孫戰(zhàn)闖

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到單跨框架結(jié)構(gòu)體系，比如學(xué)校或醫(yī)院一些單層或兩層的連廊等。針對單跨框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)時(shí)單跨框架結(jié)構(gòu)冗余度較低，震害調(diào)查表明，震害比較嚴(yán)重。本文主要總結(jié)了單跨框架結(jié)構(gòu)各種相關(guān)規(guī)范規(guī)定以及常用經(jīng)驗(yàn)處理方式，重點(diǎn)對不同功能單跨框架結(jié)構(gòu)建筑采取不同的加強(qiáng)處理方式，以保證單跨框架結(jié)構(gòu)建筑抗震安全性。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)可概括為剛度、強(qiáng)度、延性等幾個(gè)方面。單跨框架由于整體約束冗余度低，其延性較多跨框架差。在罕遇地震作用下，如果兩根柱中的一根柱發(fā)生破壞，可能導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。根據(jù)震害調(diào)查結(jié)果顯示，特別是層數(shù)較多的高層建筑的單跨框架結(jié)構(gòu)，在地震中受到的損害較為嚴(yán)重。

地震作用下多跨框架梁端塑性鉸一般逐步形成，結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服（首個(gè)梁端產(chǎn)生塑性鉸）后，隨著塑性鉸形成，承載能力會繼續(xù)提升，以滿足大震的承載力需求（圖1），而單跨框架結(jié)構(gòu)不具備上述條件，其結(jié)構(gòu)超強(qiáng)系數(shù)(Vu/Vd)低于多跨框架，大震作用下其承載力可能不足。因此單跨框架存在承載力、延性指標(biāo)的雙重不足，需要大幅提升承載力儲備，用“高承載力-低延性”的性能化設(shè)計(jì)思路解決其抗震問題。

針對以上單跨框架結(jié)構(gòu)存在的問題，各種相關(guān)規(guī)范及技術(shù)措施均對此進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，具體規(guī)定如下：

一、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）規(guī)定

6.1.5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)。

【條文說明】這條規(guī)定明確了對單跨框架結(jié)構(gòu)適用范圍的要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中其在同一個(gè)主軸方向上所有梁柱均為單跨的框架結(jié)構(gòu)屬于單跨框架結(jié)構(gòu)；同一個(gè)主軸方向上局部為單跨框架的框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)被視為單跨框架結(jié)構(gòu)。這樣的規(guī)定有助于更準(zhǔn)確地界定單跨框架結(jié)構(gòu)的范圍，從而使得相關(guān)設(shè)計(jì)和規(guī)范能夠更加精確地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估和要求。一、二層的連廊采用單跨框架時(shí)，需要注意加強(qiáng)?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中的框架，可以是單跨。

二、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010規(guī)定

6.1.2抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用單跨框架。

【條文說明】本次修訂將02規(guī)程的“不宜”改為“不應(yīng)”，進(jìn)一步從嚴(yán)要求。根據(jù)震害調(diào)查的結(jié)果顯示，由于單跨框架結(jié)構(gòu)的冗余度較低，特別是在層數(shù)較多的高層建筑中，其在地震中可能面臨較大的破壞和損失。因此，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用具有較高冗余度的其他結(jié)構(gòu)形式，以提高建筑物的抗震性能和安全性。這樣的規(guī)定有助于提高框架結(jié)構(gòu)的抗震能力和安全性，需要在設(shè)計(jì)中對框架結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，進(jìn)一步提高建筑的抗震性能。

框架結(jié)構(gòu)中其在同一個(gè)主軸方向上所有梁柱均為單跨的框架結(jié)構(gòu)屬于單跨框架結(jié)構(gòu)；同一個(gè)主軸方向上局部為單跨框架的框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)被視為單跨框架結(jié)構(gòu)。

三、 《 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》DBJ-T15-92-2021（廣東）規(guī)定

6.1.2不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。必須采用單跨框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采取有效措施，按本規(guī)程第3.9節(jié)的要求進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)不應(yīng)低于C級。

【條文說明】根據(jù)規(guī)定，當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的多跨部分在側(cè)向剛度方面占據(jù)了結(jié)構(gòu)總側(cè)向剛度的50%或更多時(shí)，該結(jié)構(gòu)不被視為單跨框架結(jié)構(gòu)。這個(gè)規(guī)定的目的是為了界定單跨框架結(jié)構(gòu)的范圍。換句話說，如果多跨部分的側(cè)向剛度足夠大，能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性有重要貢獻(xiàn)，那么該結(jié)構(gòu)就不符合單跨框架結(jié)構(gòu)的定義。根據(jù)震害調(diào)查結(jié)果顯示，單跨框架結(jié)構(gòu)，特別是高層建筑這種層數(shù)較多的建筑物在地震中遭受的損失較為嚴(yán)重。因此，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用具有較高冗余度的其他結(jié)構(gòu)形式，以提高建筑物的抗震性能和安全性。

