Jack P. Moehle，John D. Hooper，Chris D.Lubke
美国规范抗震设计中，特殊抗弯框架（SMF）是很重要的一个概念，在抗震设计中非常重要，什么是特殊抗弯框架及如何设计对于理解国外的抗震设计理念很重要。美国的NEHRP编写了一系列的设计指南，由具有丰富设计经验的工程师总结设计实践编写，国外的设计工程师和软件开发者对此系列指南评价非常高，现摘译其中的钢筋混凝土特殊抗弯框架设计一文，希望对工程师了解国外抗震设计理念和实践有帮助。
钢筋混凝土特殊抗弯框架在建筑抗震设计中，是地震作用抗力体系的一部分。抗弯框架中，梁、柱、梁柱节点成比例及构造上抵抗弯曲、轴向、剪力作用，在强震地面运动过程中，结构在侧向经历多重往复位移。特定的比例以及构造要求导致框架在抵抗强烈地震动时，没有明显的强度和刚度损失。因为这些特殊要求，这些抗弯框架称为“特殊抗弯框架(Special Moment Frames)”，与不那么严格的构造要求下普通抗弯框架（Ordinary Moment Frames）和中等抗弯框架（Intermediate Moment Frames）相比，改进了抗震能力。
特殊抗弯框架设计要求在美国混凝土协会ACI 318建筑规范。特殊要求包括检测、材料、框架构件（梁、柱、梁柱节点）和施工过程。此外，对于隔板、基础、不作为抗震体系的框架构件也有相关要求。很多相关的要求在ACI 318的几个部分有说明，但不一定是按逻辑顺序安排的，应用上有难度（除了非常有经验的工程师外）。
本指南写给执业结构工程师，帮助使用ACI 318中特殊抗弯框架的要求。按执业工程师觉得方便的顺序。指南主要针对执业结构工程师，对建筑官员，教师和学生也有用。
本指南遵循ACI318的2008版本，以及对应的ASCE/SEI 7-05地震荷载要求（ASCE 2006）。美国普遍采用的IBC统一标准（ICC2006）参考ASCE7确定地震力。ACI建筑标准按照IBC或者ASCE7的抗震设计分类划分设计需求，包含特殊抗弯框架的最新信息。因为ACI318的2008版还没有被很多（州）立法机构采用，不是所有的条文都一定有效。
大多数特殊抗弯框架使用现浇，具有矩形截面的普通混凝土，无预应力。本指南未覆盖轻骨料混凝土、预应力梁、螺旋配筋柱、预制混凝土，有兴趣的读者可以参考ACI 318。
本指南主体重点在规范要求和可以使用的方法。包含背景信息和草图帮助理解要求。附加说明以斜体表示。第2到第6部分介绍特殊抗弯框架的分析、行为、比例、构造要求，以及组成建筑的其他部分。第7部分介绍施工过程，阐述施工的详细要求。第8、9、10部分是文献、符号缩写和致谢。
ACI 318 2005与2008
目前ACI 318-05（ACI 2005）在混凝土抗震设计中被美国大多数州采用。然而考虑到加入目前最新的进展，本指南基于ACI318-08（ACI 2008）。两本规范对于特殊抗弯框架的技术要求基本上相同。一个主要区别是第8章计算侧向变形时的有效刚度。此外，修改第21章直接引用抗震设计等级，特殊系统（包含特殊抗弯框架）的要求反映了更新。本指南中的ACI 318-08的第21.6节到21.13节通常对应ACI 318-05的第21.4节到21.11节。
规范要求与指南推荐
规范表示设计、施工、运营的最小要求，是建筑所在立法管辖州的法律要求。因此一旦采用使用混凝土结构建筑规范要求（ACI 318-08），作为最低要求必须满足。除建筑规范外，美国混凝土协会也出版指南和应用。一个例子是单体钢筋混凝土结构梁柱节点设计推荐ACI 352R-02（ACI 2002）。一般这类指南介绍好推荐的实践应用，作为最小要求也要满足建筑规范。
