特征周期,自振周期
建筑结构抗震设计第三章单自由度弹性体系的水平地震作用
2
max
1
Tg
2021/3/7
结构抗震设计
16
设计特征周期
规范规定，根据建筑工程的实际情况，将地震动反应
谱特征周期Tg，取名为“设计特征周期”。
设计特征周期的值应根据建筑物所在地区的地震环境 确定。（所谓地震环境，是指建筑物所在地区及周围 可能发生地震的震源机制、震级大小、震中距远近以 及建筑物所在地区的场地条件等。）
式中 k11——使质点1产生单位位移而质点2保持不动时，
在质点1处所需施加的水平力； k12——使质点2产生单位位移而质点1保持不动时，
在质点1处引起的弹性反力； c11——质点1产生单位速度而质点2保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力； c12——质点2产生单位速度而质点1保持不动时，
在质点1处产生的阻尼力；
在进行建筑结构地震反应分析时， 除了少数质量比较集中的结构 可以简化为单质点体系外，大 量的多层和高层工业与民用建 筑、多跨不等高单层工业厂房 等，质量比较分散，则应简化 为多质点体系来分析，这样才 能得出比较符合实际的结果。
一般，对多质点体系，若 只考虑其作单向振动时，则体 系的自由度与质点个数相同。
1、两自由度运动方程的建立 2、两自由度弹性体系的运动微分方程组 3、两自由度弹性体系的自由振动 三、多自由度弹性体系的自由振动 1、n自由度体系运动微分方程组 2、n自由度弹性体系的自由振动 四、振型分解法 1、两自由度体系振型分解法 2、n自由度体系振型分解法
2021/3/7
结构抗震设计
21
一、多质点和多自由度体系
15
YJK计算参数（注释）20171011
YJK计算参数（注释）20171011SATWE结构计算中的参数选取一、总信息..............................................1、结构体系根据实际情况填写。
该参数直接影响整体指标统计、构件内力调整、构件设计等内容。
2、结构材料信息:根据实际情况确定3、地下室层数：指与上部结构同时进行内力分析的地下室部分的层数。
该参数对结构整体分析与设计有重要影响，无地下室时填0，有地下室时根据实际情况填写。
4、嵌固端所在层号：MQIANGU= 1嵌固端所在层号主要用于设计，如按《抗震规范》6.1.14.3.2条对梁、柱钢筋进行调整；按《高规》3.5.5.2条确定刚度比限值；地震组合下的设计内力调整；底部加强区起始位置等方面。
软件默认嵌固层号=地下室层数，如果在基础顶嵌固，则该参数填0，如果修改了地下室层号，应注意确认嵌固端所在层号是否需要修改。
如果嵌固层以下设置了地下室，则按《抗规》6.1.3条，将嵌固端所在层号当做地下一层，并对嵌固端所在层号的抗震等级不降低；对于嵌固端层以下的各层的抗震等级和抗震构造措施的抗震等级分别自动设置：对于抗震等级自动设置为四级抗震等级，对于抗震构造措施的抗震等级逐层降低一级，但不低于四级。
注意，该参数指的是设计时对嵌固层的构造加强，而不是计算模型的嵌固。
5、与基础相连构件最大底标高（m）用来确定柱、支撑、墙柱等构件底部节点是否生成支座信息，如果某层柱或支撑或墙柱底节点以下无竖向构件连接，且该节点标高位于“与基础相连构件最大底标高”以下，则该节点处生成支座。
6、裙房层数裙房层数在填写时注意要包含地下室层数。
7、转换层号按实际情况填写8、加强层所在层号该参数对于筒体结构层地震剪力调整、加强层构件设计等方面有影响。
9、竖向荷载计算信息：按模拟施工3加荷计算一次性加载：一次施加全部恒载，结构整体刚度一次形成。
施工模拟1：结构整体刚度一次形成，恒载分层施加。
结构基本自振周期计算PPT (2)
U max 2 i1 mi gX i
3、4、1能量法
Tmax
1ω2 2
n i 1
mi
X
2 i
根据能量守恒原理:
U max
1 2
n i 1
mi gX i
Tmax＝Umax
n
g mi X i
i 1
n
mi
X
2 i
i 1
T1
2 1
2
n
mi
X
2 i
i 1 n
2
g mi X i
i 1
n
Gi
X
2 i
i 1
n
Gi X i
i 1
一般假定:将结构重力荷载当成水平荷载作用于质点上 所得得结构弹性曲线为结构得基本振型
3、4、2折算质量法(等效质量法)
基本原理:将多质点体系用单质点体系代替。
使单质点体系得自振频率与原体系得基本频率相等或相近
等效原则:两个体系得动能相等 多质点体系得最大动能为
3、8、4多遇地震作用下结构抗震变形验算
层间弹性位移得计算: m ue (i) Ve (i) / Dik k 1 ue (i) ---第i层的层间位移； Dik ---i层第k根柱的侧移刚度； Ve (i) ---第i层的水平地震剪力标准值。
楼层内最大弹性层间位移应符合下式: ue [e ]h
m
主要原因:结构质量中心与刚度 中心不重合
