国内外隔震技术的发展和研究现状

灾害。 相对于复杂的主动控制技术而言， 基
础隔震是一种容易掌握的结构被动控制技 术， 基础隔震设计方法己经写进了一些国 家的设计规范， 成为一种实用的结构设计 方法； 采用隔震技术建筑和桥梁经受了地震 的考验， 有了成功的经验， １ ９ ９ ４ 年在美国圣 费南尔多发生的洛杉矶地震， 震级为里氏 ６ ． ７ 级直下型地震， 死亡 ５ ６ 人， 伤超过 ７ ３ ０ ０ 人， 损失很大， 在这次地震中， 震中附近有 两座医院，一座为抗震结构（ＵＳＣＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 医院），另一座为隔震结构（ｏｌｉｖｅＶｉｅｗ 医院）。 隔震结构在这次地震及其其后的余震中， 地面加速度最大为 ０ ． ４ ９ ９ ， 而最大楼顶加速 度为 ０ ． ２ １ ９ ， 建筑物内部的各种机器等均未 损坏， 医院功能得以维持， 成为防灾中心， 起到十分重要的作用。而另一座， 由于建 筑结构发生破坏， 机器等翻转， 并且水管破 裂， 建筑物不能使用， 完全丧失了医院的功 能。由此可见， 隔震技术将会对未来的建 筑设计思想产生深远的影响。隔震技术尤 其适用于对于震后救灾、恢复生产具有重 要作用的建筑， 如： 政府、警察局、电力、通 讯、医院、防灾指挥中心等建筑， 也适用于 博物馆、学校、计算机中心等内部价值及 无形价值很高的建筑， 以及建筑物本身价 值很高的古建筑等。
目前已有美国、日本、新西兰和意大利四个 国家颁布了建筑隔震设计规程。我国也在 ２ ０ ０ １ 年编制的《建筑抗震设计规范》（ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ － ２ ０ ０ １ ） 中把“隔震和消能减震设计”作为其 中一部分写了进去， 同时还编制了《叠层
橡胶支座隔震技术规程》（ Ｃ Ｅ Ｃ Ｓ １ ２ ６ ： ２ ０ ０ １ ） 。 基础隔震能显著地降低结构的自振频率， 适用于短周期的中低层建筑和刚性结构。 由于隔震仅对地震波中的高频部分有效， 因此对高层和超高层建筑不太适用。另 外， 橡胶隔震垫的老化和耐久性问题、隔 震效果的定量设计问题以及隔震体系的优 化设计方法等还有待进一步的研究。
从 １ ９ ９ ３ 年开始， 橡胶支座隔震建筑开 始在个别高烈度区试点。１ ９ ９ ３ 年在华中理 工大学唐稼祥等主持下在河南安阳用自主 开发的铅芯橡胶支座建造了一座底框住宅 楼。１ ９ ９ ４ 年， 又在四川冕宁建成一座八层 框架隔震综合楼。同期， 在广州华南建设 学院西院周福霖等主持下在汕头建成了一 栋示范性八层框架工程。由云南大理建筑 设计院刘榆生等和华南建设学院西院周福 霖等主持， １ ９ ９ ４ 年在大理市建成第二幢， 并
经过上个世纪 ７０ 至 ９０ 年代美国、日本、 新西兰和中国等国家抗震研究者对各种减 震控制技术的大量研究， 减震控制日益形 成了一个新的理论体系， 我国学者周福霖 教授创造性地提出了“结构减震控制体 系”的概念［２］ ， 使得各种减震控制技术上升 到了抗震设计理论的新阶段。
结构地震反应控制就是对结构在地震 作用下的动力反应和动力不稳定性（ 自激
由于主动控制需要提供较大能量， Ｔ ． Ｋ ｏ ｂ ｏ ｒ ｉ 提出了结构半主动控制的思想， 最 早提出的是半主动变刚度控制装置（ Ａ Ｖ Ｓ ） ， 与此同时发展的还有半主动变阻尼装置 （ＡＶＤ） 。Ａ Ｖ Ｓ 装置通过控制结构刚度变化 来使结构自振周期避开外来干扰的周期， 从而不发生共振。控制算法为前馈控制和 自回归控制。Ａ Ｖ Ｄ 通过阻尼力的变化， 减 小结构地震反应。常采用主动控制算法来 实现次最优控制。 １ ． ３ 被动控制
