卓越周期规范.docx

1、卓越周期规范卓越周期,规范篇一：卓越周期与特征周期 结构自振周期是结构自由振动的周期； 结构基本周期是结构自振周期中最长（数值最大）的那个； 场地卓越周期是场地自振周期中最容易被（地震）激励起的周期； 场地特征周期（设计特征周期）是设计地震反应谱曲线上平台段结束（最右端）的同期值. 产生了疑问:场地卓越周期和场地特征周期有关系吗? 知道一个不相干的，地震动的卓越周期：再振幅谱幅值最大的频率分量所对应的周期，在地震波通过覆盖土层传向地表的过程中，由于土层的过滤性与选择放大作用，地表地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期。 各条地震波的特征周期很难确定，规范反应谱上的特征周期是根据若干条

2、平均后再进行削平处理而得到的拐点。 对地震波进行傅立叶变换，得到其傅立叶谱，观察其地震波峰值对应的周期，此周期便是地震波的特征周期。可以在ansys，sap等程序中轻松实现。 傅立叶谱幅值最大点对应的周期为地震动的卓越周期，不是特征周期！特征周期是抗震规范中用到的概念，目的是确定规范谱的形状。它描述了结构所处的地震环境。实际上，规范谱不应看作真实的地震反应谱，这一点在其他帖子中已有论述。我个人的观点，规范是结构抗震理论应用方法的体现，如果研究抗震理论，似乎不应以抗震规范为准绳。因为规范是为使用者提供的标准，它必须为了工程的安全性和经济性做出一些折中，并不是完全意义上的理论或技术方法。 1、卓越

3、周期是老早以前的提法，原意指的是引起建筑场地振动最显著的某条或某类地震波的一个谐波分量的周期，该周期与场地覆土厚度及土的剪切波速有关。对同一个场地而言，不同类型的地震波会得出不同的卓越周期，因此概念上存在矛盾。现在地震工程界已彻底摒弃这种提法； 2、场地与场地土是两个完全不同的概念，你所说的应是场地； 3、现在确定地震影响系数用的是场地特征周期。即首先根据场地覆土厚度及土的剪切波速确定建筑物的场地类别，并据此查表得场地特征周期，最后有设计地震分组和场地特征周期确定抗震设计所用的地震影响系数。 在结构布置时应使结构结构的第一自振周期避开场地的卓越周期， 以免场地、地基与结构形成共振或类共振” 卓

4、越周期是通过地震波频率分析得到的所占能量最大的周期成分. 特征周期另外又考虑了近震远震的影响(老抗规),新抗震规范用设计地震分组来考虑震级和震中距的影响. 特征周期的概念早已有之,同样卓越周期的概念依然存在;二者数值上很相近,从抗震角度当然结构自振周期避开特征周期和卓越周期为好,从地震影响系数曲线也可清楚看到其中的关系. 关于卓越周期的说法，我是以前听一个教授说的，他的原话是：“大家以后不要再提场地卓越周期这个说法，这个概念本身有问题. 而他本人是建筑抗震规范编写组的成员。 可以肯定的是，现在新的的抗震规范及有关的背景材料都不再用”卓越周期“的概念，而且近几年公开发表的有关地震工程的论文都不再

5、提“卓越周期”。我个人认为，现在的“场地特征周期”或许与原来的“卓越周期”有某种概念上的联系，但它们在意义上可能已经完全不同了。卓越周期是老早以前的提法，原意指的是引起建筑场地振动最显著的某条或某类地震波的一个谐波分量的周期，该周期与场地覆土厚度及土的剪切波速有关。对同一个场地而言，不同类型的地震波会得出不同的卓越周期，因此概念上存现在确定地震影响系数用的是场地特征周期。即首先根据场地覆土厚度及土的剪切波速确定建筑物的场地类别，并据此查表得场地特征周期，最后由设计地震分组和场地特征周期确定抗震设计所用的地震影响系数。 地震波在地表土层传播时，由于不同性质界面反射的结果，某个周期的地震波强度被增

6、强，也即土层对这些地震波起到放大作用，这种波的周期称为该土层的卓越周期。 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

