“单跨框架结构”那点事，应对“单跨框架结构”的恰当姿势

文中的连廊钢结构方案并非真实案例 , 仅为论述本文主题。如有雷同，实属巧合哈。【后记】本文 2021-06-13 年成文之后情况在发展变化，随着“建筑工程抗震管理条例”的落实、《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》（ RISN-TG046-2023 ）的颁布实施，包括学校在内的二区、八类建筑需要采用隔震减震等技术，但对于连廊等有单跨使用需要结构，采用抗震性能化设计予以加强仍是其中一种合适的处理方式。

文中的连廊钢结构方案并非真实案例 , 仅为论述本文主题。如有雷同，实属巧合哈。

【后记】本文 2021-06-13 年成文之后情况在发展变化，随着“建筑工程抗震管理条例”的落实、《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》（ RISN-TG046-2023 ）的颁布实施，包括学校在内的二区、八类建筑需要采用隔震减震等技术，但对于连廊等有单跨使用需要结构，采用抗震性能化设计予以加强仍是其中一种合适的处理方式。

1 、引子

单跨的框架结构冗余度较少，地震时缺少多道防线，一旦其中某个柱子在地震中破坏则会可能引发严重的倒塌，对房屋建筑的抗震极为不利 ^[1] ^、 ^[2] 。

《建筑抗震设计规范》（ GB50011 ）从 2008 年局部修订开始增加了控制单跨框架结构适用范围的要求；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 ^[3] ^、 ^[4] 。

但某些情况下，因建筑使用功能，又必须采用单跨框架结构（例如学校、医院里面的连廊），那该咋整？

下面先举个栗子。

2 、一个另类的学校连廊结构方案（注：并非真实案例）

（ 1 ）项目概况：

某小学教学楼地上 4 层，首层层高 4.2 米，标准层层高 4.2 米，房屋高度为 16.8 米，为框架结构体系，抗震设防类别为乙类，抗震等级均为二级。墙柱混凝土强度等级为 C30, 梁板混凝土强度等级为 C30 。钢筋采用 HRB400 。类似于下图。

（注：图片来自网络）

其中在上图红色箭头部位设置连廊，连接教学楼各翼。连廊横向跨度约 3 米，纵向柱距约 6.5 米。立面效果类似于下图。

（注：图片来自网络）

（ 2 ）连廊结构方案：

这个框架结构的连廊横向均为单跨，妥妥的属于单跨框架结构。结构平面布置如下图：

左图：教学楼结构平面示意右图：局部放大的连廊钢结构平面

（注：图片来自网络）

“Oh my gosh ， 6.5m 的跨度用钢框架，不是吧？ ”

各位看官，如果你一脸蒙圈地有上述的反应，那就对了， me too 。

But ，你没看错，上面右边放大的连廊结构平面，清楚标注了是采用型钢梁、型钢柱的。

设计单位是啥想法，琢磨一下它在《结构设计说明书》里面的这段话就行了： “ 本工程上部结构均为抗震设防乙类建筑，根据抗规第 6.1.5 条规定， 乙类建筑不应采用单框框架结构 。对于本工程教学楼部分，连廊部分难免框架结构，为避免单跨框架， 连廊部分局部采用钢结构，以规避抗规第 6.1.5 条要求。 ”

《建筑抗震设计规范》（ GB50011 ）第 6.1.5 条是针对多高层混凝土结构的，条文内容如下截图：

这下看明白了吧。设计单位是 “ 遇到红灯绕路走 ” 的思路，规范说不应采用混凝土单跨框架结构，那咱改用钢结构呗。

（ 3 ）对连廊钢结构方案的点评：

可惜啊，设计人估计是没有继续看下《建筑抗震设计规范》（ GB50011 ）第 8 章关于多高层钢结构的相关条文，其中第 8.1.5 条截图如下：

这下煞笔了，遇到红灯向右拐走，可是前面还是红灯走不动。花了血本（混凝土结构改钢结构，成本增加了），却完全没有达到规避规范限制的目的。

如果继续按设计院的思路，那得改成砖砌体柱子或者干脆用木结构连廊，才没有单跨框架的规范限制了。可是，砌体结构抗震性能弱于混凝土结构、钢结构，这是不争的事实；木结构在耐久性、防火以及人行竖向振动舒适性等方面也难以满足使用要求。此路不通了。