质心:在水平地震作用下, 惯性力得合力中心
刚心:在水平地震作用下, 结构抗侧力得合力中心
质心
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ug (t)
刚心
3、5结构得扭转地震效应
2、地震地面运动存在扭转分量 地震波在地面上各点得波速、周期与相位不同。建
关于结构设计中各种周期的解惑
关于结构设计中各种周期的解惑结构设计中碰到最多的周期大致有四个：场地（地震动）卓越周期、设计特征周期、结构自振周期、结构基本周期，四个周期或多或少存在一定的联系，首先了解一下各周期的含义。
卓越周期是指随机振动过程中出现概率最多的周期，常用以描述地震动或场地特性。
地震波在土层中传播，由于土层的过滤特性与选择放大作用（过滤与放大通过不同性质界面的多次反射来实现），周期与场地土固有周期接近的地震波得到增强（通过共振作用放大），此周期称为场地（地震动）卓越周期。
设计特征周期也可称为设计反应谱特征周期，是指地震影响系数曲线下降段起始点对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关，规范通过设计地震分组和场地类别反映，场地越软，震级、震中距越大，值越大。
结构自振周期是结构的动力特性之一，按某一振型完成一次自由振动所需的时间，仅与结构的质量m、刚度k有关，可通过特征值分析求解。
结构基本周期是结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
地震动卓越周期反映的是场地土动力特性，与场地覆土厚度、土层剪切波速及岩土阻抗比（土地震效应的三要素）有关，前两者影响频谱，后者影响幅值。
一般来讲震级、震中距越大，高频分量被长距离传播路径所过滤，低频（长周期）分量越显著；软土地基上卓越周期显著，而硬土地基上则包含多种频率成分，卓越周期不显著（可以包含若干个），如下图。
设计特征周期针对的是设计反应谱，因此数落一下设计反应谱的来历很有必要。
为了迎合结构设计，将不同的地震动记录的反应谱曲线加以统计平均（均值反应谱），再利用数学上的平滑拟合，基于安全或经济因素的修正，便得到设计反应谱。
设计反应谱并不针对某个特定地震波，而是据大量地震动的综合认识预估结构地震作用的一种规定。
即设计反应谱不是真正的反应谱，是经验物理领域的概念，设计特征周期的物理意义不很明确。
从反应谱的分段区间来看，设计特征周期可以认为是速度与位移控制段的分界周期。
地震动卓越周期与设计特征周期存在必然联系吗？答案是否定的，顶多也就是特定地区的统计关系。
场地卓越周期
场地卓越周期文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]场地卓越周期,结构自振周期,基本振型,高阶振型基本概念自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构固有的特性。
基本周期T1：结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
通常需要考虑两个主轴方向的和扭转方向的基本周期。
设计特征周期Tg：抗震设计用的地震影响系数曲线的下降阶段起始点所对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。
场地卓越周期Ts ：根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速Vs计算的周期，表示场地土最主要的振动特征。
场地卓越周期只反映场地的固有特征，不等同于设计特征周期。
场地脉动周期Tm：应用微震仪对场地的脉动、又称为”常时微动”进行观测所得到的振动周期。
场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征，与强地震作用下场地的动力特性既有关系又有区别。
场地卓越周期：地震波在某场地土中传播时，由于不同性质界面多次反射的结果，某一周期的地震波强度得到增强，而其余周期的地震波则被削弱。
这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期。
结构自振周期：自振周期是结构的动力特性之一。
单质点体系在谐波的作用下，都会按一定形状作同频率同相位的简谐运动，其相应的周期就称为自振周期。
当建筑物的自振周期与场地土卓越周期接近时，其地震反应就大，反之则小。
设计特征周期Tg：抗震设计用的地震影响系数曲线中，反映地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值，应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。
当结构的自振周期超过设计特征周期时，地震作用就会随其自振周期的增大而减小。
