结构自振周期和地震作用的关系

抗震系数的原理及应用1. 介绍抗震系数是评估建筑结构抗震性能的重要指标之一。

它通过对结构的动力特性进行分析，综合考虑结构的刚度、强度和耗能能力等因素，反映出结构对地震荷载的承受能力。

本文将介绍抗震系数的原理及其应用。

2. 抗震系数的原理抗震系数的计算基于结构的动力特性，主要包括自振周期和阻尼比。

自振周期是结构在地震作用下自由振动的周期，它反映了结构本身的刚度。

阻尼比则衡量了结构动力系统中的能量耗散能力，体现了结构的耗能性能。

2.1 自振周期自振周期是结构在地震作用下自由振动的周期，通过计算结构的特征频率来获得。

自振周期的计算需要考虑结构的刚度和质量分布及约束条件等因素。

一般来说，刚性结构的自振周期较短，柔性结构的自振周期较长。

2.2 阻尼比阻尼比是结构动力系统中的能量耗散能力的指标，描述了结构的阻尼特性。

阻尼比越大，结构对地震作用的能量耗散能力越强。

阻尼比的计算需要考虑结构中的耗能装置、材料的阻尼特性及结构本身的材料和几何特性等因素。

3. 抗震系数的应用抗震系数主要用于评估结构的抗震能力和确定抗震设计参数。

在建筑设计中，抗震系数一般用于确定结构的设计地震力。

根据设计地震力和结构的自重、荷载等参数，可以计算得到结构的设计抗震力。

抗震系数也可用于不同结构体系之间的比较，以及抗震控制效果的评估。

3.1 设计地震力设计地震力是指结构在地震作用下所承受的力。

根据抗震系数和结构的重要性、土壤类别等级等因素，结构的设计地震力可以确定。

设计地震力的计算是保证结构在特定概率下的安全性能的基础。

3.2 结构体系的比较不同结构体系的抗震系数可以进行比较，以评估其抗震能力。

抗震系数较大的结构体系意味着其抗震能力较强，能够更好地抵御地震荷载。

在结构设计中，可以根据抗震系数的大小选择合适的结构体系。

3.3 抗震控制效果评估抗震系数也可用于评估结构的抗震控制效果。

通过对不同设计方案的抗震系数进行比较，可以选择出抗震效果较好的方案。

为什么结构计算第一振型应是平动动力学认为结构的第一周期应该是出现该振形时所需要的能量最小,第二周期所需要的能量次之,依次往后推.我认为规范规定Tt/T1<0.9就是为了让对结构产生作用的能量中的大部分只够激起结构的平动而不是扭转.按照动力学理论,结构第一周期只与结构本身的质量、刚度和边界条件有关,与外界力没有关系,地震只是提供一个激振力,基底剪力是反映这个激振效果的一个指标,这个除了以上的条件外,同时就跟地震参数有关,比如加速度的值.而结构最容易出现振动的振型就应该是第一振型,这个振型所需要的能量最小,最容易发生.这个就很容易理解为什么扭转振型不能太靠前,起码不能出现再第一振型.通高层设计中是可行的.关于第二平动周期与扭转周期比较接近的问题是相对的,我个人认为就是说能拉大到0.9以下最好,但是不能拉到0.9以下,也尽量不要超的太多.怎么理解主振型？pkpm采用了wilson教授的质量参与系数的概念（可以查看sap和etabs）,比如我们计算15个振型,质量参与系数达到了98%,那么15个振型当中就有一个质量参与系数最大的振型,比如是2振型,它对这个98%的贡献最大（比如达到40%）,那么我们就认为它就是主振型.而其它的振型的贡献可能相对很小.主振型的意义在于：它可能不是最容易被激励起的振型,但是它一旦被激励起了,那么它就是结构振动的主要成分,所以我们在抗震的时候我特别给与关注,尽量避免它与扭转振型靠近.这也就是我建议ljbwhu将T2与Tt拉大点的原因.在常规的高层结构设计中,由于各种限制,不容易出现以下这种情况：当结构中存在某些相对软弱的部分或者构件的时候,则结构的主振型会出现的比较靠后,这很容易理解,因为软弱的地方在激励能量相对小的时候就会局部振动,此时不是整体振动,所以该振型的质量参与系数很小,但是它们却是低阶振型.所以我前面的贴子提到了模型错误,这里的错误并不是指模型逻辑上的错误,而是某些构件的刚度、尺寸、材料等原因的错误,造成局部软弱.这种情况比较特殊,但是也可能出现,所以要避免.主振型：对于某个特定的地震作用引起的结构反应而言,一般每个参与振型都有着一定的贡献,贡献最大的振型就是主振型,贡献指标的确定一般有两个,一是基底剪力的贡献大小,二是应变能的贡献大小.一般而言,基底剪力的贡献大小比较直观,容易被我们接受扭转为主的振型中,周期最长的称为第一扭转为主的振型,其周期称为扭转为主的第一自振周期Tt.平动为主的振型中,根据确定的两个水平坐标轴方向X、Y,可区分为X向平动为主的振型和Y向平动为主的振型.