振型参与质量系数详解与解释
振型参与质量系数详解
抗震规范和高规都有这个系数，牵涉到其他几个概念，与大家分享
有关振型的几个概念
振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。
一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大. 地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。
自振振型曲线是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。
振型越高，周期越短，地震力越大，但由于我们地震反应是各振型的迭代，高振型的振型参与系数小。
特别是对规则的建筑物，由于高振型的参与系数小，一般忽略高振型的影响。
振型的有效质量：这个概念只对于串连刚片系模型有效(即基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。
）。
某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方（(∑mx)2）。
一个振型有三个方向的有效质量，而且所有振型平动方向的有效质量之和等于各个质点的的质量之和，转动方向的有效质量之和等于各个质点的转动惯量之和。
有效质量系数：如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。
这个概念是由WILSON E.L. 教授提出的，用于判断参与振型数足够与否，并将其用于ETABS程序。
振型参与质量：某一振型的主质量（或者说该模态质量）乘以该振型的振型参与系数的平方，即为该振型的振型参与质量。
振型参与质量系数：由于有效质量系数只实用于刚性楼板假设，现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。
出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数即振型参与质量系数，规范即是通过控制有效质量振型参与质量系数的大小来决定所取的振型数是否足够。
（见高规（5.1.13）、抗规(5.2.2)条文说明）。
这个概念不仅对糖葫芦串模型有效。
一个结构所有振型的振型参与质量之和等于各个质点的质量之和。
如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与质量系数。
由此可见，有效质量系数与振型参与质量系数概念不同，但都可以用来确定振型叠加法所需的振型数。
我们注意到：ETABS6.1中，只有有效质量系数（effective mass ratio）的概念，而到了ETABS7.0以后，则出现了振型质量参与系数（modal participating mass ratio），可见，振型参与质量系数是有效质量系数的进一步发展，有效质量系数只适用于串连刚片系模型，分别有x方向、y方向、rz方向的有效质量系数。
振型参与质量系数则分别有x、y、z、rx、ry、rz六个方向的振型参与质量系数。
注释：
1）这里的“质量”的概念不同于通常意义上的质量。
离散结构的振型总数是有限的，振型总个数等于独立质量的总个数。
可以通过判断结构的独立质量数来了解结构的固有振型总数。
具体地说：
每块刚性楼板有三个独立质量Mx,My,Jz；
每个弹性节点有两个独立质量mx,my；
根据这两条，可以算出结构的独立质量总数，也就知道了结构的固有振型总数。
2）若记结构固有振型总数是NM，那么参与振型数最多只能选NM个，选参与振型数大于NM是错误的，因为结构没那么多。
3）参与振型数与有效质量系数的关系：
3-1)参与振型数越多，有效质量系数越大；
3-2)参与振型数=0 时，有效质量系数=0
3-3)参与振型数=NM 时，有效质量系数=1.0
4）参与振型数NP 如何确定？
4-1）参与振型数NP 在1-NM 之间选取。
4-2）NP应该足够大，使得有效质量系数大于0.9。
有些结构，需要较多振型才能准确计算地震作用，这时尤其要注意有效质量系数是否超过了0.9。
比如平面复杂，楼面的刚度不是无穷大，振型整体性差，局部振动明显的结构，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。
振型参与质量系数详解与解释
振型参与质量系数详解抗震规范和高规都有这个系数，牵涉到其他几个概念，与大家分享有关振型的几个概念振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。
一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大. 地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。
自振振型曲线是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。
振型越高，周期越短，地震力越大，但由于我们地震反应是各振型的迭代，高振型的振型参与系数小。
特别是对规则的建筑物，由于高振型的参与系数小，一般忽略高振型的影响。
振型的有效质量：这个概念只对于串连刚片系模型有效(即基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。
）。
某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方（(∑mx)2）。
一个振型有三个方向的有效质量，而且所有振型平动方向的有效质量之和等于各个质点的的质量之和，转动方向的有效质量之和等于各个质点的转动惯量之和。
有效质量系数：如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。
