關于單跨框架的若干問題

張瑞松

浙江省天正設計工程有限公司 杭州 310012

關于單跨框架的若干問題

張瑞松*

浙江省天正設計工程有限公司 杭州 310012

從多層和高層混凝土單跨框架、多層和高層鋼結構單跨框架、單層單跨框架三個方面探討單跨框架的判定原則和適用范圍，總結單跨框架的加強措施，供實際工程中參考使用。

單跨框架 單跨框架結構 判定原則 加強措施

框架結構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構延性等優點，在工程實踐中得到廣泛的應用。但是單跨框架的抗側剛度小，結構超靜定次數少，耗能能力弱，缺少必要的冗余度，不能形成多道抗震防線，一旦框架柱出現塑性鉸，出現連續倒塌的可能性大。歷史震害表明，單跨框架結構特別是多層、高層的單跨框架結構的震害尤為嚴重。本文分別從多層和高層混凝土單跨框架、多層和高層鋼結構單跨框架、單層單跨框架三個方面探討單跨框架的判定原則，總結單跨框架的加強措施，供實際工程中參考使用。

1 多層和高層混凝土單跨框架

《高層建筑混凝土結構技術規程》第6.1.2條規定：抗震設計的框架結構不應采用單跨框架。

《建筑抗震設計規范》第6.1.5條規定：甲、乙類建筑以及高度大于24m的丙類建筑，不應采用單跨框架結構，高度不大于24m的丙類建筑不宜采用單跨框架結構。

《構筑物抗震設計規范》第6.1.11條規定：框排架結構中的框架部分高度大于24m時，不宜采用單跨框架結構。

結構設計應注意區分單跨框架和單跨框架結構的區別，有單跨框架不一定就是單跨框架結構。《高層建筑混凝土結構技術規程》第6.1.2條條文說明明確規定單跨框架結構是指整棟建筑全部或絕大部分采用單跨框架的結構，不包括僅局部為單跨框架的框架結構。該規程第8.1.3條第1、2款規定的框架-剪力墻結構可局部采用單跨框架結構；其他情況應根據具體情況進行分析、判斷。由上可知，《高層建筑混凝土結構技術規程》、《建筑抗震設計規范》和《構筑物抗震設計規范》關于高層建筑單跨框架的應用還是有所區別的。《高層建筑混凝土結構技術規程》不允許采用單跨框架，更不要說采用單跨框架結構，要求相對嚴格；《建筑抗震設計規范》可以采用單跨框架，但不允許采用單跨框架結構，要求相對寬松；《構筑物抗震設計規范》只是框排架結構中的框架部分不宜采用單跨框架結構，要求最為寬松。

關于多層建筑單跨框架，《建筑抗震設計規范》規定丙類建筑不宜采用單跨框架結構，甲、乙類建筑不應采用單跨框架結構；《構筑物抗震設計規范》對于多層框排架結構中框架結構部分的單跨框架沒有具體的要求。

那么到底什么樣的框架結構算是單跨框架結構？框架結構只有在某個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一定范圍時才能算單跨框架結構。關于單跨框架結構的認定，廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》DBJ 15-92-2013規范第6.1.2條條文說明“單跨框架結構是指整棟建筑全部或絕大部分采用單跨框架的結構，不包括僅局部為單跨框架的框架結構。一般情況下，某個主軸方向均為單跨框架時定義為單跨框架結構；當框架多跨部分的側向剛度不小于結構總側向剛度的50%時，不屬單跨框架結構”，但該條文對單跨框架結構的判斷標準不夠直觀。因此對于單跨框架結構的認定，建議按照《建筑抗震設計規范應用與分析GB 50011-2010》中的數據采用，具體見表1。

對單跨框架和單跨框架結構，應特別注意采用平面結構計算模型進行補充。

表1 多跨框架之間的最大間距(m)