假定X、Y方向平动为主的第一振型(即两个方向平动为主的振型中周期最长的振型)的周期值分别记为T1X和T1Y,其中的大者位T1,小者为T2.则T1即为《高规》第41315条中所说的平动为主的第一自振周期,T2姑且称作平动为主的第二自振周期.研究表明,结构扭转第一自振周期与地震作用方向的平动第一自振周期之比值,对结构的扭转响应有明显影响,当两者接近时,结构的扭转效应显著增大[7].《高规》第41315条对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T1之比值进行了限制,其目的就是控制结构扭转刚度不能过弱,以减小扭转效应.《高规》对扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第二自振周期T2之比值没有进行限制,主要考虑到实际工程中,单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少,多数工程的振型是扭转和平动相伴随的,即使是平动振型,往往在两个坐标轴方向都有分量.针对上述情况,限制Tt 与T1的比值是必要的,也是合理的,具有广泛适用性;如对Tt与T2的比值也加以同样的限制,对一般工程是偏严的要求.对特殊工程,如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构,当两个主轴方向的侧向刚度相差过大时,可对Tt与T2的比值加以限制,一般不宜大于1.0.实际上,按照《抗震规范》第31513条的规定,结构在两个主轴方向的侧向刚度不宜相差过大,以使结构在两个主轴方向上具有比较相近的抗震性能.当然,振型特征判断还与宏观振动形态有关.对结构整体振动分析而言,结构的某些局部振动的振型是可以忽略的,以利于主要问题的把握.注意上面这句话的意义说明了,某些局部振动可以忽略掉,那么如何判断某些局部振动呢？就转到我们上面所讨论的问题上来了,可以采用振型总剪力的大小来判断或者振型质量参与系数来判断.忽略某些总剪力很小或者质量参与系数很小的振型,而保留那些相对较大的振型,这样说的话,就没有必要强制制要求将总剪力最大的平动周期作为第一平动周期了！第一扭转周期的确定也没有什么疑惑.那个审图中心的意见有问题！1）如果一个结构X,Y方向周期相差很大时,前几个平动周期往往是一个方向的（如均为X方向或均为Y方向）.此时要求Tt/T1<0.9即可.（2）如果一个结构X,Y方向周期相差不大时,应使第一第二振型周期以平动为主（此时第一第二振型分别是X,Y向）,此时要求Tt/T1和Tt/T2均<0.9.这是容易作到的.另附手头一些资料,不知对大家有无帮助：（1）高规4.3.5条的条文说明主要意思：Tt与T1两者接近时由于振动耦连影响,结构扭转效应明显增大.（2）2002年9月版SATWE用户手册124页：振型的方向角0度是X方向,90度是Y方向.依次类推.它的意义在于使我们明确知道结构刚度的薄弱方向.两个第一侧移振型的方向角,代表了水平地震作用的两个近似的最不利方向.（3）2002年9月版SATWE用户手册124页：主振型的概念：对于地震引起的结构反应而言,参与振型贡献最大的就是主振型.衡量贡献大小有2个指标较合适,一是基底剪力贡献,二是应变能贡献.基底剪力贡献较易为工程技术人员接受.SATWE给出每个振型每个地震方向的基底剪力贡献.用于判断每个地震方向的主振型.PS:周期比计算方法：1)扭转周期与平动周期的判断：从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期,按周期值从大到小排列.同理,将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列；2）第一周期的判断：从列队中选出数值最大的扭转（平动）周期,查看软件的“结构整体空间振动简图”,看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引起局部振动,则不能作为第一扭转（平动）周期,要从队列中取出下一个周期进行考察,以此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转（平动）周期；值得注意的是,在判断复杂结构的第一平动周期时,还应考察该振型产生的基底剪力是否为各振型中的最大值,如果该振型产生的基底剪力很小,就不是第一平动周期.（详细见PKPM新天地2005.1期）3)周期比计算：将第一扭转周期值除以第一平动周期即可.。

