结构基本自振周期计算
自振周期与自振频率
自振周期与自振频率由可知其右边是一个周期函数，其周期为（4-16）T表示振动一次所需要的时间。
验证如下：（这里）由此可见，位移确实满足周期运动的下列条件：这表明，在自由振动过程中，质点每隔一段时间T又重复原来的运动情况。
因此，T称为结构的自振周期。
（4-17）f为每秒振动的次数。
单位为1/秒，称为H Z（赫兹）。
一般建筑工程用钢为7～8次/秒，钢筋混凝土为4次/秒，属低频；一般机器为高频。
（4-18）上式表示2π个单位时间（秒）内振动的次数，单位为弧度/秒。
定义：ω是体系固有的非常重要的动力特性。
在强迫振动中，当体系的自振频率ω与干扰力的频率θ很接近时（0.75≤θ/ω≤1.25区段），将会产生共振。
为避免共振，就必须使ω和θ远离。
1、T和ω只与结构的质量m和刚度k11有关，而与干扰力的大小无关。
干扰力的大小只能影响振幅a的大小。
2、质量越大，则ω越小、T越大；刚度越大，则ω越大、T越小。
要改变T、ω，只有从改变结构的质量或刚度（改变截面、改变结构形式）着手。
3、结构的T、ω是结构动力性能的很重要的数量标志。
两个外表相似的结构如果T（ω）相差很大，则动力性能相差很大；反之，两个外表看来并不相同的结构，如果其T （ω）相近，则在动荷载作用下其动力性能基本一致。
地震中常发现这样的现象。
所以T和ω的计算十分重要。
1、自振周期（4-19）2、自振频率（4-20）3、工程频率上式中，表示在质量上沿振动方向施加W的荷载时，沿质量振动方向所产生的静位移。
结构基本自振周期计算 (1)
ug (t)
刚心
3.5结构的扭转地震效应
2.地震地面运动存在扭转分量 地震波在地面上各点的波速、周期和相位不同。建
筑结构基底将产生绕竖直轴的转动，结构便会产生扭转 振动。
无论结构是否有偏心，地震地面运动产生的结构扭 转振动均是存在的。
★扭转作用会加重结构的震害 《规范》规定对质量和刚度明显不均匀、不对称结构 应考虑水平地震作用的扭转效应
（1）钢筋混凝土框架结构 T1 (0.08 ~ 0.10)N N---结构总层数。
（2）钢筋混凝土框架-抗震墙或钢筋混凝土框架-筒体结构
T1 (0.06 ~ 0.08)N （3）钢筋混凝土抗震墙或筒中筒结构
T1 (0.04 ~ 0.05)N （4）钢-钢筋混凝土混合结构
T1 (0.06 ~ 0.08)N
x2 (t)
m1
x1 (t)
3.4.1能量法
位移： xi(t) X i sin( t ) 速度： x(t) Xi cos(t )
mn
当体系振动达到平衡位置时，体系变形
位能为零，体系动能达到最大值Tmax
Tmax
1ω2 2
n i 1
mi
X
2 i
m1
xn (t)
2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别考虑各 抗侧力构件方向的水平地震作用。
3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭 转影响;其他情况,应采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。
4、8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构，9度时的高层建筑，应考虑 竖向地计中，一般不考虑竖向地震作用的影响 震害表明：
1、在高烈度区，竖向地面运动的影响是明显的 2、竖向地震作用对高层建筑、高耸及大跨结构
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。
结构自振周期和地震作用的关系
1.由结构力学公式T=2π/ω=2π（m/k）1/2=2π（mδ）1/2
固有周期T与刚度k成反比，自身刚度大则自震周期小，
在PKPM建模中可以通过调整剪力墙，柱等侧向受力构件
来调整自震周期T，自震周期T是由结构本身刚度决定的。
根据抗规5.1.5条，自震周期与场地的特征周期比值决定
地震影响系数α的大小，在相同的震级和场地条件下，
结构自震周期与场地的特征周期越接近则水平地震影响
系数越大，地震作用越大，由图中看，周期小也不见得地
震影响系数小。
刚度k就是在结构产生单位位移所需要的
力，刚度大则使结构产生相同位移时的力更大。
抗震设计
的一个指标就是在一定的震级和场地条件下控制位移（抗
规5.5.1）。
由抗规5.2.1地震力Fek=α1Geq，（砌体结构
α1取水平地震影响系数最大值，砌体结构地震力与自震
周期没太大关系），控制荷载大小，墙柱，连梁的大小和
分布，调整位移。
不过最终的地震作用还是由老天决定的，“自振周期小地
震作用大”说法是错误的。
我们只是通过统计预测可能出
现的地震作用，是否准确天知道。
抗震设计的目的也不是
减小地震力，而是减小在可能出现的地震作用下对建筑物
的影响（承载力，位移，扭转，变形）。
“小震不坏，中
