減震控制技術(shù)概述

1.人類減輕地震災害的對策及教訓

（1）地震災害對人類的嚴重威脅

大地震是一種突發(fā)性、毀

滅性的自然災害。它對人類社會構(gòu)成嚴重威

脅。一次突發(fā)性的大地震可令一座繁榮、美

麗的城市在數(shù)十秒鐘內(nèi)變成一片廢墟，成

片房屋破壞倒塌，交通通信、供水供電等生

命線中斷，并也許引發(fā)火災、疾病等次生災

害，人員大量傷亡，城市癱瘓，社會長期

動蕩不安，并導致嚴重的經(jīng)濟損失。世界上

破壞性的強地震平均每年約18次。本世紀

以來，地震引起的經(jīng)濟損失達數(shù)千億美元。

地震導致約126萬人死亡和近千萬人嚴重傷

殘。表2-6-1列出了本世紀以來導致死亡人

數(shù)超過5000人的地震記錄（ZhouFulin,

1995）。

表2-6-1本世紀每次死亡人數(shù)超過5000人的地震

時間國家（地區(qū)）I震級I

死亡人數(shù)/人I

|1906.8.16|智利8.6||20

000|

I1908.12.28I意太利7.5||83

000I

|1920.12.16I中國8.6|I

100000|

|1923.9.1|日本8.3|I

100000|

|1927.5.22I中國8.3|I

200000|

|1932.12.26|中國7.6|I70

000|

|1935.5.31|印度7.5||30

000|

|1939.12.26|土爾其7.0||30

000|

I1962.9.1|伊朗7.1II12

230|

|1970.5.3I|秘魯7.0||66

794

I1976.2.4|危地馬拉|7.5|22

778|

I1976.7.28|中國（唐山）|7.8|

242000|

|1976.9.16|伊朗|7.7|25

000I

I1985.9.19|墨西哥|8.1I9

500|

II988,12.7|阿美尼亞|8.1|50

000I

I1990.6.21I伊朗|7.7|37

000|

|1993.9.30I度I6.4|7

600|

I1995.1.17|日本（阪神）|7.2|5

438I

(2)人類減輕地震災害的基本對策

人類減輕地震災害有三種基本對策。

①地震預報：目前達成的水平是“偶有成功,

錯漏甚多”。由于人類對宇宙和地球的自然

現(xiàn)象的結(jié)識仍受到較大的限制，至今，中

外大多數(shù)破壞性大地震，“錯報”（報而未

震）或“漏報”（震前未預報）仍較多。地震

預報的目的是力圖對的地指出未來發(fā)生地

震的地點、時間和大小，使人們得以采用相

應的措施，盡量減少損失。我國和世界各國

的地震和地質(zhì)工作者為此進行了長期、艱苦

卓越的工作，已經(jīng)取得了可喜的成果。但仍

不能預報所有地震。

②地震轉(zhuǎn)移、分散：把也許發(fā)生在人口密集

的城市的大地震，道過能量轉(zhuǎn)移，誘發(fā)至

荒無人煙的山區(qū)或遠離大陸的探海，或通

過能量釋放，把一次破壞性的大地震化為

多次非破壞性小地震。這種途徑，目前所處

的水平是“前期研究，尚在探索”。

③地震工程：通過工程技術(shù)提高城市

綜合抗御地震的能力和提高各類建筑的耐

震性能。當突發(fā)地震發(fā)生時，把地震災害減

輕至較輕的限度。這是目前較為現(xiàn)實可行的

途徑。目前達成的水平是“屢見成功，偶有

敗北”。

地震工程內(nèi)容豐富，大體上涉及:

a.地震危險性分析和地震區(qū)劃：震害預

測，地震區(qū)域烈度劃分，地震危險性分析,

城市抗震規(guī)劃，搶險救災措施，震后恢復

重建等。

b.建筑結(jié)構(gòu)的耐震技術(shù)：保證各類工業(yè)、

民用建筑，生命線工程（供水、供電、煤氣、

暖氣、通信、廣播電視、道路、橋梁、鐵路、

機場、港口、糧食倉庫、急救醫(yī)院等）有關(guān)

工程結(jié)構(gòu)，各類重要建筑或重要工程結(jié)構(gòu)