详细解读地震周期振型动力学认为结构的第一周期应该是出现该振形时所需要的能量最小,第二周期所需要的能量次之,依次往后推.我认为规范规定Tt/T1<0.9就是为了让对结构产生作用的能量中的大部分只够激起结构的平动而不是扭转.按照动力学理论,结构第一周期只与结构本身的质量、刚度和边界条件有关,与外界力没有关系,地震只是提供一个激振力,基底剪力是反映这个激振效果的一个指标,这个除了以上的条件外,同时就跟地震参数有关,比如加速度的值.而结构最容易出现振动的振型就应该是第一振型,这个振型所需要的能量最小,最容易发生.这个就很容易理解为什么扭转振型不能太靠前,起码不能出现再第一振型.关于第二平动周期与扭转周期比较接近的问题是相对的,我个人认为就是说能拉大到0.9以下最好,但是不能拉到0.9以下,也尽量不要超的太多.怎么理解主振型？pkpm采用了wilson教授的质量参与系数的概念（可以查看sap和etabs）,比如我们计算15个振型,质量参与系数达到了98%,那么15个振型当中就有一个质量参与系数最大的振型,比如是2振型,它对这个98%的贡献最大（比如达到40%）,那么我们就认为它就是主振型.而其它的振型的贡献可能相对很小.主振型的意义在于：它可能不是最容易被激励起的振型,但是它一旦被激励起了,那么它就是结构振动的主要成分,所以我们在抗震的时候我特别给与关注,尽量避免它与扭转振型靠近.这也就是我建议ljbwhu将T2与Tt拉大点的原因.在常规的高层结构设计中,由于各种限制,不容易出现以下这种情况：当结构中存在某些相对软弱的部分或者构件的时候,则结构的主振型会出现的比较靠后,这很容易理解,因为软弱的地方在激励能量相对小的时候就会局部振动,此时不是整体振动,所以该振型的质量参与系数很小,但是它们却是低阶振型.计算时某些构件的刚度、尺寸、材料等原因的错误,造成局部软弱,这种情况比较特殊,但是也可能出现,所以要避免.主振型：对于某个特定的地震作用引起的结构反应而言,一般每个参与振型都有着一定的贡献,贡献最大的振型就是主振型,贡献指标的确定一般有两个,一是基底剪力的贡献大小,二是应变能的贡献大小.一般而言,基底剪力的贡献大小比较直观,容易被我们接受扭转为主的振型中,周期最长的称为第一扭转为主的振型,其周期称为扭转为主的第一自振周期Tt.平动为主的振型中,根据确定的两个水平坐标轴方向X、Y,可区分为X向平动为主的振型和Y向平动为主的振型.假定X、Y方向平动为主的第一振型(即两个方向平动为主的振型中周期最长的振型)的周期值分别记为T1X和T1Y,其中的大者位T1,小者为T2.则T1即为《高规》第41315条中所说的平动为主的第一自振周期,T2姑且称作平动为主的第二自振周期.研究表明,结构扭转第一自振周期与地震作用方向的平动第一自振周期之比值,对结构的扭转响应有明显影响,当两者接近时,结构的扭转效应显著增大[7].《高规》第41315条对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T1之比值进行了限制,其目的就是控制结构扭转刚度不能过弱,以减小扭转效应.《高规》对扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第二自振周期T2之比值没有进行限制,主要考虑到实际工程中,单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少,多数工程的振型是扭转和平动相伴随的,即使是平动振型,往往在两个坐标轴方向都有分量.针对上述情况,限制Tt与T1的比值是必要的,也是合理的,具有广泛适用性;如对Tt与T2的比值也加以同样的限制,对一般工程是偏严的要求.对特殊工程,如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构,当两个主轴方向的侧向刚度相差过大时,可对Tt与T2的比值加以限制,一般不宜大于1.0.实际上,按照《抗震规范》第31513条的规定,结构在两个主轴方向的侧向刚度不宜相差过大,以使结构在两个主轴方向上具有比较相近的抗震性能.当然,振型特征判断还与宏观振动形态有关.对结构整体振动分析而言,结构的某些局部振动的振型是可以忽略的,以利于主要问题的把握.注意上面这句话的意义说明了,某些局部振动可以忽略掉,那么如何判断某些局部振动呢？就转到我们上面所讨论的问题上来了,可以采用振型总剪力的大小来判断或者振型质量参与系数来判断.忽略某些总剪力很小或者质量参与系数很小的振型,而保留那些相对较大的振型,这样说的话,就没有必要强制要求将总剪力最大的平动周期作为第一平动周期了！第一扭转周期的确定也没有什么疑惑.。