这个概念是由WILSON E.L. 教授提出的，用于判断参与振型数足够与否，并将其用于ETABS程序。
振型参与质量：某一振型的主质量（或者说该模态质量）乘以该振型的振型参与系数的平方，即为该振型的振型参与质量。
振型参与质量系数：由于有效质量系数只实用于刚性楼板假设，现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。
出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数即振型参与质量系数，规范即是通过控制有效质量振型参与质量系数的大小来决定所取的振型数是否足够。
质量参与系数
有效质量系数（注意，不是等效质量系数），它是结构底部受到单位大小的加速度时各振型的底部剪力与结构总质量的比值，反应了该振型的相对贡献大小。
几乎所有国家规范均要求达到90％。
对于规则结构，几个振型十几个振型就可以满足此要求，对于复杂结构则需要很多。
事实上，复杂结构的许多振型对水平方向的振型参与系数贡献很小的，比如扭转振型、竖向振型、以及局部振动的振型。
建议采用依赖荷载空间分布的Ritz向量法或Lanczos法求解，可以容易满足90％的要求。
有关振型的几个概念（1）振型参与系数：
每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型参与系数。
（2）振型的有效质量：
这个概念只对于串连刚片系有效（即基于刚性楼板假定的，不适用于一般构），某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方。
（3）有效质量系数：
如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。
用于判断参与振型数足够与否，并将用于程序。
（4）振型参与质量：
某一振型的主质量（或者说该模态质量）乘以该振型的参振型与系数的平方，即为该振型的振型参与质量。
（5）振型参与质量系数：
由于有效质量系数只适用于刚性楼板假定，《高规》
5.1.13条及《抗规》
5.2.2条文说明，提出了用振型参与质量系数来判断参与振型数足够与否的方法。
即选定振型个数的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与质量系数。
这种方法适用于刚性楼板假定，也适用于弹性楼板。
PKPM振型
PKPM中振型数量取值请列出各种结构中振型数怎样取值。
无所谓多少，通常以满足振型系量参与系数>=90%（用SATWE等相关软件计算时，其结果中会给出这个结果）所需要的振型数即可，其取值通常为3的倍数，也不能大于总层数的3倍，一般的民用建筑在9~30范围里即可满足要求。
但如果是空旷的结构以及层概念不太明显的结构，可能要受到高阶振型的影响比较大，取的计算振数也可能比较多，有60~90的都见过。
一般为结构层数的3倍，不包含地下室，多塔一般不应小于15，太大也没有多大意义，一般只要让XY两个方向的质量参与都达到90%就可以了，如果达不到就在加大计算振型个数如何取？计算震型个数：这个参数需要根据工程的实际情况来选择。
对于一般工程，不少于9个。
但如果是2层的结构，最多也就是6个，因为每层只有三个自由度，两层就是6个。
对复杂、多塔、平面不规则的就要多选，一般要求“有效质量系数”大于90%就可以了，证明我们的震型数取够了。
这个“有效质量系数”最先是美国的WILSON教授提出来的，并且将它用于著名的ETABS程序。
《高层建筑混凝土结构技术规程》的5.1.13-2条要求B级高度的建筑和复杂的高层建筑“抗震计算时，宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应少于塔数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不少于总质量的90%”－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－规范规定要求震型参与质量达到总质量的90%以上这句话怎么理解？s一些概念，希望对你有帮助有关振型的几个概念振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。
一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大.地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。
自振振型曲线是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。
有关振型的几个概念[新版]
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有关振型的几个概念有关振型的几个概念振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。
一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大. 地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。
自振振型曲线是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。
振型越高，周期越短，地震力越大，但由于我们地震反应是各振型的迭代，高振型的振型参与系数小。
特别是对规则的建筑物，由于高振型的参与系数小，一般忽略高振型的影响。
振型的有效质量：这个概念只对于串连刚片系模型有效(即基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。
