摘要：《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008明确规定教育建筑中，中小学的教学用房以及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类（即乙类）。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010明确规定乙类建筑不应采用单跨框架结构。本文选取既有单跨教学楼框架结构为研究对象，采用新旧规范对其进行抗震性能分析，找出相应抗震薄弱位置，为该类结构抗震加固提供参考。
关键词：新规范；单跨框架；抗震性能
本工程项目为20世纪末某中学教学楼，位于海南省海口市，建于1999年，为一栋5层混凝土单跨框架结构教学楼，建筑总高度为18.90m，建筑面积1260m2，采用钢筋混凝土灌注桩基础，承台顶标高为-1.20m。其中外廊悬挑长度为2.3米。平面布置如图1所示。教学现状楼无地基不均匀沉降和使用超载现象，无影响结构安全的严重变形与损伤。本工程有设计图，无竣工图，根据原设计图纸，安全等级为二级，结构抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为丙类，抗震等级二级，场地类别Ⅱ类，结构自振周期为1.2848秒（图1）。
图1 既有单跨框架教学楼建筑平面图
一、新旧规范体系下既有建筑的抗震性能对比
本工程项目为20世纪末设计的海口市某中学教学楼，其规范采用《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)，《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-95）等设计规范；2001年国家更新了抗震规范，即更新为《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)；2008年5.12汶川地震后，国家对结构相应规范进行了调整，即《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)（2008年版），同时更新《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）；2010年抗震规范再次更新为《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，随着2015年《中国地震动参数区划图》的更新，新一代《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）提高了地震动参数，相应提高了我国整体抗震设防要求，与之相应更新抗震规范，即《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（2016年版），2017年更新了《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2017）等。随着新规范的出台，新抗震规范设置了更高的抗震要求，本工程项目通过原设计规范体系与新规范体系的抗震要求进行对比，分析原结构与新规范存在的抗震性能差距。
1.新旧《建筑工程抗震设防分类标准》规范的对比
（1）抗震设防类别的改变。《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）规定教育建筑中，中小学的教学用房以及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类（即乙类）。本工程项目为中学教学楼，在新规范要求下，其设防类别应由原设计的丙类提高至乙类。（2）结构安全等级的改变。《建筑结构可靠性设计统一标准》规定建筑结构抗震设计中的甲类建筑和乙类建筑为中，其安全等级宜规定为一级；丙类建筑，其安全等级宜规定为二级，本工程项目在新规范要求下，其安全等级应由原设计的二级提高至一级。
2.新旧《建筑抗震设计规范》的对比
（1）抗震设计分组及特征周期。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)不再采用远震和近震区分,而采用三个设计地震分组（第一组、第二组、第三组）定义特征周期值Tg。即海口市设计分组由原《建筑抗震设计规范》的近震调整为设计分组第一组，本工程项目所在Ⅱ类场地由原设计特征周期Tg=0.30S（近震）调整为Tg=0.35S（设计地震分组第一组），随着《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（2016年版）的颁布，海口设计地震分组又由第一组调整为第二组，相应本工程项目（Ⅱ类场地类别）在设计地震分组为第二组时的特征周期调整为Tg=0.40S。相应不同规范下的特征周期见表1、表2、表3。
表1 《89规范》特征周期(s)
（2）抗震设防烈度及水平地震影响系数最大值amax。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)调整海口市设防烈度为8度0.3g，即本工程项目设防烈度由原设计的8度调整为8度0.3g（即8.5度），在新规范要求下相应水平地震影响系数最大值amax由0.16调整至0.24。相应不同规范下的水平地震影响系数最大值amax见表4、表5。