7、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。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

8、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。 场地卓越周期根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速V_s，按公式T = 4H/V_s计算的周 期，表示场地土最主要的振动特性。 地基基本周期地基整体本身固有的震动特性，可根据经验公式或数值模拟求得。 两个周期之间存在最优比值T=3Tg。当地基与场地频率满足最优比值时,基础的抗震性能最佳,它可以作为抗震概念设计中的参考准则。篇二：剪切波卓越周期报告 检 测 报 告 科测（2003）报告（ ）号 深圳市住宅开发租赁中心住宅楼工程 土层剪切波速度和卓越周期

9、测试 及场地类别评定报告 委托单位：深圳市勘察研究院勘察公司 检测类别：土层剪切波速、卓越周期检测 检测单位： 报告发送日期： 2002 年 6月21日 工程负责人：测试人员：报告编写： 审 核： 技术负责人（总工）邮 编： 地 址： 电 话： ： 深圳市住宅开发租赁中心住宅楼工程 土层剪切波速度和卓越周期测试 及场地类别评定报告 一 前言 深圳市位于全国烈度区划图七度区内，是我国的重点抗震设防城市，按照国家抗震规范有关规定，各类工程建设都应考虑抗震设防和地震安全性评价及场地类别评价工作。 为此，受深圳市勘察研究院勘察公司的委托，我单位对深圳市住宅开发租赁中心住宅楼建设工程场地进行了土层剪切波

10、速和卓越周期测试及地震场地类别评定工作。现场对6号和14号孔进行了测试，经室内资料整理和计算分析提交本测定报告。本次检测按以下规范进行。 土层剪切波速检测按建筑抗震设计规范GB500112001执行。 卓越周期检测按建筑抗震设计规范GB500112001执行。 二 检测原理及仪器 （一） 土层剪切波速检测简介 测试方法采用单孔法，利用已经钻好的钻孔，将起振板置于井口13米处，并 使其中点与井口的连线垂直于起振板，同时在其上加压整体性较好的重物（1吨以上），然后锤击起振板产生剪切波，并通过置于井内的三分量拾振妻将土的振动历程输入仪器，经电脑分析，获得各测点剪切波到时，经计算可得到各土层的剪切波速

11、。图一为其测试方框图。 现场数据采集使用的仪器是中科院武汉岩土力学研究所智能仪器室生产的RSM24FD浮点工程动测仪，采集的数据是由井中的三分量传感器，通过仪器记录三道波形，经与电脑通讯，将仪器中的数据传送到电脑中，处理后得到各土层的剪切波速，进而确定建筑的场地类别。 图一 在场区内选择二个具有代表性的岩土工程勘察6号和14号钻孔，采用单孔剪层法在孔中进行土层剪切波速测试。按规范要求，每一土层都有一个测点，当某一土层厚度较大时，每2米左右测一个点，在一个测试深度上重复测试多次，获得各孔土层剪切波速度随深度分布（见表1）根据这些数字绘制成土层剪切波速深度曲线（见图2）。 根据场地二个钻孔土层剪切

12、波速实测值和岩土工程勘察资料，将地面以下20米内土层厚度与各层剪切波速度计算出土层的等效剪切波速值，其结果及覆盖厚度（见表2）。 单孔法测试系统方框图 覆盖层厚度及地面下20米内各土层厚度 与各土层剪切波速度计算的等效剪切波速值（二） 地脉动卓越周期检测简介 建筑场地土层的频谱特性的卓越周期是建筑场地地面运动的重要特征。它是一 种常时微动的随机振动信号，它与覆盖土层的厚度、物理力学性质以及场地的振动背景、能量、持续时间、衰减特点、波动介质等因素有密切关系。凡是进行场地地震小区划、场地土分类、震害预测、建筑场地选址与评价、高层建筑、精密设施的场地，微振动测量是不可缺少的项目。按照（CECS74:

13、95）场地微振动测量技术规程，本场地选取6号孔和14号孔附近各布置了一个脉动观测点，每个测点进行三个方向振动信号的观测、确保周围环境无任何振动源干扰各记录10次以重现多为准，经过资料整理计算分析并给出频率域参数。 测试仪器是中科院武汉岩土力学研究所智能仪器室生产的RSM24FD浮点工程动测仪，三分量拾振器是中国地震局工程力学研究所研制的“DLS”系列多功能力平衡拾振器。 图3是6号和14号孔的典型地面脉动部分数据频谱分析图。通过综合分析，可得到本场地的地面脉动卓越周期为0.271秒（卓越频率3.69Hz）。测试数据（见表3）。 地 脉 动 测 试 数 据 篇三：卓越周期 1. 卓越周期的定义

14、predominant period 随机震动过程中出现概率最多的周期。常用以描述地震震动或场地特征。 卓越周期是老早以前的提法，原意指的是引起建筑场地振动最显著的某条或某类地震波的一个谐波分量的周期，该周期与场地覆土厚度及土的剪切波速有关。对同一个场地而言，不同类型的地震波会得出不同的卓越周期，因此概念上存在矛盾。现在地震工程界已彻底摒弃这种提法； 现在确定地震影响系数用的是场地特征周期。即首先根据场地覆土厚度及土的剪切波速确定建筑物的场地类别，并据此查表得场地特征周期，最后由设计地震分组和场地特征周期确定抗震设计所用的地震影响系数。 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

15、，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

16、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）

17、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。Tg越大，地震影响系数的平台越宽，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。 图 地震影响系数曲线 场地卓越周期Ts：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

18、，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。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。 其由场地的覆盖土层厚度和土层剪切波速计算求的。 场地脉动周期Tm：应用微震对场地的脉动、又称为“常时微动”进行观测所得到的振动周期。测试应在环境十分安静的情况下进行，场地的震动类似人体的脉搏，所以称为“脉动”。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联，又不完全相同。 3.几种周期的计算方法 3.1特征周期的计算 特征周期值Tg是根据设计地震分组及场地类别据建筑抗震设计规范中表 5.1.4-2查取值。 3.2场地卓越周期

19、的计算 根据日本学者对土层剪切波速vs与地脉动测试对比研究，提出对于单一土层的地基，场地卓越周期可由表土层剪切波速计算得出：其计算公式如下： T= 4hi/vsi， 式中： hi第i层土的厚度(m)； vsi第i层土的剪切波速(ms)； n 土层数 对于多层土的卓越周期根据国外有关规范按下式计算： Ts= 32(hi（Hi-1+Hi）)/vsi 式中： Hi天然地面至第i层土地面的深度，计算地基卓越周期时，从基础底面算起。 vsi第i层实测剪切波速 Hi-1建筑物基地至i-1层底面的距离 hi第i层的厚度 显然，表土层愈厚，其剪切波速度愈低(即土层愈松软)，则卓越周期愈长。 3.3场地脉动周期

20、Tm的计算 是地脉动测试所获得的波群波形，通过傅里叶谱分析，在频谱图中幅值最大的那一根谱线所对应的频率即为所测场地微振动信号的卓越频率，并由此计算出卓越周期即脉动卓越周期。 地脉动是由随机振源(包括自然因素，如地震、风振、火山活动、海洋波浪等；人为因素，如交通、动力机器、工程施工等)激发并经场地不同性质的岩土层界面多次反射和折射后传播到场地地面的振动川，是地面的一种稳定的非重复性随机波动。同时，地脉动不同的频幅变化和作用历程，会引起岩土体的不同响应。 地脉动测试场地卓越周期计算公式如下： T=1/f 式中： Tm场地卓越周期（s） ?卓越频率（HZ）。 国内的相关研究表明：地脉动是一种以剪切波

21、为主的体波，剪切波在覆盖层中的传播时间与地脉动卓越周期密切相关，能够较的反应地脉动卓越周期大小，覆盖层厚度，剪切波在覆盖层中的等效剪切波速，剪切波在软土层中的等效剪切波速和软土层的厚度是影响地脉动卓越周期的重要因素，其中最主要的影响因素是剪切波在覆盖层中的等效剪切波速。在场地条件条件较好，波速测试较为理想的情况下脉动卓越周期与通过剪切波速数据计算的场地卓越周期基本一致，但在场地条件较差，覆盖层土质不均的及其它因素的影响，脉动卓越周期与通过剪切波速计算的场地卓越周期存在较大差异。一般认为对于重要工程，最好通过地脉动测试来确定场地脉动卓越周期。 4.场地卓越周期、特征周期对构（建）筑物的影响 自振

