摘 要：根据规范的抗震概念设计及抗震性能设计方法要求，结合单层单跨框架结构特点，总结抗震设计各阶段弹性层间位移分析结果，指出该类型结构设计可按规范进行多遇地震作用设计并采取一定的加强措施即可，为其它类似工程提供思路与参考。
关键词：单层单跨；框架；中震弹性；加强措施
1 工程概况
项目名称为儿童访客中心，为公园内游客休闲的小型建筑物，建筑整体呈环状，由多个5m*5m*4.3m的独立空间组合而成，建筑设防烈度为7度0.10g，Ⅱ类场地；由于整体建筑形状不规则，且建筑体量较小，单个单体建筑结构却比较规则，因此结构设计为双向单层单跨钢筋混凝土框架结构。
建筑结构材料选用C30混凝土，HRB400钢筋。框架结构抗震等级三级，丙类建筑。
2 规范规定
《建筑抗震设计规范》6.1.5 条规定，甲、乙类建筑以及高度大于24 m 的丙类建筑，不应采用单跨框架结构；高度不大于 24 m 的丙类建筑不宜采用单跨框结构[1]。规范对应的条文说明：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。一、二层的连廊采用单跨框架时，需要注意加强。框架结构中的框架，可以是单跨[1]。
《建筑抗震设计规范应用与分析》给出结构设计建议为：实际工程中应避免采用单跨框架结构。但必须采用时，应采取设置支撑、柱子翼墙或少量的钢筋混凝土抗震墙等措施[2]。
3 方案确定
3.1方案一：常规设计+加强措施
常规设计即采用多遇地震作用计算与设计，即小震弹性设计。
《建筑抗震设计规范》未明确单层单跨框架结构的具体设计加强措施，但明确宜有多道抗震防线。
儿童访客中心建筑设计总体呈环状连廊类小型建筑，即各个单体均为单层（只有局部为二层），各单体在屋面标高处采用架设2m宽的板进行连接，且各个单体建筑四面应做到通透，例如很多墙体均采用落地玻璃窗代替，因此，采用设撑或加柱等措施均对原方案建筑设计效果造成破坏,可采用设置柱子翼墙的方式进行抗震加强。
结构梁、柱尺寸均采用《建筑抗震设计规范》中最低要求，即柱子300*300mm，梁200*500mm，各柱翼墙尺寸200mm*500mm，按柱子建模分析。
3.2方案二：中震弹性设计
虽然建筑体量较小，单体体型简单且只有一层，结构荷载亦不大，但建筑结构为单层单跨框架结构，任意结构构件在地震中破坏后可使结构立即丧失承载能力而破坏，按照建筑抗震性能化设计要求，可按设防地震作用下进行弹性设计，即框架结构中震弹性层间位移满足规范弹性位移限值1/550要求。
中震弹性设计参数如下（其它同小震弹性）：
（1）采用规范反应谱，地震影响系数取0.23，阻尼比0.05；
（2）计算时不考虑风荷载组合；
（3）验算时荷载组合采用基本组合，材料强度采用设计值，但与抗震等级相关的调整系数均取为1.0.
同时采用大震弹性设计计算进行校核，即采用规范反应谱，地震影响系数取0.50，阻尼比0.05；其它参数均同中震弹性。
3.3各方案计算结果
（1）各方案计算指标对比如下表：
由上表可知，该单层单跨框架结构按小震弹性设计时，各项指标均满足规范要求，但考虑柱翼墙后，由于结构整体刚度大幅增加，结构周期及层间位移大幅减少；由1894/664＝2.85，1894/303＝6.25知，弹性位移均与地震力大小倍数增大，按中震弹性控制时，即层间位移1/550，则满足规范小震弹性位移为不大于1/1568要求，同时大震弹性层间位移可满足不大于1/250。根据《建筑抗震设计规范》附录M知，当大震弹性层间位移为1/250时，对应构件轻微损坏，仅处于开裂状态。
（2）各方案计算配筋信息如下图
由上图，中震弹性与小震弹性时，梁、柱配筋相差不大，但大震时计算配筋明显增大，且柱配筋量为中、小震情况下配筋量的2倍多。
3.4a 方案选型
单层单跨框架结构由于高度有限，相对其它结构刚度一般较大，设计验算中震弹性层间位移满足规范小震弹性位移限值要求时，其大震弹性层间位移可满足结构构件轻微损坏而仅处于开裂状态，满足规范大震不倒的要求。
单层单跨框架由于缺少必要的冗余度，地震破坏严重，采用此类结构时应加强概念设计，按规范应构造不少于二道抗震设防防线。
由于本工程建筑荷载只有构件自重与必要的人群荷载，构件截面亦需要满足《建筑抗震设计规范》的最小截面要求，因此，承载力均能满足要求，且考虑构件配筋取一定的归并系数即可达到中震弹性设计要求，因此，本工程可采用常规设计+柱翼墙方案，其柱翼墙按柱构造要求进行设计，作为抗震设防第一道防线，以满足规范要求。
4 结 语
由于地震的不确定性和随机性，结构抗震设计在大型有限元计算出现之前一直是以“概念设计”为主，前述的大震，中震、小震等概念均为抗震概念。在工程实践中应重视并加强对抗震概念的执行。
单跨框架结构在实际工程中应尽量避免采用，必须采用时，应构造不少于二道抗震设防防线；同时由于其结构刚度相对较大，一般可直接按规范多遇地震作用进行设计，可辅以中震弹性层间位移验算，一般可保证构件使用性能；在必要时可以考虑采用构件截面调整或采用包络设计以满足承载力要求，但仍应采取相应的构造加强措施，使结构至少两道抗震防线以策安全。
参考文献：
[1] GB5011-2010（2016年版）,《建筑抗震设计规范》.
[2] JGJ 3-2010,《高层建筑混凝土结构技术规程》.
[3] 朱丙寅 建筑抗震设计规范应用与分析 中国建筑工业出版社 2011年9月.
[4] 王晓钥 康迎杰 单层单跨钢筋混凝土框架抗震性能研究 特种结构 2018年12月.
[5] 周颖 吕西林 中震弹性设计与中震不屈服设计的理解与实施 结构工程师 2008年12
论文作者:陈卫国,,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷10期
论文发表时间:2019/9/20
标签：弹性论文; 位移论文; 建筑论文; 单层论文; 框架结构论文; 结构论文; 构件论文; 《建筑实践》2019年38卷10期论文;