单跨框架结构设计要点总结

孙战闯

在建筑结构设计中，经常遇到单跨框架结构体系，比如学校或医院一些单层或两层的连廊等。针对单跨框架结构，抗震设计时单跨框架结构冗余度较低，震害调查表明，震害比较严重。本文主要总结了单跨框架结构各种相关规范规定以及常用经验处理方式，重点对不同功能单跨框架结构建筑采取不同的加强处理方式，以保证单跨框架结构建筑抗震安全性。

钢筋混凝土结构抗震性能指标可概括为刚度、强度、延性等几个方面。单跨框架由于整体约束冗余度低，其延性较多跨框架差。在罕遇地震作用下，如果两根柱中的一根柱发生破坏，可能导致整个结构的连续倒塌。根据震害调查结果显示，特别是层数较多的高层建筑的单跨框架结构，在地震中受到的损害较为严重。

地震作用下多跨框架梁端塑性铰一般逐步形成，结构进入屈服（首个梁端产生塑性铰）后，随着塑性铰形成，承载能力会继续提升，以满足大震的承载力需求（图1），而单跨框架结构不具备上述条件，其结构超强系数(Vu/Vd)低于多跨框架，大震作用下其承载力可能不足。因此单跨框架存在承载力、延性指标的双重不足，需要大幅提升承载力储备，用“高承载力-低延性”的性能化设计思路解决其抗震问题。

针对以上单跨框架结构存在的问题，各种相关规范及技术措施均对此进行了相关规定，具体规定如下：

一、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）规定

6.1.5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。

【条文说明】这条规定明确了对单跨框架结构适用范围的要求。框架结构中其在同一个主轴方向上所有梁柱均为单跨的框架结构属于单跨框架结构；同一个主轴方向上局部为单跨框架的框架结构不应被视为单跨框架结构。这样的规定有助于更准确地界定单跨框架结构的范围，从而使得相关设计和规范能够更加精确地对结构进行评估和要求。一、二层的连廊采用单跨框架时，需要注意加强。框架剪力墙结构中的框架，可以是单跨。

二、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010规定

6.1.2抗震设计的框架结构不应采用单跨框架。

【条文说明】本次修订将02规程的“不宜”改为“不应”，进一步从严要求。根据震害调查的结果显示，由于单跨框架结构的冗余度较低，特别是在层数较多的高层建筑中，其在地震中可能面临较大的破坏和损失。因此，在进行抗震设计时，应优先考虑采用具有较高冗余度的其他结构形式，以提高建筑物的抗震性能和安全性。这样的规定有助于提高框架结构的抗震能力和安全性，需要在设计中对框架结构采取相应的加强措施，选择合适的结构形式和材料，进一步提高建筑的抗震性能。

框架结构中其在同一个主轴方向上所有梁柱均为单跨的框架结构属于单跨框架结构；同一个主轴方向上局部为单跨框架的框架结构不应被视为单跨框架结构。

三、 《 高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ-T15-92-2021（广东）规定

6.1.2不宜采用单跨框架结构。必须采用单跨框架结构时，应采取有效措施，按本规程第3.9节的要求进行抗震性能设计，结构抗震性能目标不应低于C级。

【条文说明】根据规定，当框架结构的多跨部分在侧向刚度方面占据了结构总侧向刚度的50%或更多时，该结构不被视为单跨框架结构。这个规定的目的是为了界定单跨框架结构的范围。换句话说，如果多跨部分的侧向刚度足够大，能够对整体结构的侧向稳定性有重要贡献，那么该结构就不符合单跨框架结构的定义。根据震害调查结果显示，单跨框架结构，特别是高层建筑这种层数较多的建筑物在地震中遭受的损失较为严重。因此，在进行抗震设计时，应优先考虑采用具有较高冗余度的其他结构形式，以提高建筑物的抗震性能和安全性。

四、河北《建筑结构设计统一技术标准》DB13（J）T8390-2020规定

5.4.2设计应区分单跨框架和单跨框架结构，并按以下规定执行：

（1）高层建筑：不应采用单跨框架结构。

（2）多层建筑：甲、乙类建筑不应采用单跨框架结构；丙类建筑不宜采用单跨框架结构。对于无法避免采用单跨框架结构的单层、低层和多层建筑，应符合下列要求：

①多层乙类建筑的单跨框架结构应采用抗震性能化设计方法，满足基本抗震性能目标的要求，并按提高一度的要求确定抗震措施和抗震构造措施的抗震等级。

②丙类建筑的多层单跨框架结构宜采用抗震性能化设计方法，满足基本抗震性能目标的要求，抗震构造措施的抗震等级应提高一级。

（3）单跨框架应补充验算多遇地震作用下单榀框架的承载力。

【条文说明】单跨框架结构的冗余度低，结构抗震性能差，尽量避免采用。由于实际工程中仍不可避免地会出现一些多层或低层单跨框架结构，如12层的单跨连廊等，因此本条给出了相应的设计要求。

五、深圳《中小学校项目规范》SJG120－2022规定

6.3.4中小学校结构抗震设计应符合下列规定：

（1）新建建筑不应采用单跨框架结构；必须采用时，主体结构的抗震性能应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011规定的性能2要求。

（2）既有建筑改扩建工程抗震设计应按本规范第5.1.2条要求计算地震作用，当既有建筑是单跨框架结构或抗震构造不满足现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB50023的有关规定时，应按上述第1款要求进行抗震性能分析。

