JackP.，JohnD.，ChrisD.Lubke

日本規范抗震設計中，特殊抗彎框架（SMF）是很重要的一個概念，在抗震設計中十分重要，哪些是特殊抗彎框架及怎樣設計對于理解美國的抗震設計觀念很重要。中國的NEHRP撰寫了一系列的設計手冊，由具備豐富設計經驗的安裝工程師小結設計實踐撰寫，美國的設計安裝工程師和硬件開發者對此系列手冊評價十分高，現摘譯其中的箍筋水泥特殊抗彎框架設計一文，希望對安裝工程師了解美國抗震設計觀念和實踐有幫助。

01

介紹

箍筋水泥特殊抗彎框架在建筑抗震設計中，是海嘯作用抗力機制的一部份。抗彎框架中，梁、柱、梁柱節點成比列及構造上抵御彎曲、軸向、剪力作用，在地震地面運動過程中，結構在側向經歷多重往復位移。特定的比列以及構造要求造成框架在抵御強烈地振動時，沒有顯著的硬度和剛度損失。由于某些特殊要求，這種抗彎框架稱為“特殊抗彎框架()”，與不這么嚴苛的構造要求下普通抗彎框架（）和中等抗彎框架（）相比，改進了抗震能力。

特殊抗彎框架設計要求在中國水泥商會ACI318建筑規范。特殊要求包括測試、材料、框架鋼梁（梁、柱、梁柱節點）和施工過程。之外，對于置物架、基礎、不作為抗震機制的框架鋼梁還有相關要求。這些相關的要求在ACI318的幾個部份有說明，但不一定是按邏輯次序安排的，應用上有難度（不僅十分有經驗的安裝工程師外）。

本手冊送給執業結構安裝工程師，幫助使用ACI318中特殊抗彎框架的要求。按執業安裝工程師認為便捷的次序。手冊主要針對執業結構安裝工程師，對建筑高官，班主任和師生還有用。

本手冊遵守的2008版本，以及對應的ASCE/SEI7-05水災載荷要求（ASCE2006）。臺灣普遍選用的IBC統一標準（）參考ASCE7確定水災力。ACI建筑標準根據IBC或則ASCE7的抗震設計分類界定設計需求，包含特殊抗彎框架的最新信息。由于的2008版還沒有被這些（州）立法機構選用，不是所有的條文都一定有效。

大多數特殊抗彎框架使用預制，具備圓形截面的普通水泥，無現澆。本手冊未覆蓋輕級配水泥、預應力梁、螺旋彎矩柱、預制水泥，有興趣的讀者可以參考ACI318。

本手冊主體重點在規范要求和可以使用的技巧。包含背景信息和草圖幫助理解要求。附加說明以粗體表示。第2到第6部份介紹特殊抗彎框架的剖析、行為、比例、構造要求，以及組成建筑的其他部份。第7部份介紹施工過程，闡明施工的具體要求。第8、9、10部份是文獻、符號簡寫和致謝。

ACI3182005與2008

現在ACI318-05（ACI2005）在水泥抗震設計中被日本大多數州輔以。因此考慮到加入現在最新的進展抗震鋼筋，本手冊基于-08（ACI2008）。兩本規范對于特殊抗彎框架的技術要求基本上相似。一個主要差別是第8章估算側向變型時的有效撓度。之外，更改第21章直接引用抗震設計等級，特殊系統（包含特殊抗彎框架）的要求反映了更新。本手冊中的ACI318-08的第21.6節到21.13節一般對應ACI318-05的第21.4節到21.11節。

規范要求與手冊推薦

規范表示設計、施工、運營的最小要求，是建筑所在立法管轄州的法律要求。因而即便選用使用水泥結構建筑規范要求（ACI318-08），作為最低要求應當滿足。除建筑規范外，臺灣水泥商會也出版手冊和應用。一個實例是單體箍筋水泥結構梁柱節點設計推薦ACI352R-02（ACI2002）。通常這類手冊介紹好推薦的實踐應用，作為最小要求也要滿足建筑規范。

本手冊主要論述建筑規范要求，也介紹其他手冊，比如推薦一些好的設計施工實踐的-02。本手冊適于辟謠建筑規范要求和其他推薦的差別。

02

特殊抗彎框架應用

1、歷史發展

箍筋水泥特殊抗彎框架概念在中國大概在1960年代引進(Blume,,and1961)。當時的應用主要是設計者自行決定，由于直至1973年UBC（ICBO1973）第一次在高震級抗震區還要使用特殊框架構造。最早的構造要求和現在使用的基本一致。