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林建芳 （ 厦门海发房地产开发有限公司 福建厦门 ３ ６ １ ０ ０ ０ ）
摘 要： 本文介绍了国内外隔震技术的发展和研究现状， 重点介绍了被动控制中的基础隔震技术， 并说明了隔震结构区别于传统的抗震结 构体系的特点， 最后提出隔震体系有待进一步研究的问题。 关键词： 基础隔震 隔震技术 被动控制 中图分类号：Ｐ３１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－３７９１（２００８）０７（ｂ）－０００２－０２
１ 现代隔震技术的发展 早在 ２ ０ 世纪三、四十年代， 日本学者
在提出水平静力理论的同时， 也提出了其 它一些抗震理论， 其中一个是绝缘理论， 又 称免震、消震或减震结构理论。其原理是 在结构物与地基连接处割断水平力的传 递， 使地震动无法从地基传到上部结构去。 采用在结构与地基之间设缓冲层或将结构 基础底部做成圆弧形等方法实现该理论的 意图， 并且有些方案也在个别房屋使用。 但由于当时人们对地震动和结构振动特性 均不够了解， 且存在许多当时无法实现的 技术以及造价过高等原因， 该理论并没有 得到应有的重视。这个理论可以看作是减 震控制理论的最早雏形。直到 １ ９ ７ ２ 年美国 学者 Ｊ ． Ｔ Ｐ ． Ｙ ａ ｏ 首次提出结构减震控制的 概念以来， 结构减震控制的研究和应用才越 来越得到人们的厂泛关注和重视［ １ ］ 。随着 结构振动控制技术的兴起， 改变了传统抗震 结构体系利用自身储存和消耗地震能量的 被动抗震方法， 通过安装在结构上的控制装 置与结构共同发挥作用来调谐减轻结构的 地震反应， 目前己成为结构工程和结构力学 领域最具有前沿性的发展方向之一， 并己在 世界各国的实际工程中得到应用。
８０ 年代末到 ９ ０ 年代初期华中理工大学 唐稼祥等在国家自然科学基金会的支持 下， 对橡胶支座隔震元件和体系进行了系 统的理论、试验、和应用研究， 并率先自主 开发了橡胶支座产品。１ ９ ９ ３ 年， 编著出版了 国内第一部建筑隔震专著《建筑结构基础 隔震》。１ ９ ９ ５ 年， 华南建设学院西院周福霖 等作了橡胶支座隔震框架的振动台模型试 验。１９９５ 至 １９９７ 年，周福霖编著出版了《工 程结构减震控制》一书。文中对隔震进行 了较全面的介绍。
地震是一种突发性的自然现象， 是人 类所面临的自然灾害之一。传统的抗震设 计致力于保证结构本身具有足够的强度、 刚度和延性， 使建筑做到“小震不坏， 中震 可修， 大 震 不 倒 ”， 从 而 达 到 减 轻 地 震 灾 害 的目的。但是随着社会经济的快速发展， 大量不同性质、不同类型的建筑物雨后春 笋般拔地而起。如何最大限度的确保在强 烈地震作用下此类结构的安全， 不致使人 民生命安全和财产遭受重大损失； 如何保 证地震发生时建筑物内精密技术设备能够 正常运行而不会由于遭受建筑物的地震反 应而破坏。这些都是结构工程技术人员面 临的一个现实而又重大的课题， 而振动控 制理论的出现及其应用（ 即隔震技术） ， 同时 满足了结构的使用性和安全性要求， 也为 解决这类特殊问题开辟了新的途径。
３ 结语 近年来， 越来越多的国家开展了基础
