广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要：地震具有突发性和毁灭性，使建筑物产生巨大的内力、严重的变形以致建筑物遭到破坏。因此，建筑结构可以在预防和减弱地震作用上要采取一定的措施，以减少结构的地震响应。对隔震技术的研究与发展进行了综述，同时介绍了几种在工程中常用的隔震装置及其工作原理。
关键词：地震；建筑结构；隔震装置
一、引言
地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。随着中国的经济发展，地震带来的毁灭性的破坏，结构的安全性越来越受到人们的重视。建筑结构种类形式越来越多，钢筋混凝土实际运用工程领域最多的结构。工程设计中考虑到在罕见自然灾害作用下结构的安全可靠性。建筑结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，以结构的自身硬抗地震作用，因此，在地震地用下，建筑结构的延性与结构的强度具有重要的意义。我国属地震多发家，需要考虑抗震设防的地域辽阔，因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。在建筑结构中设置隔震装置能改善建筑结构的受力性能，优化结构性能。
二、建筑结构的隔震的发展及案例
隔震技术被美国地震专家称之为“40年来世界地震工程最重要的成果之一。”隔震即隔离地震，在建筑物和构筑物的基底或某个位置设置隔震装置隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构的传输，减轻结构振动反应，建筑物只发生较轻微运动和变形，从而保障地震时建筑物安全。1994年洛杉矶6.7级地震，31座医院严重破坏，9座医院局部破坏而疏散，USC University 医院为地下1层，地上7层的隔震结构，地震中丝毫未损，医院周围建筑物普遍严重破坏，但医院屋内人员未意识到发生了强烈地震。1995年云南武定6.5级地震，地震发生时，大理震感强烈，而橡胶垫隔震建筑大理州交通指挥中心大楼中的大多数人没有感觉，不知道地震发生。因此，隔震对建筑结构影响很大，能削弱地震作用对结构的影响。
三、建筑结构的隔震设计
（一）隔震概念和基本原理
隔震即隔离地震，是通过在建筑物的基础和上部结构或者中间部位设置隔震装置或隔震系统，形成隔震层，以达到阻隔地震时地面的振动向上部结构传递地震力及振动能量，降低结构在地震下的振动反应的目的。隔震层一般是支座和耗能装置组合而成的。
（二）建筑结构中常用的隔震装置
建筑结构中常用的隔震装置有板式橡胶支座、盆式橡胶支座、滑移隔震支座、铅芯橡胶支座、球形钢支座、摩擦摆隔震支座、天然叠层橡胶支座、钢板叠层橡胶支座、滚珠隔震支座、TMD等。
橡胶支座：板式橡胶支座，其工作原理利用该种类型的橡胶支座有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台；有良好的弹性以适应梁端的转动；有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移，多用于钢筋混凝土桥梁结构中。盆式橡胶支座具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，重量轻结构紧凑，构造简单，建筑高度低，加工制造方便，节省钢材等优点。铅芯橡胶支座是在普通叠层橡胶支座的中心插入铅芯，以改善橡胶支座阻尼性能，铅芯在多层橡胶支座剪切变形时，靠塑性变形吸收能量，地震后，铅芯又通过动态恢复与再结晶过程，以及橡胶的剪切拉力的作用，建筑物自动恢复原位。与水平单向压剪作用下相比，铅芯橡胶支座在水平双向压剪作用下的耗能能力、屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比均有一定程度的减小[1]。铅芯橡胶支座在钢筋混凝土桥梁中较多使用，铅芯橡胶支座可以延长城市高架桥梁在地震作用下的自振周期，可降低桥梁在地震作用下的地震响应。采用铅芯橡胶支座的连续梁桥，能显著降低制动墩的地震作用效应，使各桥墩的内力和位移分布更为均匀[2]。钢板叠层橡胶支座，钢板与橡胶层可靠粘结，提高橡胶的竖向受压承载力，钢板可以起到保护内部橡胶的作用。
