附录F：结构基本自振周期的经验公式
结构自振周期及振型的实用计算方法
[ e ]
1/550 1/800 1/1000 1/1000 1/300
3.8.5罕遇地震作用下结构弹塑性变形验算
⑴应进行罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算的结构 为： 1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,高大的单层钢筋混凝土柱 厂房的横向排架; 2）7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框 架结构； 3）高度大于150m的钢结构； 4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢 结构； 5）采用隔震和消能减震设计的结构。
地震作用 仅计算水平地震作用 仅计算竖向地震作用 同时计算水平与竖向地震作用
Eh Ev
1.3 0.0 1.3 0.0 1.3 0.5
w ---风荷载分项系数，一般取1.4
SGE、SEhk、SEvk、Swk — —重力荷载代表值的效应、水平、竖向地震 作用标准值的效应、风载标准值的效应；
W
V max 0.65 H max
3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
（2）竖向地震作用计算----底部剪力法
FEVK V max Geq
V max 0.65 H max
Geq 0.75 Gi
FVi
Gi H i
G
j 1
n
j
Hj
FEVK ---质点i的竖向地震作用标准值。
i i 1
n
2 i
m1
x1 (t )
当体系振动达到振幅最大值时，体系动能为零， 位能达到最大值Umax
1 U max 2
m gX
i i 1
n
i
3.4.1能量法
1 Tmax ω 2 2
i 1
n
mi X i2
1 U max 2
结构基本自振周期计算
W
---风荷载组合系数;一般结构可不考虑,风荷载起控制作用的高层建筑应
采用0.2;
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3.8.3结构抗震承载力验算
（2）截面抗震验算
S R RE
S---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值； R---结构构件承载力设计值； RE ---承载力抗震调整系数；
精品课件
3.8.3结构抗震承载力验算
3.4.1能量法
位移： xi(t)Xisi nt()
速度： x (t)Xicots()
mn
当体系振动达到平衡位置时，体系变形
位能为零，体系动能达到最大值Tmax
Tmax12ω2 in1 miXi2
m1
xn (t)
x2 (t) x1 (t )
当体系振动达到振幅最大值时，体系动能为零，
位能达到最大值Umax
无论结构是否有偏心，地震地面运动产生的结构扭 转振动均是存在的。
★扭转作用会加重结构的震害 《规范》规定对质量和刚度明显不均匀、不对称结构 应考虑水平地震作用的扭转效应
精品课件
3.6竖向地震作用
抗震设计中，一般不考虑竖向地震作用的影响 震害表明：
1、在高烈度区，竖向地面运动的影响是明显的 2、竖向地震作用对高层建筑、高耸及大跨结构
3.4结构自振周期及振型的实用计算方法
能量法是根据体求解以剪切型为主的框架结构
mn
xn (t)
设体系作自由振动，任一质点i的位移：
xi(t)Xisi nt()
3.4.1能量法
速度为 x (t)X ico ts()
m1
精品课件
x2 (t) x1 (t )
竖向地震作用。
精品课件
3.8.1地震作用及计算方法
结构自振周期计算公式
结构自振周期计算公式结构自振是指结构体因受力作用，而发生固有频率的振动，是工程结构设计过程中的重要因素之一，其自振周期的计算也是工程分析与设计的重要参考。
一、结构自振周期计算的基本原理结构自振周期表示在定荷载作用下，结构体内存在的固有振动频率，而在房屋建筑等结构设计中，计算结构的自振周期可以给予工程师指导性的数据，从而判断结构的稳定性以及进行优化设计。
在分析自振周期时，振动方程为：$Mfrac{d^2u}{dt^2}+Ku=Fsin(wt)$其中：$M$为质量；$K$是刚度；$F$为外力；$w$为频率；$t$为时间。
