中小学建筑钢筋混凝土框架结构的地震易损性分析

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1、中小学建筑钢筋混凝土框架结构的地震易损性分析孙晓倩，王勇(西安建筑科技大学，陕西西安710055)摘要：中小学建筑作为具有特定使用功能的建筑物，由地震引起灾害的可能性和危害性都比其他类型建筑物大得多。本文以中小学建筑中的钢筋混凝土框架结构作为研究对象，对其进行易损性分析。关键词：中小学建筑；钢筋砼；框架结构；易损性中图分类号：TU352．11文献标识码：B文章编号：1672—4011【2011)03—0022—030前言我国是个多地震的国家，也是世界上受地震灾害最严重的国家之一⋯。然而，在众多不同使用功能的建筑物中，中小学校舍在地震过程中

2、的破坏程度涉及到千家万户，如何避免中小学建筑的倒塌及其将地震伤亡减至最低程度，成为土木工程界迫在眉睫的一项任务。结构的地震易损性¨o就是指结构在不同地震作用水平下，发生不同程度破坏的可能性或者说是结构达到某个极限状态或性能水平的概率。结构的地震易损性常用易损性曲线描述。在易损性曲线中涉及三个参数：代表结构性能的结构反应(即地震需求)、破坏极限状态界限值(即抗震能力)以及地震动强度指标。地震易损性曲线给出了不同地震动强度时结构反应超过规定破坏状态的概率。国内外常用的易损性分析方法主要有专家判断法、震害经验统计法和理论分析计算法三种。其中，由

3、于理论分析法能够得出比较精确的分析结果，因此由此方法绘制易损性曲线越来越显现出广阔的发展前景。1钢筋混凝土框架结构的抗震能力分析我国在考虑本国国情的基础之上于1989年颁布的《建筑抗震设计规范》中提出了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标。其中，小震、中震和大震所对应的烈度、超越概率和重现期如表1所示。表1我国三个地震作用水平地震水平烈度50年超越概率重现期小震约比基本烈度低1．55度63．2％50年中震基本烈度lO％475年大震约比基本烈度高1度2—3％1641—2475焦从表1可以看出，我国对于多遇地震的地震作用水平定

4、义偏低，这样会导致在第一阶段抗震设计时设计强度和弹性变形偏小，并且当结构按照多遇地震进行设计时可能会不满足常遇地震和罕遇地震的性能水平要求。因此，文献[4]中提出了四个地震作用水平，文中建议在小震和中震之间再增加一个地震作用水平——中小震，取其50年内超越概率为40％，见表2。表2四个地震作用水平地震水平烈度50年内超越概率重现期小震约比基本烈度低1．55度63．2％50年中小震约比基本烈度低1度40％98年中震基本烈度lO％475年大震约比基本烈度高1度2—3％1641—2475年结构的抗震性能水平是指结构(包括结构构件和非结构构件)在

5、某一地震作用水平下的最大容许破坏。我国现行的抗震规范将结构性能水平划分为三档，但随着我国抗震加固技术的不断发展和完善，文献[4]中将结构性能水平划分为五档，见表3。表3结构抗震性能水平性能水平结构性能描述性能状况结构和非结构构件功能完好或者基本正常使用无损伤，所有设施与服务系统使用不功能完好受影响，人员安全。个别承重构件出现轻微破坏，仅需要少量的修复，非结构构件破坏较严重，暂时使用轻微破坏需要大量的修复，使用功能不受扰或者轻微受扰。个别承重构件屈服，但并未出现较大修复后使用变形，结构破坏但并不会威胁生命安较重破坏全，需要对建筑物进行抗震加

6、固处理。少量承重构件破坏，多数承重构件仅生命安全出现屈服情况，并未发生破坏，但结构严重破坏保持稳定，具有足够的承载能力储备。大多数承重构件破坏或者倒塌，但是防止倒塌倒塌建筑物保持不倒。根据上述结构抗震性能水平的划分，以结构最大层间侧移角0为结构性能指标，并将其量化，如表4所示。表4结构性能水平层间位移角限值结构类型I正常使用l暂时使用l修复后使用l防止倒塌钢筋混凝土框架I1／5501／4001／2501／50统计资料显示，在0．05或0．1可信度下，经过K—s检验，结构的层间位移角符合正态分布，因此，本文认为钢筋混凝土框架结构的能力概率函

7、数以可用对数正态分布函数来表示，且该分布函数由层间侧移角均值肛。．和对数标准差盯。．两个参数来定义，即：位=Ln(1∞以，盯p，)(1)式中，钢筋混凝土框架结构在不同性能水平下的能力均值肛a．见表4。2钢筋混凝土框架结构的结构地震反应分析结构的易损性分析是结构能力和结构地震反应之间的比较，因此，在对结构进行易损性分析时，除了要确定结构能力概率的相关参数外，还要用到结构的地震反应概率。为了方便比较，本文对结构的地震反应分析依然选用最大层间位移角作为参数，并仍认为结构的反应概率函数可以用对数正态分布函数表示。3结构的易损性计算钢筋混凝土框架结

8、构的易损性曲线可以表示为在不同强度的地震作用下结构的反应巩超过某一性能水平的结构篓童盛鎏鱼墅!墨i缝篓!丝!i羔鱼能^E∞}#《$，目mTK*iB=P(z(I)=P(n／m(I)(2)式中，z