当结构的自振周期小于0.1s时，地震作用会随其自振周期的增大而急剧增大。
实际的建筑结构的自振周期大都会大于设计特征周期，但一般不大于6.0s。
基本振型：单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型。
任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加，多质点体系按振型分解法计算地震作用时，可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。
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。
振型分解反应谱法题库
振型分解反应谱法振型分解反应谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法。
该法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。
振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作用：不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用。
适用条件（1）高度不超过40米，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法计算。
（此为底部剪力法的适用范围）（2）除上述结构以外的建筑结构，宜采用“振型分解反应谱法”。
（3）特别不规则的建筑、甲类建筑和规范规定的高层建筑，应采用时程分析法进行补充计算。
刚重比刚重比是指结构的侧向刚度和重力荷载设计值之比，是影响重力二阶效应的主要参数刚重比=Di*Hi/GiDi-第i楼层的弹性等效刚度，可取该层剪力与层间位移的比值Hi-第i楼层层高Gi-第i楼层重力荷载设计值刚重比与结构的侧移刚度成正比关系；周期比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。
因此调整周期比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。
同样，对刚重比的调整也可能影响周期比。
特别是当结构的周期比接近规范限值时，应采用加强结构外围刚度的方法规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。
见高规5.4.1和5.4.2及相应的条文说明。
刚重比不满足规范上限要求，说明重力二阶效应的影响较大，应该予以考虑。
规范下限主要是控制重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌。
见高规5.4.4及相应的条文说明。
刚重比不满足规范下限要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小。
但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
结构周期相关知识
结构自振周期相关知识点1.经验公式一般情况下，高层钢筋混凝土结构的基本自振周期T1为T1=(0.05~1.10)n（4.3－27）其中：钢筋混凝土框架结构：T1=(0.06~0.09)n（4.3－28）框架-剪力墙结构：T1=(0.06~0.08)n（4.3－29）高层钢结构的基本自振周期T1为T1=(0.10~0.15)n（4.3－30）式中:n——建筑层数。
结构基本周期、结构自振周期与设计特征周期、场地卓越周期之间的区别和联系：结构基本周期、结构自振周期与设计特征周期、场地卓越周期之间的区别和联系：自振周期是结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间；基本周期是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间；设计特征周期是在抗震设计用的地震影响系数曲线中，反映地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值；场地卓越周期是根据覆盖层厚度H和土层剪切波速VS按公式T0=4H/VS计算的周期，表示场地土最主要的振动特性。
结构在地震作用下的反应与建筑物的动力特性密切相关，建筑物的自振周期是主要的动力特征，与结构的质量和刚度相关。
经验表明，当建筑物的自振周期与场地的卓越周期相等或接近时，建筑物的震害较为严重。
用顶点位移法求自振周期：T=1.7*周期折减系数*（层间侧移开方）折减系数：框架结构取0.6~0.7框剪结构取0.7~0.8抗剪墙取1.0按照行业标准《工程抗震术语标准》（JGJ/97）的有关条文，自振周期：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间。