22、周期避开特征周期可以减小地震作用。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。 自振周期与场地的卓越周期相等或接近时地震时可能发生共振，震害比较严重，反之震害就小，国内外根据震害研究表明，在大地震时，由于土壤发生大变形或液化，土的应力应变关系为非线性，导致土层剪切波速Vs发生变化。因此，在同一地点，地震时场地的卓越周期将因震级大小、震源机制、震中距离的变化而变化。 如果仅从数值上比较，场地脉动周期Tm最短，卓越周期Ts其次，

23、特征周期Tg最长 参考资料： 岩土工程勘察规范（GB50021-2001） 建筑抗震设计规范(GB50011-2001) 地基动力特性测试规范（GB/T50269-97） 工程地质手册（第四版） 工程地质学基础（唐辉明） 地脉动产生机理和传播特性的研究（许建聪、简文彬、尚岳全） 地脉动在泉州市区地基土层场地评价中的应用(许建聪，简文彬) 17 场地与地基 . 2.1 场地划分与场地区划 2.1.1 场地及其地震效应场地是指建筑物所在地,其范围大体相对于厂区,居民点和自然村的范围.历史震害资 料表明,建筑物震害除与地震类型,结构类型等有关外,还与其下卧层的构成,覆盖层厚度 密切相关.图2-1是1

24、967年委内瑞拉加拉加斯地震的震害调查统计结果.从图中可以看出: 在土层厚度为50m左右的场地上,3-5层的建筑物破坏相对较多;而在厚度为150-300m的冲 积层上,10-24层的建筑物震害最为严重.对我国1975年海城地震,1976年唐山地震等大地 震的宏观震害调查资料的分析也表明了类似的规律:房屋倒塌率随土层厚度的增加而加大; 比较而言,软弱场地上的建筑物震害一般重于坚硬场地. 14层结构破坏百分率(%) max 3 5层 10 14层 5 9层 max 土层厚度 (m) 零应力区 图2-1 房屋破坏率与土层厚度关系 图2-2 基地压力验算 从原理上分析,在岩层中传播的地震波,本来就具有

25、多种频率成分,其中,在振幅谱中 幅值最大的频率分量所对应的周期, 称为地震动的卓越周期. 在地震波通过覆盖土层传向地 表的过程中, 与土层固有周期相一致的一些频率波群将被放大, 而另一些频率波群将被衰减 甚至被完全过滤掉.这样,地震波通过土层后,由于土层的过滤特性与选择放大作用,地表 地震动的卓越周期在很大程度上取决于场地的固有周期. 当建筑物的固有周期与地震动的卓 越周期相接近时,建筑物的振动会加大,相应地,震害也会加重. 进一步深入的理论分析证明, 多层土的地震效应主要取决于三个基本因素: 覆盖土层厚 度,土层剪切波速,岩土阻抗比.在这三个因素中,岩土阻抗比主要影响共振放大效应,而 其它两

26、者则主要影响地震动的频谱特性. 2.1.2 覆盖层厚度 覆盖层厚度的原意是指从地表面至地下基岩面的距离. 从地震波传播的观点看, 基岩界 面是地震波传波途径中的一个强烈的折射与反射面, 此界面以下的岩层振动刚度要比上部土 层的相应值大很多.根据这一背景,工程上常这样判定:当下部土层的剪切波速达到上部土 层剪切波速的 2.5倍,且下部土层中没有剪切波速小于400m/s的岩土层时,该下部土层就可 以近似看作基岩. 由于工程地质勘察手段往往难以取得深部土层的剪切波速数据, 为了实用 上的方便,我国建筑抗震设计规范进一步采用土层的绝对刚度定义覆盖层厚度,即:地下基 岩或剪切波速大于500m/s的坚硬土