注：B為多跨框架之間無大洞的樓、屋蓋的最小寬度。

2 多層和高層鋼結構單跨框架

《建筑抗震設計規范》第8.1.5條規定：采用框架結構時，甲、乙類建筑和高層的丙類建筑，不應采用單跨框架，多層的丙類建筑不宜采用單跨框架。

《高層民用建筑鋼結構技術規程》第3.2.4條規定：高層民用建筑鋼結構不應采用單跨框架結構。

《構筑物抗震設計規范》沒有就鋼框排架結構的多層鋼框架中的單跨框架結構提出具體的限制條件。

關于高層鋼結構框架結構《建筑抗震設計規范》要求不應采用單跨框架，更不要說采用單跨框架結構，要求相對嚴格；《高層民用建筑鋼結構技術規程》可以采用單跨框架，但不允許采用單跨框架結構，要求相對寬松。關于多層鋼結構框架結構《建筑抗震設計規范》甲、乙類建筑，不應采用單跨框架，多層的丙類建筑不宜采用單跨框架結構；《構筑物抗震設計規范》沒有就鋼框排架結構的多層鋼框架中的單跨框架結構提出具體的限制條件，可以采用單跨框架，但規范要求框排架結構應設置完整的屋蓋支撐系統和柱間支撐。因此對于工業建筑中多層純框架結構中的單跨框架建議按照《建筑抗震設計規范》中的規定執行。

鋼結構單跨框架和單跨框架結構的概念差異可以按照混凝土結構單跨框架和單跨框架結構的概念差異執行。鋼結構單跨框架結構的認定可以遵照表一中的判斷標準執行，如果鋼結構框架的樓板剛度較差，建議執行比表一中的更嚴格的標準。

3 單層單跨框架

民用建筑等級劃分因行業不同而有所不同，在專用建筑設計規范中都結合行業主管部門要求來劃分。根據《建筑設計防火規范》第3.2.4條規定民用建筑根據其建筑高度和層數可分為單、多層民用建筑和高層民用建筑。對于單層單跨框架適用范圍的理解應首先把握規范條文所屬章節的范圍限制，《建筑抗震設計規范》中關于混凝土單跨框架的規定來源于第6章多層和高層鋼筋混凝土房屋中的第6.1.5條，關于鋼結構單跨框架的規定來源于第8章多層和高層鋼結構房屋中的第8.1.5條。兩條關于單跨框架的規范條文都是針對多層和高層建筑。而《建筑抗震設計規范》第9章單層工業廠房和第10章10.1節單層空曠房屋中均沒有關于單跨框架的具體限制性條文。因此，可以認為單層單跨框架的使用沒有限制條件。

另外針對頂層抽柱形成頂層單跨框架結構的建筑，可以采取在大房間四周增設框架柱的方式，避免形成單跨框架結構。

4 單跨框架的加強措施

《建筑抗震設計規范》僅針對混凝土結構一、二層的連廊采用單跨框架時，指明需要注意加強。但是具體怎么加強沒有具體規定，筆者認為對于規范規定不宜采用單跨框架結構的內容可以通過結構加強的措施來實現。具體可分為改變結構形式加強的措施和不改變結構形式加強的措施。

(1)改變結構形式加強的措施：增設框架柱、框架柱設置翼墻、增設鋼筋混凝土剪力墻、設置支撐等。即改變單跨框架結構的形式，使結構具備多道抗震防線。

(2)不改變結構形式加強的措施：性能化設計、中震彈性設計、中震不屈服設計。即通過合理提高地震作用或抗震措施，改善結構的延性。

設計人員可以根據規范、業主要求以及項目單體的重要性，靈活運用單跨框架的加強措施。

5 結 語

單跨框架結構的抗側剛度小，結構超靜定次數少，耗能能力弱，缺少必要的冗余度，不符合結構抗震體系宜有多道抗震防線的要求，設計中應盡量避免采用。在設計中應注意區分單跨框架和單跨框架結構的不同，當必須采用單跨框架結構時，應首先采取結構形式變通的方式使結構具有多道抗震防線；其次提高結構的地震作用或抗震措施改善結構本身的延性，使結構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，高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

2 GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

3 GB 50191-2012，構筑物抗震設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

4 朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析GB 50011-2010[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

5 JGJ 99-2015，高層民用建筑鋼結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

6 GB 50016-2014，建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

2016-07-26)

*張瑞松：教授級高級工程師，一級注冊結構工程師，注冊咨詢工程師。1994年畢業于浙江工業大學工業與民用建筑專業。從事結構設計審核工作。聯系電話：(0571)88362936，E-mail:zhang-rs@zpcdi.com。