场地卓越周期

结构基本周期

结构基本周期
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
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
周期相等或接近时，建筑物的震害较为严重。

基本周期应该取决于建筑物的结构形式，各种结构形式都是定数。

结构⾃振周期是结构在⽔平作⽤下的震动周期，是变数。

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。

结构的基本周期可采⽤结构⼒学⽅法计算，对于⽐较规则的结构，也可以采⽤近似⽅法计算：
框架结构 T=（）N
框剪结构、框筒结构 T=（）N
剪⼒墙结构、筒中筒结构 T=（）N
其中N为结构层数。

也可采⽤结构分析得到的结构第1平动周期。

场地卓越周期与结构基本周期关系研究

图 1 3 类框架结构模型示意图 ( H/ B = 2)
表 1 3 类模型动力特性参数
分类
类型 1 类型 2 类型 3
截面属性
梁
柱
截面 1
截面 1
截面 1
截面 1
截面 1
截面 2
H/ B = 2 2. 772 7 10. 728 2 3. 752 6
H/ B = 3 1. 758 3 6. 061 2 2. 007 2
xs =
C21 + C22 = mω
Fθ (1 - ζ2) [ (ω2 - θ2) 2 + 4ζ2ω2θ2 ]
(8)
xw =
A
2 1
+
B
2 2
=
m
F
(ω2 - θ2) 2 + 4ζ2ω2θ2
(9)
令
φ(ω) = ω2 [ (ω2 - θ2) 2 + 4ζ2ω2θ2 ]
(10)
则 xs =
m
Fθ
∝
(1 - ζ2) φ(ω)
m ¨x +
·
cx +
kx
=
Fsinθt
(4)
式 (4) 的特解为 x = A sinθt + B cosθt ,代入 (4) ,有 :
A
=
m[
(ω2
F (ω2 - θ2) 2
θ2) + 4ζ2ω2θ2 ]
B
=
- 2ζωθF m [ (ω2 - θ2) 2 + 4ζ2ω2θ2 ]
(5)
其中 ,ω=
由前文理论推导得知 ,瞬态振动地震响应的极小值发生在共振之前 ,另外目前常见的建筑结构以及今后更多出现的高柔结构使得结构自振周期长于场地的特征周期 ,故 r =θ/ ω > 1 。在每组数值试验中 , 令 r 在 1. 0～3. 0 中插值 ,形成 13 种地震载荷频率 ,即 13 种工况。首先比较得出同种工况下在 5 s 内结构顶点位移绝对值的最大值 ,然后考查不同工况作用下的位移最小值 , 从而确定最优工况 , 也就是结构与场地周期的最

场地卓越周期的讨论与场地建筑的共振现象

文章编号　100426410(2005)0320047204场地卓越周期的讨论与场地建筑的共振现象刘俊杰1,王家全2(11柳州市宏基工程建设监理有限责任公司,广西柳州　545001;21广西大学土木工程学院,广西南宁　530004)摘　要:阐述了场地卓越周期测定方法和理论计算方法,并论述了卓越周期在抗震工程中的作用,结合工程实例,分析了场地卓越周期与场地建筑物共振现象的内在联系。

关　键　词:场地;卓越周期;共振中图分类号:TU 4 文献标识码:A收稿日期:2005206212基金资助:广西自然科学基金资助项目、批准号:桂科自0447001,200422007资助。

作者简介:刘俊杰(19712),男,广西柳州人,柳州市宏基工程建设监理有限公司助理工程师。

表1　根据卓越周期划分场地类别场地卓越周期(Tg s )场地类别<011 011～014 014～018 >0180　引言场地卓越周期是当地震波在土层中传播时,经过不同性质的界面多次反射,将出现很多不同周期的地震波。

若某一周期的地震波与地表土层固有周期相近时,由于共振作用,这一周期的地震波振幅即得到放大。

此周期称为场地的卓越周期[1,5]。

换言之,由于共振效应,地表土层对不同周期的地震波具有选择放大作用,即对那种接近地表土层固有周期的地震波的能量和振幅都得到放大,而使得地震记录上的这一周期的波显得非常“卓越”,此称卓越周期。

