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針對地震這種嚴重的自然災害對建筑物的不利影響，分析介紹了隔震及減震的原理及工程應用方法，并對這些方法的優缺點進行了分析比較，為實際建筑結構的隔震及減震分析提供了參考。
1 地震的危害
建筑物除了承受豎向荷載外，還要承擔風和地震水平荷載的作用，建筑物越高，這個水平荷載效應就越明顯。我國41%的國土、50%以上的城市位于地震烈度7度以上的地區，面臨的地震災害形勢非常嚴峻。地震是人類面臨的最嚴重的突發性的自然災害之一，對人民的生命和財產安全造成很大的危害。
1.1 造成大量人員傷亡
1976年唐山發生的7.8級強烈地震，頃刻間，百余萬人口工業城市被夷為平地，造成24.2萬人死亡，16.4萬余人重傷。自1900年有記錄以來，我國死于地震的人數達55萬之多，占全球地震死亡人數的53%。
1.2 破壞人類賴以生存的環境
自我國1900年有記錄以來，地震成災面積達30多萬平方公里，房屋倒塌達700萬間。
1.3 沖擊人類社會的正常運行秩序和造成大量的經濟損失
唐山地震的直接經濟損失近百億元，震后重建投資達百億元。1995年，日本阪神地震中經濟損失超過1000億美元。隨著經濟的高速發展，城市化使人口和財富高度密集，強烈地震造成的傷亡和損失將越來越大，地震后的修復和城市的復興就越有難度，對國家經濟發展和社會穩定的沖擊也將更為劇烈。
2 傳統抗震方法
地震造成的破壞給人類留下的烙印是深刻的。而我們結構工程師們一直沒有停止過對建筑物抗震的研究。建造抗強烈地震的建筑物和構筑物成為建筑工程領域重要的課題。為了抵御地震災害，通常的建筑結構設計采用的是抗震設計，強調的是“抗”，即采用“延性結構體系”適當控制結構物的剛度，但容許結構構件（如梁、柱、墻、節點等等）在地震時，進入非彈性狀態，并且具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反映，使結構物“裂而不倒”。
這種體系在很多情況下是有效的，但也存在很多局限性：首先，由于結構物的承重構件在地震時進入非彈性狀態，對某些重要的結構物是不容許的（紀念性建筑、裝飾昂貴的現代化建筑、原子能發電站等）；其次，對于一般性建筑，當遭遇超過設防烈度地震時，由于主體結構已發生嚴重非彈性變形，在地震后難以修復或在強地震中嚴重破壞，甚至倒塌，其破壞程度難以控制；再次，隨著地震強度的增大，結構的斷面和配筋都相應增大，造成經濟的“浪費”。
3 隔震、消能減震
3.1 隔震與消能減震原理
隔振、減震控制的基本原理是在結構構件之間或建筑物與基礎之間設置隔震、減震裝置，通過隔震、減震裝置的耗能特性，減小振動能量向周圍環境的傳遞，達到減小振動對周圍環境影響的目的。
3.2 隔震與減震方法
3.2.1 粘彈性阻尼結構
粘彈性阻尼結構的風洞試驗、地震模擬振動臺試驗及大量的結構分析表明，在結構中安裝粘彈性阻尼器可減小風振反應和地震反應40%～80%，可確保主體結構在強風和強震中的安全性，并使結構在強風作用下，結構的舒適度控制在規定的范圍內。西雅圖哥倫比亞中心大廈起初是因為在風振的影響下，頂部幾層有明顯的不舒適感，安上粘彈性阻尼器后，不再有不舒適感，效果良好。若采用加大剛度的方法來獲得同樣的效果，需要把現有的柱尺寸擴大一倍，粗算價值約800萬美元，顯然采用增加剛度的辦法是難以接受的，而采用粘彈性阻尼器所用的試驗及安裝費用僅70萬美元。在北京的銀泰中心也設置了粘滯阻尼器，試驗結構證明有很好的減振效果。由此可見，采用粘彈性阻尼器減小建筑的風振或地震效應在經濟上是相當可觀的。
3.2.2 吸能減震