震可修，大震不倒”见抗规1.0.1
做很多高层住宅的时候，在周期和位移不能同时满足要求的时候，老同志们都建议，主要参考位移，这么说周期只是个参考了，难怪抗震设计的一个指标就是在一定的震级和场地条件下控制位移（抗规
5.5.1）。
结构自振周期的近似计算
3.5.3 结构自振周期的近似计算通过结构的频率方程求自振周期比较复杂，这里介绍几种近似计算方法。
动能为势能为由能量守恒，有例.已知：解:3.6 竖向地震作用《规范》规定：设防烈度为8度和9度区的大跨度屋盖结构、长悬臂结构、烟囱及类似高耸结构和9度区的高层建筑，应考虑竖向地震作用。
效应：使建筑物上下颠簸F F3.7 结构平扭耦合地震反应与双向水平地震影响 规范规定：对于质量及刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作m用的扭转影响。
刚心)(tug质心分析过程：[受弯钢筋凝土构件的滞回曲线滞回模型：描述结构或构件滞回关系的数学模型。
双线性模型双线性模型一般适用于钢结构梁、柱、节点域构件。
钢筋混凝土梁、柱、墙等一般采用退化三线性模型。
退化三线性模型结构非弹性地震反应分析的简化方法适用范围：不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构和填充墙钢筋混凝土框架结构；不超过20层且层刚度无突变的钢框架结构和支撑钢框架结构；式中：N N a h +−5.0)(/---系数，混凝土强度等级不超过C50时，取1.0，C80时为0.94，by二、结构薄弱层位置判别结构薄弱层：塑性变形集中的楼层，即ζy 最小或相对较小的楼层对于ζy 沿高度分布均匀的框架结构，底层作为薄弱层。
3.9 结构抗震验算3.9.1 结构抗震计算方法原则(1 ) 一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，并进行抗震验算各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。
(2 )有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
(3) 质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响，其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
(4) 不同方向的抗侧力结构的共同构件（如框架角柱），应考虑双向水平地震作用的影响。
(5)8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。
结构基本自振周期计算
h ---计算楼层层高；
[ e ]---弹性层间位移角限值，按表3.14采用。
3.8.4多遇地震作用下结构抗震变形验算
表3.14弹性层间位移角限值
结构类型 钢筋混凝土框架
钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 钢筋混凝土框支层 多、高层钢结构
T1 (0.04 ~ 0.05) N
（4）钢-钢筋混凝土混合结构
T1 (0.06 ~ 0.08) N
（5）高层钢结构
T1 (0.08 ~ 0.12) N
3.5结构的扭转地震效应
一、产生扭转地震反应的原因
两方面：建筑自身的原因和地震地面运动的原因。 m 1.建筑结构的偏心
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， 惯性力的合力中心 刚心：在水平地震作用下， 结构抗侧力的合力中心
（1）竖向反应谱及竖向振动周期 竖向地震反应谱: 与水平地震反应谱的形状相差不大 竖向反应谱的加速度峰值约为水平反应谱的1/2至2/3。可利用水平地震反应谱进行分析。
V 0.65 H
Ⅰ类场地的竖向和水平平均反应谱
3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
竖向振动周期： 计算结果表明：高耸结构和高层建筑竖向振动周 期较短，基本周期在0.1~0.2s范围内 小于场地的特征周期Tg 《建筑抗震规范》直接取竖向地震影响系数：
u g (t )
刚心 质心
3.5结构的扭转地震效应
2.地震地面运动存在扭转分量 地震波在地面上各点的波速、周期和相位不同。建 筑结构基底将产生绕竖直轴的转动，结构便会产生扭转 振动。 无论结构是否有偏心，地震地面运动产生的结构扭 转振动均是存在的。 ★扭转作用会加重结构的震害 《规范》规定对质量和刚度明显不均匀、不对称结构 应考虑水平地震作用的扭转效应
抗震设计讲座之结构自振周期的计算
y N (t )
y(t ) X i sin(it i )
速度为
(t ) X i i cos( y i t i )
y2 (t )
m1
y1 (t )
