王艳

【摘 要】本文结合《建筑抗震设计规范》中相关条文，抗震基本理念出发，分析单跨框架结构在抗震上的不利。由于没有多道抗震防线，侧向刚度较小，结构属于静定结构，没有足够多的冗余度，地震中很容易发生脆性破坏，造成倒塌。工程中如必须采用此类结构，必需结合抗震基本理念采取相应的加强措施。

【关键词】单跨框架 延性破坏 防线 侧向刚度 超静定次数

1 单跨框架结构

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）6.1.5条，“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”在本规范条文说明6.1.5中，对单跨框架结构的解释为“框架结构中某个主轴方向均为单跨，也属于单跨框架结构；某个主轴方向有局部的单跨框架，可不作为单跨框架结构对待”，也就是说，有单跨框架不一定就是单跨框架结构，只有在框架结构中，某个主轴方向均为单跨框架，或者两个多跨框架之间的最大距离超过下表规定时，才可认定为单跨框架结构（表1中数据来自朱炳寅《建筑抗震设计规范的应用与分析》）

2 抗震设计理念

结构抗震设计理念最基本的应该是避免地震中的脆性破坏，也就是说，在破坏之前，地震能量先使一部分构件屈服，此部分屈服降仅低了结构超静定次数，产生延性破坏而非彻底的脆性破坏。我们抗震中坚持的“墙柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”等设计准侧也正是为了在实际设计体现这一抗震理念。

3 结构体系设置在抗震理念方面的体现

3.1多道抗震防线

如果建筑物采用的是仅有一道防线的结构体系，一旦该防线破坏后，在后续的地震作用下，就会导致建筑物的倒塌，特别是当建筑物的自振周期与地震特征周期相近时，建筑物会由此产生共振，更加速了其倒塌过程。

相反，如果建筑物采用多重抗侧力体系，第一道防线的抗震力构件破坏后，第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立刻接替工作，，抵抗后续地震力冲击，进而可以保证建筑物最低限度的安全，避免倒塌。在地震周期方面，多道防线更是有利，第一道防线若因共振破坏，第二套接替后，建筑物的自振周期将发生大幅改变，与地震特征周期值错开，从而阻止持续的共振，避免倒塌。

单跨框架结构即为仅一道防线的结构体系，由于单跨框架两框架柱均承担较大竖向荷载，负有支撑整个结构的责任，若框架柱一旦破坏，整个结构将面临彻底倒塌，没有任何其他安全保障。

3.2足够的侧向刚度

根据结构反应谱分析理论（i=1，2，3…n， i=1，2，3…m），其中：

—j振型i质点的水平地震作用标准值；—相对于j振型自振周期的影响系数（见图1）；—j振型i质点的水平相对位移；—j振型的参与系数。

图1：地震影响力系数曲线

由公式及图1曲线看，自振周期越长，结构在地震作用下的加速度反应越小，即地震影响系数越小，结构所受到的地震作用就越小。也就是说结构越柔越好一些。但是，公式中值同样对地震作用有线性影响，就国内外震害研究看来，对于一般高层建筑来讲，结构越柔，地震时变形越大，较大的层间位移反而导致结构主体破坏严重， 同时非结构构件，如隔墙和维护结构等均破坏严重，经济损失惨重，且危及人身安全。

框架结构相对于框架-剪力墙结构等侧向刚度较大的结构体系，侧向刚度较小，而单跨框架侧向刚度就更小了，尤其对于层数较多的高层建筑，此类结构在抗侧刚度上很难达到限值要求。

3.3足够的超静定次数

在结构抗震设计上，防止倒塌是最低目标，也是最重要和必须保证的要求。而结构倒塌基本上都是结构构件破坏以后结构体系无后续保障直接变为机动体系的结果。因此，结构的冗余度越多，即结构超静定次数越多，结构体系进入倒塌的过程就越长，结构安全越有保障。

首先，从能量消散的角度，地震过程中，结构上没增加一个塑性铰，就必然会多消耗一部分地震作用传来的能量，这样整个结构中可出现塑性铰的部位越多，就越能经受较强的地震作用而不倒塌，结构超静定次数越多，潜在塑性铰的数量就越多，结构的抗震安全度就越高。

另外，从结构传力路径上来看，超静定结果要远远优于静定结构。对于静定结构，传力路径是单一的，一点其中某一构件或局部节点发生破坏，整个结构就会因为传力路径破坏而失效。而超静定结果，在超负荷状态工作时，破坏首先发生在冗余构件上，地震作用力还可以通过其他路径传递下去，后果仅仅是降低了超静定次数，整个结构体系仍然是稳定的，并具有一定的抗震能力。

单跨框架结构属于静定结构，受力形式及传递路径单一，一旦某一构件或节点发生破坏，整个结构将面临倒塌的危险，很容易重大的财产损失及人员伤亡。

4 结语

由以上理论分析以及实际中震害研究表明，单跨框架结构，尤其是层数较多的高层建筑，在地震中震害比较严重。因此，应按规范要求，对于高层结构，抗震设计的框架结构不应采用超静定次数低的单跨框架。对于一般非高层建筑，当必须采用单跨框架结构时，应采取设置支撑、增加柱子翼墙或少量的钢筋混凝土抗震墙等加强措施，以保证结构具备尽可能多的冗余度，较强的侧向刚度以及多道防线，以防止倒塌灾害发生。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.中国建筑工业出版社，2010.

[2]朱炳寅.《建筑抗震设计规范应用于分析》.中国建筑工业出版社，2011.

[3]黄世敏，杨沈等.《建筑震害与设计对策》.中国计划出版社，2009.