关于结构设计中各种周期的解惑结构设计中碰到最多的周期大致有四个：场地（地震动）卓越周期、设计特征周期、结构自振周期、结构基本周期，四个周期或多或少存在一定的联系，首先了解一下各周期的含义。

卓越周期是指随机振动过程中出现概率最多的周期，常用以描述地震动或场地特性。

地震波在土层中传播，由于土层的过滤特性与选择放大作用（过滤与放大通过不同性质界面的多次反射来实现），周期与场地土固有周期接近的地震波得到增强（通过共振作用放大），此周期称为场地（地震动）卓越周期。

设计特征周期也可称为设计反应谱特征周期，是指地震影响系数曲线下降段起始点对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关，规范通过设计地震分组和场地类别反映，场地越软，震级、震中距越大，值越大。

结构自振周期是结构的动力特性之一，按某一振型完成一次自由振动所需的时间，仅与结构的质量m、刚度k有关，可通过特征值分析求解。

结构基本周期是结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

地震动卓越周期反映的是场地土动力特性，与场地覆土厚度、土层剪切波速及岩土阻抗比（土地震效应的三要素）有关，前两者影响频谱，后者影响幅值。

一般来讲震级、震中距越大，高频分量被长距离传播路径所过滤，低频（长周期）分量越显著；软土地基上卓越周期显著，而硬土地基上则包含多种频率成分，卓越周期不显著（可以包含若干个），如下图。

设计特征周期针对的是设计反应谱，因此数落一下设计反应谱的来历很有必要。

为了迎合结构设计，将不同的地震动记录的反应谱曲线加以统计平均（均值反应谱），再利用数学上的平滑拟合，基于安全或经济因素的修正，便得到设计反应谱。

设计反应谱并不针对某个特定地震波，而是据大量地震动的综合认识预估结构地震作用的一种规定。

即设计反应谱不是真正的反应谱，是经验物理领域的概念，设计特征周期的物理意义不很明确。

从反应谱的分段区间来看，设计特征周期可以认为是速度与位移控制段的分界周期。

地震动卓越周期与设计特征周期存在必然联系吗？答案是否定的，顶多也就是特定地区的统计关系。

场地卓越周期文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]场地卓越周期,结构自振周期,基本振型,高阶振型基本概念自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构固有的特性。

基本周期T1：结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

通常需要考虑两个主轴方向的和扭转方向的基本周期。

设计特征周期Tg：抗震设计用的地震影响系数曲线的下降阶段起始点所对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。

场地卓越周期Ts ：根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速Vs计算的周期，表示场地土最主要的振动特征。

场地卓越周期只反映场地的固有特征，不等同于设计特征周期。

场地脉动周期Tm：应用微震仪对场地的脉动、又称为”常时微动”进行观测所得到的振动周期。

场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征，与强地震作用下场地的动力特性既有关系又有区别。

场地卓越周期：地震波在某场地土中传播时，由于不同性质界面多次反射的结果，某一周期的地震波强度得到增强，而其余周期的地震波则被削弱。

这一被加强的地震波的周期称为该场地土的卓越周期。

结构自振周期：自振周期是结构的动力特性之一。

单质点体系在谐波的作用下，都会按一定形状作同频率同相位的简谐运动，其相应的周期就称为自振周期。

当建筑物的自振周期与场地土卓越周期接近时，其地震反应就大，反之则小。

设计特征周期Tg：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，应根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定。