一、能量法计算基本周期 设体系按i振型作自由振动。 t时刻的位移为
mN
y N (t )
y(t ) X i sin(it i )
x1
M eq
x2 F / k1 F / k2 7.00105 1 / 10720
16.33105 m
能量法的结果为 T1=0.508s
x2
xm x2 16.3310 m
5
M eq
T1 2
m x
i 1 i 2 xm
n
2
i
400 (7 105 ) 2 300 (16.33105 ) 2 38.11t 9.8 （ 16.33105 ) 2
EI
q
悬臂杆的特解为 yi ( x, t ) X i ( x) sin
基本周期为
T1 1.78l 2
2 t Ti
m / EI
振型
重力作为水平荷载所引起的位移为
uT ql 4 / 8EI
q mg
m 8 uT 4 EI gl
T 1 1.6 uT
(2)体系按剪切振动时 框架结构可近似视为剪切型杆。
1 M eq (1 xm ) 2 2
mN
xn
M eq xm
m1
x1
单质点体系的最大动能为
T2 max
xm ---体系按第一振型振动时，相应于折算质点处的最大位移；
T1max T2 max
附录F：结构基本自振周期的经验公式
附录F 结构基本自振周期的经验公式F.1 高耸结构F.1.1 一般高耸结构的基本自振周期，钢结构可取下式计算的较大值，钢筋混凝土结构可取下式计算的较小值：H T )013.0～007.0(1= (F.1.1)式中：H ——结构的高度(m)。
F.1.2 烟囱和塔架等具体结构的基本自振周期可按下列规定采用：1，烟囱的基本自振周期可按下列规定计算：1)高度不超过60m 的砖烟囱的基本自振周期按下式计算：dH T 2211022.023.0-⨯+= (F.1.2-1) 2)高度不超过150m 的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期按下式计算：dH T 2211010.041.0-⨯+= (F.1.2-2) 3)高度超过150m ，但低于210m 的钢筋混凝土烟囱的基本自振周期按下式计算：dH T 2211008.053.0-⨯+= (F.1.2-3) 式中：H ——烟囱高度(m)；d ——烟囱1/2高度处的外径(m)。
2，石油化工塔架（图F.1.2）的基本自振周期可按下列规定计算：图F.1.2 设备塔架的基础形式(a)圆柱基础塔；(b)圆筒基础塔；(c)方形（板式）框架基础塔；(d)环形框架基础塔1)圆柱（筒）基础塔(塔壁厚不大于30mm)的基本自振周期按下列公式计算： 当H 2/D 0＜700时2311085.035.0D H T -⨯+= (F.1.2-4)当H 2/D 0≥700时2311099.025.0D H T -⨯+= (F.1.2-5) 式中：H ——从基础底板或柱基顶面至设备塔顶面的总高度(m)；D 0——设备塔的外径(m)；对变直径塔，可按各段高度为权，取外径的加权平均值。
2)框架基础塔(塔壁厚不大于30mm)的基本自振周期按下式计算：2311040.056.0D H T -⨯+= (F.1.2-6) 3)塔壁厚大于30mm 的各类设备塔架的基本自振周期应按有关理论公式计算。
4)当若干塔由平台连成一排时，垂直于排列方向的各塔基本自振周期T 1可采用主塔（即周期最长的塔）的基本自振周期值；平行于排列方向的各塔基本自振周期T 1可采用主塔基本自振周期乘以折减系数0.9。
结构基本自振周期计算
0 . 65 V H
Ⅰ类场地的竖向和水平平均反应谱
3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
竖向振动周期： 计算结果表明：高耸结构和高层建筑竖向振动周 期较短，基本周期在0.1~0.2s范围内 小于场地的特征周期Tg 《建筑抗震规范》直接取竖向地震影响系数：
3 T 0 . 22 0 . 35 H / B 1
H---房屋总高度；B---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
2 3 T 0 . 33 0 . 00069 H / B 1
（3）高度低于50m的规则钢筋混凝土抗震墙结构的基本周期
3 T 0 . 04 0 . 038 H / B 1
结构基本自振周 期计算
3.4.1能量法
i ( t ) X t ) 位移： x isin( 速度： x ( t ) X t ) icos(
mn
x n (t )
当体系振动达到平衡位置时，体系变形 位能为零，体系动能达到最大值Tmax
1 2n 2 T ω m X max i i 2 i 1
3.8建筑结构抗震验算
3.8.1地震作用及计算方法
1、地震作用的考虑原则
