摘要：本文討論了高層鋼塔架和鋼筋砼混合結構自振周期的取值問題。
　　關鍵詞：混合結構；振型；自振周期
　　建（構）筑物的自振周期是建（構）筑物按某一振型完成一次自由振動所需的時間，由結構自身的形式、質量、剛度決定，是建（構）筑物主要的動力特征。《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)7.4.1條規定對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋和基本自振周期大于0.25s的各種高聳結構以及大跨度屋蓋結構，均應考慮風壓脈動對結構發生順風向風振的影響。風振計算應按隨機振動理論進行，結構的自振應按結構動力學計算。以7.4.2條為例：；其中ξ為脈動增大系數，其值除與基本風壓有關外，直接受結構自振周期的影響，詳見《建筑結構荷載規范》表7.4.3及條文說明。對于復雜的高層鋼結構和鋼筋混凝土混合結構，在實際的設計工作中，自振周期有不同的取法，這里我們對不同的計算方式得到的周期進行討論。
　　本文以石化行業某塔框架為例討論混合結構自振周期的取用問題。某化工塔框架為下部兩層鋼筋混凝土框架（0m～18.1m），共六柱（1.8mx1.8m）,第一層平臺頂標高11.5m，第二層平臺頂標高18.1m；18.1m以上為多層鋼結構平臺（標高18.1m～55.0m為等尺寸矩形鋼平臺，標高55.0m～100.0m為尺寸逐漸變小的鋼塔架），塔（30m左右高，壁厚30mm，直徑9m）底部位于標高為18.1m鋼筋混凝土平臺上，塔與平臺采用螺栓連接。簡圖見模型1及模型2
　　1規范法
　　根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)附錄E結構基本自振周期的經驗
　　公式中E.1.2具體結構中2石油化工塔架中第二項框架基礎塔（塔壁厚不大于30mm）
　　T1=0.56+0.40×10-3H2/D0(E.1.2.3)
　　計算鋼筋砼框架及塔的自振周期T1tT1t=0.56+0.40×10-3×55.22/9=0.695
　　根據E.2.1中1鋼結構T1=(0.1～0.15)×n（n為層數）(E.2.1.1)
　　計算鋼結構部分的自振周期T1sT1s=(0.1～0.15)×19＝1.9～2.89
　　規范(經驗)法分別對混凝土框架和鋼結構計算自振周期，難以體現組合結構的振動特性。
　　2空間計算法1：塔簡化為質點
　　在staadpro中建模，鋼筋混凝土框架、鋼結構塔架均建入，塔簡化為位于塔重心高度處的質點，和鋼筋混凝土框架以主從節點方式發生關系，通過staadpro地震工況(LOADCASE10)下結構振動的分析后得出不同的振型及相應的周期，根據各振型振動情況及參與質量的分析確定針對鋼筋混凝土框架及塔部分和鋼結構部分的周期，具體分析如下：
　　2.1模型1
　　         
　　2.2各振型周期表
　　
　　　　2．4典型振型圖
　　
　　
　　2.5周期取用分析，根據比較振型1、2、9、14為控制振型
　　振型1，由振動動態圖可知主要振動為鋼結構Z向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較小，鋼結構部分振幅較大，參與質量X向為0，Z向為14.06，參與質量與鋼結構部分自重所占的比重接近，故選用此周期作為鋼結構Z向計算風荷載用，T=2.67s
　　振型2，由振動動態圖可知主要振動為鋼結構X向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較小，鋼結構部分振幅較大，參與質量X向為10.43，Z向為0，參與質量與鋼結構部分自重所占的比重接近，故選用此周期作為鋼結構X向計算風荷載用，T=2.40s
　　振型9由振動動態圖可知主要振動為鋼筋混凝土結構Z向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較大，參與質量X向為0，Z向為70.55，參與質量與鋼筋混凝土框架及塔部分自重所占的比重接近，且塔位于鋼筋混凝土框架上，振動應是同一的，故選用此周期作為塔及鋼筋混凝土框架結構Z向計算風荷載用，T=1.30s
