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2008年汶川地震后,我国加大了对中小学的重视程度,我国的抗震规范相应的抗震设防标准细节也经历了由不提高抗震等级到需要提高一级抗震等级的变化。各国都比较重视中小学教学楼在地震作用下的安全性,但具体处理细节有所差异,我国现行《建筑抗震设计规范》(GB50007-2010)仍是采用提高抗震措施为主的思路,与其他一些国家(如新西兰、美国、欧共体等)以提高地震力为主的设计方法有概念上的差异。本文以具有可比性的几个框架结构单元为研究对象,从弹塑性分析等角度定量分析探讨细节处理差异对结构抗震性能的影响,以期对工程实践提供参考。 本文以8度设防地区的某4层小学教学楼为例,在相同结构体系和满足现行设计规范基本要求的基础上,衍生了四个基本设防标准或者计算地震力有所不同的框架结构: ①框架A:抗震等级二级,多遇地震作用下水平地震响应系数为αmax1=0.16; ②框架B抗震等级二级,地震力提高50%,αmax1=0.24; ③框架C:抗震等级一级,αmax1=0.16; ④框架D:抗震等级一级,地震力提高50%,αmax1=0.24。 借助MIDAS/Gen和PKPM系列软件,论文对上述4个框架结构进行了小震弹性和中震及大震下的pushover分析及动力弹塑性时程分析,重点考察了结构的弹塑性位移角、塑性铰发展过程和结构用钢量指标等;最后,选取工程中的教学楼和普通用途框架结构实例各5个,对比分析研究两者之间的弹塑性变形及用钢量差异。 研究结果表明: 1)4个框架均能满足规范要求的设防标准要求,且大震情况下的弹塑性变形均有一定的富余,框架B、C、D在地震作用下的反应都明显好于仅按丙类建筑进行抗震设防的框架A; 2)中震情况下,结构即进入框架梁内出现塑性铰而框架柱处于弹性的弹塑性工作状态,大震情况下,结构在框架梁内出现大量的塑性铰,而框架柱则在底层出现塑性铰,按现行规范设计的框架,周边框架梁、柱的截面相对较大,容易出现塑性铰,宜予以适当加强; 3)抗震措施的提高可以显著改善结构的极限变形能力,使结构在较大的变形条件下也不发生倒塌现象,但现行计算分析中塑性铰的出现与否是基于截面抗弯能力确定的,故计算分析不能充分反映抗震措施提高对结构抗震提高的有利影响; 4)四种教学楼框架的钢筋及混凝土用量统计结果表明,设计地震力提高将主要导致纵筋用量的约增加12%,而抗震等级的提高则会使结构的箍筋用量约增加30%,混凝土用量的差异较小,与弹塑性变形分析结果相吻合; 5)实际工程中,与普通框架结构相比,教学楼框架梁和柱的用钢量约分别增加15%和30%,而混凝土用量的差异较小,可以忽略不计。 此外,论文还对其它一些相关指标进行了定性或定量分析,相关结果可供工程实践参考。