1、一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用 并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。 2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别考虑各 抗侧力构件方向的水平地震作用。 3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭 转影响;其他情况,应采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。
结构基本自振周期计算分解课件
竖向地震作用
竖向地震作用对高层建筑的影响较大，需要在计算中考虑竖向地震 作用的影响。
地震作用的组合
在计算中，需要考虑不同方向和不同强度地震作用的组合效应，以 更准确地评估结构的抗震性能。
06 结论与展望
本课程总结
01
结构基本自振周期计算是工程结 构分析中的重要环节，本课件详 细介绍了计算方法及其应用。
05 结构基本自振周期计算中 的注意事项
边界条件的处理
固定边界
对于固定边界，需要考虑结构在边界上的刚度，确保边界条件满 足，以减小误差。
弹性边界
对于弹性边界，需要考虑边界的弹性变形，并适当调整结构的刚 度矩阵，以更准确地模拟结构的振动。
支撑条件的模拟
在计算中，需要正确模拟结构的支撑条件，包括支撑刚度和阻尼 等参数，以确保计算结果的准确性。
02
通过案例分析，使学习者更好地 理解计算过程，掌握相关技能。
本课件注重理论与实践相结合， 帮助学习者提高解决实际问题的 能力。
03
本课件内容丰富，条理清晰，适 合作为学习资料或培训教材。
04
未来研究方向
01
深入研究结构基本自振周期的影 响因素，提高计算精度和可靠性
。
03
结合数值模拟和实验研究，进一 步验证和改进计算方法。
高层建筑结构的自振周期计算
总结词：复杂度高
详细描述：高层建筑结构的自振周期计算相对复杂，需要考虑更多的因素，如楼层高度、建筑材料、施工方法等。计算时需 要建立详细的数学模型，并进行数值分析。
大跨度结构的自振周期计算
总结词
跨度大，影响因素多
详细描述
结构自振周期和振型的计算课件
总结与展望
结构自振周期和振型计算的重要性：本课件介绍了结构自振周期和振型计算在工程领域中的重要性，包括地震工程、桥梁工程和高层建筑等。通过计算结构的自振周期和振型，可以更好地了解结构的动力特性和响应，为结构的优化设计提供依据。
新型计算方法的研究：随着科技的发展，未来将有更多的新型计算方法涌现。本课件展望了未来在结构自振周期和振型计算领域中可能出现的新型计算方法，如人工智能算法、高性能计算技术等。这些新型计算方法将为结构动力分析提供更高效、更精确的解决方案。
结构形式
质量分布不均的结构会导致较大的振动位移，影响振型的形成。
质量分布
刚度分布不均的结构会导致不同方向的弯曲和扭转运动，影响振型的形态。
刚度分布
04
结构自振周期和振型的计算实例
简单模型，理论推导
总结词
通过理论推导，计算简单结构的自振周期和振型，例如单层框架、多层框架等。
详细描述
利用结构动力学的基本公式，如质量矩阵、刚度矩阵等，推导出结构的自振周期和振型。
公式推导
以一栋简单的多层框架结构为例，计算其自振周期和振型，并与实验结果进行对比。
实例分析
复杂模型，数值方法
总结词
详细描述
数值建模
结果分析
采用数值方法，如有限元法、有限差分法等，计算复杂结构的自振周期和振型。
建立复杂结构的数值模型，包括各种材料属性和边界条件。
分析计算得到的自振周期和振型，并与实验结果进行对比，评估数值方法的精度和可靠性。
随着工程实践的不断发展，对结构自振周期和振型的计算和分析提出了更高的要求。
01
02
03
02
结构自振周期的基础知识
01
02
结构自振周期是衡量结构振动特性的重要参数，对于结构的抗震、抗风等性能分析具有重要意义。
《结构自振周期计算》课件
本PPT课件旨在介绍结构自振周期的计算方法，包括基本概念、计算方法、震 型和振型、实用技巧以及应用案例等内容。
简介
结构自振周期是指结构在受到外力激励时，自身固有振动完成一个完整周期所需要的时间。了解结构自振周期 有助于评估结构的稳定性和安全性。 计算结构自振周期的目的是为了更好地理解结构的动态响应特性，从而进行结构设计和优化。 通过使用不同的计算方法，可以得到结构在不同自振模态下的周期。
能量方法
根据结构的动能和势能来计算结构的自振频率。
传递矩阵法
使用传递矩阵来计算结构的自振频率。
震型与振型
震型是指结构在自振模态下的振动形态，振型是指结构在某一频率下的振动模式。 确定结构的震型和振型有助于了解结构响应特性、进行模态分析和阻尼设计。
实用技巧Biblioteka 1 结构简化技术通过简化结构模型，减少 计算复杂度并提高计算效 率。
基本概念
1 动力学方程
结构的动力学方程描述了结构的运动行为和受力情况。
2 动力学参数
结构的质量、刚度、阻尼等参数对结构的自振频率和周期有重要影响。
3 结构自振频率与周期