由上述振动方程可推知，均布荷载情况下，自振周期可表示为： $T=2pisqrt{frac{M}{K}}$二、基于结构自振周期计算的工程实践1.建筑结构目前，建筑结构自振周期的计算方法多以勒温斯顿公式为指导，该公式如下：$T=2pisqrt{frac{mh}{3K}}$其中，$m$为梁或柱的质量，$h$为梁或柱的高度，而$K$为梁或柱的刚度。
由此可知，在建筑结构设计中，如果要实现某一特定的自振周期，就可以根据公式的参数来准确计算出梁或柱的质量和高度，进而实现设计要求。
2.机械结构在机械结构设计中，自振周期计算常用结构动力学公式：$T=2pisqrt{frac{J}{K}}$其中，$J$为动力学惯性矩，$K$为刚度。
由此可知，机械结构中要实现某一特定的自振周期，可以根据公式参数来计算动力学惯性矩和刚度，然后以计算结果为指导，从而实现设计要求。
三、结构自振周期计算的工程应用1.减小建筑物抗震性能近年来，随着自然灾害的增多，设计出具有良好抗震性能的建筑结构越来越受到重视，而结构自振周期的计算可以指导工程师控制结构的振动，从而减少结构层受到的震力，减少损坏层的概率，提高其受震抗力。
2.提高机械设备的耐久性耐久性是指机械设备承受外力时对结构持续不变的能力，而机械设备的自振周期可以提高设备的耐久性，使其可以承受外力的一定频率振动，从而提高设备的维护效率，延长其使用寿命。
结构基本自振周期计算分解课件
竖向地震作用
竖向地震作用对高层建筑的影响较大，需要在计算中考虑竖向地震 作用的影响。
地震作用的组合
在计算中，需要考虑不同方向和不同强度地震作用的组合效应，以 更准确地评估结构的抗震性能。
06 结论与展望
本课程总结
01
结构基本自振周期计算是工程结 构分析中的重要环节，本课件详 细介绍了计算方法及其应用。
05 结构基本自振周期计算中 的注意事项
边界条件的处理
固定边界
对于固定边界，需要考虑结构在边界上的刚度，确保边界条件满 足，以减小误差。
弹性边界
对于弹性边界，需要考虑边界的弹性变形，并适当调整结构的刚 度矩阵，以更准确地模拟结构的振动。
支撑条件的模拟
在计算中，需要正确模拟结构的支撑条件，包括支撑刚度和阻尼 等参数，以确保计算结果的准确性。
02
通过案例分析，使学习者更好地 理解计算过程，掌握相关技能。
本课件注重理论与实践相结合， 帮助学习者提高解决实际问题的 能力。
03
本课件内容丰富，条理清晰，适 合作为学习资料或培训教材。
04
未来研究方向
01
深入研究结构基本自振周期的影 响因素，提高计算精度和可靠性
。
03
结合数值模拟和实验研究，进一 步验证和改进计算方法。
高层建筑结构的自振周期计算
总结词：复杂度高
详细描述：高层建筑结构的自振周期计算相对复杂，需要考虑更多的因素，如楼层高度、建筑材料、施工方法等。计算时需 要建立详细的数学模型，并进行数值分析。
大跨度结构的自振周期计算
总结词
跨度大，影响因素多
详细描述
结构自振周期及振型的实用计算方法
n
mN
n
Meq
m
∑
i =1
m i (ω 1 x i ) 2
单质点体系的最大动能为
T 2 max = 1 M 2
eq
m 1
x 1
(ω 1 x m ) 2
xm = xn
xm ---体系按第一振型振动时，相应于折算质点处的最大位移； ---体系按第一振型振动时 相应于折算质点处的最大位移； 体系按第一振型振动时，
T = 0.22 + 0.35H / 3 B 1
H---房屋总高度；B---所考虑方向房屋总宽度。 ---房屋总高度； ---所考虑方向房屋总宽度。 房屋总高度 所考虑方向房屋总宽度 （2）高度低于50m的钢筋混凝土框架-抗震墙结构的基本周期 高度低于50m的钢筋混凝土框架50m的钢筋混凝土框架
T = 0.33+ 0.00069H2 / 3 B 1
T =1.7 ∆bs
本方法适用于质量及刚 度沿高度分布比较均匀 的任何体系结构。
补充： 补充：自振周期的经验公式
根据实测统计，忽略填充墙布置、质量分布差异等， 根据实测统计，忽略填充墙布置、质量分布差异等，初 步设计时可按下列公式估算
（1）高度低于25m且有较多的填充墙框架办公楼、旅馆的基本周期 高度低于25m且有较多的填充墙框架办公楼、 25m且有较多的填充墙框架办公楼
FVi =
GiH i
n
∑G
j =1
F EVK ---质点i的竖向地震作用标准值。 ---质点 的竖向地震作用标准值。 质点i
j
j
H