隔震的研究， 纵观世界隔震技术的发展， 可 以看出近年来隔震技术有以下特点。 ３ ． １ 隔震技术的应用范围越来越广泛， 数量 越来越多
早期主要应用于核电站等重要性建筑 物， 近年来已在各种民用建筑中得到厂泛 应用。特别是 １ ９ ９ ５ 年日本阪神大地震中 栋隔震房屋所表现出来的良好抗震效果， 使得隔震技术在日本及世界各国得到了更 加迅速的发展。 ３ ． ２ 隔震建筑的结构形式日趋多样化， 己从 早期主要应用于砌体结构、混凝土结构发 展到钢结构、组合结构等 ３ ． ３ 隔震设计规程日趋完善
被动控制技术是指考虑大地震动的特 性， 为隔离或减少（ 或消耗） 输入结构内的地 震能量， 事先在结构内某部位安装经过调 整的弹簧、阻尼器等装置， 使结构难以发 生共振并减少主体结构地震反应的一种控 制方法。
基础隔震技术［ ４ － ６ ］ 就是属于结构地震反 应中的被动控制范畴， 用改变结构的支承 条件的方法来减小地震能量向结构的传 递。基础隔震［ ５ － ６ ］ 是指在结构底部与基础面 之间设置某些柔性隔震消能装置， 使上部 结构与固结于地基中的基础分离， 阻隔地 震波向上部结构传播的一种结构抗震技术 措施。它具有水平刚度小、竖向刚度大的 特点， 可以延长结构的水平自振周期， 增大 地震波与建筑结构的卓越频率比， 减小上 部结构的地震反应， 使建筑物只在地震作 用下产生一定平动， 减轻地震灾害及次生
振动） 加以控制， 使结构在规定的范围内工 作， 满足其正常使用要求。结构振动控制 技术从控制方式上可分为主动控制、半主 动控制、被动控制和混和控制四种方式。 １ ． １ 主动控制
主动控制即在结构受到扰动而振动 时， 通过控制系统的作用， 施加外部荷载， 从而降低结构的动力反应， 需要提供稳定 的外部能源。主动控制具有抗震的广泛 性， 目前主要应用于结构的风振控制， 在结 构控震方面尚处于试验阶段［３］， 主要是由于 其实现的难度。主动控制需要有复杂的软 硬件支持， 昂贵的控制系统、维护费用， 稳 定的外部能源和充足的电源储备， 另外其 控制的时间滞后也是一个不容忽视的问 题。但从发展的角度来看， 随着建筑向高、 大的发展， 传统抗震设计和被动控制将很 难满足其抗震要求， 主动控制必将成为一 种非常重要的抗震设计手段， 尤其对于至 关重要的建筑来说， 因为这类建筑在地震 中不允许有一丝损耗， 否则将造成不可估 量的损失， 如核电站等。 １ ． ２ 半主动控制
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模型的隔震试验， 证实了隔震效果和结构 反应加速度沿结构高度分布规律。同年， 天津大学张晓临和宋秉泽教授研究了多层 隔震结构的滑移和摇摆问题， 并进行了输 入正弦波的振动台模型试验。中国建筑科 学研究院郭春雨、龚思礼对基底滑动摩擦 隔震建筑在同时受到水平和竖直双向地震 作用时的结构反应进行了分析， 张作运对 该结构的水平摇摆及水平一扭转祸联的振 动情况进行了分析。
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在 １９９５ 年 １０ 月 ２４ 日云南武定地震（６．５ 级） 中经受考验。地震发生时， 传统抗震建筑 激烈晃动， 内部的人站立不稳， 桌上物品跳 动， 悬挂物摇摆， 人们惊慌失措， 而隔震建 筑中的人却几乎没有震感， 震后才听说发 生了地震［４］。我国台湾地区自 １９９９ 年 ９ ２ １ 大 地震后， 传统的钢筋混凝土结构建筑受到 震害颇为严重， 为追求耐震安全， 也引进了 隔震技术， 强化建筑物的耐震性能。