）。
某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方。
一个振型有三个方向的有效质量，而且所有振型平动方向的有效质量之和等于各个质点的的质量之和，转动方向的有效质量之和等于各个质点的转动惯量之和。
有效质量系数：如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。
这个概念是由WILSON E.L. 教授提出的，用于判断参与振型数足够与否，并将其用于ETABS程序。
振型参与质量：某一振型的主质量（或者说该模态质量）乘以该振型的振型参与系数的平方，即为该振型的振型参与质量。
振型参与质量系数：由于有效质量系数只实用于刚性楼板假设，现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。
出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数即振型参与质量系数，规范即是通过控制有效质量振型参与质量系数的大小来决定所取的振型数是否足够。
有效质量系数
振型的有效质量：这个概念只对于串连刚片系模型有效(即基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。）。某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方。一个振型有三个方向的有效质量，而且所有振型平动方向的有效质量之和等于各个质点的的质量之和，转动方向的有效质量之和等于各个质点的转动惯量之和。
4） 参与振型数 NP 如何确定？
4-1）参与振型数 NP 在 1-NM 之间选取。
4-2）NP应该足够大，使得有效质量系数大于0.9。
有些结构，需要较多振型才9。比如平面复杂，楼面的刚度不是无穷大，振型整体性差，局部振动明显的结构，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。
有效质量系数编辑
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振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大. 地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。 自振振型曲线是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。 振型越高，周期越短，地震力越大，但由于我们地震反应是各振型的迭代，高振型的振型参与系数小。 特别是对规则的建筑物，由于高振型的参与系数小，一般忽略高振型的影响。
振型参与系数
关于振型参与系数
建筑结构2010-08-08 21:20:36 阅读631 评论0 字号：大中小订阅
在抗震设计中，经常会碰到振型参与系数这个概念，但很多人往往记不清或不理解振型参与系数到底表示什么意思。
这里将从振型分解法的求解过程来说明这个系数的含义。
振动方程：
对上式进行振型分解，即令
并应用瑞利阻尼：
得：
对上式两端左乘
得：
由正交性知，上式变为：
即：
方程两端除以
并注意到：
且令：
得：
式中
即为振型参与系数。
可见振型参与系数的真正含义为单位质点在第j振型中所分配到的地震作用的分配系数，即单位质点地震作用的分解（配）系数。
与单质点地震振动方程相比，以上以广义位移
为未知量的振动方程，其右端仅多了一个系数
若再令
则上式可变为与单质点地震振动方程完全一样的形式，即：
上式是一个常系数的二阶非齐次微分方程，其解由通解和特解组成。
通解可由高等数学求得，特解可由杜哈梅积分求得。
其最终解为：
式中，
求出了
由等效静力的抗震计算法知，第j振型作用到第i质点的地震作用为：
这就是《震规》式（5.2.2-1）求第j振型作用到第i质点的水平地震作用标准值的表达式。
由
的表达式容易知道：
地震作用按振型的分解可用图表示如下：。
振型参与系数
关于振型参与系数
建筑结构2010-08-08 21:20:36 阅读631 评论0 字号：大中小订阅
在抗震设计中，经常会碰到振型参与系数这个概念，但很多人往往记不清或不理解振型参与系数到底表示什么意思。
这里将从振型分解法的求解过程来说明这个系数的含义。
振动方程：
对上式进行振型分解，即令
并应用瑞利阻尼：
得：
对上式两端左乘
得：
由正交性知，上式变为：
即：
方程两端除以
并注意到：
且令：
得：
式中
即为振型参与系数。
可见振型参与系数的真正含义为单位质点在第j振型中所分配到的地震作用的分配系数，即单位质点地震作用的分解（配）系数。
与单质点地震振动方程相比，以上以广义位移
为未知量的振动方程，其右端仅多了一个系数
若再令
则上式可变为与单质点地震振动方程完全一样的形式，即：
上式是一个常系数的二阶非齐次微分方程，其解由通解和特解组成。
通解可由高等数学求得，特解可由杜哈梅积分求得。
其最终解为：
式中，
求出了
由等效静力的抗震计算法知，第j振型作用到第i质点的地震作用为：
这就是《震规》式（5.2.2-1）求第j振型作用到第i质点的水平地震作用标准值的表达式。
由
的表达式容易知道：
地震作用按振型的分解可用图表示如下：。
由于大开洞造成振型质量参与系数不够的调整方法
由于大开洞造成振型质量参与系数不够的调整方法首先是收集的一些资料，关于局部振动的：资料一：控制结构的局部振动使有效质量系数满足规范要求在对结构进行整体控制设计的时候，我们有时会遇到这种情况，结构的“有效质量系数”达不到规范所要求的不小于90%的要求（见抗规5.2.2条文说明、高规5.1.13条2款），有时即使把“计算振型数”取得很大，也无法满足这个要求。