规范要求： 度时 高层建筑楼层的竖向地震作用 度时， 规范要求：9度时，高层建筑楼层的竖向地震作用 效应应乘以 的增大系数。 应乘以1.5的增大系数 效应应乘以 的增大系数。
抗震设计讲座之结构自振周期的计算
mN
xn
M eq xm
m1
x1
单质点体系的最大动能为
T2 max
xm ---体系按第一振型振动时，相应于折算质点处的最大位移；
T1max T2 max
1
M eq
m x
i 1 i
n
1 M eq
M eq
2
i
x
2 m
T1 2
---单位水平力作用下顶点位移。
G2
u2 u1
Tmax U max
m1
n
G1
12
g mi ui
mu
i 1 i
i 1 n
2
i
T1 2
2
2 G u i i
n
T1 2 / 1
g 9.8m/s
G u
i 1 i
i 1 n
i
例.已知： G1 400kN, G2 300kN
k1 14280 kN/m, k2 10720 kN/m
M eq
2
38.1116.33105 0.496s
三、顶点位移法
对于顶点位移容易估算的建筑结构，可直接由顶点位移估计基本周期。 uT (1)体系按弯曲振动时 抗震墙结构可视为弯曲型杆。 无限自由度体系，弯曲振动的运动方程为
4 y 2 y EI m 0 4 2 x t
m
mN
y N (t )
y(t ) X i sin(it i )
速度为
(t ) X i i cos( y i t i )
y2 (t )
m1
y1 (t )
一、能量法计算基本周期 设体系按i振型作自由振动。 t时刻的位移为
结构基本自振周期计算 (1)
3.6竖向地震作用
抗震设计中，一般不考虑竖向地震作用的影响 震害表明：
1、在高烈度区，竖向地面运动的影响是明显的 2、竖向地震作用对高层建筑、高耸及大跨结构
影响显著。
我国抗震设计《规范》规定，对下列建筑应考虑竖向地震 作用的不利影响： 1、8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构； 2、8度和9度时烟囱和类似的高耸结构； 3、9度时的高层建筑。
有利时，不应大于1.0； 地震作用
Eh
Ev
Eh、 Ev---分别为水平、竖向 仅计算水平地震作用
1.3
0.0
地震作用分项系数， 仅计算竖向地震作用
0.0
1.3
按右表采用；
同时计算水平与竖向地震作用
1.3
0.5
w ---风荷载分项系数，一般取1.4
SGE、SEhk、SEvk、Swk — —重力荷载代表值的效应、水平、竖向地震 作用标准值的效应、风载标准值的效应；
框架-抗震墙结构可近似视为剪弯型杆。
T 1.7 bs
本方法适用于质量及刚度沿高度分布比较均匀的任何体系结构。
补充：自振周期的经验公式
根据实测统计，忽略填充墙布置、质量分布差异等，初 步设计时可按下列公式估算
（1）高度低于25m且有较多的填充墙框架办公楼、旅馆的基本周期
T1 0.22 0.35H / 3 B
W ---风荷载组合系数;一般结构可不考虑,风荷载起控制作用的高层建筑应
采用0.2;
3.8.3结构抗震承载力验算
（2）截面抗震验算
S
R
RE
S ---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值； R---结构构件承载力设计值； RE ---承载力抗震调整系数；
3.8.3结构抗震承载力验算
附录F：结构基本自振周期的经验公式
附录F 结构基本自振周期的经验公式F.1 高耸结构F.1.1 一般高耸结构的基本自振周期，钢结构可取下式计算的较大值，钢筋混凝土结构可取下式计算的较小值：H T )013.0～007.0(1= (F.1.1)式中：H ——结构的高度(m)。
F.1.2 烟囱和塔架等具体结构的基本自振周期可按下列规定采用：1，烟囱的基本自振周期可按下列规定计算：1)高度不超过60m 的砖烟囱的基本自振周期按下式计算：dH T 2211022.023.0-⨯+= (F.1.2-1) 2)高度不超过150m 的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期按下式计算：dH T 2211010.041.0-⨯+= (F.1.2-2) 3)高度超过150m ，但低于210m 的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期按下式计算：dH T 2211008.053.0-⨯+= (F.1.2-3) 式中：H ——烟囱高度(m)；d ——烟囱1/2高度处的外径(m)。