基本周期：结构按基本振型（第一振型）完成一次自由振动所需的时间。
通常需要考虑两个主轴方向和扭转方向的基本周期。
设计特征周期：抗震设计用的地震影响系数曲线的下降段起始点所对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。
场地卓越周期：根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速，按公式T=4H/ 计算的周期，表示场地土最主要的振动特征。
结构在地震作用下的反应与建筑物的动力特性密切相关，建筑物的自振周期是主要的动力特征，与结构的质量和刚度有关，当自振周期、特别是基本周期小于或等于设计特征周期时，地震影响系数取值为，按规范计算的地震作用最大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自振周期与特征周期
默认分类2010-01-24 20:59:28 阅读583 评论1 字号：大中小订阅
自振周期:是结构本身的动力特性。
与结构的高度H,宽度B有关。
当自振周期与地震作用的周期接近时,共振发生,对建筑造成很大影响，加大震害。
特征周期：是建筑场地自身的周期，抗震规范中是通过地震分组和地震烈度查表
确定的。
结构的自振周期顾名思义是反映结构的动力特性，与结构的质量及刚度有关，具体对单自由度就只有一个周期，而对于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期个数，周期最大的为基本周期，设计用的主要参考数据！
而特征周期是，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别，所以我认为特征周期同时反映了地震动及场地的特性！它在确定地震影响曲线时用到！
1.特征周期：是建筑物场地的地震动参数——由场地的地质条件决定；
2.自振周期有结构子身的结构特点决定——用结构力学方法求解；（主要指第一
振型的主振周期）
3.结构的自振周期主要是避免与场地的卓越周期重合产生共振；
4.卓越周期与特征周期有关；卓越周期由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计
算求解（见工程地质手册）。
设计特征周期:抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震等级,震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值.-----根据其所在地的设计地震分组和
场地类别确定.详见抗震规范.
自振周期:是结构本身的动力特性.与结构的H,B有关.当自振周期与地震作用的
1/f接近时,共振发生,对建筑造成很大影响.
另外：
目前就场地的有关周期，经常出现场地脉动(卓越)周期，地震动卓越周期和反应谱特征周期等名词。
就以上3个周期概念来说，其确切的含义是清楚的，场地脉动周期是在微小震动下场地出现的周期，也可以说是微震时的卓越周期；地震动卓越周期是在受到地震作用下场地出现的周期，一般情况下它大于脉动周期(一般1.2～2.0)。
场地卓越周期反应场地特征，地震动卓越周期不但反应场地特征，而且反应地震特征(如近、远震则明显不同)。
由此可见二者震动干扰源有区别，另外反映的特征也是不同的。
反应谱特征周期一般是指规范反应谱平台段与下降衰减段的拐点周期，它表示规范反应谱值随周期变化的突变特征，是平均意义上的参数，它综合反映场地和地震环境的影响。
三者之间有一定关系，但概念不一
样，在工程上不能等同。
--------------
结构自振周期、设计特征周期、场地卓越周期和脉动周期之间的关系
自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构固有的
特性。
基本周期T1：结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。
通常需要考虑两个主轴方向的和扭转方向的基本周期。
设计特征周期Tg：抗震设计用的地震影响系数曲线的下降阶段起始点所对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。
场地卓越周期Ts：根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速Vs计算的周期，表示场地土最主要的振动特征。
场地卓越周期只反映场地的固有特征，不
等同于设计特征周期。
场地脉动周期Tm：应用微震仪对场地的脉动、又称为”常时微动”进行观测所得到的振动周期。
场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征，与强地震作用下场地的动力特性既有关系又有区别。