问题究竟出在哪里？我们又怎样来解决这个问题呢？对于存在这种情况的工程，我们通过继续观察其“结构空间振动简图”，可以发现这样一种现象，在我们所取“计算振型数”范围内的结构振型中，有的振型是结构的整体在振动，而有的振型只有结构的局部在振动。
继续分析下去，我们会发现，发生局部振动的部位，或空间刚度较差，或缺少约束。
如结构错层等原因形成的较长的越层柱；楼板开洞等原因形成的较长的无板梁段或无板墙段；悬臂端缺少约束的悬臂构件；没有设置屋脊梁的坡屋顶；楼顶设置刚度或约束较差的构架等。
因为上述问题的存在，使得这些部位的局部振动极易被激发。
由于这种振动是局部的，所以只有局部的构件参与其中，其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。
结构的有效质量是“计算振型数”所包含的各振型的有效质量由低阶到高阶的叠加，当其中存在较多的与局部振动有关的较低阶的振型时，结构的“有效质量系数”就不容易满足规范的要求。
笔者认为：发生低阶局部振型的部位是结构的薄弱部位，在地震中低阶局部振型容易被激发而在该部位产生较大的变形，当该部位的相关构件在结构中处于比较重要的位置时，可能影响结构的安全，故在设计中应采取措施尽量消除。
在结构设计时，可以加强与局部振动有关的构件沿振动方向的刚度，使相关局部振型由较低阶振型转变为较高阶振型，将其排除出“计算振型数”范围；也可以沿相关构件节点的振动方向增加约束，如加设拉梁等，以消除局部振动。
对于那些对结构安全没有影响或影响可以忽略不计的局部振动，可以强制采用“全楼刚性楼板假定”过滤掉局部振动，或增加“计算振型数”来增大结构的“有效质量系数”。
SATWE有效质量系数
SATWE有效质量系数和此有关的规范条文是：高规3.3.11条的条文说明；抗规5.2.2条的条文说明。
有关振型的几个概念：振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。
一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大. 地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。
自振振型曲线是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。
振型越高，周期越短，建筑物受到的地震力越大，但由于我们地震反应是各振型的迭代，高振型的振型参与系数小。
特别是对规则的建筑物，由于高振型的参与系数小，一般忽略高振型的影响。
振型的有效质量：这个概念只对于串连刚片系模型有效(即基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。
）。
某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方。
一个振型有三个方向的有效质量，而且所有振型平动方向的有效质量之和等于各个质点的的质量之和，转动方向的有效质量之和等于各个质点的转动惯量之和。
有效质量系数：如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。
这个概念是由WILSON E.L. 教授提出的，用于判断参与振型数足够与否，并将其用于ETABS程序。
振型参与质量：某一振型的主质量（或者说该模态质量）乘以该振型的振型参与系数的平方，即为该振型的振型参与质量。
振型参与质量系数：由于有效质量系数只实用于刚性楼板假设，现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。
出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数即振型参与质量系数，规范即是通过控制有效质量振型参与质量系数的大小来决定所取的振型数是否足够。
振型参与系数的物理意义
振型参与系数的物理意义振型参与系数，这个词听上去是不是有点拗口？它的意思就是在振动分析中，每种振型对于系统整体振动的贡献有多大。
听起来复杂？别担心，我们来慢慢聊聊，保证你听了也能会心一笑。
想象一下，你和朋友们在一起玩乐队，每个人都有自己的乐器。
你是主唱，另一位朋友打鼓，还有人弹吉他、拉小提琴。
每个人都在用心演奏，但如果主唱跑调了，整个乐队可就尴尬了。
这个时候，主唱的“参与系数”就特别高，因为他对乐曲的影响最大。
再想想如果吉他手太过火，音量一大，反而让人听不清主唱的声音，这样一来，吉他手的参与系数就得打个折扣。
振型参与系数的道理就像是乐队中的每个乐器，各自的贡献和影响力不一样，有的主导，有的辅助。
说到这里，咱们可以把这个系数想象成一个“重要性排行榜”。
在一场激烈的篮球比赛中，得分手就是那个重要的“主唱”。
他每次投篮，球进了，球队就能欢呼；投不进，那可真是有点哭笑不得。
相对来说，防守球员的参与度虽然重要，但他们的得分少，影响力稍微小一些。
振型参与系数就是这样评估每个“球员”在整体“比赛”中扮演的角色。
振动的时候，咱们的系统就像是一场热闹的聚会，每个振型都在跟着节奏晃动。
有的振型节奏快，像是在舞池中旋转；有的振型则是慢慢摆动，给人一种稳重的感觉。
不同的振型就像不同的舞蹈风格，有的活泼，有的端庄。
在分析振动的时候，搞清楚哪个振型在整个系统中贡献最大，才能更好地理解系统的表现。
咱们再深入一层，振型参与系数的计算其实就像是对这场聚会的“人气评分”。
如果某个振型的参与系数高，说明它在整个系统中占据了举足轻重的地位，起到了“定海神针”的作用。
反之，参与系数低的振型就像是聚会中那个默默无闻的角落，虽有存在，但不太引人注目。
可是，千万别小看那些低参与度的振型，它们也能在关键时刻闪耀光芒，像个黑马，给你一个意外的惊喜。
听到这里，你可能会想，振型参与系数能不能用在生活中呢？当然可以！比如，工作团队中，每个人的能力和贡献就像振型参与系数一样。