2，石油化工塔架（图F.1.2）的基本自振周期可按下列规定计算：图F.1.2 设备塔架的基础形式(a)圆柱基础塔；(b)圆筒基础塔；(c)方形（板式）框架基础塔；(d)环形框架基础塔1)圆柱（筒）基础塔(塔壁厚不大于30mm)的基本自振周期按下列公式计算： 当H 2/D 0＜700时2311085.035.0D H T -⨯+= (F.1.2-4)当H 2/D 0≥700时2311099.025.0D H T -⨯+= (F.1.2-5) 式中：H ——从基础底板或柱基顶面至设备塔顶面的总高度(m)；D 0——设备塔的外径(m)；对变直径塔，可按各段高度为权，取外径的加权平均值。
2)框架基础塔(塔壁厚不大于30mm)的基本自振周期按下式计算：2311040.056.0D H T -⨯+= (F.1.2-6) 3)塔壁厚大于30mm 的各类设备塔架的基本自振周期应按有关理论公式计算。
4)当若干塔由平台连成一排时，垂直于排列方向的各塔基本自振周期T 1可采用主塔（即周期最长的塔）的基本自振周期值；平行于排列方向的各塔基本自振周期T 1可采用主塔基本自振周期乘以折减系数0.9。
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1
附录F 结构基本自振周期的经验公式
F.1 高耸结构
F.1.1 一般高耸结构的基本自振周期，钢结构可取下式计算的较大值，钢筋混
凝土结构可取下式计算的较小值:
(F.1.1) T,(0.007,0.013)H1
式中:H——结构的高度(m)。
F.1.2 烟囱和塔架等具体结构的基本自振周期可按下列规定采用:
1，烟囱的基本自振周期可按下列规定计算:
1)高度不超过60m的砖烟囱的基本自振周期按下式计算:
2H,2T,0.23，0.22，10 (F.1.2-1) 1d
2)高度不超过150m的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期按下式计算:
2H,2T,0.41，0.10，10 (F.1.2-2) 1d
3)高度超过150m，但低于210m的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期按下式计算:
2H,2T,0.53，0.08，10 (F.1.2-3) 1d
式中:H——烟囱高度(m);
d——烟囱1/2高度处的外径(m)。
2，石油化工塔架(图F.1.2)的基本自振周期可按下列规定计算:
图F.1.2 设备塔架的基础形式
(a)圆柱基础塔;(b)圆筒基础塔;
(c)方形(板式)框架基础塔;(d)环形框架基础塔
1)圆柱(筒)基础塔(塔壁厚不大于30mm)的基本自振周期按下列公式计算: 2当H/D,700时 0
2H3,T (F.1.2-4) ,0.35，0.85，101D0
2
2当H/D?700时 0
2H3,T (F.1.2-5) ,0.25，0.99，101D0
——从基础底板或柱基顶面至设备塔顶面的总高度(m); 式中:H
D——设备塔的外径(m);对变直径塔，可按各段高度为权，取外径的加权平0 均值。
2)框架基础塔(塔壁厚不大于30mm)的基本自振周期按下式计算:
2H3,T (F.1.2-6) ,0.56，0.40，101D0
3)塔壁厚大于30mm的各类设备塔架的基本自振周期应按有关理论公式计算。
4)当若干塔由平台连成一排时，垂直于排列方向的各塔基本自振周期T可采1用主塔(即周期最长的塔)的基本自振周期值;平行于排列方向的各塔基本自振周期T可采用主塔基本自振周期乘以折减系数0.9。
1
F.2 高层建筑
F.2.1 一般情况下，高层建筑的基本自振周期可根据建筑总层数近似地按下列规定采用:
1，钢结构的基本自振周期按下式计算:
T=(0.10,0.15)n (F.2.1-1) 1
式中:n——建筑总层数。
2，钢筋混凝土结构的基本自振周期按下式计算:
T=(0.05,0.lO)n (F.2.1-2) 1
F.2.2 钢筋混凝土框架、框剪和剪力墙结构的基本自振周期可按下列规定采用: 1，钢筋混凝土框架和框剪结构的基本自振周期按下式计算:
2H3,T (F.2.2-1) ,0.25，0.53，1013B
2，钢筋混凝土剪力墙结构的基本自振周期按下式计算:
HT,0.03，0.03 (F.2.2-2) 13B
式中:H——房屋总高度(m);
B——房屋宽度(m)。