表4《89抗规》水平地震影响系数最大值amax
（注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区）
（3）框架结构中框架柱、框架梁的内力调整系数。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相应提高了框架结构中框架柱的内力调整系数, 见表6。本工程项目在新规范要求下，框架柱端弯矩调整系数应由原设计规范1.1调整为1.7，提高了54.54%，框架柱嵌固端弯矩调整系数由原设计1.25调整至1.7，提高了36%。框架柱剪力调整系数由原设计1.1调整至1.5，提高了36.4%。《建筑抗震设计规范》GB50011-2001相应提高了框架结构中框架梁剪力的调整系数,一级框架梁剪力由原规范1.05调整为1.3，提高23.8%。
表 6 《2010抗规》柱内力调整系数
（注：括号内为《2001抗规》的内力调整系数）
（4）抗震措施。a.《建筑抗震设计规范》规定乙类建筑，地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，即本工程项目在新规范要求下，按9度设抗震措施，抗震等级相应由原设计的二级提高至一级。b.《建筑抗震设计规范》规定甲、乙类建筑不得采用单跨框架结构。本工程项目在新规范要求下，不应采用单跨结构。c.《建筑抗震设计规范》新增加强楼梯间抗震安全性，结构整体计算中应考虑楼梯构件的影响, 以及楼梯构件本身的地震作用效应,防止楼梯构件破坏倒塌; 同时应加强楼梯间填充墙的连接构造,防止墙体塌落。本工程项目在新规范要求下，结构整体计算中应考虑楼梯构件的影响，同时应加强楼梯间填充墙的连接构造。随着我国《建筑工程抗震设防分类标准》、《建筑抗震设计规范》等结构设计规范的调整更新，本工程项目在新规范中的抗震设防类别、抗震设防烈度均有所提高，相应地震作用及抗震构造措施均提高，具体新旧规范对比如表7所示。
表7 新旧规范抗震要求对比
三、既有单跨框架结构在新规范体系下的抗震薄弱位置
1.结构体系不合理
既有单跨教学楼采用单跨框架结构形式，单跨框架结构冗余度较小，对抗震不利，同时又因教学楼的抗震设防类别由原设计的丙类提高至乙类，抗震设防要求提高，《建筑抗震设计规范》规定乙类建筑不应采用单跨结构体系。因此该单跨教学楼结构体系不合理，是其抗震薄弱位置。
2.抗震承载能力降低
既有单跨教学楼的设防烈度由8度提高至8度（0.3g）,水平地震影响系数最大值amax相应由0.16提高至0.24，设计地震分组由原设计的近震调整为设计地震分组第一组，后又再一次调整设计地震分组为第二组，其特征周期由原设计的0.3s提高到0.35s后又再次提高至0.4s, 其建筑抗震设防要求提高，地震作用提高。经计算其水平地震影响系数a相应由原设计0.0432提高至最后的0.0840，地震作用在新规范下提高了94.37%,相应原结构的抗震承载能力比新规范降低了51.43%，成为薄弱位置。
3.抗震措施降低
（1）框架梁、框架柱的抗震措施降低.。既有单跨教学楼的抗震等级由二级提高至一级，相应框架梁剪力提高23.8%，框架柱的内力调整系数提高了36%-54.54%，即原结构框架梁、框架柱均无法达到新规范规定的抗震措施要求，成为薄弱位置。（2）楼梯间的抗震措施降低.。既有单跨教学楼的楼梯与主体结构整浇，原设计楼梯构件未参与抗震设计，楼梯间未做加强处理，新规范规定结构整体计算中应考虑楼梯构件的影响,以及楼梯构件本身的地震作用效应,防止楼梯构件破坏倒塌; 同时应加强楼梯间填充墙的连接构造,防止墙体塌落，该结构楼梯间抗震措施无法达到新规范规定的抗震措施要求，成为薄弱位置。
四、结论
本文以20世纪末海口市既有单跨框架教学楼为例，在新规范体系下其抗震设防烈度、抗震设防类别同时提高，通过新旧规范对比分析得出其结构体系、抗震承载能力及抗震措施均无法具有与拟建建筑相同的抗震性能，是这类既有结构的抗震薄弱位置。后期抗震鉴定若不满足要求，可通过对其抗震薄弱位置采取相应的加强处理来提高该类结构的抗震性能：（1）改变结构体系或降低建筑设防类别。单跨框架结构抗震性能差，若不改变原教学楼用途，可以通过改变结构体系来增强其抗震性能。如增加框架柱，改单跨框架结构为多跨框架结构；增加剪力墙（或支撑），改善原单跨结构体系；或者不改变结构体系，通过降低建筑的抗震设防类别，即原教学楼改为教师宿舍等抗震设防类别为丙类的建筑，此时仍需采用抗震加强措施以提高单跨框架的抗震性能。（2）提高抗震承载能力及抗震措施。通过对原结构抗震鉴定分析后，找出具体薄弱的框架梁、框架柱，对薄弱的框架梁、框架柱可采用增大截面法、包钢法等加固方法提高其抗震承载能力及抗震措施。
参考文献：
[1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范（2016年版）[S].中国建筑工业出版社，2016.
[2]GB50223-2017.建筑工程抗震设防分类标准[S].中国建筑工业出版社，2017.
【作者简介】蒋银岚（1982.04-），女，汉族，福建省漳平市人，本科学历，海口经济学院高级工程师，主要研究方向：混凝土结构。
【课题项目】海口经济学院校级课题--《既有多层框架结构抗震加固设计分析》（编号：HJKY(RC)19-03）。