單跨框架結構設計要點總結

孫戰闖

在建筑結構設計中，經常遇到單跨框架結構體系，比如學校或醫院一些單層或兩層的連廊等。針對單跨框架結構，抗震設計時單跨框架結構冗余度較低，震害調查表明，震害比較嚴重。本文主要總結了單跨框架結構各種相關規范規定以及常用經驗處理方式，重點對不同功能單跨框架結構建筑采取不同的加強處理方式，以保證單跨框架結構建筑抗震安全性。

鋼筋混凝土結構抗震性能指標可概括為剛度、強度、延性等幾個方面。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生破壞，可能導致整個結構的連續倒塌。根據震害調查結果顯示，特別是層數較多的高層建筑的單跨框架結構，在地震中受到的損害較為嚴重。

地震作用下多跨框架梁端塑性鉸一般逐步形成，結構進入屈服（首個梁端產生塑性鉸）后，隨著塑性鉸形成，承載能力會繼續提升，以滿足大震的承載力需求（圖1），而單跨框架結構不具備上述條件，其結構超強系數(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”的性能化設計思路解決其抗震問題。

針對以上單跨框架結構存在的問題，各種相關規范及技術措施均對此進行了相關規定，具體規定如下：

一、《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（2016年版）規定

6.1.5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。

【條文說明】這條規定明確了對單跨框架結構適用范圍的要求。框架結構中其在同一個主軸方向上所有梁柱均為單跨的框架結構屬于單跨框架結構；同一個主軸方向上局部為單跨框架的框架結構不應被視為單跨框架結構。這樣的規定有助于更準確地界定單跨框架結構的范圍，從而使得相關設計和規范能夠更加精確地對結構進行評估和要求。一、二層的連廊采用單跨框架時，需要注意加強。框架剪力墻結構中的框架，可以是單跨。

二、《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010規定

6.1.2抗震設計的框架結構不應采用單跨框架。

【條文說明】本次修訂將02規程的“不宜”改為“不應”，進一步從嚴要求。根據震害調查的結果顯示，由于單跨框架結構的冗余度較低，特別是在層數較多的高層建筑中，其在地震中可能面臨較大的破壞和損失。因此，在進行抗震設計時，應優先考慮采用具有較高冗余度的其他結構形式，以提高建筑物的抗震性能和安全性。這樣的規定有助于提高框架結構的抗震能力和安全性，需要在設計中對框架結構采取相應的加強措施，選擇合適的結構形式和材料，進一步提高建筑的抗震性能。

框架結構中其在同一個主軸方向上所有梁柱均為單跨的框架結構屬于單跨框架結構；同一個主軸方向上局部為單跨框架的框架結構不應被視為單跨框架結構。

三、 《 高層建筑混凝土結構技術規程》DBJ-T15-92-2021（廣東）規定

6.1.2不宜采用單跨框架結構。必須采用單跨框架結構時，應采取有效措施，按本規程第3.9節的要求進行抗震性能設計，結構抗震性能目標不應低于C級。

【條文說明】根據規定，當框架結構的多跨部分在側向剛度方面占據了結構總側向剛度的50%或更多時，該結構不被視為單跨框架結構。這個規定的目的是為了界定單跨框架結構的范圍。換句話說，如果多跨部分的側向剛度足夠大，能夠對整體結構的側向穩定性有重要貢獻，那么該結構就不符合單跨框架結構的定義。根據震害調查結果顯示，單跨框架結構，特別是高層建筑這種層數較多的建筑物在地震中遭受的損失較為嚴重。因此，在進行抗震設計時，應優先考慮采用具有較高冗余度的其他結構形式，以提高建筑物的抗震性能和安全性。

四、河北《建筑結構設計統一技術標準》DB13（J）T8390-2020規定

5.4.2設計應區分單跨框架和單跨框架結構，并按以下規定執行：

（1）高層建筑：不應采用單跨框架結構。

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

①多層乙類建筑的單跨框架結構應采用抗震性能化設計方法，滿足基本抗震性能目標的要求，并按提高一度的要求確定抗震措施和抗震構造措施的抗震等級。

②丙類建筑的多層單跨框架結構宜采用抗震性能化設計方法，滿足基本抗震性能目標的要求，抗震構造措施的抗震等級應提高一級。

（3）單跨框架應補充驗算多遇地震作用下單榀框架的承載力。

【條文說明】單跨框架結構的冗余度低，結構抗震性能差，盡量避免采用。由于實際工程中仍不可避免地會出現一些多層或低層單跨框架結構，如12層的單跨連廊等，因此本條給出了相應的設計要求。

五、深圳《中小學校項目規范》SJG120－2022規定

6.3.4中小學校結構抗震設計應符合下列規定：

（1）新建建筑不應采用單跨框架結構；必須采用時，主體結構的抗震性能應滿足現行國家標準《建筑抗震設計規范》GB50011規定的性能2要求。

（2）既有建筑改擴建工程抗震設計應按本規范第5.1.2條要求計算地震作用，當既有建筑是單跨框架結構或抗震構造不滿足現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》GB50023的有關規定時，應按上述第1款要求進行抗震性能分析。