四、河北《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DB13（J）T8390-2020規(guī)定

5.4.2設(shè)計(jì)應(yīng)區(qū)分單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)，并按以下規(guī)定執(zhí)行：

（1）高層建筑：不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)。

（2）多層建筑：甲、乙類建筑不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)；丙類建筑不宜采用單跨框架結(jié)構(gòu)。對于無法避免采用單跨框架結(jié)構(gòu)的單層、低層和多層建筑，應(yīng)符合下列要求：

①多層乙類建筑的單跨框架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，滿足基本抗震性能目標(biāo)的要求，并按提高一度的要求確定抗震措施和抗震構(gòu)造措施的抗震等級。

②丙類建筑的多層單跨框架結(jié)構(gòu)宜采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，滿足基本抗震性能目標(biāo)的要求，抗震構(gòu)造措施的抗震等級應(yīng)提高一級。

（3）單跨框架應(yīng)補(bǔ)充驗(yàn)算多遇地震作用下單榀框架的承載力。

【條文說明】單跨框架結(jié)構(gòu)的冗余度低，結(jié)構(gòu)抗震性能差，盡量避免采用。由于實(shí)際工程中仍不可避免地會出現(xiàn)一些多層或低層單跨框架結(jié)構(gòu)，如12層的單跨連廊等，因此本條給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。

五、深圳《中小學(xué)校項(xiàng)目規(guī)范》SJG120－2022規(guī)定

6.3.4中小學(xué)校結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）新建建筑不應(yīng)采用單跨框架結(jié)構(gòu)；必須采用時(shí)，主體結(jié)構(gòu)的抗震性能應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011規(guī)定的性能2要求。

（2）既有建筑改擴(kuò)建工程抗震設(shè)計(jì)應(yīng)按本規(guī)范第5.1.2條要求計(jì)算地震作用，當(dāng)既有建筑是單跨框架結(jié)構(gòu)或抗震構(gòu)造不滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023的有關(guān)規(guī)定時(shí)，應(yīng)按上述第1款要求進(jìn)行抗震性能分析。

六、《四川省超限高層建筑抗震設(shè)計(jì)圖示》2020G145-TY規(guī)定

7.12條規(guī)定如下：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)。工程實(shí)際中，學(xué)校建筑、醫(yī)院建筑等常常難以避免地需要設(shè)置與主樓脫開、獨(dú)立的單跨框架連廊，此時(shí)，建議采取以下措施：

（1）單跨框架連廊不宜多于2層。

（2）單跨框架連廊平面長寬比在6、7度不宜大于5，在8、9度不宜大于4，且平面長度不大于30m。

（3）單跨框架連廊結(jié)構(gòu)應(yīng)按中震彈性進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)、邊跨框架按地震剪力乘以增大系數(shù)1.15的內(nèi)力組合予以加強(qiáng)、豎向構(gòu)件抗震等級提高。

七、中國建筑設(shè)計(jì)院《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》2018年版規(guī)定

4.2.2正確區(qū)分單跨框架結(jié)構(gòu)和單跨框架，單跨框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于高層建筑，不宜用于多層建筑。

（1）乙類建筑：多層單跨框架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，滿足基本抗震性能目標(biāo)的要求，應(yīng)按提高一度的要求確定抗震措施和抗震構(gòu)造措施的抗震等級。

（2）丙類建筑：多層單跨框架結(jié)構(gòu)宜采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，滿足基本抗震性能目標(biāo)的要求，抗震構(gòu)造措施的抗震等級應(yīng)提高一級。

（3）單跨框架應(yīng)補(bǔ)充多遇地震作用下單榀框架的承載力分析。

【條文說明】

（1）在工程設(shè)計(jì)中，我們需要正確區(qū)分單跨框架和單跨框架結(jié)構(gòu)，并認(rèn)識到它們之間的差異。單跨框架結(jié)構(gòu)指的是冗余度較低、結(jié)構(gòu)抗震性能較差的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免采用。如果由于特殊情況必須采用單跨框架結(jié)構(gòu)，我們需要采取有效的結(jié)構(gòu)措施來提高其抗震性能。

