中小學(xué)建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震易損性分析

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1、中小學(xué)建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震易損性分析孫曉倩，王勇(西安建筑科技大學(xué)，陜西西安710055)摘要：中小學(xué)建筑作為具有特定使用功能的建筑物，由地震引起災(zāi)害的可能性和危害性都比其他類型建筑物大得多。本文以中小學(xué)建筑中的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行易損性分析。關(guān)鍵詞：中小學(xué)建筑；鋼筋砼；框架結(jié)構(gòu)；易損性中圖分類號(hào)：TU352．11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672—4011【2011)03—0022—030前言我國(guó)是個(gè)多地震的國(guó)家，也是世界上受地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一?。然而，在眾多不同使用功能的建筑物中，中小學(xué)校舍在地震過程中

2、的破壞程度涉及到千家萬戶，如何避免中小學(xué)建筑的倒塌及其將地震傷亡減至最低程度，成為土木工程界迫在眉睫的一項(xiàng)任務(wù)。結(jié)構(gòu)的地震易損性¨o就是指結(jié)構(gòu)在不同地震作用水平下，發(fā)生不同程度破壞的可能性或者說是結(jié)構(gòu)達(dá)到某個(gè)極限狀態(tài)或性能水平的概率。結(jié)構(gòu)的地震易損性常用易損性曲線描述。在易損性曲線中涉及三個(gè)參數(shù)：代表結(jié)構(gòu)性能的結(jié)構(gòu)反應(yīng)(即地震需求)、破壞極限狀態(tài)界限值(即抗震能力)以及地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)。地震易損性曲線給出了不同地震動(dòng)強(qiáng)度時(shí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)超過規(guī)定破壞狀態(tài)的概率。國(guó)內(nèi)外常用的易損性分析方法主要有專家判斷法、震害經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法和理論分析計(jì)算法三種。其中，由

3、于理論分析法能夠得出比較精確的分析結(jié)果，因此由此方法繪制易損性曲線越來越顯現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震能力分析我國(guó)在考慮本國(guó)國(guó)情的基礎(chǔ)之上于1989年頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中提出了“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)。其中，小震、中震和大震所對(duì)應(yīng)的烈度、超越概率和重現(xiàn)期如表1所示。表1我國(guó)三個(gè)地震作用水平地震水平烈度50年超越概率重現(xiàn)期小震約比基本烈度低1．55度63．2％50年中震基本烈度lO％475年大震約比基本烈度高1度2—3％1641—2475焦從表1可以看出，我國(guó)對(duì)于多遇地震的地震作用水平定

4、義偏低，這樣會(huì)導(dǎo)致在第一階段抗震設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和彈性變形偏小，并且當(dāng)結(jié)構(gòu)按照多遇地震進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)不滿足常遇地震和罕遇地震的性能水平要求。因此，文獻(xiàn)[4]中提出了四個(gè)地震作用水平，文中建議在小震和中震之間再增加一個(gè)地震作用水平——中小震，取其50年內(nèi)超越概率為40％，見表2。表2四個(gè)地震作用水平地震水平烈度50年內(nèi)超越概率重現(xiàn)期小震約比基本烈度低1．55度63．2％50年中小震約比基本烈度低1度40％98年中震基本烈度lO％475年大震約比基本烈度高1度2—3％1641—2475年結(jié)構(gòu)的抗震性能水平是指結(jié)構(gòu)(包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件)在

5、某一地震作用水平下的最大容許破壞。我國(guó)現(xiàn)行的抗震規(guī)范將結(jié)構(gòu)性能水平劃分為三檔，但隨著我國(guó)抗震加固技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，文獻(xiàn)[4]中將結(jié)構(gòu)性能水平劃分為五檔，見表3。表3結(jié)構(gòu)抗震性能水平性能水平結(jié)構(gòu)性能描述性能狀況結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能完好或者基本正常使用無損傷，所有設(shè)施與服務(wù)系統(tǒng)使用不功能完好受影響，人員安全。個(gè)別承重構(gòu)件出現(xiàn)輕微破壞，僅需要少量的修復(fù)，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞較嚴(yán)重，暫時(shí)使用輕微破壞需要大量的修復(fù)，使用功能不受擾或者輕微受擾。個(gè)別承重構(gòu)件屈服，但并未出現(xiàn)較大修復(fù)后使用變形，結(jié)構(gòu)破壞但并不會(huì)威脅生命安較重破壞全，需要對(duì)建筑物進(jìn)行抗震加

6、固處理。少量承重構(gòu)件破壞，多數(shù)承重構(gòu)件僅生命安全出現(xiàn)屈服情況，并未發(fā)生破壞，但結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞保持穩(wěn)定，具有足夠的承載能力儲(chǔ)備。大多數(shù)承重構(gòu)件破壞或者倒塌，但是防止倒塌倒塌建筑物保持不倒。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)抗震性能水平的劃分，以結(jié)構(gòu)最大層間側(cè)移角0為結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，并將其量化，如表4所示。表4結(jié)構(gòu)性能水平層間位移角限值結(jié)構(gòu)類型I正常使用l暫時(shí)使用l修復(fù)后使用l防止倒塌鋼筋混凝土框架I1／5501／4001／2501／50統(tǒng)計(jì)資料顯示，在0．05或0．1可信度下，經(jīng)過K—s檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)的層間位移角符合正態(tài)分布，因此，本文認(rèn)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的能力概率函

7、數(shù)以可用對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)來表示，且該分布函數(shù)由層間側(cè)移角均值肛。．和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差盯。．兩個(gè)參數(shù)來定義，即：位=Ln(1∞以，盯p，)(1)式中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在不同性能水平下的能力均值肛a．見表4。2鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析結(jié)構(gòu)的易損性分析是結(jié)構(gòu)能力和結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)之間的比較，因此，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行易損性分析時(shí)，除了要確定結(jié)構(gòu)能力概率的相關(guān)參數(shù)外，還要用到結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)概率。為了方便比較，本文對(duì)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析依然選用最大層間位移角作為參數(shù)，并仍認(rèn)為結(jié)構(gòu)的反應(yīng)概率函數(shù)可以用對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示。3結(jié)構(gòu)的易損性計(jì)算鋼筋混凝土框架結(jié)

8、構(gòu)的易損性曲線可以表示為在不同強(qiáng)度的地震作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)鞏超過某一性能水平的結(jié)構(gòu)簍童盛鎏魚墅!墨i縫簍!絲!i羔魚能^E∞}#《$，目mTK*iB=P(z(I)=P(n／m(I)(2)式中，z