关于单跨框架的若干问题

张瑞松

浙江省天正设计工程有限公司 杭州 310012

关于单跨框架的若干问题

张瑞松*

浙江省天正设计工程有限公司 杭州 310012

从多层和高层混凝土单跨框架、多层和高层钢结构单跨框架、单层单跨框架三个方面探讨单跨框架的判定原则和适用范围，总结单跨框架的加强措施，供实际工程中参考使用。

单跨框架 单跨框架结构 判定原则 加强措施

框架结构具有建筑平面布置灵活，可以取得较大的使用空间和较好的结构延性等优点，在工程实践中得到广泛的应用。但是单跨框架的抗侧刚度小，结构超静定次数少，耗能能力弱，缺少必要的冗余度，不能形成多道抗震防线，一旦框架柱出现塑性铰，出现连续倒塌的可能性大。历史震害表明，单跨框架结构特别是多层、高层的单跨框架结构的震害尤为严重。本文分别从多层和高层混凝土单跨框架、多层和高层钢结构单跨框架、单层单跨框架三个方面探讨单跨框架的判定原则，总结单跨框架的加强措施，供实际工程中参考使用。

1 多层和高层混凝土单跨框架

《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.1.2条规定：抗震设计的框架结构不应采用单跨框架。

《建筑抗震设计规范》第6.1.5条规定：甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构，高度不大于24m的丙类建筑不宜采用单跨框架结构。

《构筑物抗震设计规范》第6.1.11条规定：框排架结构中的框架部分高度大于24m时，不宜采用单跨框架结构。

结构设计应注意区分单跨框架和单跨框架结构的区别，有单跨框架不一定就是单跨框架结构。《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.1.2条条文说明明确规定单跨框架结构是指整栋建筑全部或绝大部分采用单跨框架的结构，不包括仅局部为单跨框架的框架结构。该规程第8.1.3条第1、2款规定的框架-剪力墙结构可局部采用单跨框架结构；其他情况应根据具体情况进行分析、判断。由上可知，《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》和《构筑物抗震设计规范》关于高层建筑单跨框架的应用还是有所区别的。《高层建筑混凝土结构技术规程》不允许采用单跨框架，更不要说采用单跨框架结构，要求相对严格；《建筑抗震设计规范》可以采用单跨框架，但不允许采用单跨框架结构，要求相对宽松；《构筑物抗震设计规范》只是框排架结构中的框架部分不宜采用单跨框架结构，要求最为宽松。

关于多层建筑单跨框架，《建筑抗震设计规范》规定丙类建筑不宜采用单跨框架结构，甲、乙类建筑不应采用单跨框架结构；《构筑物抗震设计规范》对于多层框排架结构中框架结构部分的单跨框架没有具体的要求。

那么到底什么样的框架结构算是单跨框架结构？框架结构只有在某个主轴方向均为单跨框架，或单跨与多跨框架之间的比例超过一定范围时才能算单跨框架结构。关于单跨框架结构的认定，广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ 15-92-2013规范第6.1.2条条文说明“单跨框架结构是指整栋建筑全部或绝大部分采用单跨框架的结构，不包括仅局部为单跨框架的框架结构。一般情况下，某个主轴方向均为单跨框架时定义为单跨框架结构；当框架多跨部分的侧向刚度不小于结构总侧向刚度的50%时，不属单跨框架结构”，但该条文对单跨框架结构的判断标准不够直观。因此对于单跨框架结构的认定，建议按照《建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011-2010》中的数据采用，具体见表1。

对单跨框架和单跨框架结构，应特别注意采用平面结构计算模型进行补充。

表1 多跨框架之间的最大间距(m)

注：B为多跨框架之间无大洞的楼、屋盖的最小宽度。

2 多层和高层钢结构单跨框架

《建筑抗震设计规范》第8.1.5条规定：采用框架结构时，甲、乙类建筑和高层的丙类建筑，不应采用单跨框架，多层的丙类建筑不宜采用单跨框架。

《高层民用建筑钢结构技术规程》第3.2.4条规定：高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构。

