張瑞松

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 杭州 310012

關(guān)于單跨框架的若干問(wèn)題

張瑞松*

浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 杭州 310012

從多層和高層混凝土單跨框架、多層和高層鋼結(jié)構(gòu)單跨框架、單層單跨框架三個(gè)方面探討單跨框架的判定原則和適用范圍，總結(jié)單跨框架的加強(qiáng)措施，供實(shí)際工程中參考使用。

單跨框架 單跨框架結(jié)構(gòu) 判定原則 加強(qiáng)措施

框架結(jié)構(gòu)具有建筑平面布置靈活，可以取得較大的使用空間和較好的結(jié)構(gòu)延性等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。但是單跨框架的抗側(cè)剛度小，結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)少，耗能能力弱，缺少必要的冗余度，不能形成多道抗震防線，一旦框架柱出現(xiàn)塑性鉸，出現(xiàn)連續(xù)倒塌的可能性大。歷史震害表明，單跨框架結(jié)構(gòu)特別是多層、高層的單跨框架結(jié)構(gòu)的震害尤為嚴(yán)重。本文分別從多層和高層混凝土單跨框架、多層和高層鋼結(jié)構(gòu)單跨框架、單層單跨框架三個(gè)方面探討單跨框架的判定原則，總結(jié)單跨框架的加強(qiáng)措施，供實(shí)際工程中參考使用。

1 多層和高層混凝土單跨框架

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.1.2條規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.5條規(guī)定：甲、乙類建筑以及高度大于24m的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，高度不大于24m的丙類建筑不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。

《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.11條規(guī)定：框排架結(jié)構(gòu)中的框架部分高度大于24m時(shí)，不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意區(qū)分單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)的區(qū)別，有單跨框架不一定就是單跨框架結(jié)構(gòu)?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.1.2條條文說(shuō)明明確規(guī)定單跨框架結(jié)構(gòu)是指整棟建筑全部或絕大部分采用單跨框架的結(jié)構(gòu)，不包括僅局部為單跨框架的框架結(jié)構(gòu)。該規(guī)程第8.1.3條第1、2款規(guī)定的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)可局部采用單跨框架結(jié)構(gòu)；其他情況應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析、判斷。由上可知，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于高層建筑單跨框架的應(yīng)用還是有所區(qū)別的。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》不允許采用單跨框架，更不要說(shuō)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，要求相對(duì)嚴(yán)格；《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》可以采用單跨框架，但不允許采用單跨框架結(jié)構(gòu)，要求相對(duì)寬松；《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》只是框排架結(jié)構(gòu)中的框架部分不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)，要求最為寬松。

關(guān)于多層建筑單跨框架，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定丙類建筑不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)，甲、乙類建筑不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)；《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于多層框排架結(jié)構(gòu)中框架結(jié)構(gòu)部分的單跨框架沒(méi)有具體的要求。

那么到底什么樣的框架結(jié)構(gòu)算是單跨框架結(jié)構(gòu)？框架結(jié)構(gòu)只有在某個(gè)主軸方向均為單跨框架，或單跨與多跨框架之間的比例超過(guò)一定范圍時(shí)才能算單跨框架結(jié)構(gòu)。關(guān)于單跨框架結(jié)構(gòu)的認(rèn)定，廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》DBJ 15-92-2013規(guī)范第6.1.2條條文說(shuō)明“單跨框架結(jié)構(gòu)是指整棟建筑全部或絕大部分采用單跨框架的結(jié)構(gòu)，不包括僅局部為單跨框架的框架結(jié)構(gòu)。一般情況下，某個(gè)主軸方向均為單跨框架時(shí)定義為單跨框架結(jié)構(gòu)；當(dāng)框架多跨部分的側(cè)向剛度不小于結(jié)構(gòu)總側(cè)向剛度的50%時(shí)，不屬單跨框架結(jié)構(gòu)”，但該條文對(duì)單跨框架結(jié)構(gòu)的判斷標(biāo)準(zhǔn)不夠直觀。因此對(duì)于單跨框架結(jié)構(gòu)的認(rèn)定，建議按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析GB 50011-2010》中的數(shù)據(jù)采用，具體見(jiàn)表1。

對(duì)單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)特別注意采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算模型進(jìn)行補(bǔ)充。

表1 多跨框架之間的最大間距(m)

注：B為多跨框架之間無(wú)大洞的樓、屋蓋的最小寬度。

2 多層和高層鋼結(jié)構(gòu)單跨框架

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.1.5條規(guī)定：采用框架結(jié)構(gòu)時(shí)，甲、乙類建筑和高層的丙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架，多層的丙類建筑不宜采用單跨框架。

《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.2.4條規(guī)定：高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)。

《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》沒(méi)有就鋼框排架結(jié)構(gòu)的多層鋼框架中的單跨框架結(jié)構(gòu)提出具體的限制條件。