归纳一下：

1 ）不能企图通过采用钢结构来规避抗规第 6.1.5 条要求 ，因为抗规第 8.1.5 条也要求乙类建筑不应采用单跨钢结构框架；

2 ）鉴于连廊使用功能需要、只能采用单跨框架；

3 ）从成本效益考虑，应优先采用普通钢筋混凝土结构形式，采用抗震性能化设计方法，实现不低于基本抗震性能目标，补充大震不倒验算。

3 、应对 “ 单跨框架结构 ” 的恰当姿势

人类回应危机或挑战不外乎两种模式：或战或逃。应对 “ 单跨框架结构 ” 这个玩意也跳不出这样的路子：

（ 1 ）第一招：规避 ^[5] ^、 ^[6]

在不影响建筑使用的前提下，在适当的部位设置支撑、柱翼墙、少量剪力墙或者加设柱子，将单跨框架结构变成框架 + 支撑结构、框架 - 剪力墙结构或者是多跨框架结构，从而增加结构冗余度，具有多道抗震防线，提高结构抗震安全性。

例如，之前教学楼多采用单跨框架（课室） + 单侧悬挑（走廊）的结构形式，这类教学楼在汶川地震中震害比较严重。以后的教学楼多数在原来的悬挑端也设置了柱子，成了双跨框架。或者课室填充墙的方向设柱翼墙，设计成框架 - 剪力墙结构。

（ 2 ）第二招：硬做（对连廊类结构） ^[6]

对连廊之类的建筑，第一招就玩不转了， “ 在单跨方向设置支撑、柱翼墙 ” 都会影响使用功能，属于扯淡范畴；如果真的这样干，结构佬不被建筑佬或者吃瓜群众笑死，也肯定会被甲方爸爸一巴掌拍给死的。

那只能硬做了，也就是硬着头皮按钢筋混凝土单跨框架结构方案进行设计，并需要注意加强。需要加强的是单跨框架的柱子（关键构件），与之相连的水平构件 ( 如框架梁、连梁等 ) 一般不提高。

“ 需要注意加强 ” 是抗规第 6.1.5 条条文说明的原话。至于怎么加强，得自己琢磨呗，总之得有个度，不能随便拍脑袋。总结起来一般有以下三种加强方法：

1 ）将单跨框架柱子的抗震等级提高一级（适合丙类建筑的单跨框架结构；部分地区审图机构认可这样的加强做法）；

2 ）采用性能化设计方法，单跨框架柱子（关键构件）的抗震性能目标设为 “ 中震弹性 ” ，并补充大震不倒验算，实现不低于基本抗震性能目标要求，需要做中震分析、包络设计，并进行大震弹塑性层间位移角验算（可能比较适合于中小学、医院等乙类建筑中单跨框架结构的连廊等）；

3 ）单跨框架结构的柱子（关键构件）直接按 “ 大震不屈服 ” 进行设计（这个方法省却了 “ 大震弹塑性层间位移角验算 ” 的环节，设计相对省事；可能比较适用于地震烈度低、按 “ 大震不屈服 ” 设计柱子代价不大的情况）。

【最后 P 个 S 】

PYJ 和 PKPM 现在都有 “ 性能化设计 ” 的选项，设计中有需要的时候选取就行了。

仅再摘录几句关于 “ 抗震性能化设计 ” 的文字：

1 ）性能化设计中的中震和大震承载力设计，采用基于振型分解反应谱法的等效弹性计算方法，不考虑小震时基于抗震等级的放大系数和调整措施；

2 ）抗震性能化设计主要着眼于结构的中、大震设计，采用带 * 号的地震效应值（《高层建筑混凝土设计规程》 JGJ3 ），不考虑小震时基于抗震等级的效应调整系数，也不考虑 02Q 调整要求，也没有地震最小剪力系数要求等（一切基于小震的设计规定，在中大震设计中均不做要求）；

3 ）抗震性能化设计中的中震、大震承载力设计要求，主要着眼点是竖向抗侧力构件 ( 如框架柱、剪力墙等 ) ，竖向构件的抗震承载力提高后，与之相连的水平构件 ( 如框架梁、连梁等 ) 一般不提高，以更有利于实现抗震性能目标。