结构的自振频率是指结构在自振模态下的振动频率，周期是指结构完成一个完整振动周 期所需的时间。
结构自振频率的计算方法
等效刚度法
通过将结构抽象为一个等效刚度系统，计算其自振频率。
总结与展望
结构自振周期的计算对于结构设计和优化具有重要意义，可以提供有力的理论支持。 未来，随着计算方法和技术的不断发展，结构自振周期计算将变得更加准确和可靠。
参考文献
论文
提供相关研究和分析的学术 论文。
图书
包含结构动力学理论和计算 方法的专业图书。
网络资源
结构刚度和自振频率
结构刚度和自振频率结构刚度是指结构体系在外部施加作用力或荷载下，抵抗变形的能力。
在弹性范围内，结构刚度可以通过材料的弹性模量和截面尺寸来确定。
结构刚度越高，结构在受到载荷时，其变形越小。
结构刚度可以通过以下公式来计算：K=F/δ其中，K是结构刚度，F是作用在结构上的力，δ是结构的变形。
结构刚度的大小直接影响着结构的稳定性和延性。
若结构刚度不足，结构在受到外部载荷时容易产生较大的变形，甚至可能导致结构的破坏。
若结构刚度过大，结构受到外部载荷时不能充分吸收载荷能量，容易产生应力集中，从而引发结构破坏。
自振频率是指结构体系在没有外部载荷作用下，自然地以特定的频率来振动。
自振频率可以通过结构的质量和刚度来计算。
结构的自振频率与其固有振动情况密切相关，主要取决于结构的质量和刚度。
对于固定在地基上的结构来说，在自振频率接近结构受到周期性激励的频率时，结构就容易发生共振。
共振会导致结构振动幅值增大，并引起破坏。
因此，设计过程中通常需要考虑结构的自振频率并避免与外部激励频率产生共振。
提高结构刚度可以降低结构的振动频率，而降低结构的刚度则可以增加结构的振动频率。
为了实现理想的结构性能和振动特性，需要在设计过程中进行综合考虑和权衡。
总之，结构刚度和自振频率是结构设计中非常重要的概念。
结构刚度决定了结构对外部载荷的抵抗能力，而自振频率则表示了结构在没有外部载荷作用下自然振动的频率。
在设计过程中，需要合理选择结构刚度和自振频率，以确保结构的稳定性、耐久性和抗震安全性。
34结构自振周期及振型的实用计算方法
---风荷载组合系数;一般结构可不考虑,风荷载起控制作用的高层建筑应 采用0.2;
3.8.3结构抗震承载力验算
（2）截面抗震验算
SR效应的结构构件内力组合的设计值；
R ---结构构件承载力设计值；
RE ---承载力抗震调整系数；
3.8.3结构抗震承载力验算
承载力抗震调整系数
3.8建筑结构抗震验算
3.8.1地震作用及计算方法
1、地震作用的考虑原则
1、一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用 并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。 2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别考虑各 抗侧力构件方向的水平地震作用。 3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭 转影响;其他情况,应采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响。
V max 0.65 H max
3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
（2）竖向地震作用计算----底部剪力法
FEVK V maxGeq
V max 0.65 H max
Geq 0.75 Gi
FVi
Gi H i
G
j 1
n
j
Hj
FEVK ---质点i的竖向地震作用标准值。
GE
---重力荷载代表值。 数，按表采用；
烈 度
0.15
场地类别
Ⅰ
可不计算（0.10)
Ⅱ 0.08(0.12) 0.15 0.13(0.19) 0.25
Ⅲ、Ⅳ
v ---竖向地震作用系
平板型网架 8 钢屋架 9 钢筋混凝土 8 屋架 9
0.10(0.15) 0.20 0.13(0.19) 0.25
2.3结构基本自振周期的计算
K 2 6 .145 10 3 1 .229 10 4
（2）计算结构自振周期
T 2
m 2
K
G g K
2
1000 9 .8 1 .229 10 3
0 .573 s
2
Ø二、多自由度体系的基本自振周期 （1）能量法：
T1 2 t
n
Gi
u
i
i 1
V 3 1960 kN V2 4900 kN
（2）计算各楼层处的水平位移
V1 7840kN
u 1 0 .03136 ( m ) u 2 0 .05586 ( m ) u 3 0 .07546 ( m )
（3）能量法计算基本自振周期
T1 2 t
n
G
iu
2
i
i 1
n
Giu i
i 1
2 0 .8 2940 0 .03136 2 2940 0 .05586 2 1960 0 .07546 2 2940 0 .03136 2940 0 .05586 2940 0 .07546