關(guān)于高層鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求不應(yīng)采用單跨框架，更不要說(shuō)采用單跨框架結(jié)構(gòu)，要求相對(duì)嚴(yán)格；《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》可以采用單跨框架，但不允許采用單跨框架結(jié)構(gòu)，要求相對(duì)寬松。關(guān)于多層鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》甲、乙類建筑，不應(yīng)采用單跨框架，多層的丙類建筑不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)；《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》沒(méi)有就鋼框排架結(jié)構(gòu)的多層鋼框架中的單跨框架結(jié)構(gòu)提出具體的限制條件，可以采用單跨框架，但規(guī)范要求框排架結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置完整的屋蓋支撐系統(tǒng)和柱間支撐。因此對(duì)于工業(yè)建筑中多層純框架結(jié)構(gòu)中的單跨框架建議按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定執(zhí)行。

鋼結(jié)構(gòu)單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)的概念差異可以按照混凝土結(jié)構(gòu)單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)的概念差異執(zhí)行。鋼結(jié)構(gòu)單跨框架結(jié)構(gòu)的認(rèn)定可以遵照表一中的判斷標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如果鋼結(jié)構(gòu)框架的樓板剛度較差，建議執(zhí)行比表一中的更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

3 單層單跨框架

民用建筑等級(jí)劃分因行業(yè)不同而有所不同，在專用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中都結(jié)合行業(yè)主管部門要求來(lái)劃分。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3.2.4條規(guī)定民用建筑根據(jù)其建筑高度和層數(shù)可分為單、多層民用建筑和高層民用建筑。對(duì)于單層單跨框架適用范圍的理解應(yīng)首先把握規(guī)范條文所屬章節(jié)的范圍限制，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于混凝土單跨框架的規(guī)定來(lái)源于第6章多層和高層鋼筋混凝土房屋中的第6.1.5條，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)單跨框架的規(guī)定來(lái)源于第8章多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋中的第8.1.5條。兩條關(guān)于單跨框架的規(guī)范條文都是針對(duì)多層和高層建筑。而《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第9章單層工業(yè)廠房和第10章10.1節(jié)單層空曠房屋中均沒(méi)有關(guān)于單跨框架的具體限制性條文。因此，可以認(rèn)為單層單跨框架的使用沒(méi)有限制條件。

另外針對(duì)頂層抽柱形成頂層單跨框架結(jié)構(gòu)的建筑，可以采取在大房間四周增設(shè)框架柱的方式，避免形成單跨框架結(jié)構(gòu)。

4 單跨框架的加強(qiáng)措施

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》僅針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)一、二層的連廊采用單跨框架時(shí)，指明需要注意加強(qiáng)。但是具體怎么加強(qiáng)沒(méi)有具體規(guī)定，筆者認(rèn)為對(duì)于規(guī)范規(guī)定不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)容可以通過(guò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體可分為改變結(jié)構(gòu)形式加強(qiáng)的措施和不改變結(jié)構(gòu)形式加強(qiáng)的措施。

(1)改變結(jié)構(gòu)形式加強(qiáng)的措施：增設(shè)框架柱、框架柱設(shè)置翼墻、增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻、設(shè)置支撐等。即改變單跨框架結(jié)構(gòu)的形式，使結(jié)構(gòu)具備多道抗震防線。

(2)不改變結(jié)構(gòu)形式加強(qiáng)的措施：性能化設(shè)計(jì)、中震彈性設(shè)計(jì)、中震不屈服設(shè)計(jì)。即通過(guò)合理提高地震作用或抗震措施，改善結(jié)構(gòu)的延性。

設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)規(guī)范、業(yè)主要求以及項(xiàng)目單體的重要性，靈活運(yùn)用單跨框架的加強(qiáng)措施。

5 結(jié) 語(yǔ)

單跨框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度小，結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)少，耗能能力弱，缺少必要的冗余度，不符合結(jié)構(gòu)抗震體系宜有多道抗震防線的要求，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免采用。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意區(qū)分單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)的不同，當(dāng)必須采用單跨框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)首先采取結(jié)構(gòu)形式變通的方式使結(jié)構(gòu)具有多道抗震防線；其次提高結(jié)構(gòu)的地震作用或抗震措施改善結(jié)構(gòu)本身的延性，使結(jié)構(gòu)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。

1 JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

2 GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

3 GB 50191-2012，構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

4 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析GB 50011-2010[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

5 JGJ 99-2015，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

6 GB 50016-2014，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

2016-07-26)

*張瑞松：教授級(jí)高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，注冊(cè)咨詢工程師。1994年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)工業(yè)與民用建筑專業(yè)。從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)審核工作。聯(lián)系電話：(0571)88362936，E-mail:zhang-rs@zpcdi.com。