摘 要：首先介绍了传统工程结构抗震设计方法及其特点，分析了传统抗震技术与隔震技术的区别。然后简要介绍了隔震技术的发展过程，结合一些国内外的工程实例分析了滑移隔震技术和橡胶支座隔震技术在改善工程结构抗震性能中的作用。
关键词：传统抗震设计 橡胶支座隔震 滑移隔震 抗震性能
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-014-02
1 引言
20世纪70年代以来，世界各地强烈地震频发。仅2010年就发生7级以上地震5次，6级以上地震9次。地震是一种毁灭性极大的自然灾害，它会给震区造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。其中，由于结构破坏导致的经济损失和人员伤亡占到了相当大的比例。因此，世界各国都十分重视结构抗震、减震等领域的研究，希望通过采用新的技术和措施，避免或者减轻结构在地震中的破坏，降低地震带来的损失和伤亡。
2 传统抗震技术与隔震技术的区别
单纯的“抗震”方法通过增大结构的刚度来抵抗结构承受的地震作用，使结构始终处于弹性工作状态。然而，在增大结构刚度的同时，结构的自重必然增加，结构所受地震作用也会随之增加。于是，又需要增加结构刚度来抵抗地震作用增量，这样就会形成了一种恶性循环。最终导致构件体型巨大，使用空间受到限制，而且加大了人力、物力和财力的消耗，不经济。这种设计方法一般只用于特别重要的结构设计。
对于一般的工程，世界各国采用的抗震设计方法是通过将结构刚度控制在适当的水平，使结构或构件具有较好的延性。在地震中，允许构件进入弹塑性工作阶段，进而消耗地震能量，减小结构的地震作用。但由于工程设计和使用过程中的各种随机性，使得结构破坏程度难以控制，而且它也是以“抗震”为主，经济性欠佳。另外，由于传统的抗震技术允许结构出现一定程度的破坏，无法保证建筑内部精密仪器、设备或贵重装饰的安全和正常使用。
隔震技术通过在基础或者底部柱顶与结构之间设置隔震装置来调整结构自身振动特性，进而减小结构的地震作用和地震反应。由于隔震技术可以减小上部结构的地震作用，因此隔震结构的构件截面较传统抗震结构小，可以降低土建造价。
隔震技术与传统抗震技术的主要区别：隔震技术通过隔震层的特殊性能，能有效地控制基础传给上部结构的地震作用，起到“隔”的作用，而传统抗震技术是通过采用增加材料的方法去抵抗地震作用的；传统抗震结构在地震或风荷载作用下的位移反应为放大型，顶部位移最大，且层间位移较大，而隔震结构的位移以整体平动为主，层间位移很小，因此隔震结构具有较好的使用舒适性，可以保证结构内部仪器、设备不受损坏；采用传统抗震技术的结构需要考虑很多抗震措施，这些抗震措施往往是不明确的，而对于采用隔震技术的结构，只需要将关注焦点放在隔震层上，简单明了。
3 隔震技术的发展和工程应用
3.1 隔震技术的发展
隔震思想在一些古代工程结构中就有体现，如台北孔庙和日本奈良法隆寺，在柱子和柱基之间设置柱座实现了“铰接”隔震，将塔基置于整片岩石上实现滑移隔震；世界其他地方也有类似的例子，如墨西哥的玛雅金字塔和神庙。正因为这些建筑中融入了隔震思想，才使得这些古建筑经历了千百年风雨洗礼后依然屹立不倒。
日本学者河合浩藏在1881年提出了基础隔震的概念。20世纪上叶陆续有人提出在结构底部与基础之间设置滑动层或柔性层的隔震方法，但由于这些结构容易在地震中发生破坏，而未得到广泛应用。其后，Ryuiti等人对滚轴支承隔震系统进行了研究，并成功的将其用到一栋七层的钢筋混凝土结构中。20世纪60年代，我国学者提出了滑移隔震的思想。1969年，南斯拉夫采用纯天然橡胶制成的隔震支座建造了贝斯特洛奇小学，但由于这种支座竖向刚度不足使得效果不理想。随着叠层橡胶支座的发明，隔震技术进入了一个新的发展阶段。经过国内外学者的不懈努力，橡胶支座隔震技术已逐渐趋于成熟，并已经成功的运用到了国内外很多工程结构当中。
3.2 隔震技术及其应用
根据隔震原理的不同，可将隔震技术分为滑移隔震技术、橡胶支座隔震技术等。隔震技术主要应用于对使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8、9度的建筑。除了建筑结构外，隔震技术还可以用于桥梁、重要仪器设备的设计。隔震技术不仅可以用于新建工程，还可以用于既有工程的加固改造。
3.2.1 滑移隔震技术
滑移隔震技术通过在基础和上部结构之间设置滑移层，将地震中结构底部剪力上限控制为滑移层的摩擦力，进而达到降低结构地震作用的目的。唐山大地震中，一栋三层砖房因底部墙体的砂浆强度较低，地震中出现了贯通的水平裂缝，结构发生滑移但并未倒塌，而周围两栋设计相同、砂浆强度高的砖房全部倒塌。实践证明，滑移隔震技术能有效地降低结构的地震作用。
3.2.2 橡胶支座隔震技术
橡胶支座隔震技术利用橡胶支座水平刚度小、阻尼大和可恢复等特性，通过改变结构的动力特性，增大结构的自振周期，避开场地的特征周期，进而减小结构的地震反应。橡胶支座隔震技术可以用于基础隔震和层间隔震。
国内外一些采用橡胶支座隔震技术的工程已经经受住了强地震的考验。美国南加州大学8层医院和日本西部邮政大楼均采用了橡胶支座隔震技术，前者在北岭地震中未遭到破坏，而附近其他医院均因破坏而被迫关闭，后者经历了阪神地震后，整体结构依然完好，内部装饰、设备毫无损坏；我国汕头等地的隔震建筑也经受过7度左右大地震的考验。这些结构充分展示了橡胶支座隔震技术在提高结构抗震性能方面的优势。
在我国，一些重要的新建建筑采用了橡胶支座隔震技术。2011年建成的云南昆明博物馆新馆采用了铅芯橡胶支座和普通橡胶支座的基础隔震体系，软件分析表明这种设计可以保证结构在罕遇地震作用下处于弹性工作状态，采用隔震技术后能够显著地减小结构的响应，提高结构的抗震性能。在加固改造方面，也不乏采用橡胶支座隔震技术的例子。汶川地震中，都江堰一6层框架结构的底部薄弱层破坏严重，震后采用柱顶隔震技术对该建筑进行加固改造，通过软件分析发现采用柱顶隔震技术可以显著地改善既有建筑的抗震性能。
需要指出的是，橡胶隔震支座对地震的频谱比较敏感，而且橡胶支座性能直接关系到隔震的效果，因此，在确定橡胶支座的规格型号时，需要根据结构和场地选择具有合适参数的橡胶支座。并且橡胶支座要有一定的耐久性，保证其在结构设计使用期内有效地工作。
4 结语
与传统抗震技术相比，采用隔震技术可以显著地改善结构的抗震性能，减小结构的地震反应，提高结构的经济性，使用舒适性。随着研究的深入和人们对结构安全性和使用舒适性的日益关注，隔震技术必将会在工程结构领域有更为广泛的应用。
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