27、层至地表面的距离,称为覆盖层厚度. 2.1.3 场地的类别前已述及,不同场地上的地震动,其频谱特征有明显的差别.为了反映这一特点,我国 建筑设计规范将建筑场地划分为4个不同的类别,见表2-1. 从表2-1可见,场地类别是根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度两个指标综合确定 的.场地覆盖层厚度已于上文作了解释.土层等效剪切波速 Vse 则应按下式计算. Vse = d o / (d i / Vsi ) i =1 n (2-1) 式中 d 0 计算深度,取覆盖层厚度和20m两者的较小值; n 计算深度范围内土层的分层数; Vsi 第 i 层土的剪切波速; d i 第 i 层土的厚度. 对于10层和

28、高度30m以下的丙类建筑及丁类建筑,当无实测剪切波速时,也可以根据岩 土性状按表2-2划分土的类型,并利用当地经验在该表所示的波速范围内估计各土层的剪切 波速. 表 2-1 等效剪切波速(m/s) 各类建筑场地的覆盖层厚度(m) 各类建筑场地的覆盖层厚度 场地类别 I类 0 <5 <3 <3 5 350 315 50 1580 80 II 类 III 类 IV 类 Vse 500 500 Vse 250 250 Vse 140 Vse 140 表 2-2 土的类型 坚硬土或岩石 稳定岩石,密实的碎石土 土的类型划分 岩土名称和性状 土层剪切波速范围(m/s) Vs 500 5

29、00 Vs 250 中密,稍密的碎石土,密实,中密的砾,粗,中砂, 中硬土 f ak 200 的粘性土和粉土, 坚硬黄土 稍密的砾, 粗,中砂,除松散外的细粉砂, f ak 中软土 200 的粘性土和粉土, f ak 130 的填土,可塑黄土 淤泥和淤泥质土, 松散的砂, 新近沉积的粘性土和粉 软弱土 土, f ak 130 的填土,流塑黄土 250 Vs 140 Vs 140 表2-2中, f ak 为由荷载试验等方法得到的地基土静承载力特征值,单位为Kpa. 表2.1的分类标准主要适用于剪切波速随深度递增的一般情况.在实际工程中,层状土 夹层的影响比较复杂,很难用单一指标反映.地震反应分析

30、的研究结果表明,硬土夹层的影 响相对比较小,而埋藏深,厚度较大的软弱土夹层,虽能抑制基岩输入地震波的高频成分, 但却能显著放大输入地震波中的低频成分.因此,当计算深度以下有明显的软弱土夹层时, 一般应适当提高场地类别. 例题2-1,已知某建筑场地的钻孔地质资料如表2-3所示,试确定该场地的类别. 表 2-3 土层底部深度(m) 1.5 3.5 7.5 15.5 解 (1) 确定覆盖层厚度 因为地表下7.5m以下土层的 Vs =520m/s500m/s,故 d 0 =7.5m. (2)计算等效剪切波速,按式(2-1)有 钻孔资料(例 钻孔资料 例 2-1) 土层厚度(m) 1.5 2.0 4.0

31、 8.0 岩土名称 杂填土 粉土 细砂 砾砂 土层剪切波速(m/s) 180 240 310 520 Vse = 7.5 /( = 253.6 1 .5 2 .0 4 .0 + + ) 180 240 310 查表2-1, Vse 位于250500m/s之间,且 d 0 5m,故属于类场地. 2.1.4 场地区划 对于中等规模以上的城市, 我国建筑抗震设计规范允许采用经过批准的抗震设防区划进 行抗震设防. 这就牵涉到了场地设计地震动的区域划分问题. 这种区域划分一般给出城区范 围内的场地类别区域划分(又称场地小区划) ,设防地震动参数区划和场地地面破坏潜势区 划等结果.这里,仅简单介绍场地小区划的基本内容. 场地区划的基本方法与过程是: 1. 收集城区范围内的工程地质,水文地质,地震地质资料; 2. 依据上述资料作出所考虑区域的控制地质剖面图,确立场地小区划的平面控制点; 3. 视具体情况适当进行补充的工程地质勘探和剪切波速测试工作; 4. 按照工程地质资料统计给出不同类别土的