建筑隔震技术概述
“隔震”，即隔离地震。在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层，隔离地震能量向上部结构传递。降低上部结构的地震作用，达到预期的防震要术，使建筑物的安全得到可靠的保证。它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。隔震包括基础隔震和层间隔震。隔震体系能够减小结构的水平地震作用，减轻结构和非结构的地震损坏。提高建筑物及其内部设施、人员在地震时的安全性，增加震后建筑物继续使用的能力，已被理论和国内外实发地震所证实。基础隔震技术是用水平力很“柔”的隔震元件将上部建筑与基础隔离，由于隔震层的刚度很小。当地震发生时，隔震层将发挥“隔”的作用，承受地震动引起的位移运动，而上部结构只作近似平动。 1.结构隔震体系的基本特征
隔震体系一般具有以下基本特征：
(1).足够的竖向承载力。隔震装置具有较大的竖向承载力，在建筑结构物使用状态下，安全的支承上部结构的所有荷载，竖向承载力安全系数必须大于6，确保建筑结构物在使用状态下的绝对安全和满足使用要求。
(2).隔震特性。隔震装置具有可变的水平刚度，在强风或微小地震时，具有足够的水平刚度，上部结构水
平位移极小，不影响使用要求。在中等强度地震下，其水平刚度较小，上部结构水平滑动，使刚性的抗震结构体系变为柔性隔震结构体系，其固有自振周期大大延长，远离上部结构的自振周期和地面的场地特征周期，从而把地面震动有效地隔开，明显地降低上部结构的地震反应。通常情况下，隔震体系上部结构的加速度反应值可降低为非隔震结构的1/4～l/12。由于隔震装置的水平刚度远远小于上部结构的层间水平刚度，所以，上部结构在地震中的水平变形，从传统结构的“放大晃动型”转变为隔震结构的“整体平动型”，使得上部结构在强烈地震中仍处于弹性状态，有效的保护结构本身，同时也能有效的保护结构内部装修和精密设备。
(3).复位特性。由于隔震装置具有水平弹性回复力，使隔震结构体系在地震中具有瞬时自动复位功能，可满足震后的使用功能。
(4).阻尼消能特性。隔震装置具有足够的阻尼，具有较大的消能能力。
(5).隔震结构体系能有效保护上部结构，因此在各种生命线工程、宿舍楼、商场、精密仪器室等重要建筑中得到了广泛的应用。[11]
2.基础隔震技术[1]
基础隔震是以“软化”结构、“以柔克刚”的方式来隔离地震使结构达到抗震目的，其实质是通过降低结构
刚度，延长结构自振周期来减少结构的地震反应。基础隔震技术适用面很广，尤其适用于量大面广的中、低层砖混房屋和钢筋混凝土房屋建筑：在高烈度地震区。采用基础隔震技术建造的房屋，可以突破现行抗震规范中对房屋层数的限制。在保证高宽比的前提下可以加高一到两层，这样可以增大建筑物的容积率。节省建设用地，提高土地利用率。近代的基础隔震技术基本上可分为两大类，即弹(粘)性隔震和基础滑动隔震。目前应用、研究较广的隔震装置有：夹层橡胶垫隔震装置；滚珠(滚轴)加钢板消能装置；粉粒垫层隔震装置；铅塞滞变阻尼器隔震装置；钢滞变阻尼器隔震装置；基底滑移隔震装置；悬挂基础隔震装置；混合隔震装置等。 (1).叠层钢板橡胶支座的构造及减震原理[3]
在弹(粘)性基础隔震中，叠层钢板橡胶垫隔震技术是世界上应用最广、实用性最好的一种柔性支承装置。橡胶支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合经高温硫化粘结而成，所采用的橡胶一般有天然橡胶和氯丁胶。氯丁胶除抗冻和弹性外，其他性能(耐油、耐腐蚀、抗老化和阻尼等)均优于天然橡胶。
由于在橡胶层中加设夹层薄钢板，而且橡胶层与夹层钢板紧密粘结，当橡胶支座承受垂直荷载时，橡胶板的横向变形受到约束，使橡胶支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。因薄钢板不影响橡胶板的剪切变形，使橡胶板对任何水平方向的运动均呈柔性约束。当橡胶支座承载水平荷载时，其橡胶层的相对侧移大大减少，使橡胶支座可达到很大的整体侧移而不致失稳，而且保持较小的水平刚度(仅为竖