0 .3834 ( s )
7
§2.4 结构地震反应的时程分析法简述
直接动力分析理论---时程分析法
将实际地震加速度时程记录（简称地震记录 earthquakerecord）作为动荷载输入，进行结构的地震响应分析。
《抗震规范》规定：①特别不规则的建筑、②甲类建筑和下表 所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下 的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解 反应谱法计算结果的较大值。
其他抗震墙 梁 轴压比小于0.15柱 轴压比不小于0.15柱 抗震墙 各类构件
受力状态
34结构自振周期及振型的实用计算方法
Eh Ev
1.3 0.0 1.3 0.0 1.3 0.5
w ---风荷载分项系数，一般取1.4
SGE、SEhk、SEvk、Swk — —重力荷载代表值的效应、水平、竖向地震 作用标准值的效应、风载标准值的效应；
W
3.4.1能量法
能量法是根据体系在振动过程的能量守恒原理导出的， 适用用求结构的基本频率 此方法常用于求解以剪切型为主的框架结构
mn
xn (t )
设体系作自由振动，任一质点i的位移：
xi (t ) X i sin( t )
速度为
x2 (t )
(t ) X i cos(t ) x
T1 (0.04 ~ 0.05) N
（4）钢-钢筋混凝土混合结构
T1 (0.06 ~ 0.08) N
（5）高层钢结构
T1 (0.08 ~ 0.12) N
3.5结构的扭转地震效应
一、产生扭转地震反应的原因
两方面：建筑自身的原因和地震地面运动的原因。 m 1.建筑结构的偏心
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， 惯性力的合力中心 刚心：在水平地震作用下， 结构抗侧力的合力中心
i i 1
n
2 i
m1
x1 (t )
当体系振动达到振幅最大值时，体系动能为零， 位能达到最大值Umax
U max 1 2
m gX
i i 1
n
i
3.4.1能量法
Tmax 1 ω2 2
m X
i i 1
n
2 i
U max
1 2
m gX
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W
---风荷载组合系数;一般结构可不考虑,风荷载起控制作用的高层建筑应
采用0.2;
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3.8.3结构抗震承载力验算
（2）截面抗震验算
S R RE
S---包含地震作用效应的结构构件内力组合的设计值； R---结构构件承载力设计值； RE ---承载力抗震调整系数；
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3.8.3结构抗震承载力验算
3.4.1能量法
位移： xi(t)Xisi nt()
速度： x (t)Xicots()
mn
当体系振动达到平衡位置时，体系变形
位能为零，体系动能达到最大值Tmax
Tmax12ω2 in1 miXi2
m1
xn (t)
x2 (t) x1 (t )
当体系振动达到振幅最大值时，体系动能为零，
位能达到最大值Umax
无论结构是否有偏心，地震地面运动产生的结构扭 转振动均是存在的。
★扭转作用会加重结构的震害 《规范》规定对质量和刚度明显不均匀、不对称结构 应考虑水平地震作用的扭转效应
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3.6竖向地震作用
抗震设计中，一般不考虑竖向地震作用的影响 震害表明：
1、在高烈度区，竖向地面运动的影响是明显的 2、竖向地震作用对高层建筑、高耸及大跨结构
3.4结构自振周期及振型的实用计算方法
能量法是根据体求解以剪切型为主的框架结构
mn
xn (t)
设体系作自由振动，任一质点i的位移：
xi(t)Xisi nt()
3.4.1能量法
速度为 x (t)X ico ts()
m1
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x2 (t) x1 (t )
竖向地震作用。
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3.8.1地震作用及计算方法
2、抗震计算方法的确定
1、高度不超过40m，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， 宜采用底部剪力法等简化方法。
2、除上述以外的建筑结构，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多遇地震下的补充计算。
