许嘉辉

摘 要 在地震作用中隔震结构与传统结构的相比具有更好的性能。本文介绍了隔震原理和隔震装置。通过把握隔震技术的应用现状，针对隔震中的竖向地震问题做了相应的阐述和总结。结合不倒翁模型，提出一种新型的球形隔震装置，试图同时解决水平和竖向地震作用。

关键词 基础隔震; 隔震装置;竖向地震;球形隔震装置

1隔震结构与传统抗震结构比较

传统抗震设计目标是结构在产生较大变形的情况下不倒塌，把重点放在提高结构的延性上，并希望将塑性变形分散到整个结构中，由建筑结构整体吸收地震输入能量。而实际上，建筑结构的地震响应大多取决于地震动特性，很难使塑性变形平均分散到各层，通常严重的损坏较多集中在特定层，并且很难在地震前明确。与此相反，由于隔震结构的设计前提是隔震层集中地震变形，人为引导薄弱层，是一种简洁明了的结构形式[1]。

隔震结构的加速度反应只相当于传统结构加速度反应的1/4～1/12;隔震为主、减震为辅，如25层结构隔震费用约为减震费用的1/2，效果则是减震的2倍;80%地震能量由隔震结构吸收较为理想;要有必要的结构措施避免隔震受拉，这有益于提高隔震介质（如橡胶）的使用性能;速度反應谱和加速度反应谱是相同的物理概念，但在长周期下，速度反应谱更易于区分;隔减震设计要和建筑联系起来，确保必要的建筑措施来使隔减震结构有充足的变形空间[2]。

2隔震原理及隔震装置

隔震层中设置隔震支座和阻尼器等隔震装置，其中隔震支座能稳定持续地支承建筑物重量、追随建筑物的水平变形，并且具有适当的弹性恢复力，而阻尼器能够由于吸收地震输入的能量。因此，地震输入的能量部分转化为隔震支座的弹性应变能，主要部分则被阻尼器的弹塑性应变能和粘性能吸收。

应用最广泛的隔震支座是叠成橡胶支座，它是钢板和橡胶的组合，利用钢板的高承载力以及橡胶的大变形来实现隔震层的运作。此外，还有滑动支座及滚动支座等。

阻尼器则主要分为两种：一是位移型，利用钢、铅等金属的塑性变形能量和库仑摩擦力能量，例如滞回型阻尼器;二是速度型，利用油、黏性流体和黏弹性体的黏性，例如黏性阻尼器[3]。

3关键问题及现有解决方式

隔震技术是从减少地震作用到减少地震作用的同时具有一定复位功能发展。前者强调安全性，后者强调安全性的同时兼顾适用性。然而，现有的隔震体系对竖向地震作用的减震效果并理想。广泛使用的橡胶隔震支座和摩擦隔震元件对竖向地震作用起不到减震作用。在高烈度区竖向地震影响很大，并且当水平地震作用通过隔震层明显降低后，竖向地震作用的比重将显著增加。

由于隔震支座要支撑建筑物的重量，且常态时（不发生地震）要有较好的稳定性，故其竖向的刚度比较大，其变形不会很大，否则适用性太差。竖向地震作用下隔震层和建筑物的相对位移不会太大，达不到水平地震作用下隔震层的明显效果。即使增加很多的竖向阻尼器，其吸收的地震能量也很有限，这也不是隔震初衷，反倒更像减震的范畴。因此隔震层很难减小结构的竖向地震作用。目前解决问题的思路大体是考虑组合系统来吸收竖向地震能量，例如，减隔震技术的结合应用，基础隔震的同时上部结构减震。

4新型球形隔震装置

隔震的目的在于保证建筑物不破坏的前提下消耗掉地震能量，不倒翁在晃动过程中自身保持不倒、不坏，若能建立一个不倒翁似的房子实现在地震中不倒、不坏，那便能实现我们的设计目标。

不倒翁结构结合隔震思路，提出如图1所示球形隔震装置。

图1 球形隔震装置示意图图2 地震作用下结构位移示意图

基础水平隔震仍由现有水平隔震层来实现，而竖向隔震则由类似于不倒翁结构的球形阻尼来实现。其中，水平隔震层与球形阻尼下部连接，当竖向地震作用到来，由下部球面和上部球面产生相对位移，在下部球面和上部球面之间加上类似油类黏滞阻尼即可吸收竖向地震能量，如图2所示。因为上部结构实际和下部球面相连接，而上部球面与结构是脱开的，所以利用上部结构的重量可以在下部球面旋转后再自行恢复到原位置，实现结构的自恢复性[4]。

该装置还存在不少关键问题需要继续探讨，例如，上部结构的质量分配问题，结构的晃动幅度问题，以及装置的具体尺寸设置问题等。以上仅是初步的概念模型。

5结束语

隔震结构相比于传统结构，其受力更明确、破坏更可控，人为引导地震破坏位置有利于保护主体结构的安全;隔震层中主要设置有隔震支座和阻尼器，前者主要用于持续稳定地支撑建筑物的重量，或者主要用于耗能;高烈度地区的竖向地震作用对结构的影响明显，特别是水平地震作用通过隔震减少后，竖向地震作用对结构的破坏更是不能忽视;[2]本文基于不倒翁原理，提出一种球形隔震装置概念模型，意图同时减少水平地震作用和竖向地震作用。

参考文献

[1] 刘文光.隔震结构设计[M].北京：地震出版社，2006，58.

[2] 苏经宇，曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究与应用[J].地震工程与工程振动，2001，21（S1）：94-101.

[3] 中日联合考察团，周福霖，崔鸿超，等.[J].建筑结构，2012，（4）：1-20.[4]林建芳.国内外隔震技术的发展和研究现状[J].科技资讯，2008（20）：8-9..

[5] 郭子雄，李传林.建筑结构隔震技术在日本的应用与发展[J].基建优化，2006，27（5）：104-107.