向刚度的l/500～1/1500)。并且，由于夹层钢板与橡胶层紧密粘结，橡胶层在竖向地震作用下还能承受一定的拉力，使该种支座成为一种竖向承载力极大、水平刚度较小、水平侧移容许值很大、又能承受竖向地震作用的理想的隔震装置。
减震阻尼钢板橡胶支座的竖向承载力可达50～200t，竖向压缩刚度可达200～3000t/cm，它们的水平刚度较小，约为0.25～1.8t/cm，水平极限位移约为25～50cm。它们的剪切刚度是变化的，变形较小时刚度较大，中等变形时刚度最小，然后随变形的增大刚度又回升。变形过大时刚度回升，起到保护和限制侧向位移的作用。这种支座对于小震来说，结构就如同连在刚性基础上；对于强震来说，基底隔震系统一方面提供柔性滑动，另一方面可吸收大量能量，它由于局限所吸收的能量相当于临界粘滞阻尼吸收能量的35％。另外，橡胶支座具有自复位功能。
根据对减震阻尼橡胶支座的不同阻尼比的要求，目前国内外主要采用下述几种不同材料制成的减震阻尼橡胶支座：
①.天然分层橡胶支座(MRB)
普通减震阻尼橡胶支座一般采用天然橡胶或氯丁二氯橡胶制造。这种支座只具有弹性性质，本身并无显著的阻尼性能，因此，通常需要和阻尼器一起并行使用。
②.铅芯橡胶支座（LRB）
在普通减震阻尼橡胶支座中部竖直地灌入铅棒就成为铅芯减震阻尼橡胶支座。灌入铅棒的目的：一是提高支座的吸能效果，确保支座有适度的阻尼；二是增加支座的早期刚度，对控制风反应和抵抗地基的微震动有利。铅芯减震阻尼橡胶支座既有隔震作用又有阻尼作用，因此，它可以单独地在隔震系统中使用，而无须另设阻尼器，使隔震系统的组成变得比较简单。由于纯铅材料具有较低的屈服点和较高的塑变耗能能力，使铅芯减震阻尼橡胶支座的阻尼比可达20％～30％。由这种橡胶支座组成的隔震系统作为主导产品，已广泛应用于国外的大中型桥梁，并取得了良好的效果。
③.高阻尼橡胶支座（HD—MRB）
这种支座采用高阻尼橡胶材料制造。高阻尼橡胶可以通过在天然橡胶中掺入石墨得到，根据石墨的掺入量可调节材料的阻尼特性。高阻尼橡胶也可由高分子合成材料制成，这种人工合成橡胶不仅阻尼性能好，而且抗劣化性能也极佳，阻尼比可达到10％～15％。和铅芯减震阻尼橡胶支座一样，高阻尼减震橡胶支座同时具备隔震器和阻尼器两方面的功能，可在隔震系统中独立使用[6]。
为了能在时域上对考虑地基－结构动力相互作用的体系进行非线性分析，以基础隔震结构为力学计算模型，隔层层为非线性的，见图2所示。图中，M2为上部平台的质量，k2、c2分别为隔层系统的刚度和阻尼；ml、k1、c1分别为基础质量、地基土的等效刚度和等效阻尼系数。根据这个模型提出以下假设：(1)采用叠层橡胶隔层支座，隔震系统的本构关系取等价双线型恢复力模型，图3所示为隔层系统的恢复力特征；(2)实际隔震系统与等效刚度系统周期相同；(3)实际隔震系统与等效刚度系统阻尼自由振动的位移包络线相同。
隔震系统本构关系的确定是计算基础隔震结构动力响应的关键。在本研究中取等价双线性模型。等价双线性模型中的k1、k2两个刚度，为隔震系统的等效刚度。隔震系统的刚度和阻尼比分别k和 ，则通过二者可得到隔震系统的等效刚度k1、k2。
(2).滑移隔震技术
摩擦滑移隔震技术，其基本原理是：把建筑物上部结构做成一个整体，在上部结构和建筑物基础之间设置一个滑移面，允许建筑物在发生地震时相对于基础作整体水平滑动。由于摩擦滑移作用，削弱了地震作用向上部结构的传递，同时，建筑物在滑动过程中，通过摩擦耗散了地震能量，从而达到减震的效果。
滑移隔震技术与抗震相比，具有不可比拟的优点[9]：
①.解决了地震的超烈度问题。地震烈度是人们根据地质因素人为制定的，由于地震动的随机性，
加之记录地震的时间与地球寿命相比很短，很难在地震发生时将地震烈度定准，而抗震、减震有很多人为对自然的依赖性，很难解决超烈度问题。采用了滑移隔震技术后，由于地震超烈度变化对建筑物的影响很小，如按烈度十度计算与按烈度九度计算变化很小，这就非常可靠地解决了地震超烈度问题。