本指南主要阐述建筑规范要求，也介绍其他指南，例如推荐一些好的设计施工实践的ACI352R-02。本指南用于澄清建筑规范要求和其他推荐的区别。
1、历史发展
钢筋混凝土特殊抗弯框架概念在美国大约在1960年代引入 (Blume, Newmark, and Corning 1961)。那时的应用主要是设计者自行决定，因为直到1973年UBC（ICBO 1973）第一次在高烈度抗震区需要使用特殊框架构造。最早的构造要求和今天使用的基本一致。
在大多数早期应用中，特殊抗弯框架用于建筑中所有的框架轴线平面。1990年代发展的趋势是在建筑的一少部分框架轴线平面使用特殊抗弯框架，其余部分构成重力框架，不作为抗震系统设计。在1994年Northridge地震中，这些重力框架表现不是很好，导致这种框架的比例和构造要求更严格。不作为抗震体系设计的框架条文规定在ACI318-21.13，适用于不是抗震类别D、E、F时的特殊抗弯框架。因为这时对于重力构件，构造要求与特殊抗弯框架相同，仅有一部分重力框架满足抗震体系要求可以更经济。
特殊抗弯框架也在双系统中应用，组合特殊抗弯框架和剪力墙或支撑框架。目前应用时，抗弯框架需要能承受至少25%的设计地震力，总的地震抗力由抗弯框架和剪力墙（或支撑框架）按相对的刚度来承担。ASCE 7-12.2.1限制一些抗震体系的高度，如特殊混凝土剪力墙、特殊偏心钢支撑框架。当特殊抗弯框架加入到双系统时，这些高度限制可以扩充。
2、 什么时候使用特殊抗弯框架
当需要灵活的建筑空间时，通常选择抗弯框架作为抗震体系。对指定抗震类别D、E、F时，当选择混凝土抗弯框架时，需要按混凝土特殊抗弯框架构造。特殊抗弯框架的比例和构造要求将保证框架安全经历在这些抗震类别时更大的非线性变形。特殊抗弯框架可以用于抗震类别A、B、C，尽管可能导致设计不是很经济。如果选择特殊抗弯框架作为抗震系统，必须满足框架的所有要求，保证延性行为。
3、框架比例
对特殊抗弯框架典型的经济梁跨度在20到30英尺。通常，此范围梁高承受典型的重力荷载和所需的地震力，不会过载相邻梁柱节点和柱。梁的净跨按ACI318-21.5.1.2必须至少是有效高度的四倍。按ACI318-21.5.1.4梁允许比支承的柱子宽，但梁宽通常不超过柱宽以便于施工。特殊抗弯框架条文排除使用板柱体系作为抗震抗力体系的一部分。
楼层高度到20英尺的特殊抗弯框架并不罕见。对相对较高的楼层，确保不形成软弱层（刚度小）/薄弱层很重要。
按ACI318-21.6.1.2 柱子截面尺寸比例不小于0.4。限制截面更紧凑，而不是扁矩形。ACI318-2.6.1.1设置最小柱尺寸为12英寸，通常不好施工。建议最小尺寸采用16英寸，除了对低层建筑的特殊情况。
4、强度和侧移限值
特殊抗弯框架设计必须考虑强度和刚度。根据ASCE7，特殊抗弯框架设计中允许力折减系数R=8。即容许基底剪力按弹性分析结果的八分之一进行设计。抗弯框架通常是柔性横向系统；因此，强度要求可以按规范基底剪力公式中最小的控制。长周期结构，特别是抗震设计种类D、E、F，基底剪力计算通常由ASCE7-12.8.2定义的近似周期最大的控制。必须校核ASCE7定义的风荷载，可能控制特殊抗弯框架的强度要求。无论重力、风、地震力哪个最大，使用特殊抗弯框架时，对于特殊抗弯框架的比例和构造条文都适用。
框架刚度必须足够来控制规范指定的每层的建筑侧移角。ASCE7的侧移限值是居住类别（IBC 1604.5）和冗余系数
表 2-1 - ASCE 7规定的容许楼层侧移
结构侧移使用
ASCE 7-12.8.7 中介绍的P-delta 效应在特殊抗弯框架中必须考虑。
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