当结构的自振周期超过设计特征周期时，地震作用就会随其自振周期的增大而减小。

当结构的自振周期小于0.1s时，地震作用会随其自振周期的增大而急剧增大。

实际的建筑结构的自振周期大都会大于设计特征周期，但一般不大于6.0s。

基本振型：单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型。

任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加，多质点体系按振型分解法计算地震作用时，可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。

predominant period 地震时，从震源发出的地震波在土层中传播时，经过不同性质地质界面的多次反射，将出现不同周期的地震波。

若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近，由于共振的作用，这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。

由多层土组成的厚度很大的沉积层，当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射，由于波的叠加而增强，使长周期的波尤为卓越。

卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。

巨厚冲积层上低加速度的远震，可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。

卓越周期分级卓越周期按地震记录统计得到，地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期，可划分为四级：一级--稳定基岩，卓越周期是0.1-0.2s，平均为0.15s。

二级--一般土层，卓越周期为0.21-0.4s，平均为0.27s。

三级为松软土层，卓越周期在二级和四级之间。

四级--为异常松软的土层，卓越周期为0.3-0.7s，平均为0.5s.几种周期及相关概念自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身的动力特性，与结构的高度H、宽度B有关。

基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

基本振型：单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型：任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加，多质点体系按振型分解法计算地震作用时，可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。

而对建筑结构而言，有时又称为主振型，一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。

高阶振型：相对于低阶振型而言。

一般来说，低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。

对一般较规则的建筑物，选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数（大多数情况下为楼层数），若质点数较多时，根据计算结果可以只取前几个振型（即低阶振型）进行叠加。

特征周期Tg：即建筑场地自身的周期，是建筑物场地的地震动参数，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别等。

结构基本周期、结构自振周期与设计特征周期、场地卓越周期之间的区别和联系。

结构基本周期:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身的动力特性，仅与结构的质量m、刚度系数k有关。

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；场地卓越周期:是根据覆盖层厚度H和土层剪切波速VS按公式T0=4H/VS计算的周期，表示场地土最主要的振动特性。

卓越周期按地震记录统计得到，地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期，可划分为四级：一级——稳定基岩，卓越周期是0.1-0.2s，平均为0.15s。

二级——一般土层，卓越周期为0.21-0.4s，平均为0.27s。

三级为松软土层，卓越周期在二级和四级之间。

四级——为异常松软的土层，卓越周期为0.3-0.7s，平均为0.5s.特征周期Tg：即建筑场地自身的周期，是建筑物场地的地震动参数，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别等。

在抗震设计规范中，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。

剪切波速是指震动横波在土内的传播速度，单位是m/s。

可通过人为激震的方法产生震动波，在相隔一定距离处记录振动信号到达时间，以确定横波在土内的传播速度。

测试方法一般有单孔法、跨孔法等。

剪切波速是抗震区确定场地土类别的主要依据。

地震时，从震源发出的地震波在土层中传播时，经过不同性质地质界面的多次反射，将出现不同周期的地震波。

若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近，由于共振的作用，这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。

“剪重比”是结构整体控制设计的一项重要指标，当其不能满足规范的要求时，就应该进行必要的调整。

对于需调整楼层层数较少（不超过楼层总数的1／3），且“剪重比”与规范限值相差不大（不小于规范限值的80％，或地震剪力调整系数不大于1.2-1.3）的情况，我们可以通过选择“地震力放大系数”等SATWE的相关参数来达到目的；对于需调整楼层层数较多，或与规范限值相差较大的情况，就只能提高结构的刚度。

但是在对结构刚度进行调整的时候，我们有时会遇到这样一种情况，我们加大了结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，但这些楼层的“剪重比”没有多大的变化，有时反而略有减小。

问题出在哪里呢？我们先来看看规范：规范对结构“剪重比”的要求是基于“振型分解反应谱法”在结构基本周期大于3s时，计算水平地震作用可能偏小的情况，为保证结构的安全而考虑的。