摩擦摆隔震支座，其滑块置于一个凹形曲面的底盘中，当水平位移发生后，滑块滑至底盘曲面的高处，其后滑块在上部重力的作用下自动向低处滑动，也就是自动复位。摩擦摆隔震装置产生的复位力的大小取决于底盘曲面的曲率，也取决于支座的刚度，常用于钢筋混凝土桥梁支座。采用摩擦摆支座的隔震体系可以减少固定墩及其桩基础内力约40%，并显著改善其他桥墩的地震力分配。摩擦摆支座对超大跨连续梁桥的减震机理主要体现为：延长结构自振周期、减小固定墩有效振动质量、改变地震力传递途径、增强附属装置耗能，从而显著地改善了超大跨连续梁桥的地震响应[3]。
TMD隔震装置相关产品有调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）和磁流变TMD等。例如调谐质量阻尼器（TMD），其原理是通常由质量块、线性粘滞阻尼器、弹簧组成。结构振动时，子结构会产生一个与结构振动方向相反的惯性力，子结构起到阻尼器作用。
四、在建筑结构等建筑工程中的隔震形式
在钢筋混凝土等各种结构形式中，由于建筑物的高度和受力形式不一样，可以对不同的建筑采用不同的部位进行隔震设计，隔震形式主要有基础隔震、隔震层隔震、悬挂隔震等，各种隔震形式在世界各地都用实际工程应用。隔震建筑系统动力分析模型有单质点模型、多质点模型、空间分析模型等。
（一）在建筑结构中的基础隔震
基础隔震概念最早是由日本学者河合浩藏于1881年提出的。80年代以来，基础隔震研究开始在中国得到重视，国内不少学者对国际上流行的基础隔震体系进行了研究，取得了很大的进展。基础隔震是在建筑物和构筑物的基础位置设置隔震装置隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构的传输，减轻结构振动反应，建筑物只发生较轻微运动和变形，从而保障地震时钢筋混凝土等建筑物的安全。在过去的地震中，使用基础隔震来保护结构及其内容物不受地震破坏已被证明是一种有效的抗震策略[4]。对结构产生的较大位移可由上部结构底部和基础顶部之间设置的隔震层来提供，而不由上部结构自身的相对位移来承担。这样，上部结构在地震过程中就会发生接近刚体平移的运动大大提高了上部结构的安全性。隔震层设置在基础与上部结构之间，为最经典的隔震层位置，可适用于新建建筑物或大型公共建筑的维修与加固[5]。
（二）在建筑结构中的层间隔震
首层隔震，隔震层设置在一层层顶。如结构首层为车库或设备层时，可采用首层隔震，充分利用这一层，且不必在结构四周挖隔震沟。中间层隔震，隔震层设置在一楼以上或上部结构的某一层中，这是一种常见的重建与加固的隔震方式。顶层隔震，隔震层设置在建筑的顶部，在既有建筑物抗震加固时在顶部增加1层或2层，可在增加房屋使用面积的同时提高结构的安全性[5]。
（三）在建筑结构中的悬挂隔震
悬挂隔震是将结构的全部或者大部分的质量悬挂起来，使地面运动才能传递不到主体结构质量，产生较小惯性力。现在悬挂隔震主要运用在桥梁、房屋建筑、火电厂锅炉架等，如著名的建筑43层的香港汇丰银行新大楼。
五、总结
本文主要研究了建筑结构的隔震的一些措施，大多数是建筑结构，在地震作用下，混凝土容易发生破裂和损坏以及钢筋的屈服甚至断裂。目前国内外许多学者和专家都在研究钢筋混凝土等各种结构的减震隔震设计以及抗震设计，取得了许多具有学术研究的价值和实际工程应用成果，本文对目前的隔震的技术进行一定的综述，对比分析，可以发现，加了隔震装置，结构的抗震能力提升很大，有利于应对突发的自然灾害，有效的保障人民的生命财产，进行隔震的研究和设计都是很有必要的。
参考文献：
[1]王建强，耿佳硕，赵卓. 铅芯橡胶支座多向受力力学性能试验研究[J]. 铁道工程学报，2017，11：57-58.
[2]何宇森，杨潇，李景宝. 采用铅芯橡胶隔震支座的连续梁桥隔震性能分析[J]. 科学技术创新，2019，10：135-136.
[3]张超，刘涛，余立，颜学渊. 采用摩擦摆支座的超大跨连续梁桥隔震效果[J]. 厦门大学学报，2016，56（03）：449-454.
[4]Jiang Jun Lee，James M. Kelly. The effect of damping in isolation system on the performance of base-isolated system [J].Journal of Rubber Research，2019，22（2）：77-78.
[5]谭平，周福霖.隔震技术的研究与工程应用[J].施工技术，2008，37（10）：5-8.
作者简介：
杨子仪，1996年出生，男，汉族，广东韶关人，广州大学硕士研究生，研究方向：工程抗震，消能减震。