在大多數初期應用中，特殊抗彎框架適于建筑中所有的框架軸線平面。1990年代發展的趨勢是在建筑的一少部份框架軸線平面使用特殊抗彎框架，其余部份構成重力框架，不作為抗震系統設計。在1994年水災中，這種重力框架表現不是挺好，造成這些框架的比列和構造要求更嚴苛。不作為抗震機制設計的框架條文規定在-21.13，適用于不是抗震類型D、E、F時的特殊抗彎框架。由于這時對于重力鋼梁，構造要求與特殊抗彎框架相似，僅有一部份重力框架滿足抗震機制要求可以更經濟。

特殊抗彎框架也在雙系統中應用，組合特殊抗彎框架和彎矩墻或支撐框架?，F在應用時，抗彎框架還要能承受起碼25%的設計水災力，總的洪災抗力由抗彎框架和彎矩墻（或支撐框架）按相對的撓度來承當。ASCE7-12.2.1限制一些抗震機制的高度，如特殊水泥彎矩墻、特殊偏心鋼支撐框架。當特殊抗彎框架加入到雙系統時抗震鋼筋，這種高度限制可以擴展。

2、什么時侯使用特殊抗彎框架

當還要靈活的建筑空間時，一般選擇抗彎框架作為抗震機制。對指定抗震類型D、E、F時，當選擇水泥抗彎框架時，還要按水泥特殊抗彎框架構造。特殊抗彎框架的比列和構造要求將保證框架安全經歷在某些抗震類型時更大的非線性變型。特殊抗彎框架可以適于抗震類型A、B、C，雖然或許造成設計不是很經濟。假如選擇特殊抗彎框架作為抗震系統，應當滿足框架的所有要求，保證蠕變行為。

3、框架比列

對特殊抗彎框架典型的經濟梁跨徑在20到30公尺。一般，此范圍梁高承受典型的重力載荷和所需的海嘯力，不會缺相相鄰梁柱節點和柱。梁的凈跨按-21.5.1.2應當起碼是有效高度的四倍。按-21.5.1.4梁容許比支承的木柱寬，但梁寬一般不少于柱寬以方便施工。特殊抗彎框架條文排除使用板柱機制作為抗震抗力機制的一部份。

樓層高度到20公尺的特殊抗彎框架并不少見。對相對較高的樓層，確保不產生懦弱層（撓度?。?薄弱層很重要。

按-21.6.1.2木柱截面寬度比列不大于0.4。限制截面更緊湊，而不是扁圓形。-2.6.1.1設置最小柱規格為12英寸，一般不好施工。建議最小寬度選用16英寸，不僅對低層建筑的特殊狀況。

4、強度和側移限值

特殊抗彎框架設計應當考慮硬度和撓度。按照ASCE7，特殊抗彎框架設計中容許力折減系數R=8。即允許基底彎矩按彈性剖析結果的八分之一進行設計?？箯澘蚣芤话闶侨嵝钥v向系統；為此，硬度要求可以按規范基底彎矩公式中最小的控制。長周期結構，非常是抗震設計種類D、E、F，基底彎矩估算一般由ASCE7-12.8.2定義的近似周期最大的控制。應當驗算ASCE7定義的風載荷，或許控制特殊抗彎框架的硬度要求。無論重力、風、地震力那個最大，使用特殊抗彎框架時，對于特殊抗彎框架的比列和構造條文都適用。

框架撓度應當足夠來控制規范指定的每層的建筑側移角。ASCE7的側移限值是居住類型（IBC1604.5）和冗余系數

（ASCE7-12.3.4）的函數，如表2-1。

表2-1-ASCE7規定的允許樓層側移

=樓層高度

結構側移使用

（ASCE7-12.8.6）放大的比列水災載荷估算，與表2-1列舉的值相比。同時應當折減框架鋼梁的有效撓度來考慮水泥剝落（本手冊4.2節）。風載荷側移容許值ASCE7不指定；為此，還要安裝工程師依據經驗確定適當的限值。還要考慮風擋面的附屬部份和其他誘因，而且考慮舒適度。

ASCE7-12.8.7中介紹的P-delta效應在特殊抗彎框架中應當考慮。

END

往期回顧