3）高度大于150m的钢结构； 4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢
结构； 5）采用隔震和消能减震设计的结构。
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3.8.5罕遇地震作用下结构弹塑性变形验算
（2）罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形计算方法： ①不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、 单层工业厂房可采用简化计算方法。 ②超过12层的建筑和甲类结构，可采用弹塑性时程分析 法等；
FVi 0.1Gi (8度） FVi 0.2Gi (9度）
设计基本地震加速度为0.30g时，可取该结构构件 重力荷载代表值的15%。
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3.8建筑结构抗震验算
1、地震作用的考虑原则
1、一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用 并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。
[ e ]
1/550 1/800 1/1000 1/1000 1/300
表3.14弹性层间位移角限值
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3.8.5罕遇地震作用下结构弹塑性变形验算
⑴应进行罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算的结构 为：
1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,高大的单层钢筋混凝土柱 厂房的横向排架;
2）7-9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框 架结构；
抗震墙结构可视为弯曲型杆，即弯曲型结构。 Tb1.6 b
框架结构可近似视为剪切型杆。
Ts 1.8 s
框架-抗震墙结构可近似视为剪弯型杆。
T 1.7 bs
本方法适用于度 质沿 量高 及度 刚分布的 比任 较何 均体 匀系
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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，初 步设计时可按下列公式估算
0.15
0.20
数，按表采用； 钢筋混凝土 8 0.10(0.15)
0.13(0.19) 0.13(0.19)
屋架 9 0.20
精0品.2课5件
0.25
3.6.3悬臂结构的竖向地震作用
悬臂结构地震作用：估算 《抗震规范》：
长悬臂和其它大跨度结构的竖向地震作用标准值， 8度和9度可分别取该结构、构件重力荷载代表值的 10%和20%
V 0.6 5H
Ⅰ类场地的竖向和水平平均反应谱
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3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
竖向振动周期： 计算结果表明：高耸结构和高层建筑竖向振动周
期较短，基本周期在0.1~0.2s范围内 小于场地的特征周期Tg
《建筑抗震规范》直接取竖向地震影响系数：
Vma x0.65Hmax
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3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
ue [e]h
u e ---多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移； h ---计算楼层层高；
[ e ] ---弹性层间位移角限值，按表3.14采用。 精品课件
3.8.4多遇地震作用下结构抗震变形验算
结构类型 钢筋混凝土框架 钢筋混凝土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒 钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 钢筋混凝土框支层 多、高层钢结构
i1
i1
一般假定：将结构重力荷载当成水平荷载作用于质点上 所得的结构弹性曲线为结构的基本振型
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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。