这不是简单的局部刚度或承载能力不足的问题，而是规范针对上述情况对“振型分解反应谱法”的修正，即规定了水平地震作用的最小值。

因此，只加大结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，是把结构整体刚度偏柔的问题，当成了局部刚度或承载能力不足的问题，以至于收效不大。

我们再来看看结构自振周期与水平地震作用的关系：抗震结构中起主要作用的基本振型（靠近两个主轴的方向和扭转方向，其中两个平动为主振型的基底剪力分别沿两个主轴方向为最大值），其自振周期（基本周期）一般都大于设计特征周期。

根据规范的“地震影响系数曲线”，此时的地震影响系数与结构基本周期成反比关系。

即结构的基本周期越小，水平地震作用效应就越大。

而结构的自振周期与结构的刚度成反比关系。

这说明采用结构调整的方法加大“剪重比”，需要增大结构的刚度，以减小结构的基本周期。

那么，为什么我们加大了结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，但这些楼层的“剪重比”没有多大的变化，有时反而略有减小呢？通过对具体结构的分析，不难发现，当仅增大结构下部少数楼层的侧移刚度时，结构的基本周期变化不大，水平地震作用增幅有限。

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）。

卓越周期目录定义卓越周期分级几种周期及相关概念场地卓越周期、特征周期对建筑物的影响定义predominant period 地震时，从震源发出的地震波在土层中传播时，经过不同性质地质界面的多次反射，将出现不同周期的地震波。

若某一周期的地震波与地基土层固有周期相近，由于共振的作用，这种地震波的振幅将得到放大，此周期称为卓越周期。

由多层土组成的厚度很大的沉积层，当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射，由于波的叠加而增强，使长周期的波尤为卓越。

卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。

巨厚冲积层上低加速度的远震，可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。

卓越周期分级卓越周期按地震记录统计得到，地基土随软硬程度的不同有不同的卓越周期，可划分为四级：一级——稳定基岩，卓越周期是0.1-0.2s，平均为0.15s。

二级——一般土层，卓越周期为0.21-0.4s，平均为0.27s。

三级为松软土层，卓越周期在二级和四级之间。

四级——为异常松软的土层，卓越周期为0.3-0.7s，平均为0.5s.几种周期及相关概念自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身的动力特性，仅与结构的质量m、刚度系数k有关。

基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

基本振型：单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型：任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加，多质点体系按振型分解法计算地震作用时，可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。

而对建筑结构而言，有时又称为主振型，一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。

高阶振型：相对于低阶振型而言。

一般来说，低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。

对一般较规则的建筑物，选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数（大多数情况下为楼层数），若质点数较多时，根据计算结果可以只取前几个振型（即低阶振型）进行叠加。

地震发生时，由震源发出的地震波传至地表岩土体，迫使其振动，由于表层岩土体对不同周期的地震波有选择放大作用，某种岩土体总是以某种周期的波选择放大得尤为明显而突出，使地震记录图上的这种波记录得多而好。

这种周期即为该岩土体的特征周期，也叫做卓越周期。

由多层土组成的厚度很大的沉积层，当深部传来的剪切波通过它向地面传播时就会发生多次反射，由于波的叠加而增强，使长周期的波尤为卓越。

卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同时，由于共振作用而使地表振动加强。

巨厚冲积层上低加速度的远震，可以使自振周期较长的高层建筑物遭受破坏的主要原因就是共振。

2. 几种周期及相关概念自振周期T：结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构本身的动力特性，与结构的高度H、宽度B有关。

基本周期T1:是指结构按基本振型完成一次自由振动所需的时间。

基本振型：单质点体系在谐波的作用下的振型称为基本振型：任一地震波都可以分解为若干谐波的叠加，多质点体系按振型分解法计算地震作用时，可以简化为具有基本振型的等效单质点体系进行分析。

而对建筑结构而言，有时又称为主振型，一般是指每个主轴方向以平动为主的第一振型。

高阶振型：相对于低阶振型而言。

一般来说，低阶振型对结构振动的影响要大于高阶振型的影响。

对一般较规则的建筑物，选择的振型个数可以取其地震作用计算时的质点数（大多数情况下为楼层数），若质点数较多时，根据计算结果可以只取前几个振型（即低阶振型）进行叠加。