②.避开由于建筑物自振周期和地震周期接近而产生的共振采用滑隔震技术后，由于滑移隔震层
的作用，不论地震波的频带与建筑物自振频率如何接近，均不产生共振，从这个角度讲滑移隔震的防震效果可高达90％以上。在众多防震技术中，只有滑移隔震技术唯一具有不产生共振的优点。
③.地震中建筑物的加速度放大问题。现有的抗震方法中，由于房屋与基础牢固地联接在一起，地
震作用下，建筑物是一个加速度的“放大器”，形成所谓的倒三角形分布，对于建筑物十分不利。采用滑移隔震技术后，在地震作用下，建筑物的加速度不仅不放大而且还有所变小，变形相应减小。这对处理建筑物受冲撞最厉害的底层部位和薄弱层部位十分有利。
④层间剪力过大的问题。现有的抗震方法，建筑物受到很大的层间剪力，特别是砌体结构，层间
剪力常常是造成破坏的重要原因。采用滑移隔震技术后，层间剪力仅为现有抗震方法的20％～30％，极大地提高了建筑物的防震能力。
⑤楼层最大剪力问题在地震作用下，采用抗震方法时，建筑物是否能满足最大剪力的要求是
验证建筑物能否抗震的重要指标。采用滑移隔震技术后，楼层最大剪力仅为采用现有抗震方法下的楼层最大剪力的20％～40％左右，因此可以极大地减少抗水平侧向力的强度，增加建筑物的层数，由此产生的经济效益是十分可观的。
另外，采用滑移隔震技术后，在地震作用下建筑物基本处于弹性状态，因此余震对建筑物的威胁比较小，不论什么时间、地点发生地震，建筑物与人员的损失均可减少。
图4滑移隔震结构隔震层动力模型图5滑移隔震结构剪切型多自由度串联体系动力模型对摩擦隔震系统通常作如下假定：1)滑移面的摩擦力在结构的整个运动过程中保持为常量；2)结构的材料为线弹性材料；3)仅考虑水平地震作用。在以上假定下，系统可作为一具有滑动支撑的n层剪切结构。在地震作用下，它存在两种运动状态，一种是不滑动态，此时系统的基底剪力比摩擦力小，基础将与地基共同运动，系统可作为基础固定的n个自由度系统；另一种状态是滑动态，一旦基础剪力超过基底摩擦力，基础就开始滑动，系统增加一个自由度，成为在基底承受摩擦力的n十1个自由度系统。在地震作用下，以上两种运动状态交替出现.如上图5所示。
文献[10]中作者给出滑移隔震结构隔震层动力方程，分析了含滑移隔震层的剪切型多自由度串联体系模型，并给出模型的状态方程，并利用Matlab提供的动态系统仿真工具Simulink建立了基础滑移隔震串联多自由度体系模型，提出了基于Simulink的结构滑移隔震计算分析方法，并将程序进一步应用到经平移后采用滑移隔震技术进行减震加固的江南大酒店工程中，验证了该方法的可行性和可靠性。
(3).基础隔震的设防水准
“叠层橡胶隔震支座隔震技术规程”(报批稿)第1.0.3条规定“按本规程设计与施工的隔震结构，当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震时不损坏，且不影响使用功能；当遭受本地区设防烈度的地震时，仅产生非结构性损坏或轻微的结构损坏，一般不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震时。不致发生危及生命的破坏和丧失使用功能。”
隔震结构在遭遇第一水准烈度(多遇地震)时，建筑结构及内部仪器设备处于完全正常的使用状态，结构可视为弹性体系；遭遇第二水准烈度(设防烈度的地震)时，建筑结构及内部仪器设备仍处于正常的使用状态，结构基本上可视为弹性体系；遭遇第三水准烈度(罕遇地震)时。上部结构可能出现有限的非弹性变形，但不危及生命安全和不丧失使用功能，内部设备仪器也不致出现丧失其使用功能的破坏；下部结构不产生危及上部结构的破坏，使整个隔震体系仍能保持正常工作。
上述三个水准的设防目标是通过以下设计实现的：
第一阶段设计是强度验算，取第一水准(多遇地震)的地震动参数。计算结构的弹性地震作用标准值和
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