等的耐震安全性。涉及對耐震性能局限性的

舊有建筑物的改造或改良，也涉及對新建

筑結(jié)構(gòu)物的耐震設(shè)計和建造。

我國經(jīng)歷了邢臺地震、海城地震、

唐山大地震，世界經(jīng)歷了前蘇聯(lián)亞美尼亞

大地震、美國加州大地震、日本販神大地震

等，通過對大量工程建筑物的現(xiàn)場調(diào)查,

吸取了很多寶貴經(jīng)驗教訓，對建筑結(jié)構(gòu)的

耐震安全性進行總結(jié)和反思，分析傳統(tǒng)結(jié)

構(gòu)抗震技術(shù)存在的問題，探索新的抗震設(shè)

防標準（謝禮立等，1996）,提出一些新的設(shè)

計理論（王光遠，1987）和一些嶄新的、更加

臺理、安全、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)耐震新體系、新理

論、新技術(shù)，涉及“工程結(jié)構(gòu)減震控制”

(ZhouFuIin,Xieli.1994),以達成大范

圍、大面積地保證各類建筑結(jié)構(gòu)在地震中安

全的目的。

(3)中國唐山、日本阪神等大地震的經(jīng)

驗教訓

1976年7月28日唐山大地震，在10

多秒內(nèi)把一座百萬人口的工業(yè)城市毀為一

片廢墟，死傷40余萬人，震驚中外。1995

年1月17日阪神大地震，在20秒鐘內(nèi)，美

麗的神戶城忽然間橫墻斷壁，一片火海,

倒塌房屋5萬多幢，高速公路及橋梁整線倒

塌，交通通信、供水供電中斷，死亡5000

多人，30萬人無家可歸，其慘重災害震驚

世界。這些大地震的經(jīng)驗教訓是多方面的.

在建筑結(jié)構(gòu)耐震方面，可歸納如下：

①耐震設(shè)防依據(jù)方面。城市抗御地震的能

力、各類建筑結(jié)構(gòu)的耐震設(shè)計不應僅僅局限

于滿足“按烈度設(shè)防”，而更要著重于防御

突發(fā)性的超烈度大地震。

我國建國以來，多次破壞性的大地震

均發(fā)生在無須設(shè)防的地區(qū)，或6度區(qū)。如

1966年的邢臺地震、1969年的陽江地震、

1974年的深陽地震、1975年的海城地震、1

976年的唐山大地震等。這些地區(qū)，本來都

屬于非地震區(qū)或地震烈度不高的地區(qū)，建

筑物設(shè)防標準很低，在突發(fā)性超烈度地震

發(fā)生時，整個城市的生命線工程和大部分

建筑結(jié)構(gòu)嚴重破壞，房屋大量倒塌，導致

慘重災害。

日本神戶地區(qū)也屬日本的低烈度地震

的安全地區(qū)。80年來相對安靜，千年來朱遇

如此大的地震，政府部門和人民均對大地

震喪失警惕性，大量的舊房屋未滿足耐震

規(guī)定，也未加改造加固，不少新建筑、新工

程也只按既定的“設(shè)計烈度”設(shè)防。由于阪

神大地震的實際烈度比原設(shè)計烈度高出很

多，導致大量建筑、結(jié)構(gòu)物、橋梁、公路等

嚴重破壞、倒塌，其教訓是發(fā)人深省的。

②房屋耐震能力方面。建筑結(jié)構(gòu)的破壞例塌

是導致震災的重要直接因素。唐山：趕地

震、阪神地震中人員傷亡、城市生命線工程

的破壞（水、電、通信等）及大火，很多是由

于房屋倒塌引發(fā)的。所以，提高建筑結(jié)構(gòu)的

耐震安全性，是減輕城市地震災害的重要

戰(zhàn)略對策之一。

對城市已有房屋及新建房屋，特別是

量大面廣的民用建筑，須刻不容緩地采用

措施提高其耐震能力。我國某市屬8度設(shè)防

地區(qū)，舊有建筑幾乎都不滿足最低的抗震

規(guī)定，該地區(qū)近十年來新建的建筑物，為

了減少造價，競也有95%“未抗震設(shè)防,后果

不堪設(shè)想。經(jīng)濟發(fā)達、重視抗震的日本，在

神戶地震中有幾萬幢房屋破壞倒塌，若我

國發(fā)生類似的地震，將會有更多的房屋徹

底破壞倒塌，人民的生命財產(chǎn)面臨嚴重威

脅。對于已建、在建的房屋除應嚴格按有關(guān)