六、《四川省超限高层建筑抗震设计图示》2020G145-TY规定

7.12条规定如下：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。工程实际中，学校建筑、医院建筑等常常难以避免地需要设置与主楼脱开、独立的单跨框架连廊，此时，建议采取以下措施：

（1）单跨框架连廊不宜多于2层。

（2）单跨框架连廊平面长宽比在6、7度不宜大于5，在8、9度不宜大于4，且平面长度不大于30m。

（3）单跨框架连廊结构应按中震弹性进行构件设计、边跨框架按地震剪力乘以增大系数1.15的内力组合予以加强、竖向构件抗震等级提高。

七、中国建筑设计院《结构设计统一技术措施》2018年版规定

4.2.2正确区分单跨框架结构和单跨框架，单跨框架结构不应用于高层建筑，不宜用于多层建筑。

（1）乙类建筑：多层单跨框架结构应采用抗震性能化设计方法，满足基本抗震性能目标的要求，应按提高一度的要求确定抗震措施和抗震构造措施的抗震等级。

（2）丙类建筑：多层单跨框架结构宜采用抗震性能化设计方法，满足基本抗震性能目标的要求，抗震构造措施的抗震等级应提高一级。

（3）单跨框架应补充多遇地震作用下单榀框架的承载力分析。

【条文说明】

（1）在工程设计中，我们需要正确区分单跨框架和单跨框架结构，并认识到它们之间的差异。单跨框架结构指的是冗余度较低、结构抗震性能较差的结构形式，在设计中应尽量避免采用。如果由于特殊情况必须采用单跨框架结构，我们需要采取有效的结构措施来提高其抗震性能。

（2）下列情况可确定为单跨框架结构：

①全部由单跨框架组成的结构。

②由单跨框架和多跨框架组成的结构，且多跨框架之间的间距超过附表1的结构。

表1 多跨框架之间的最大距离

③房屋端部的单跨框架至第一幅多跨框架的间距大于下表间距的1/2时。

（3）未按抗震性能化设计的单跨框架结构，应采取更高的延性措施，抗震构造措施的抗震等级应提高一级，即：

①乙类建筑单跨框架结构的抗震构造措施的抗震等级，比按乙类建筑确定的抗震构造措施的抗震等级再提高一级。

②丙类建筑单跨框架结构的抗震构造措施的抗震等级，比按丙类建筑确定的抗震构造措施的抗震等级再提高一级。

八、中建西南院《结构设计统一技术措施》2020年版规定

5.2.1单跨框架结构不应用于甲、乙类建筑以及高度大于15m的丙类建筑；单跨框架结构不宜用于高度不大于15m的丙类建筑。当使用或工艺无法避免时，可设置支撑、柱翼墙或少量剪力墙，并宜按抗震性能化设计方法进行设计分析和论证。

【条文说明】当使用或工艺无法避免单跨框架时，宜采用抗震性能化设计方法进行专门分析论证和设计。

九、《各省审查要点》规定

5.GB50011规定：单跨框架结构不应用于甲、乙类建筑以及高层的丙类建筑；不宜用于多层的丙类建筑。当不可避免时需采取哪些抗震加强措施？

答：2018年9月《施工图审查及全国质量检查常见问题分析（结构）》已回复该问题，现摘录如下：

（1）多层丙类建筑采用单跨框架结构时，应采取比规范更严格的设计措施，必要时进行抗震性能设计。

（2）甲、乙类建筑应避免采用，但无法避免时，应进行抗震性能化设计。

（3）建筑超过3层时应进行大震弹塑性变形验算。

（4）多、高层建筑不应采用大跨度单跨框架。

十、结论

（1）框架结构中，在某一个主轴方向上均为单跨的框架结构属于单跨框架结构；当框架结构的多跨部分的侧向刚度不小于结构总侧向刚度的50%，该结构不属于单跨框架结构。换句话说，如果多跨部分的侧向刚度足够大，能够对整体结构的侧向稳定性有重要贡献，那么该结构就不属于单跨框架结构。

（2）根据规范和常规实践，对于甲类和乙类建筑，以及高度大于24m的丙类建筑，在设计中应避免采用单跨框架结构。这是因为单跨框架结构的冗余度较低，其抗震性能较差。对于高度不大于24m的丙类建筑，虽然可以考虑使用，但也尽量避免采用单跨框架结构。必须采用时，应采取有效加强措施，并宜采用抗震性能化设计方法进行专门分析论证，结构抗震性能目标不应低于C级。

（3）按抗震性能化设计的单跨框架结构，应采取相应的延性加强措施，即：

①乙类建筑的多层单跨框架结构应采用抗震性能化设计方法，满足基本抗震性能目标的要求，应按提高一度的要求确定抗震措施和抗震构造措施的抗震等级。

②丙类建筑的多层单跨框架结构宜采用抗震性能化设计方法，满足基本抗震性能目标的要求，抗震构造措施的抗震等级应提高一级。

（4）未按抗震性能化设计的单跨框架结构，应采取更高的延性加强措施，即：

①乙类建筑单跨框架结构的抗震构造措施的抗震等级，比按乙类建筑确定的抗震构造措施的抗震等级再提高一级。

②丙类建筑单跨框架结构的抗震等级，比按丙类建筑确定的抗震等级再提高一级。

（5）单跨框架应补充多遇地震作用下单榀框架的承载力分析。