吸震減震是通過附加子結構，使結構的震動發生位移，即使結構的振動能量在原結構與子結構之間重新分配，從而達到減小結構震動的目的。目前，工程結構應用的吸震減震裝置主要有：調諧質量阻尼器（簡稱TMD），調液（柱）阻尼器（簡稱TLD或TLCD）懸吊質量擺阻尼器（簡稱SMPD）和質量放大器。屋面上的水箱也起到一定的減震效果，相當于TMD。
3.2.3 金屬阻尼器
是在框架中加屈曲約束支撐，在常規荷載下，起到支撐的作用，而在地震作用下，金屬支撐通過塑性變形來消耗地震的能量，從而起到保護主體結構的作用。這在抗震加固的工程中得到廣泛的應用。擬建的首都規劃大廈設置了柱間“人”字型支撐，大大減小了地震力的影響。
3.2.4 沖擊減震
沖擊減震是依靠附加活動質量與結構之間的非完全彈性碰撞達到交換動量和耗散動能進而實現減小結地震反應的技術。實際應用時，一般在結構的某部位（常在頂部）懸掛擺錘。結構震動時，擺錘撞擊結構使結構震動衰減。另外，擺錘還兼有吸振器的功能。
3.2.5 更為先進的減震體系
前面所提到的是被動的控制地震力的方法，現在隨著科技的發展，主動和半主動控制也正在被廣泛地研究中，它是在不同學科和專業之間開展合作和交叉研究，開發使用的感應和接收裝置、結合控制專業的配套技術，形成新的產業，以支持新技術的推廣應用。結構振動控制的研究和應用需要將傳統的建造技術與高新技術相結合，使結構的安全保障系統成為智能結構的重要組成部分。如在建筑物基礎安裝像汽車安全氣囊的感應氣墊，一旦地震來臨，縱波感應器啟動，在橫波能量對建筑物造成破壞前感應氣墊膨脹并把來自于縱波的能量進行消能。真正實現了像汽車一樣的智能減震體系。
3.3 隔震與消能減震的效果
3.3.1 明顯有效地減輕結構的地震反應
從振動臺地震模擬試驗結果及美國、日本建造的隔震結構在地震中的強震記錄得知，隔振體系的結構加速度反應只相當于傳統結構（基礎固定）加速度反應的1/10～1/3。這種減震效果是一般傳統抗震結構所望塵莫及的。從而能非常有效地保護結構物或內部設備在強地震沖擊下免遭任何毀壞。
3.3.2 確保安全
在地面劇烈震動時，上部結構仍能處于正常的彈性工作狀態。這既適用于一般民用建筑結構，確保居民在強地震中的絕對安全，也適用于某些重要結構物和重要設備。（如醫院、實驗室、核電站）
3.3.3 降低建筑物造價
從汕頭、廣州、西昌等地建造隔震房屋得知，多層隔震房屋比傳統多層隔震房屋節省房屋土建造價：7度區節省3%～6%，8度區節省8%～14%，9度區節省15%～20%。并且安全度大大提高。
3.3.4 抗震措施簡單明了
抗震涉及的對象從考慮整個結構物的復雜的不明確的抗震措施轉變為只考慮隔震裝置，簡單明了。結構物本身與一般非地震區的做法無異，設計施工大大簡化。
3.3.5 震后修復方便
地震后，只對隔震裝置進行必要的檢查更換。而無需考慮建筑結構物本身的修復，地震后可很快恢復正產生活或生產，這帶來極明顯的社會效益和經濟效益。
3.3.6 為設計提供空間
在滿足設計要求的情況下，結構構件的尺寸可能做的很小，這樣能夠留給建筑師更大的創作空間，做出更加纖細靈巧的建筑物。
4 結語
耗能減震技術為建筑的抗震設計和抗震加固提供了一條嶄新的途徑，它克服了傳統結構“硬碰硬”式的抗震設計方法，具有概念簡單、減震機理明確、減震效果顯著，安全可靠等特點。雖然現有的規范和規程對這方面闡述的不夠完善，現行的國內軟件也沒有提供這方面的計算程序，不過可以預言，耗能減震技術以其不可忽視的優點，將成為21世紀建筑減震防災的重要手段和方法，為減輕地震對人類造成的危害作出巨大貢獻。為人類營造一個更加安全舒適，更加綠色環保的工作和生活環境。
參考文獻
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