規(guī)范規(guī)定設(shè)防外，應尋找更加合理、有效、

經(jīng)濟的耐震新技術(shù)（如采用隔震、消能技術(shù)

等），使舊房的耐震性能在不太長的時間內(nèi)

予以全面得到改良，也使新建的房屋具有

較高的抗御突發(fā)大地震的能力。

③耐震技術(shù)方面。按傳統(tǒng)的抗震技術(shù)進

行設(shè)計，并未能保證安全，而結(jié)構(gòu)減震控

制新體系，展示了保證建筑結(jié)構(gòu)在突發(fā)大

地震中安全的光輝前景。阪神地區(qū)的高速公

路、高速鐵路及橋梁已按新規(guī)范進行設(shè)計

（地震荷載達30%的結(jié)構(gòu)質(zhì)量），但在地震

中仍戚片整線破壞倒塌.不少多層鋼筋混凝

土建筑結(jié)構(gòu)嚴重破壞或倒塌。但兩幢“橡膠

墊基礎(chǔ)隔震”的房屋在強地震中絲毫未損,

據(jù)裝設(shè)在房屋中的儀器記錄得知，隔震房

屋在地震中的加速度反映值衰減至傳統(tǒng)房

屋加速度反映值的I/4?1/8,再者，采

用“柔性鋼管（消能）結(jié)構(gòu)”體系的關(guān)西國際

機場（屋面鋼管長度I600m,柔性支撐減

震），雖坐落在震害嚴重的填海區(qū)，卻絲毫

未損，震后航空運送照常，保證救災工作

得以進行。

2.工程結(jié)構(gòu)減震控制的基本概念

（1）工程結(jié)構(gòu)耐震技術(shù)的演變與發(fā)展

地震發(fā)生時，地面振動引起結(jié)構(gòu)的地

震反映。對于基礎(chǔ)固結(jié)于地面的建筑結(jié)構(gòu)物,

其地震反映沿著高度從下到上逐層放大（圖

2-6-2a）o由于結(jié)構(gòu)物某部分的地震反映（加

速度、速度或位移）過大，使主體承重結(jié)構(gòu)

嚴重破壞，甚至倒塌；或雖然主體結(jié)構(gòu)未破

壞，但建筑飾面、裝修或其他非結(jié)構(gòu)配件等

毀壞而導致嚴重損失；或雖然主體結(jié)構(gòu)及非

結(jié)構(gòu)配件未損壞，但室內(nèi)的昂貴儀器、設(shè)備

的破壞導致更嚴重的損失或次生災害。為了

避免上述災害，人們必須對結(jié)構(gòu)體系的地

震反映進行控制，并消除結(jié)構(gòu)體系的“放大

器”作用。其技術(shù)方法演變?nèi)缦拢?/p>

第一，大大增長結(jié)構(gòu)物的剛度，即做

成“剛性結(jié)構(gòu)體系”（圖2-6-2b）o這種體系

的結(jié)構(gòu)地震反映接近地面地震動，但在很

多情況下，這樣做是不經(jīng)濟的，較難實現(xiàn)

的。只有少數(shù)的重要構(gòu)筑物采用這種結(jié)構(gòu)體

系。

第二，大大減少結(jié)構(gòu)物的剛度，即做

成“柔性結(jié)構(gòu)體系”（圖2-6-2c）o這樣，雖

然能有效地減少結(jié)構(gòu)各部分加速度反映,

減少地震作用，但建筑物層問位移過大,

使建筑裝飾等構(gòu)配件嚴重破壞。并且，在風

荷載或輕微地震作用下嫌剛度局限性，影

響正常使用。這種做法，在很多情況下是不

能滿足設(shè)計和使用規(guī)定的。

第三，增大上部結(jié)構(gòu)的剛度，但把結(jié)

構(gòu)的底層做成剛度小的、地震時進人非彈性

狀態(tài)的柔性底層，即“柔性底層結(jié)構(gòu)體系”