其值一般为0105s ～2s 左右。

地震灾害调查结果表明:如果场地卓越周期与建筑物自振周期接近或一致,在发生地震时,地基土与构筑物将产生共振作用,使振动幅值变大,导致建筑物的严重损坏。

我国正处于地震活动最频繁的时期,如果发生地震,将给国家和人民财产带来巨大损失,因此,建筑抗震设计是地震区必须考虑的问题。

为了准确估计和防止此类灾害的发生,在进行建筑物抗震结构设计时应尽量使拟建建筑物的自振周期避开场地的卓越周期。

同时应用卓越周期也可进行场地类别的划分。

场地卓越周期和特征周期

场地卓越周期和特征周期是两个不同的概念它们的区别在于：1)研究途径不同．卓越周期是通过场地地震动记录的分析得到，而特征周期是通过场地地面运动反应谱的分析得到．2)研究意义或用途不尽相同．除了可用于土层动力反应分析的研究外，场地卓越周期还可以防止特殊的地震效应发生，避免拟建建筑物自振周期与场地脉动卓越周期一致或接近，在地震发生时，地基与建筑物产生共振或类共振；对某一特定场址，特征周期可以根据实测强震记录计算，并综合场地安全性评价的结果确定该场址的设计特征周期用于抗震设计．3)两者在取值上的差异．从取值大小上考虑，场地特征周期一般大于卓越周期；从取值特点上考虑，某一特定场地可以存在2个或多个地震动卓越周期[ ，而其特征周期只有1个，是反应谱的下降段的起始周期；此外，两者的取值不具有可比性，前者研究的是地面运动的频度较大的周期，后者研究的是在场地运动各频率激励的综合作用下结构的反应中满足某一特征关系的周期，因此，卓越周期大的场地，并不意味着其特征周期～定大，反之，也并不意味着特征周期就小．4)场地卓越周期更多的是场地地震动特性的客观反映，即它是地震动记录上客观的存在1个或多个特别卓越的周期；而特征周期更多的体现了人们的主观性，即在考虑我国经济发展和人们对地震灾害的可接受程度的基础上，对其规定相应的计算公式，并根据此公式在反应谱上确定特征周期，供抗震设计使用．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。

场地卓越周期的测定及其在建筑抗震设计中的应用

的随机振动。地基土的固有周期一般为Ｏ０．，．ｓＯ其中周期为Ｏ１一１ｓ１４ｓ．ｓ．的地基土是工程０
勘察和建筑抗震设计研究的重点。
研究表明… ，地微振测定的场地卓越周期与地震动的特性（地震动的频谱）大体相同，如图ｌ所示。因此，只要根据地微振测定的卓越周期，就可确定地震时地基土的振动特性。
泥；④粉土；⑤圆砾。
波速测试结果表明，该场地属中软场地土类型，地微振测定的时域速度曲线、频域功
率谱曲线见图３，其卓越周期为０７ｓ．４。因此，４在进行建筑抗震设计时，拟建建筑物的自振
周期应避免与场地卓越周期一致或接近，以免产生共振，导致建筑物的严重破坏。
微振。
场地微振是由包括自然震源和人工震源的共同影响下场地土的振动反应，是一种平稳
作者简介：郑柱坚（９１１６一）男，广西容县人，１８９２年毕业于桂林冶金地质学院地球物理勘探专业，高级
工程师，主要从事工程质量检测工作。
维普资讯
３６ａ，相对标准差为０，相应的加速度为１２ａ。因此，该地震波的振动幅值分布以２ｇｌ．１３４０ｇｌ
小于１２ａ为主，约占７．％，大振幅的波分布很少。０ｇｌ５６
２６４．ｊ
（ｔ）
４００
．．
＆
，
ｔｓ（）
Ｌ．．．．．．．．
笔者在文献［］ｕ３ｑ介绍了实测剪切波速与场地卓越周期的关系，并通过实测卓越周期与由剪切波速计算的卓越周期的工程对比，说明场地卓越周期实际上定性反映了场地覆盖层

