结构自振周期

1场地土类别、结构自振周期、设计特征周期的概念解读常有众智平台朋友来询问场地土类别与地震力是什么关系，结构自振周期折减对结构的地震力有什么影响，设计特征周期是什么概念，土的卓越周期又是怎么回事，本文结合规范对这些内容进行了整理，对这几个概念的相关关系也做了一些论述，期望与大家一起交流学习，具体综述如下：一、场地土类别《建筑抗震设计规范》第4.1.6对场地土类别是这样划分的：建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表4．1．6划分为四类，其中Ⅰ类分为Ⅰ0、Ⅰ1两个亚类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表4．1．6所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的特征周期。《抗规》第4.1.4条、4.1.5条对场地覆盖层的厚度及图层的等效剪切波束分别作了规定。相关概念：2场地--工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。与震害的关系：土质愈软覆盖层厚度愈厚，建筑震害愈严重，反之愈轻，软弱土层对地震力具有放大作用。历次大地震的经验表明，同样或相近的建筑，建造于Ⅰ类场地时震害较轻，建造于Ⅲ、Ⅳ类场地震害较重。规范采取的相应措施：《抗规》第4.1.1条将场地划分为对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。具体设计时，结构设计师对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效的措施。对危险地段，严禁建造甲、乙类的建筑，不应建造丙类的建筑。另外《抗规》第3.3.2、4.1.8,、4.1.9对相关措施提出了严格要求，设计人员不应忽视。二、结构自振周期概念：结构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，是结构本身固有的动力特性，只与自身质量及刚度有关，结构有几个振型就有几个自振周期，一一对应。应用：3结构越柔，自振周期越长，结构在地震作用下的加速度反应越小，即地震影响影响系数α越小，结构所受到的地震作用就越小。而采用柔性结构方案的建筑，由于地震时产生较大的层间位移，主体结构破坏严重。规范规定：进行结构分析计算时，扭转耦联震动的方向，可通过振型的方向的因子来判断。为了限制结构的抗扭刚度不能太弱，高层结构规范规定了结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及《高规》第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。工程如两个方向的第一振型周期与Tt的比值均能满足限值要求，其抗扭刚度更为理想。高层建筑结构整体计算分析时，没有考虑非承重结构构件的刚度，计算的自振周期较实际的偏长，按这一周期计算的地震力偏小。《高规》第4.3.16条，计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减。当非承重墙体为砌体墙时，高层建筑结构的计算自振周期折减系数可按下列规定取值：1框架结构可取0.6～0.7；2框架-剪力墙结构可取0.7～0.8；3框架-核心筒结构可取0.8～0.9；44剪力墙结构可取0.8～1.0。对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时，可根据工程情况确定周期折减系数。相关概念：基本周期是第一振型对应的周期，通常需要考虑两个主轴方向和扭转方向的基本周期。三、设计特征周期：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。“设计特征周期”即设计所用的地震影响系数的特征周期(Tg)，简称特征周期。特征周期应根据场地类别和设计地震分组按《抗规》表5．1．4—2采用，计算罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。注：周期大于6.0s的建筑结构所采用的地震影响系数应专门研究。场地越软，震级、震中距越大，特征周期值越大。四、相互关系51、场地土类别与设计特征周期：场地土类别是静态特性，特征周期是动态特性，主要周期随场地土类别、震中距远近而变化；硬土的特征周期短；软土的特征周期长。2、自振周期和设计特征周期：，根据某次地震时的地面加速记录，当结构自振周期T小于某一数值Tg时，结构的动力放大系数将随T的增加急剧上升；当T=Tg时，动力系数达到最大值；当T＞Tg时，动力系数波动下降。当结构自振周期与设计特征周期相等或相近时，地震反应最大。五、结论建议：在抗震设计中，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。Tg越大，地震影响系数α的平台越宽，对于高层建筑或大跨度结构，基本周期较大，计算的地震作用越大。1、软弱场地对地震力有放大作用，设计时应趋利避害，充分考虑不利场地对建筑结构的影响。2、结构设计时，计算的自振周期较实际的偏长，按这一周期计算的地震力偏小，应根据结构类型按规范要求进行相应折减，从而更准确的考虑地震力的作用。63、当结构自振周期与设计特征周期相等或相近时，地震反应最大。在结构抗震设计中，应使结构的自振周期远离设计特征周期，以避免发生共振现象。