（圖2-6-2d）。東歐及我國某些臨街建筑（底

層為框架、上部為剪力墻結(jié)構(gòu)或磚石結(jié)構(gòu)）

就屬于這種結(jié)構(gòu)體系。它雖能有效地減少上

部結(jié)構(gòu)的地震反映，又能通過底層的非彈

性變形消耗地震能量，但由于「一△效應,

底層變形過大，導致底層柱損壞嚴重，甚

至倒塌。多次震害說明這種結(jié)構(gòu)體系在很多

情況下是危險的。

第四，適當控制結(jié)構(gòu)物的剛度，但使

結(jié)構(gòu)部件（如梁、柱、墻、節(jié)點等）在地震時

進入非彈性狀態(tài)并且具有較大的延性，以

消耗地震能量，減輕地震反映，使結(jié)構(gòu)物

“裂而不倒”，這就是“延性結(jié)構(gòu)體系”（圖

2-6-2e）,是目前我國和世界各國普遍采用

的傳統(tǒng)抗震方法。這種方法在很多情況下是

有效的，它的設(shè)防目的是“小震不壞，設(shè)計

烈度可修，大震不倒”。這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

及抗震方法存在下述問題：

①安全性難以保證：傳統(tǒng)抗震方法以既定

的“設(shè)防烈度”作為設(shè)計依據(jù)，當發(fā)生突發(fā)

性超烈度地震時，房屋也許會嚴重破壞,

并且，由于地震的隨機性，建筑結(jié)構(gòu)的破

損限度及倒塌也許性難以控制，故安全性

難以保證。

②適應性有限制：傳統(tǒng)抗震方法允許建筑結(jié)

構(gòu)在地震中出現(xiàn)一定限度的損壞，對于某

些不允許在地震中出現(xiàn)破壞的建筑結(jié)構(gòu),

或內(nèi)部有貴重裝飾的建筑結(jié)構(gòu)，是不合用

的。并且，這種抗震方法只考慮建筑結(jié)構(gòu)自

身的抗震，未考慮房屋內(nèi)部設(shè)備、儀器的抗

震，當建筑物內(nèi)部有較重要的設(shè)備、儀器、

計算機網(wǎng)絡(luò)、急救指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、醫(yī)

院醫(yī)療設(shè)備等情況時，是不合用的。例如,

1971年美國舊金山地震時，加州西馬克電

話總機房結(jié)構(gòu)只有輕微破壞，但內(nèi)部通信

設(shè)備嚴重般壞而導致全地區(qū)電信中斷，抗

災指揮及搶救無法進行.所導致的損失難以

估計。

③經(jīng)濟性欠佳；傳統(tǒng)抗震方法以“抗”為豐

要途徑，通過加大結(jié)構(gòu)斷面,加多配筋來抵

抗地震，其結(jié)果是斷面越大，剛度越大,

地震作用也越大，所需斷面及配筋也越大。

這種惡性循環(huán)，不僅難肚保證安全，也大

大提高“抗震”所需的建筑造價，其建筑造

價的增長幅度大約如F：

7度增長造價3%?8%

8度增長造價8%?15%

9度增長造價15%?40%

由于“抗震”，必須增長建筑造價，導

致抗震設(shè)防在不少地區(qū)難以積極實行。

所以，根據(jù)我國的國情，要在全

國較大范圍內(nèi)實行抗震設(shè)防，必須尋找一

種既安全（在突發(fā)性的超烈度地震中不破壞,

不倒塌），又合用（合用于不同烈度，不同

建筑結(jié)構(gòu)類型，既保護建筑結(jié)構(gòu)自身，又

保護建筑物內(nèi)部的儀器設(shè)備），又經(jīng)濟（不

增長建筑造價）的新的耐震新體系。這就是

“工程結(jié)構(gòu)減震控制”新體系。這樣，隔震

體系、消能減震體系、結(jié)構(gòu)被動及積極控制

體系就應運而生，這些新體系具有明顯有

教減震（能使結(jié)構(gòu)地震反映衰減至普通傳統(tǒng)

結(jié)構(gòu)的I/4?1/16或更低），安全，簡樸，

經(jīng)濟，適應性廣等明顯優(yōu)點。

（2）工程結(jié)構(gòu)減震控制的定義及減震機

理

工程結(jié)構(gòu)減震控制，是指在工程結(jié)構(gòu)的

特定部位，裝設(shè)某種裝置（如膈震墊等）.