场地卓越周期和特征周期

场地卓越周期和特征周期是两个不同的概念它们的区别在于：1)研究途径不同．卓越周期是通过场地地震动记录的分析得到，而特征周期是通过场地地面运动反应谱的分析得到．2)研究意义或用途不尽相同．除了可用于土层动力反应分析的研究外，场地卓越周期还可以防止特殊的地震效应发生，避免拟建建筑物自振周期与场地脉动卓越周期一致或接近，在地震发生时，地基与建筑物产生共振或类共振；对某一特定场址，特征周期可以根据实测强震记录计算，并综合场地安全性评价的结果确定该场址的设计特征周期用于抗震设计．3)两者在取值上的差异．从取值大小上考虑，场地特征周期一般大于卓越周期；从取值特点上考虑，某一特定场地可以存在2个或多个地震动卓越周期[ ，而其特征周期只有1个，是反应谱的下降段的起始周期；此外，两者的取值不具有可比性，前者研究的是地面运动的频度较大的周期，后者研究的是在场地运动各频率激励的综合作用下结构的反应中满足某一特征关系的周期，因此，卓越周期大的场地，并不意味着其特征周期～定大，反之，也并不意味着特征周期就小．4)场地卓越周期更多的是场地地震动特性的客观反映，即它是地震动记录上客观的存在1个或多个特别卓越的周期；而特征周期更多的体现了人们的主观性，即在考虑我国经济发展和人们对地震灾害的可接受程度的基础上，对其规定相应的计算公式，并根据此公式在反应谱上确定特征周期，供抗震设计使用．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。

场地脉动卓越周期在工程抗震中的应用

场地脉动卓越周期在工程抗震中的应用地脉动弹性周期是工程抗震性能评估的重要因素，确定地脉动卓越周期对对工程设计与施工具有重要意义。

随着地震预测技术的发展，现在能够根据位置特征和历史地震统计信息，给出某地区可能发生的地震震级，来给予新建的工程设计抗震措施。

因此，了解不同历史地震震级时，被该地震脉动所所致地脉动周期应该有多久是很重要的，地脉动卓越周期是有效地预测工程可能遭受到的最大地脉动周期的有效参数。

地脉动卓越周期是一种地震学概念，它与地震动能的分布有关。

地面的准稳态地震波刺激地面土壤，形成地面土壤的地脉动反应，从而形成地脉动波。

地脉动波的周期持续时间可以根据地面土的物理性质、时间和地面的力学响应等因素而变化。

不同地震震级可以产生地脉动特定周期的地面衰减量。

地脉动卓越周期是根据不同地震震级来分级地脉动，确定工程抗震设计参数的有效参数，可以有效地减少地脉动造成的结构损坏风险。

地脉动卓越周期可以为工程设计，抗震设计，施工提供有效的参考。

确定地脉动卓越周期一般采用两种测量方法：一是直接取样，二是相关测量方式。

直接取样是指直接利用地震动的野外测量，从不同的地面中取样测量，获得地下土水分布状况，从而推算出地下土的弹性特性而得出其对某一地震震级的反应，由此计算出地脉动卓越周期。

而相关测量方式则采用多台地面试验和计算机模拟，根据所取样的地面特征，计算出大量数据，其中包括振动特性、振动形变、振动因子等，这些数据可以利用这些参数减少模拟量，进而准确推算出地脉动卓越周期。

综上所述，地脉动卓越周期是工程抗震性能评估的重要参数，可以帮助工程设计者以及工程施工者更准确地确定某一地面遭受地震反应因素，用以选择安全可靠的抗震设计措施，提高工程的抗震性能，保护人民的生命和财产安全。

1.卓越周期的定义地震发生时，由震源发出的地震波传至地表岩土体，迫使其振动，由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好。

这种周期即为该岩土体的特征周期，也叫做卓越周期。

由多层土组成的厚度很大的沉积层，当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射，由于波的叠加而增强，使长周期的波尤为卓越。

卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。

巨厚冲积层上低加速度的远震，可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。

2. 几种周期及相关概念自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身的动力特性，与结构的高度H、宽度B有关。

基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

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。

而对建筑结构而言，有时又称为主振型，一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。

高阶振型：相对于低阶振型而言。

一般来说，低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。

对一般较规则的建筑物，选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数（大多数情况下为楼层数），若质点数较多时，根据计算结果可以只取前几个振型（即低阶振型）进行叠加。

特征周期Tg：即建筑场地自身的周期，是建筑物场地的地震动参数，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，类型等场地类别等。

在抗震设计规范中，设计特征周期Tg与场地类别有关：场地类别越高（场地越软），Tg越大；地震震级越大、震中距离越远，Tg越大。