　　振型14由振動動態圖可知主要振動為鋼筋混凝土結構X向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較大，參與質量X向為46.1，Z向為0.07，參與質量與鋼筋混凝土框架及塔部分自重所占的比重接近，且塔位于鋼筋混凝土框架上，振動應是同一的，且塔與鋼筋混凝土剛接，振動應是同一的，故選用此周期作為塔及鋼筋混凝土框架結構Z向計算風荷載用，T=1.20s
　　3空間計算法1：塔按實際剛度建模
　　在staadpro中建模，鋼筋混凝土框架、鋼結構塔架均建入，塔按照一個桿件建入，桿件截面形式按照同設備壁厚高度鋼管建入，塔的自重及操作介質重以構件均布荷載的形式輸入，風荷載計算后輸在與鋼筋混凝土平臺連接的節點上，此節點和鋼筋混凝土框架以主從結點方式發生關系，通過staadpro地震工況(LOADCASE10)下結構振動的分析后得出不同的振型及相應的周期，根據各振型振動情況及參與質量的分析確定針對鋼筋混凝土框架及塔部分和鋼結構部分的周期，具體分析如下：
　　3.1模型2
　　       
　　3.2各振型周期表
　　
　　　　
　　由于輸入桿件較多，60種振型后達到參與質量大于95％
　　3.4典型振型圖
　　                 
　　3.5周期取用分析根據比較振型1、2、9、14為控制振型
　　振型1由振動動態圖可知主要振動為鋼結構Z向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較小，鋼結構部分振幅較大，參與質量X向為0，Z向為14.58，參與質量與鋼結構部分自重所占的比重接近，故選用此周期作為鋼結構Z向計算風荷載用，T=2.68s
　　振型2由振動動態圖可知主要振動為鋼結構X向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較小，鋼結構部分振幅較大，參與質量X向為10.67，Z向為0，參與質量與鋼結構部分自重所占的比重接近，故選用此周期作為鋼結構X向計算風荷載用，T=2.40s
　　振型9由振動動態圖可知主要振動為鋼筋混凝土結構Z向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較大，參與質量X向為0，Z向為47.82，參與質量與鋼筋混凝土框架及塔部分自重所占的比重接近，且塔位于鋼筋混凝土框架上，振動應是同一的，故選用此周期作為塔及鋼筋混凝土框架結構Z向計算風荷載用，T=1.55
　　振型14由振動動態圖可知主要振動為鋼筋混凝土結構X向，鋼筋混凝土框架及塔的位移振幅較大，參與質量X向為69.06，Z向為0.04，參與質量與鋼筋混凝土框架及塔部分自重所占的比重接近，且塔位于鋼筋混凝土框架上，振動應是同一的，且塔與鋼筋混凝土剛接，振動應是同一的，故選用此周期作為塔及鋼筋混凝土框架結構Z向計算風荷載用，T=1.43s
　　4根據上述結果比較可以得出
　　4．1規范公式與建模比較可得鋼結構部分差異不大，但鋼筋混凝土框架及塔部分相差較大，原因可能有一下兩條：
　　4.1.1建模中并未考慮混凝土框架及塔上的管道同周邊管架、管道等的拉結作用所以周期偏大，實際使用時應于調整。
　　4.1.2建模中對11.5m及18.1m的鋼筋混凝土樓板簡化為梁格，對剛度有一定影響。但如果既建樓板又建梁會使剛度偏大，因此為安全計算，仍采用梁格布置。
　　4.2兩種建模方式結果的差異性主要源于塔型設備的簡化，按照模型1，以質點的形式輸入由于剛度無窮大所以周期比模型2按照鋼桿件輸入的要略小，實際應用中，考慮到設備壁厚是變化的，按照鋼桿件輸入可以較為真實的模擬塔型設備的剛度。
　　4.3規范中(E.1.2.3)的公式不適應于塔壁厚大于30mm的各類設備塔架的基本自振周期計算，通過模型2這種方法可以根據模擬的鋼桿件壁厚改變來模擬此類塔型設備。