或某種機構(gòu)（如消能支撐｛消能剪力墻；消能

節(jié)點｝消能器等），或某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)

量等），或施加外力（外部能量輸人），以改

變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性或動力作用。這種

使工程結(jié)構(gòu)在地震（或風）作用下的動力反

映（加速度、速度、位移）得到合理的控制,

保證結(jié)構(gòu)自身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器、設(shè)備、

裝修等的安全和處在正常的使用環(huán)境狀況

的結(jié)構(gòu)體系，稱為“工程結(jié)構(gòu)減震控制體

系”，其相關(guān)的理論、技術(shù)和方法，統(tǒng)稱為

“工程結(jié)構(gòu)減震控制”。

（3）工程結(jié)構(gòu)減震控制的內(nèi)容及分類

工程結(jié)構(gòu)減震控制是土木工程結(jié)構(gòu)前

沿領(lǐng)域，也是各學科交叉的新技術(shù)領(lǐng)域,

目前，仍處在初期發(fā)展和初步應用階段,

故對其內(nèi)容分類未明確統(tǒng)一，一般可按以

下三種方法進行分類。

第一種分類：按技術(shù)方法分類。

第二種分類；按是否有外部能源輸人分

類。

第三種分類：按與結(jié)構(gòu)頻率相關(guān)性分

類。

(4)工程結(jié)構(gòu)減震控制的特點及優(yōu)越性

工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)與傳統(tǒng)抗震技術(shù)的

比較及特點如下：

①不同的耐震途徑和方法；傳統(tǒng)抗震技術(shù)是

沿用“硬抗”的途徑，即采用加強結(jié)構(gòu)，加

粗構(gòu)件斷而，加多構(gòu)件配筋，提高結(jié)構(gòu)剛

度等方法來抵抗地震。因而，很不經(jīng)濟，并

且結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用越大，惡性循

環(huán)，最終是既不經(jīng)濟，也不一定安全。而減

震控制技術(shù)則是采用減震、消能、調(diào)整結(jié)構(gòu)

動力特性等方法，達成隔離地震或消減地

震反映的目的，既能有效減震，較為安全,

也較為經(jīng)濟。

②不同的設(shè)計依據(jù)：傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法

是按照預定的“烈度”限定結(jié)構(gòu)的抗震能力。

當實際地震超過預定“烈度”時(中外破壞

性大地震超過預定烈度的甚多)，結(jié)構(gòu)就處

在不安全狀態(tài)。而結(jié)構(gòu)減震控制設(shè)計則是根

據(jù)地區(qū)的場地動力特性和結(jié)構(gòu)物的特性,

采用不同的隔震、消能、減震控制技術(shù)，考

慮在該地區(qū)也許產(chǎn)生的突發(fā)性超烈度大地

震的情況下，結(jié)構(gòu)的地震反映仍被控制在

安全的范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)物以及結(jié)構(gòu)中的

人，設(shè)備、儀器的安全和正常使用環(huán)境。所

以，結(jié)構(gòu)減震技術(shù)比傳統(tǒng)抗震技術(shù)更為安

全。

③不同的防護對象：傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)只考

慮結(jié)構(gòu)自身的抗震能力.而未考慮結(jié)構(gòu)中

的設(shè)備、儀器、裝修等的防護規(guī)定。結(jié)構(gòu)減

震控制技術(shù)則可根據(jù)結(jié)構(gòu)物自身安全規(guī)定

及內(nèi)部設(shè)備、儀器，裝修的不同規(guī)定進行隔

震，消能或減震控制，既保護結(jié)構(gòu)自身的

安全，也保護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的設(shè)備、儀器、裝修

及正常使用環(huán)境。故它更符合現(xiàn)代社會對地

震防護越來越高的規(guī)定。

④不同的合用范:按傳統(tǒng)抗震技術(shù)設(shè)計的

工程結(jié)構(gòu)物.重要靠結(jié)構(gòu)自身提供抗震能

力。對于某一些耐震能力局限性的已有工程

結(jié)構(gòu)物（例如超高層建筑），假如結(jié)構(gòu)自身

耐震能力小足，則難以采用“加強”的方法

來填補。而結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)重要不靠結(jié)構(gòu)

自身抗震，而是通過增設(shè)某些裝置進行隔

震、消能或減震。所以，它不僅合用于新設(shè)

計的工程結(jié)構(gòu)物，也合用于對耐震性能局

限性的工程結(jié)構(gòu)物進行改良、加固.使其滿

足耐震（或抗風）規(guī)定。

由于結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)有上述特點,

對比傳統(tǒng)抗震技術(shù)，它具有很多優(yōu)越性:

①安全可靠、有效減震（抗風）：根據(jù)振

動臺或?qū)嶋H地震記錄，減震控制結(jié)構(gòu)的地

震反映與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的地震反映的比值

為：

隔震結(jié)構(gòu)：8%?25%；

消能結(jié)構(gòu)：30%?60%；

被動控制結(jié)構(gòu)：30%?60%；

積極控制結(jié)構(gòu)：10%?50%。

②經(jīng)濟、節(jié)省工程造價：減震控制結(jié)構(gòu)

雖然增設(shè)某種裝置（隔震墊、消能機構(gòu)、控

制子結(jié)構(gòu)等）.但主體結(jié)構(gòu)所承受的地震作

用大大減小，故可減少構(gòu)件斷面，減少構(gòu)

件配筋，擴大跨度，增長高度等等，結(jié)構(gòu)

物的總造價反而節(jié)省。根據(jù)某些已建結(jié)構(gòu)的

結(jié)算，減震控制結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的工

程造價相對比，節(jié)省造價如下：

隔震結(jié)構(gòu):3%?

20%；

消能減震結(jié)構(gòu)：3%?10%；

被動或積極控制結(jié)構(gòu)：5%?

20%o

③使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不受太多限制：由于采

用隔震、消能、減震控制裝置，結(jié)構(gòu)自身所

受的地震作用太大減少.因而可以突破傳

統(tǒng)結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的某些嚴格限制（如規(guī)定

體型規(guī)則、對稱、剛度均勻，剛心質(zhì)心重臺,

限制層數(shù)、高度、跨度等等），按照建筑結(jié)

構(gòu)的功能規(guī)定，做成非規(guī)則結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)

構(gòu)、大開間結(jié)構(gòu)、框架與磚混合結(jié)構(gòu)，超高

磚混結(jié)構(gòu)、超高層抗震抗風結(jié)構(gòu)等等。使建

筑師從“抗震”限制中解放出來，較自由地

對建筑物或結(jié)構(gòu)物進行建筑設(shè)計，而其耐

震能力通過“減震控制”裝置加以保證。

④適應范圍廣：既合用于新設(shè)計的工程結(jié)

構(gòu).也合用于已有工程結(jié)構(gòu)的耐震、抗風性

能的改善；既合用于量大面廣的一般建筑結(jié)

構(gòu)、住宅建筑，也合用于地震時規(guī)定保證絕

對安全的重要工程結(jié)構(gòu)（知核電站工程結(jié)構(gòu)）

也許產(chǎn)生放射性物質(zhì)、劇毒物質(zhì)泄漏或劇毒

氣體擴散、爆炸及其他有重大政治、經(jīng)濟、

社會影響的建筑物、結(jié)構(gòu)物，超高層建筑、

大跨度橋梁、城市生命線工程（鐵路干線、

大型車站、交通樞紐、機場、港U、糧食加

工廠、E院、急救中心、消防中心、應急指

揮中心、供電、供水、供氣、通信廣播電視

系統(tǒng)等）的工程結(jié)構(gòu)物、衛(wèi)星地面站、海洋

平臺等等；既合用于工程結(jié)構(gòu)減震，也合用

于設(shè)備、儀器.環(huán)境振動的減振（震）。

⑤檢測修復方便：由于結(jié)構(gòu)減震控制是

通過外設(shè)裝置而不是通過結(jié)構(gòu)自身過到耐

震規(guī)定的，故對其耐震性能的檢測修復也

只限于外設(shè)裝置。這比檢測或修復結(jié)構(gòu)物自

身要快捷方便得多。它能保證地震后的快速

修復，這對地震后盡快恢復正常生產(chǎn)和生

活具有十分重大意義。

3.工程結(jié)構(gòu)減震控制的發(fā)展歷史、應用

和現(xiàn)狀

（1）中國古建筑隔震消能技術(shù)的成功應

用

早在二千年前，我國人民就成功地應

用隔震、消能、減震的概念和技術(shù)，建成了

遍布全國各地的宮殿、寺院、廟宇、樓塔、

民居、庭院、石橋、城墻等。這些古建筑結(jié)

構(gòu)物雖經(jīng)歷多次強烈地震而屹立不毀，完

整保存至今者，大都不是采用“硬抗地震,

加強結(jié)構(gòu)”的方法，而是采用“以柔克剛,

隔震消能”的途徑。充足證明隔震、消能減

震技術(shù)概念合理，安全有效，簡樸易行。

我國的古建筑、古結(jié)構(gòu)物能成功抗御多次強

烈地震而完整保存至今者，其隔震消能減

震技術(shù)的應用重要表現(xiàn)在下述的四個特點:

