局部震动问题

首先是收集的一些资料，关于局部振动的：

资料一：控制结构的局部振动使有效质量系数满足规范要求

在对结构进行整体控制设计的时候，我们有时会遇到这种情况，结构的“有效质量系数”达不到规范所要求的不小于90%的要求（见抗规5.2.2条文说明、高规5.1.13条2款），有时即使把“计算振型数”取得很大，也无法满足这个要求。问题究竟出在哪里？我们又怎样来解决这个问题呢？

对于存在这种情况的工程，我们通过继续观察其“结构空间振动简图”，可以发现这样一种现象，在我们所取“计算振型数”范围内的结构振型中，有的振型是结构的整体在振动，而有的振型只有结构的局部在振动。继续分析下去，我们会发现，发生局部振动的部位，或空间刚度较差，或缺少约束。如结构错层等原因形成的较长的越层柱；楼板开洞等原因形成的较长的无板梁段或无板墙段；悬臂端缺少约束的悬臂构件；没有设置屋脊梁的坡屋顶；楼顶设置刚度或约束较差的构架等。

因为上述问题的存在，使得这些部位的局部振动极易被激发。由于这种振动是局部的，所以只有局部的构件参与其中，其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。结构的有效质量是“计算振型数”所包含的各振型的有效质量由低阶到高阶的叠加，当其中存在较多的与局部振动有关的较低阶的振型时，结构的“有效质量系数”就不容易满足规范的要求。

笔者认为：发生低阶局部振型的部位是结构的薄弱部位，在地震中低阶局部振型容易被激发而在该部位产生较大的变形，当该部位的相关构件在结构中处于比较重要的位置时，可能影响结构的安全，故在设计中应采取措施尽量消除。

在结构设计时，可以加强与局部振动有关的构件沿振动方向的刚度，使相关局部振型由较低阶振型转变为较高阶振型，将其排除出“计算振型数”范围；也可以沿相关构件节点的振动方向增加约束，如加设拉梁等，以消除局部振动。

对于那些对结构安全没有影响或影响可以忽略不计的局部振动，可以强制采用“全楼刚性楼板假定”过滤掉局部振动，或增加“计算振型数”来增大结构的“有效质量系数”。

资料二：采用振型分解反应谱法进行结构地震反应分析时应确定合理的振型数。要确保不丧失高振型的影响，程序要输入较多的计算振型数；但是输入的振型数过多超过了结构的自由度数，就会引起计算结果的不可靠.

如何确定合适的振型数？

1.《抗规》5.

2.2

不进行扭转联合计算的结构，水平地震作用标准值的效应，可取前2-3个振型，当基本自振周期大于1.5S或房屋高宽比大于5时，振兴个数应适当增加。

《高规》5.1.13-2 抗震计算应考虑扭转联合，振兴数不应小于15，对于多塔结构，不应小于塔数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

上述规范给出的是计算振型数的下限！

2.结构自由度的确定

振型分析提供了两种结构计算方法：侧刚模型和总刚模型

侧刚模型假定楼板为刚性楼板，对于无塔结构每层为一刚性楼板，有塔的结构一塔一层为一刚性楼板，每块刚性楼板有3个自由度，两个平动，一个转动。侧向刚度就是建立在这些结构自由度上的。例某n层无塔结构，侧刚模型结构的自由度为3*n。有塔的结构如某30层3塔结构，第一塔1-30，第二塔6-25，第三塔3-28，则独立的刚性楼板数m=30+（25-6+1）+（28-3+1）=76，则结构自由度为3*76=228

总刚模型是一种真实的模型，不再有刚性楼板的假定。每个独立于刚性楼板的节点有两个水平方向的自由度。对某n层无刚性楼板的结构，每层节点数为m 个，所以结构的自由度为2*n*m。对于n层有刚性楼板的结构每层独立的节点为m个，有k个刚性楼板，则结构自由度为n*（2*m+3*k）。

上述结构的自由度为振型数的上限！

3.选取足够的振型数

对于一个大型结构计算所有的振型数，所花费的计算机资源相当大！故没有必要就算所有的振型数，因为最后的那些高振型对结构的地震作用贡献很小。所以足够就可以了。规范规定足够的振型数要保证有效质量系数超过90%，否则振型数不够！振型数不够也是造成剪重比不满足要求的一个原因。

4.总结

先按规范初选振型数，计算，查看质量有效系数是否大于90%，不大于增加振型数重新计算，直至满足，但振型数不能大于结构的自由度总数。

结果分别在wzq.out（sat）和tat-4.out中查看。

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在对结构进行整体控制设计的时候，我们有时会遇到这种情况，结构的“有效质量系数”达不到规范所要求的不小于90%的要求（见抗规5.2.2条文说明、高规5.1.13条2款），有时即使把“计算振型数”取得很大，也无法满足这个要求。我们又怎样来解决这个问题呢？

对于存在这种情况的工程，我们通过继续观察其“结构空间振动简图”，可以发现这样一种现象，在我们所取“计算振型数”范围内的结构振型中，有的振型是结构的整体在振动，而有的振型只有结构的局部在振动。继续分析下去，我们会发现，发生局部振动的部位，或空间刚度较差，或缺少约束。如结构错层等原因形成的较长的越层柱；楼板开洞等原因形成的较长的无板梁段或无板墙段；悬臂端缺少约束的悬臂构件；没有设置屋脊梁的坡屋顶；楼顶设置刚度或约束较差的构架等。

因为上述问题的存在，使得这些部位的局部振动极易被激发。由于这种振动是局部的，所以只有局部的构件参与其中，其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。结构的有效质量是“计算振型数”所包含的各振型的有效质量由低阶到高阶的叠加，当其中存在较多的与局部振动有关的较低阶的振型时，结构的“有效质量系数”就不容易满足规范的要求。

笔者认为：发生低阶局部振型的部位是结构的薄弱部位，在地震中低阶局部振型容易被激发而在该部位产生较大的变形，当该部位的相关构件在结构中处于比较重要的位置时，可能影响结构的安全，故在设计中应采取措施尽量消除。

在结构设计时，可以加强与局部振动有关的构件沿振动方向的刚度，使相关局部振型由较低阶振型转变为较高阶振型，将其排除出“计算振型数”范围；也可以沿相关构件节点的振动方向增加约束，如加设拉梁等，以消除局部振动。

对于那些对结构安全没有影响或影响可以忽略不计的局部振动，可以强制采用“全楼刚性楼板假定”过滤掉局部振动，或增加“计算振型数”来增大结构的“有效质量系数”。

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有关振型的几个概念

振型参与系数--

每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型的振型参与系数。一阶振型自振频率最小(周