠近支座，所以压力虽大但法兰板弯矩不大。一般要求法兰板与筒壁的焊缝承载力不小于钢管抗压承载力。法兰板受弯则由螺栓最大拉力控制。这种设计方法比压力控制板厚更为经济。这已为有限元分析及工程实践所证明。

    3  刚接法兰抗弯按最大螺栓所在板块计算，其加劲板与法兰板连接焊缝受力比法兰板与筒壁连接焊缝受力大。根据表5.9.2中分配系数α，可得到加劲板及其焊缝受力。

    4  刚接法兰抗剪按高强螺栓抗剪验算。一般不起控制作用，也无需对法兰顶紧面做表面处理，也不要测定摩擦系数。

5.9.3  本条规定了半刚接法兰的计算。

    1  半刚接法兰用高强度普通螺栓连接，通常要加与同样高强度螺栓1/3设计预拉力相对应的扭矩，以基本达到法兰在荷载频遇值作用下不开缝的要求。当荷载继续增大时，法兰会开缝。法兰绕某一转动中心轴转动，这对于内法兰和外法兰是不同的。按有限元分析可得到两个转动中心轴位置及相应的算式。

    2  半刚接法兰受拉、受压在空间桁架杆件连接中最常见。一般压力大于拉力。所以以往按压力对法兰板做验算。但有限元计算表明，压力的传递直接通过法兰板与管壁焊缝及法兰板之间的接触，分布范围小且接近支座，对法兰计算不起控制作用。因此现按抗拉计算法兰板，已经几年工程实践验证，安全且节约材料。

    3  主要受弯曲作用指类似单管塔、悬臂杆之类压应力与弯曲应力相比小一个数量级的杆件。

    根据标准编制人员对多种典型法兰计算比较，外法兰将受压区转动中心轴放在离圆心处3R/4更为合理。但考虑到原标准将受压区形心轴定在钢管外壁也未发生事故，故折中取钢管内壁切线为受压区转动中心轴。内法兰将转动中心轴放在离圆心2R/3处更为合理。

    对于空间桁架杆件，理论上仅受拉力、压力，无剪力亦无抗剪问题。若要考虑Af/85构造剪力，则有剪力必有弯矩，有弯矩则法兰上有压力区，此压力必产生摩擦力抗剪。对于单管塔之类主要受弯连接，弯矩产生的局部区域压力产生的摩擦力足以抗剪。

5.9.4  承压型法兰用于压力产生的应力大大超过其他内力产生的应力情况，所以用管端局部承压传递压力。法兰、加劲板、焊缝与传递压力无关，仅用于传递其他内力。这样设计结构效率很高，已有成功的工程实例。一般这类法兰的连接用摩擦型高强度螺栓，这并不是为了利用其摩擦力，而是为了结构免除杆端的接缝变形且当巨大作用时产生振动效应。所以其抗弯计算也同刚性法兰。

5.9.5  双层法兰一般用于刚接柱脚。柱脚刚接要达到两个标准：①抗弯强度不小于柱截面；②抗弯刚度保持连续，没有突变。为达到后者要求，柱脚法兰就不能在弯矩作用下开缝。因此，柱脚要达到刚接，锚栓要加预拉力。锚栓加预拉力之后，柱脚在使用中永久处于受压状态，底板不脱离基础顶面。锚栓加预拉力，则要设锚固板、锚栓套管。若不设套管，则预应力损失较大。对锚栓施加预拉力应采用直接张拉法。若用扭矩法，锚栓处于复杂应力状态，折断的可能性加大，而锚栓万一折断则很难修复。直接张拉法施工锚栓处于简单受力状态，质量稳定且安全。