（2）下列情況可確定為單跨框架結(jié)構(gòu)：

①全部由單跨框架組成的結(jié)構(gòu)。

②由單跨框架和多跨框架組成的結(jié)構(gòu)，且多跨框架之間的間距超過附表1的結(jié)構(gòu)。

表1 多跨框架之間的最大距離

③房屋端部的單跨框架至第一幅多跨框架的間距大于下表間距的1/2時(shí)。

（3）未按抗震性能化設(shè)計(jì)的單跨框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取更高的延性措施，抗震構(gòu)造措施的抗震等級應(yīng)提高一級，即：

①乙類建筑單跨框架結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施的抗震等級，比按乙類建筑確定的抗震構(gòu)造措施的抗震等級再提高一級。

②丙類建筑單跨框架結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施的抗震等級，比按丙類建筑確定的抗震構(gòu)造措施的抗震等級再提高一級。

八、中建西南院《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》2020年版規(guī)定

5.2.1單跨框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于甲、乙類建筑以及高度大于15m的丙類建筑；單跨框架結(jié)構(gòu)不宜用于高度不大于15m的丙類建筑。當(dāng)使用或工藝無法避免時(shí)，可設(shè)置支撐、柱翼墻或少量剪力墻，并宜按抗震性能化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和論證。

【條文說明】當(dāng)使用或工藝無法避免單跨框架時(shí)，宜采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行專門分析論證和設(shè)計(jì)。

九、《各省審查要點(diǎn)》規(guī)定

5.GB50011規(guī)定：單跨框架結(jié)構(gòu)不應(yīng)用于甲、乙類建筑以及高層的丙類建筑；不宜用于多層的丙類建筑。當(dāng)不可避免時(shí)需采取哪些抗震加強(qiáng)措施？

答：2018年9月《施工圖審查及全國質(zhì)量檢查常見問題分析（結(jié)構(gòu)）》已回復(fù)該問題，現(xiàn)摘錄如下：

（1）多層丙類建筑采用單跨框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采取比規(guī)范更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)措施，必要時(shí)進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)。

（2）甲、乙類建筑應(yīng)避免采用，但無法避免時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)。

（3）建筑超過3層時(shí)應(yīng)進(jìn)行大震彈塑性變形驗(yàn)算。

（4）多、高層建筑不應(yīng)采用大跨度單跨框架。

十、結(jié)論

（1）框架結(jié)構(gòu)中，在某一個(gè)主軸方向上均為單跨的框架結(jié)構(gòu)屬于單跨框架結(jié)構(gòu)；當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的多跨部分的側(cè)向剛度不小于結(jié)構(gòu)總側(cè)向剛度的50%，該結(jié)構(gòu)不屬于單跨框架結(jié)構(gòu)。換句話說，如果多跨部分的側(cè)向剛度足夠大，能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性有重要貢獻(xiàn)，那么該結(jié)構(gòu)就不屬于單跨框架結(jié)構(gòu)。

（2）根據(jù)規(guī)范和常規(guī)實(shí)踐，對于甲類和乙類建筑，以及高度大于24m的丙類建筑，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免采用單跨框架結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)閱慰缈蚣芙Y(jié)構(gòu)的冗余度較低，其抗震性能較差。對于高度不大于24m的丙類建筑，雖然可以考慮使用，但也盡量避免采用單跨框架結(jié)構(gòu)。必須采用時(shí)，應(yīng)采取有效加強(qiáng)措施，并宜采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行專門分析論證，結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)不應(yīng)低于C級。

（3）按抗震性能化設(shè)計(jì)的單跨框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取相應(yīng)的延性加強(qiáng)措施，即：

①乙類建筑的多層單跨框架結(jié)構(gòu)應(yīng)采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，滿足基本抗震性能目標(biāo)的要求，應(yīng)按提高一度的要求確定抗震措施和抗震構(gòu)造措施的抗震等級。

②丙類建筑的多層單跨框架結(jié)構(gòu)宜采用抗震性能化設(shè)計(jì)方法，滿足基本抗震性能目標(biāo)的要求，抗震構(gòu)造措施的抗震等級應(yīng)提高一級。

（4）未按抗震性能化設(shè)計(jì)的單跨框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取更高的延性加強(qiáng)措施，即：

①乙類建筑單跨框架結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施的抗震等級，比按乙類建筑確定的抗震構(gòu)造措施的抗震等級再提高一級。

②丙類建筑單跨框架結(jié)構(gòu)的抗震等級，比按丙類建筑確定的抗震等級再提高一級。

（5）單跨框架應(yīng)補(bǔ)充多遇地震作用下單榀框架的承載力分析。