自振周期

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自振周期T為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)按某一振型完成一次自由振動(dòng)所需要的往復(fù)時(shí)間。
中文名
自振周期
性    質(zhì)
一種描述物理震動(dòng)的物理術(shù)語(yǔ)
含    義
一次自由振動(dòng)所需要的往復(fù)時(shí)間
特    點(diǎn)
只與自身質(zhì)量m以及剛度系數(shù)k有關(guān)

自振周期定義

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自振周期T為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)按某一振型完成一次自由振動(dòng)所需要的往復(fù)時(shí)間。

自振周期計(jì)算公式及影響因素

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結(jié)構(gòu)的自振周期顧名思義是反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,自振周期T只與自身質(zhì)量m以及剛度系數(shù)k有關(guān),具體對(duì)單自由度就只有一個(gè)周期,而對(duì)于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期個(gè)數(shù),周期最大的為基本周期,設(shè)計(jì)用的主要參考數(shù)據(jù)。。計(jì)算公式為:
(m為質(zhì)量,k為剛度系數(shù),δ為柔度系數(shù)。)
按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范和一些參考資料, 結(jié)構(gòu)基本自振周期大致為:
框架結(jié)構(gòu)T=(0.12~0.15)n,其中n為樓層數(shù);
框—剪和框—筒結(jié)構(gòu) T=(0.08~0.12)n,其中n為樓層數(shù);
剪力墻和筒中筒結(jié)構(gòu) T=(0.04~0.06)n ,其中n為樓層數(shù)。 [1]  比如:一棟18層普通剪力墻住宅,按照上式估算 T=(0.04~0.06)X18=0.72~1.08 。
自振周期的計(jì)算是動(dòng)力計(jì)算的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它直接影響動(dòng)力計(jì)算結(jié)果的精度。自振周期的計(jì)算方法有很多,如解析法,集中質(zhì)量法,廣義坐標(biāo)法及有限元法。

自振周期自振周期 - 自振周期折減系數(shù)

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由于計(jì)算模型的簡(jiǎn)化和非結(jié)構(gòu)因素的作用,導(dǎo)致多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在彈性階段的計(jì)算自振周期(下簡(jiǎn)稱“計(jì)算周期”)比真實(shí)自振周期(下簡(jiǎn)稱“自振周期”)偏長(zhǎng)。因此,無論是采用理論公式計(jì)算還是經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算;無論是簡(jiǎn)化手算還是采用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算,結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期值都應(yīng)根據(jù)具體情況采用自振周期折減系數(shù)(下簡(jiǎn)稱“折減系數(shù)”)加以修正,經(jīng)修正后的計(jì)算周期即為設(shè)計(jì)采用的實(shí)際周期(下簡(jiǎn)稱“設(shè)計(jì)周期”),設(shè)計(jì)周期=計(jì)算周期×折減系數(shù)。如果折減系數(shù)取值不恰當(dāng),往往使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,或造成浪費(fèi)、或甚至產(chǎn)生安全隱患。誠(chéng)然,折減系數(shù)是鋼筋混凝土框架結(jié)設(shè)計(jì)所需要解決的一個(gè)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(jié)構(gòu)實(shí)際工程的復(fù)雜性,抗震規(guī)范[1]沒有、也不可能對(duì)折減系數(shù)給出一個(gè)確切的數(shù)值。許多文獻(xiàn)中給出,當(dāng)主要考慮填充墻的剛度影響時(shí),折減系數(shù)可取0.6~0.7[4] [7];根據(jù)填充墻的多少、填充墻開洞情況,其對(duì)結(jié)構(gòu)自振周期影響的不同,可取0.50~0.90[2].這些都是以粘土實(shí)心磚為填充墻的經(jīng)驗(yàn)值,不言而喻,采用不同填充墻體材料的折減系數(shù)是不相同的。當(dāng)采用輕質(zhì)材料或空心磚作填充墻,當(dāng)然不應(yīng)該套用實(shí)心磚為填充墻的折減系數(shù)。對(duì)于粘土實(shí)心磚外的其它墻體可根據(jù)具體情況確定折減系數(shù)。 [2] 

自振周期自振周期 - 結(jié)構(gòu)周期關(guān)系

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按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《工程抗震術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/97)的有關(guān)條文, 自振周期:結(jié)構(gòu)按某一振型完成一次自由振動(dòng)所需的時(shí)間。 基本周期:結(jié)構(gòu)按基本振型(第一振型)完成一次自由振動(dòng)所需 的時(shí)間。通常需要考慮兩個(gè)主軸方向和扭轉(zhuǎn)方向的基本周期。
設(shè)計(jì)特征周期 :抗震設(shè)計(jì)用的地震影響系數(shù)曲線的下降段起始點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的周期值,與地震震級(jí)、震中距和場(chǎng)地類別等因素有關(guān)。
場(chǎng)地卓越周期:根據(jù)場(chǎng)地覆蓋層厚度H和土層平均剪切波速 ,按公式T=4H/ 計(jì)算的周期,表示場(chǎng)地土最主要的振動(dòng)特征。 結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)與建筑物的動(dòng)力特性密切相關(guān),建筑物的自振周期是主要的動(dòng)力特征,與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度有關(guān),當(dāng)自振周期、特別是基本周期小于或等于設(shè)計(jì)特征周期 時(shí),地震影響系數(shù)取值為 ,按規(guī)范計(jì)算的地震作用最大。
國(guó)內(nèi)外的震害經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)建筑物的自振周期與場(chǎng)地的卓越周期相等或相近時(shí),地震時(shí)可能發(fā)生共振,建筑物的震害比較嚴(yán)重。研究表明,由于土在地震時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性的,在同一地點(diǎn),地震時(shí)場(chǎng)地的卓越周期并不是不變的,而將因震級(jí)大小、震源機(jī)制、震中距離的變化而不同。
GB50011規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的基本周期與場(chǎng)地的卓越周期之間的關(guān)系不做具體要求,即不要求結(jié)構(gòu)自振周期避開場(chǎng)地卓越周期。事實(shí)上,多自由度結(jié)構(gòu)體系具有多個(gè)自振周期,不可能完全避開場(chǎng)地卓越周期。
參考資料
  • 1.    陳陽(yáng).細(xì)高塔振動(dòng)問題的探討[J].廣東化工,2018,45(18):103-105.
  • 2.    徐永秋,卜濤.高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期與結(jié)構(gòu)高度關(guān)系及合理范圍研究[J].居舍,2018(27):189+194.
詞條標(biāo)簽:
文化術(shù)語(yǔ) 建筑