特征周期Tg：即建筑场地自身的周期，是建筑物场地的地震动参数，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别等。

在抗震设计规范中，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。

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：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：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。

地震作用的周期接近时,共振发生,对建筑造成很大影响，加大震害。

特征周期：是建筑场地自身的周期，抗震规范中是通过地震分组和地震烈度查表确定的。

结构的自振周期顾名思义是反映结构的动力特性，与结构的质量及刚度有关，具体对单自由度就只有一个周期，而对于多自由度就有同模型中采用的自由度相同的周期个数，周期最大的为基本周期，设计用的主要参考数据！而特征周期是，在地震影响系数曲线中，水平段与下降段交点的横坐标，反映了地震震级，震源机制（包括震源深度）、震中距等地震本身方面的影响，同时也反映了场地的特性；如软弱土层的厚度，类型等场地类别，所以我认为特征周期同时反映了地震及场地的特性！它在确定地震影响曲线时用到！1.特征周期：是建筑物场地的地震动参数——由场地的地质条件决定；2.自振周期由结构自身的结构特点决定——用结构力学方法求解；（主要指第一振型的主振周期）3.结构的自振周期主要是避免与场地的卓越周期重合产生共振；4.卓越周期与特征周期有关；卓越周期由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求解（见工程地质手册）。

设计特征周期:抗震设计用的地震影响系数曲线中,反映地震等级,震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值.-----根据其所在地的设计地震分组和场地类别确定.详见抗震规范.的1/f接近时,共振发生,对建筑造成很大影响.另外：目前就场地的有关周期，经常出现场地脉动(卓越)周期，地震动卓越周期和反应谱特征周期等名词。

就以上3个周期概念来说，其确切的含义是清楚的，场地脉动周期是在微小震动下场地出现的周期，也可以说是微震时的卓越周期；地震动卓越周期是在受到地震作用下场地出现的周期，一般情况下它大于脉动周期(一般1.2～2.0)。

场地卓越周期反应场地特征，地震动卓越周期不但反应场地特征，而且反应地震特征(如近、远震则明显不同)。

由此可见二者震动干扰源有区别，另外反映的特征也是不同的。

反应谱特征周期一般是指规范反应谱平台段与下降衰减段的拐点周期，它表示规范反应谱值随周期变化的突变特征，是平均意义上的参数，它综合反映场地和地震环境的影响。

周期折减系数对地震作用的影响大家都知道：对于周期折减系数：
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 剪力墙结构可取0.9～1.0。

考虑周期折减系数主要目的是为了考虑结构的填充墙的刚度，本人第一次接触到周期折减系数时，一直认为既然考虑了填充墙的刚度，那么结构总体的刚度就是变大，然后在地震来的时候，填充墙可以吸收一部分地震能量，使得结构构件（以框架结构为列，梁柱构件）吸收的地震力作用变小，这样，会使得结构构件配筋变小，更容易满足，这是我一个错误的理解，不知道大家有没有和我一样的。

实则不然，继续以框架结构为列，其基本自振周期t1（s）可按下式计算：t1=1.7ψt（ut）1/2
注：ut假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移；ψt结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数。

这样的话，考虑了结构的填充墙的刚度之后，t1会减小
根据抗震规范第5.1.5条
水平地震力影响系数为α1 =（tg/t1）0.9аmax
fek总＝α1geq=α10.85ge
可以得出t1减小，α1变大，会导致fek变大，地震力作用变大，然而这部分地震力由框架（梁柱）承担，结构配筋变大，结构偏于安全。

那么，填充墙的刚度在这里面充当什么角色那？在计算自振周期的时候，考虑了他的刚度，导致结构自振周期减小了，然后就导致了地震力放大，当地震力放大之后，填充墙不考虑了，这部分地震力全由框架承担，假若这种情况下，框架都能承担的住的话，那结构真的来地震了，不就没问题了，也就是结构偏于安全了。

借用鲁烟的一句话，就是“填充墙引起地震力增大，但是墙这孙子只点火不灭火，增大的地震力还是梁柱框架承担啊”。