既有钢筋混凝土框架中小学校舍抗震分析与性能评估

论文摘要

钢筋混凝土框架结构因其优越的抗震性能被逐渐应用于中小学校舍的建设。汶川地震中,除一些超出其抗震设防烈度许多的地区发生框架中小学教学楼的倒塌外,其它都表现出良好抗震性能。但是,此次地震中楼梯间遭到严重破坏,楼梯间成为整个结构震害的重灾区。而按现行设计方法,无法保证楼梯在地震中的安全。因此对楼梯参与整体结构抗震研究有重要意义。对于震区的既有钢筋混凝土框架中小学校舍,采用适当的分析方法对其进行抗震评估、鉴定,并对不满足抗震要求的建筑采取适当的抗震对策,是减轻地震灾害的重要途径,具有重要的意义。本文在国内外相关研究理论和方法的基础上,综合相关的文献资料,对钢筋混凝土框架中小学校舍做以下几个方面的研究：第一,对既有钢筋混凝土框架结构的性能评估方法进行整理,得出用增量动力弹塑性分析(Incremental Dynamic Analysis,简称IDA)方法来考察强震作用下结构的抗倒塌能力；用静力推覆分析(Pushover)方法可以快速对结构抗震性能进行评估,适合于目前大量的既有框架中小学校舍。第二,介绍了我国目前的中小学建筑常用的几种结构形式,对汶川地震中学校建筑的破坏情况进行调查分析,给出了各类结构的学校在地震中的主要破坏形式,并对破坏原因进行了简要分析。第三,研究了楼梯数量和布置的不同对框架结构整体抗震性能的影响,并提出了相应的处理措施。第四,考虑不同震源特性对IDA分析结果的影响,分别用近场和远场两组地震记录对一既有框架中学综合楼进行分析,得出结构各极限状态的能力值。最后,鉴于Pushover分析方法对以第一振型为主的高度不大的结构是适用的,用其对两个既有框架中小学校舍的抗震性能进行快速评估,说明此方法可以快速有效地对目前大量既有框架中小学校舍进行抗震性能评估,但大大低估了近场地震作用下的结构反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 地震的危害
• 1.1.2 问题的提出
• 1.2 楼梯参与整体抗震研究现状
• 1.2.1 现行钢筋混凝土板式楼梯设计方法
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 既有钢筋混凝土框架结构抗震性能评估
• 1.3.1 既有钢筋混凝土框架结构抗震性能评估的意义
• 1.3.2 既有钢筋混凝土框架结构抗震性能评估方法
• 1.4 基于性能的结构抗震设计和评估方法
• 1.4.1 静力推覆分析方法（Pushover方法）
• 1.4.2 增量动力弹塑性分析方法（IDA方法）
• 1.4.3 两种评估方法的对比
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 中小学校舍主要结构形式及其震害
• 2.1 前言
• 2.2 中小学校舍的结构形式
• 2.2.1 砌体-木屋架结构
• 2.2.2 砌体结构
• 2.2.3 框架结构
• 2.3 中小学校舍主要震害
• 2.3.1 砌体-木屋架结构震害
• 2.3.2 砌体结构震害
• 2.3.3 框架结构震害
• 2.4 震害总结及建议
• 2.5 本章小结
• 第3章 楼梯对框架中小学校舍抗震性能影响
• 3.1 引言
• 3.2 模型的建立
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 对比模型组的建立
• 3.2.3 楼梯的计算模拟与简化
• 3.3 楼梯对结构整体性能的影响
• 3.3.1 对结构总刚度影响
• 3.3.2 对结构层间位移角影响
• 3.3.3 对结构扭转效应的影响
• 3.4 楼梯对框架部分的影响
• 3.4.1 地震剪力
• 3.4.2 楼梯间框架梁柱内力
• 3.5 现浇楼梯框架教学楼弹塑性分析
• 3.6 对楼梯间设计的思考和建议
• 3.7 本章小结
• 第4章 框架中小学校舍增量动力弹塑性分析
• 4.1 引言
• 4.2 增量动力弹塑性分析方法的基本原理
• 4.3 增量动力弹塑性分析法的分析步骤
• 4.3.1 地震记录的选取
• 4.3.2 地震强度因子与结构性能参数的选择
• 4.3.3 计算法则
• 4.3.4 曲线插值
• 4.3.5 极限状态
• 4.3.6 曲线统计
• 4.4 算例
• 4.4.1 综合楼建筑概况
• 4.4.2 分析模型的建立
• 4.4.3 地震波选取及分类
• 4.4.4 单一记录的IDA曲线
• 4.4.5 多条地震波的IDA曲线
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于Pushover方法的性能评估
• 5.1 引言
• 5.2 Pushover分析方法
• 5.2.1 水平加载模式
• 5.2.2 目标位移的确定
• 5.2.3 Pushover分析方法实施的一般步骤
• 5.2.4 性能评价
• 5.3 实例一
• 5.3.1 分析模型的建立
• 5.3.2 荷载加载模式
• 5.3.3 分析结果
• 5.4 实例二
• 5.4.1 教学楼建筑概况
• 5.4.2 分析模型的建立
• 5.4.3 结果分析
• 5.5 与弹塑性动力时程分析结果对比
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