谢雨
（重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074）
摘要：近几十年,基础隔震技术在建筑结构工程领域中取得了成功应用。本文通过对建筑结构基础隔震技术的发展进行介绍，对比抗震与基础隔震的两种技术的差异，阐述基础隔震技术基本原理，给出采用叠层橡胶支座的隔震框架结构分析计算模型，并对其在工程实践中的应用提出意见与展望。
关键词：建筑结构；隔震原理；隔震装置；计算模型
一、引言[]
地震是一种破坏力极强的全球性的自然灾害。强地震在瞬间就可以造成山崩地裂、房屋倒塌、桥梁陷落，给人民生命财产造成严重的危害。而我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间，是一个震灾严重的国家。为了维护建筑的完整性，保护人们的生命和财产安全，就需要对建筑进行改造，使其能够抵御地震力的破坏。
传统的抗震结构是通过增强结构本身的性能来抵御地震作用,即由结构本身来存储和消耗能量,但由于地震预测难度高,目前人们尚不能准确地计算结构未来可能遭受的地震,因此结构很可能不满足安全性要求。实践证明, 通过技术手段减弱传到建筑上的地震力是一种合理有效的抗震途径，建筑结构隔震技术就在这种理念下产生且发展，并成为工程结构抗震领域的热点研究课题，在减震控制效果、防灾减灾等方面有着重要的现实意义。
二、隔震技术的发展与研究概况
最早的隔震建筑是1921年建成的日本东京帝国饭店，设计人F.L怀特用密集的短桩穿过表层硬土插到软泥土土层底部。巧妙地利用软土层作为“隔震垫”这种新的设计思想引起极大关注，成为隔震技术的一个里程碑。
随着地震工程学的发展,特别是高分子阻尼材料研究工作的进步,基础隔震研究工作逐渐得到深入。1984年，世界上首栋采用铅芯橡胶隔震支座的建筑物在新西兰建造完成。我国在建筑隔震研究的初期，主要是以摩擦滑移隔震为主。到了90年代，橡胶支座作为隔震元件成为了隔震研究的重点对象。之后，我国很多建筑都是以橡胶支座作为隔震元件，较多应用于办公楼和医院等公共建筑，均取得较好成效。但建筑隔震支座体系的造价相对较高，因此需要寻找新的隔震体系，使其结构能同时达到结构安全性、结构可行性、造价的经济性等各方面的要求。
三、基础隔震结构
（一）抗震结构与隔震结构
传统抗震结构设计通过延性设计，使混凝土产生裂缝以及钢筋发生屈服，构件进入弹塑性变形状态，以变形吸收地震输入的能量，达到抗震效果。但是进入塑性阶段的建筑物，会产生过大层间变形，使建筑物内部遭到破坏，且地震后形成的残余变形一般难以修复。
隔震结构设计通过在基础结构和上部结构之间设置隔震层，使上部结构与地面振动的水平成分隔绝。隔震层中设置隔震支座和阻尼器等隔震装置，其中隔震支座的作用在于持支承建筑物重量、跟随建筑物的水平变形、并且具有适当弹性恢复力，阻尼器则能够吸收地震输入结构的能量。在发生大地震时，保证上部结构的结构构件不产生破坏。与目前的建筑结构相比，基础隔震结构具有以下优点：
1.提高了地震作用下结构的安全性；
2.提高设计自由度与想象空间；
3.防止内部物品的摇晃、翻倒；
（二）基础隔震结构原理
基础隔震是将建筑的上部结构与基础应用隔震系统连接，通过隔震系统减弱地震力对上部结构的能量输入，减少上部结构对地震的反应，保证上部结构的稳定。隔震层通常设计成具有较大的阻尼，从而使结构所受地震作用较非隔震结构有较大的衰减；其次隔震层通常具有较小的侧向刚度，从而大大延长了结构物的周期，使结构加速度反应得到进一步降低，结构位移反应会在一定程度上增加。
隔震结构的设计前提是隔震层集中地震变形，能大幅度降低建筑物上部的加速度反应，所以结构不需要塑性变形，因此能够维持建筑内的各种设备正常发挥功能。
四、基础隔震装置
（一）基础隔震装置的必要条件
为了减弱地震力的破坏，保证建筑上部结构的稳定性，建筑的基础隔震装置必须具备以下六项条件:1.具有足够的竖向刚度和竖向承载力；2.具有足够柔的水平刚度，保证建筑物的基本周期延长超过场地特征周期范围；3.具有大变形能力，确保不会出现失稳现象；4.水平刚度受垂直压缩荷载的影响较小；5.具有足够的耐久性，大于建筑物设计基准期；6.符合施工的条件，方便建筑的施工安装。
（二）隔震支座
目前隔震支座大致可分为橡胶隔震支座、滑动隔震支座和混合隔震支座三大类。使用最为广泛的是由夹层薄钢板和薄橡胶片相互交错重叠制作而成的叠层橡胶支座。
（三）阻尼器
使用阻尼器可以很好的实现消能减震的效果。地震输入的能量部分转化为隔震支座的弹性应变能，主要部分便是被阻尼器的弹塑性应变能和粘性能吸收。阻尼器的作用是减少地震时产生的位移反应，最终吸收地震作用于结构所输入的能量。对于阻尼器来说，主要分为滞回阻尼型和粘性阻尼型两类。
五、计算模型
（一）单质点计算模型
一般基础隔震房屋的上部结构刚度远大于基础隔震层刚度，因此可以把上部结构看作刚体，隔震层简化为等效弹簧和阻尼器，并由此计算隔震结构体系的地震反应。
（二）多质点计算模型
当需要对上部结构细部进行地震反应分析时可采用多质点模型，该模型可视为在常规结构分析模型底部加入隔震层简化模型的结果。基础隔震层为第一层，层间剪切刚度为隔震支座总水平刚度，该层质量取为隔震支座总质量与下半层质量之和。上部结构各层的层间剪切刚度为各个竖向构度之和，各质点质量采用集中质量法计算。
（三）扭转振动模型
如果在考虑平动的同时还需考虑结构扭转，可采用扭转振动计算模型。
（四）空间计算模型
空间模型将结构看作在各层楼板平面内为刚性，考虑两个水平运动分量、一个平面内转动以及一个竖向分量。该模型能够对结构进行比较准确的计算，对于一般结构来说，各层楼板平面内刚度很大，结构各楼层竖向变形之间的影响较小，隔震结构通过隔震支座的合理布置，结构的扭转反应较小，为简化计算，一般采用剪切模型，可较准确的分析基础隔震房屋的地震反应。
六、结语
本文阐述了基础隔震的基本原理，给出了一个好的基础隔震装置必须满足的几个条件。从长远来看,隔震结构所带来的间接经济效益和社会效益，远远大于其因减少造价而带来的直接经济效益。隔震结构提高了其在地震作用下，特别是强震作用下的可靠度，提高了结构物在地震下的使用功能要求，减少了生命财产损失和震后修复重建的代价以及次生灾害的损失,其效益是难以估计的。目前隔震技术更多地应用于房屋建筑结构，但随着理论的越发成熟以及工程实践经验的积累，隔震技术在铁路、地铁、桥梁及大型设备的建设中也具有广阔的发展应用前景。
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作者简介：谢雨（1994-），女，汉族，重庆永川人，重庆交通大学硕士研究生在读，研究方向：结构抗震