自振周期

自振周期

自振周期T為結構系統按某一振型完成一次自由振動所需要的往復時間。

基本介紹

  • 中文名:自振周期
  • 性質:一種描述物理震動的物理術語
  • 含義:一次自由振動所需要的往復時間
  • 特點:只與自身質量m以及剛度係數k有關
計算公式及影響因素,自振周期 - 自振周期折減係數,自振周期 - 結構周期關係,

計算公式及影響因素

結構的自振周期顧名思義是反映結構的動力特性,自振周期T只與自身質量m以及剛度係數k有關,具體對單自由度就只有一個周期,而對於多自由度就有同模型中採用的自由度相同的周期個數,周期最大的為基本周期,設計用的主要參考數據。。計算公式為:
(m為質量,k為剛度係數,δ為柔度係數。)
按照建築結構荷載規範和一些參考資料, 結構基本自振周期大致為:
框架結構T=(0.12~0.15)n,其中n為樓層數;
框—剪和框—筒結構 T=(0.08~0.12)n,其中n為樓層數;
剪力牆和筒中筒結構 T=(0.04~0.06)n ,其中n為樓層數。比如:一棟18層普通剪力牆住宅,按照上式估算 T=(0.04~0.06)X18=0.72~1.08 。
自振周期的計算是動力計算的一個重要環節,它直接影響動力計算結果的精度。自振周期的計算方法有很多,如解析法,集中質量法,廣義坐標法及有限元法。

自振周期 - 自振周期折減係數

由於計算模型的簡化和非結構因素的作用,導致多層鋼筋混凝土框架結構在彈性階段的計算自振周期(下簡稱“計算周期”)比真實自振周期(下簡稱“自振周期”)偏長。因此,無論是採用理論公式計算還是經驗公式計算;無論是簡化手算還是採用電腦程式計算,結構的計算周期值都應根據具體情況採用自振周期折減係數(下簡稱“折減係數”)加以修正,經修正後的計算周期即為設計採用的實際周期(下簡稱“設計周期”),設計周期=計算周期×折減係數。如果折減係數取值不恰當,往往使結構設計不合理,或造成浪費、或甚至產生安全隱患。誠然,折減係數是鋼筋混凝土框架結設計所需要解決的一個重要問題。 影響自振周期因素是諸多方面的,加之多層鋼筋混凝土框架結構實際工程的複雜性,抗震規範[1]沒有、也不可能對摺減係數給出一個確切的數值。許多文獻中給出,當主要考慮填充牆的剛度影響時,折減係數可取0.6~0.7[4] [7];根據填充牆的多少、填充牆開洞情況,其對結構自振周期影響的不同,可取0.50~0.90[2].這些都是以粘土實心磚為填充牆的經驗值,不言而喻,採用不同填充牆體材料的折減係數是不相同的。當採用輕質材料或空心磚作填充牆,當然不應該套用實心磚為填充牆的折減係數。對於粘土實心磚外的其它牆體可根據具體情況確定折減係數。

自振周期 - 結構周期關係

按照行業標準《工程抗震術語標準》(JGJ/97)的有關條文, 自振周期:結構按某一振型完成一次自由振動所需的時間。 基本周期:結構按基本振型(第一振型)完成一次自由振動所需 的時間。通常需要考慮兩個主軸方向和扭轉方向的基本周期。
設計特徵周期 :抗震設計用的地震影響係數曲線的下降段起始點所對應的周期值,與地震震級、震中距和場地類別等因素有關。
場地卓越周期:根據場地覆蓋層厚度H和土層平均剪下波速 ,按公式T=4H/ 計算的周期,表示場地土最主要的振動特徵。 結構在地震作用下的反應與建築物的動力特性密切相關,建築物的自振周期是主要的動力特徵,與結構的質量和剛度有關,當自振周期、特別是基本周期小於或等於設計特徵周期 時,地震影響係數取值為 ,按規範計算的地震作用最大。
國內外的震害經驗表明,當建築物的自振周期與場地的卓越周期相等或相近時,地震時可能發生共振,建築物的震害比較嚴重。研究表明,由於土在地震時的應力-應變關係為非線性的,在同一地點,地震時場地的卓越周期並不是不變的,而將因震級大小、震源機制、震中距離的變化而不同。
GB50011規範對結構的基本周期與場地的卓越周期之間的關係不做具體要求,即不要求結構自振周期避開場地卓越周期。事實上,多自由度結構體系具有多個自振周期,不可能完全避開場地卓越周期。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們