六、《四川省超限高層建筑抗震設計圖示》2020G145-TY規定

7.12條規定如下：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。工程實際中，學校建筑、醫院建筑等常常難以避免地需要設置與主樓脫開、獨立的單跨框架連廊，此時，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）單跨框架連廊結構應按中震彈性進行構件設計、邊跨框架按地震剪力乘以增大系數1.15的內力組合予以加強、豎向構件抗震等級提高。

七、中國建筑設計院《結構設計統一技術措施》2018年版規定

4.2.2正確區分單跨框架結構和單跨框架，單跨框架結構不應用于高層建筑，不宜用于多層建筑。

（1）乙類建筑：多層單跨框架結構應采用抗震性能化設計方法，滿足基本抗震性能目標的要求，應按提高一度的要求確定抗震措施和抗震構造措施的抗震等級。

（2）丙類建筑：多層單跨框架結構宜采用抗震性能化設計方法，滿足基本抗震性能目標的要求，抗震構造措施的抗震等級應提高一級。

（3）單跨框架應補充多遇地震作用下單榀框架的承載力分析。

【條文說明】

（1）在工程設計中，我們需要正確區分單跨框架和單跨框架結構，并認識到它們之間的差異。單跨框架結構指的是冗余度較低、結構抗震性能較差的結構形式，在設計中應盡量避免采用。如果由于特殊情況必須采用單跨框架結構，我們需要采取有效的結構措施來提高其抗震性能。

（2）下列情況可確定為單跨框架結構：

①全部由單跨框架組成的結構。

②由單跨框架和多跨框架組成的結構，且多跨框架之間的間距超過附表1的結構。

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。

（3）未按抗震性能化設計的單跨框架結構，應采取更高的延性措施，抗震構造措施的抗震等級應提高一級，即：

①乙類建筑單跨框架結構的抗震構造措施的抗震等級，比按乙類建筑確定的抗震構造措施的抗震等級再提高一級。

②丙類建筑單跨框架結構的抗震構造措施的抗震等級，比按丙類建筑確定的抗震構造措施的抗震等級再提高一級。

八、中建西南院《結構設計統一技術措施》2020年版規定

5.2.1單跨框架結構不應用于甲、乙類建筑以及高度大于15m的丙類建筑；單跨框架結構不宜用于高度不大于15m的丙類建筑。當使用或工藝無法避免時，可設置支撐、柱翼墻或少量剪力墻，并宜按抗震性能化設計方法進行設計分析和論證。

【條文說明】當使用或工藝無法避免單跨框架時，宜采用抗震性能化設計方法進行專門分析論證和設計。

九、《各省審查要點》規定

5.GB50011規定：單跨框架結構不應用于甲、乙類建筑以及高層的丙類建筑；不宜用于多層的丙類建筑。當不可避免時需采取哪些抗震加強措施？

答：2018年9月《施工圖審查及全國質量檢查常見問題分析（結構）》已回復該問題，現摘錄如下：

（1）多層丙類建筑采用單跨框架結構時，應采取比規范更嚴格的設計措施，必要時進行抗震性能設計。

（2）甲、乙類建筑應避免采用，但無法避免時，應進行抗震性能化設計。

（3）建筑超過3層時應進行大震彈塑性變形驗算。

（4）多、高層建筑不應采用大跨度單跨框架。

十、結論

（1）框架結構中，在某一個主軸方向上均為單跨的框架結構屬于單跨框架結構；當框架結構的多跨部分的側向剛度不小于結構總側向剛度的50%，該結構不屬于單跨框架結構。換句話說，如果多跨部分的側向剛度足夠大，能夠對整體結構的側向穩定性有重要貢獻，那么該結構就不屬于單跨框架結構。

（2）根據規范和常規實踐，對于甲類和乙類建筑，以及高度大于24m的丙類建筑，在設計中應避免采用單跨框架結構。這是因為單跨框架結構的冗余度較低，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構。必須采用時，應采取有效加強措施，并宜采用抗震性能化設計方法進行專門分析論證，結構抗震性能目標不應低于C級。

（3）按抗震性能化設計的單跨框架結構，應采取相應的延性加強措施，即：

①乙類建筑的多層單跨框架結構應采用抗震性能化設計方法，滿足基本抗震性能目標的要求，應按提高一度的要求確定抗震措施和抗震構造措施的抗震等級。

②丙類建筑的多層單跨框架結構宜采用抗震性能化設計方法，滿足基本抗震性能目標的要求，抗震構造措施的抗震等級應提高一級。

（4）未按抗震性能化設計的單跨框架結構，應采取更高的延性加強措施，即：

①乙類建筑單跨框架結構的抗震構造措施的抗震等級，比按乙類建筑確定的抗震構造措施的抗震等級再提高一級。

②丙類建筑單跨框架結構的抗震等級，比按丙類建筑確定的抗震等級再提高一級。

（5）單跨框架應補充多遇地震作用下單榀框架的承載力分析。