《构筑物抗震设计规范》没有就钢框排架结构的多层钢框架中的单跨框架结构提出具体的限制条件。

关于高层钢结构框架结构《建筑抗震设计规范》要求不应采用单跨框架，更不要说采用单跨框架结构，要求相对严格；《高层民用建筑钢结构技术规程》可以采用单跨框架，但不允许采用单跨框架结构，要求相对宽松。关于多层钢结构框架结构《建筑抗震设计规范》甲、乙类建筑，不应采用单跨框架，多层的丙类建筑不宜采用单跨框架结构；《构筑物抗震设计规范》没有就钢框排架结构的多层钢框架中的单跨框架结构提出具体的限制条件，可以采用单跨框架，但规范要求框排架结构应设置完整的屋盖支撑系统和柱间支撑。因此对于工业建筑中多层纯框架结构中的单跨框架建议按照《建筑抗震设计规范》中的规定执行。

钢结构单跨框架和单跨框架结构的概念差异可以按照混凝土结构单跨框架和单跨框架结构的概念差异执行。钢结构单跨框架结构的认定可以遵照表一中的判断标准执行，如果钢结构框架的楼板刚度较差，建议执行比表一中的更严格的标准。

3 单层单跨框架

民用建筑等级划分因行业不同而有所不同，在专用建筑设计规范中都结合行业主管部门要求来划分。根据《建筑设计防火规范》第3.2.4条规定民用建筑根据其建筑高度和层数可分为单、多层民用建筑和高层民用建筑。对于单层单跨框架适用范围的理解应首先把握规范条文所属章节的范围限制，《建筑抗震设计规范》中关于混凝土单跨框架的规定来源于第6章多层和高层钢筋混凝土房屋中的第6.1.5条，关于钢结构单跨框架的规定来源于第8章多层和高层钢结构房屋中的第8.1.5条。两条关于单跨框架的规范条文都是针对多层和高层建筑。而《建筑抗震设计规范》第9章单层工业厂房和第10章10.1节单层空旷房屋中均没有关于单跨框架的具体限制性条文。因此，可以认为单层单跨框架的使用没有限制条件。

另外针对顶层抽柱形成顶层单跨框架结构的建筑，可以采取在大房间四周增设框架柱的方式，避免形成单跨框架结构。

4 单跨框架的加强措施

《建筑抗震设计规范》仅针对混凝土结构一、二层的连廊采用单跨框架时，指明需要注意加强。但是具体怎么加强没有具体规定，笔者认为对于规范规定不宜采用单跨框架结构的内容可以通过结构加强的措施来实现。具体可分为改变结构形式加强的措施和不改变结构形式加强的措施。

(1)改变结构形式加强的措施：增设框架柱、框架柱设置翼墙、增设钢筋混凝土剪力墙、设置支撑等。即改变单跨框架结构的形式，使结构具备多道抗震防线。

(2)不改变结构形式加强的措施：性能化设计、中震弹性设计、中震不屈服设计。即通过合理提高地震作用或抗震措施，改善结构的延性。

设计人员可以根据规范、业主要求以及项目单体的重要性，灵活运用单跨框架的加强措施。

5 结 语

单跨框架结构的抗侧刚度小，结构超静定次数少，耗能能力弱，缺少必要的冗余度，不符合结构抗震体系宜有多道抗震防线的要求，设计中应尽量避免采用。在设计中应注意区分单跨框架和单跨框架结构的不同，当必须采用单跨框架结构时，应首先采取结构形式变通的方式使结构具有多道抗震防线；其次提高结构的地震作用或抗震措施改善结构本身的延性，使结构具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

1 JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

2 GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

3 GB 50191-2012，构筑物抗震设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

4 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011-2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

5 JGJ 99-2015，高层民用建筑钢结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

6 GB 50016-2014，建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

2016-07-26)

*张瑞松：教授级高级工程师，一级注册结构工程师，注册咨询工程师。1994年毕业于浙江工业大学工业与民用建筑专业。从事结构设计审核工作。联系电话：(0571)88362936，E-mail:zhang-rs@zpcdi.com。