使单质点体系的自振频率和原体系的基本频率相等或相近
等效原则：两个体系的动能相等 多质点体系的最大动能为
m N x n M eq x m
1.3
0.0
地震作用分项系数， 仅计算竖向地震作用
0.0
1.3
按右表采用；
同时计算水平与竖向地震作用
1.3
0.5
w ---风荷载分项系数，一般取1.4 SG （、 E1）SE构作 h、 k件S作E 用 v、 用kS 效标 w应k— 组准 — 合值 重载 的 力标 效 荷准 应 载值 、 应 代的 风 、 表效 水 值应 平 的； 、 效竖向
2、有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别考虑各 抗侧力构件方向的水平地震作用。
3、质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向水平地震作用下的扭
转3.影8响.;1其地他震情况作,用应采及用计调整算地方震法作用效应的方法考虑扭转影响。
4、8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构，9度时的高层建筑，应考虑
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， 惯性力的合力中心
刚心：在水平地震作用下， 结构抗侧力的合力中心
质心
ug (t)
刚心
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3.5结构的扭转地震效应
2.地震地面运动存在扭转分量 地震波在地面上各点的波速、周期和相位不同。建
筑结构基底将产生绕竖直轴的转动，结构便会产生扭转 振动。
影响显著。
我国抗震设计《规范》规定，对下列建筑应考虑竖向地震 作用的不利影响： 1、8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构； 2、8度和9度时烟囱和类似的高耸结构； 3、9度时的高层建筑。
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3.6.1高耸结构及高层建筑的竖向地震作用
分析结果表明： 高耸结构和高层建筑竖向第一振型的地震内力与竖
QKi ——第i个可变荷载的组合数值。系
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3.8.3结构抗震承载力验算
S G S G E E S E h h E k S E v vW kW S Wk
G---重力荷载分项系数，一般取1.2，当重力荷载效应对构件承载能力
有利时，不应大于1.0； 地震作用
Eh Ev
Eh、E-v--分别为水平、竖向 仅计算水平地震作用
T 1 0 .0 4 0 .03 H /8 3B
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自振周期的经验公式
在实测统计基础上，再忽略房屋宽度和层高的影响等， 有下列更粗略的公式
（1）钢筋混凝土框架结构 T 1(0 .0~ 80 .1)0 NN---结构总层数。
（2）钢筋混凝土框架-抗震墙或钢筋混凝土框架-筒体结构
T 1(0 .0~ 60 .0)8 N
材料 钢 砌体
混凝土
承载力抗震调整系数
结构构件 柱、梁 支撑 节点板件、连接螺栓 连接焊缝 两端均有构造柱、芯柱的抗震墙
其他抗震墙 梁 梁轴压比小于0.15柱 梁轴压比不小于0.15柱 抗震墙 各类构件
受力状态
0.75 0.80 0.85 0.90
受剪
0.9
受剪
1.0
受弯
0.75
偏压
0.75
偏压
0.80
T2max12Meq(1xm)2
n
m
i
x
2
i
M eq
i 1
x
2 m
1
1
M eq
T1 2 Meq
---单位水平力作用下顶点位移。
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3 .顶4点.3位顶移法点是位根据移在法重力荷载水平作用时算得的
顶点位移来求解基本频率的一种方法
(b):弯曲型(c):剪切型(d):弯剪 精品课件
3.4.3顶点位移法
（3）钢筋混凝土抗震墙或筒中筒结构
T 1(0 .0~ 40 .0)5 N
（4）钢-钢筋混凝土混合结构
T 1(0 .0~ 60 .0)8 N
（5）高层钢结构
T 1(0 .0~ 80 .1)2 N
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3.5结构的扭转地震效应
一、产生扭转地震反应的原因
两方面：建筑自身的原因和地震地面运动的原因。
1.建筑结构的偏心
烈度、场地类别 8度Ⅰ、 Ⅱ类场地和7度 8度Ⅲ、 Ⅳ场地 9度
房屋高度范围（m）
>100