①柱基“較接”隔震消能：柱子“自由”

地（不是“固定”地）落在基臺上，且柱腳與

基臺之間有石質(zhì)梯墩或木楔作柱座,形成

柔性“錢結(jié)”，既能防止木柱的潮濕和朽蝕,

又起到隔震消能作用，見圖2-6-3。

石關(guān)或

，木就

9-A-4由國土姑加

②殿基、墻基或塔基滑移隔震消能：建筑結(jié)

構(gòu)基底砌筑在條石、整體片石或塊石上。條

石、片石或塊石之間柔性疊砌，允許滑動或

摩擦，地震時形成“隔震”或消能基礎(chǔ)，見

圖2-6-4o

③“斗拱”消能節(jié)點：粱柱節(jié)點及屋檐

節(jié)點都做成“斗拱”，不僅節(jié)點荷載分派均

勻合理.并且此種“斗拱”節(jié)點是一種極優(yōu)

的“消能節(jié)點”，在承受很大的節(jié)點變形過

程中多道“梯接”的摩擦及塑性變形，消耗

大量的地震能量，大大衰減建筑物的地震

反映，使建筑物不破壞、不倒塌，完整無損,

見圖2"6"5o

應貝木埔平坐斗拱

"飛東加檐牌

④結(jié)構(gòu)體形成“消能結(jié)構(gòu)體”：一些結(jié)

構(gòu)物，如石塔、城墻、石拱橋等，由塊石用

柔性砂漿（灰砂膏、糯米灰膏）砌筑，地震時,

結(jié)構(gòu)體搖擺，塊石之間柔性錯動壓密，不

僅使結(jié)構(gòu)體更加密實穩(wěn)定，并且消耗大量

地震能量，使結(jié)構(gòu)體經(jīng)歷多次地震而安然

屹立。

現(xiàn)列舉我國數(shù)項古建筑、古結(jié)構(gòu)經(jīng)歷多次強

地震而安然屹立至今的例子：

①臺灣臺北孔廟：位于臺北市大龍帽，建

于1879年，是我國古廟寺的典型建筑型式。

其特點是柱腳“銃支”，粱柱節(jié)點“斗拱”

消能，殿基片石隔震。這種建筑型式是典型

的隔震、消能減震結(jié)構(gòu)體系.已承受多次強

烈地震而完好無損。

②山西渾源懸空寺：建于北魏后期（公元

52023）,極為壯觀，是著名恒山十八景之

-O整個建筑物“懸支”在翠屏峰的半山陡

壁上、下臨深谷。寺廟涉及高低錯落的殿、

堂、樓閣30多處。建筑物的樓面木梁的一

端嵌人山崖壁石內(nèi)，“錢支”而不能拔出；

樓面的另一端支承在斜撐立柱上.可以水

平晃動，整個建筑物尤如一個“隔震結(jié)構(gòu)，

1000數(shù)年來經(jīng)歷3次大地震，始終完好無

損.是我國古代匠師們運用隔震原理解決

建筑耐震的成功范例。

③山西應縣木塔（佛宮寺釋迦塔）：建于

900數(shù)年前的遼清寧二年（公元1056年），

是我國現(xiàn)存的最古最高的木構(gòu)佛塔。塔高八

層，下3層為石砌，上5層為木結(jié)構(gòu)。塔高

67.31m,八角形，塔身采用內(nèi)外雙層環(huán)形

空間構(gòu)架，梁柱節(jié)點為“斗拱”（消能節(jié)點），

內(nèi)外層柱之間設(shè)有多層木支撐（消能支撐）,

是一座典型的高層消能減震結(jié)構(gòu)。在900數(shù)

年的漫長歲月中■這座雄偉壯麗的木塔經(jīng)受

多次強烈地震的震撼和常年強勁的塞北風

雪的侵蝕，迄今仍巍然屹立，不能不說是

我國古建筑史上采用消能減震技術(shù)耐震抗

風的成功奇跡。

④河北趙州橋（趙縣安濟橋）：建于1300

數(shù)年前的隋太業(yè)年間（公元605-62023）,

全長50.82m?；⌒螁慰资皹颍缍?7.37

m,橋兩端各開兩個敞肩拱，是世界橋梁工

程中的首例。該橋為世界上現(xiàn)存最早、最長

的石砌拱橋。在1000數(shù)年的歷史中，經(jīng)受

多次強烈地震仍完好無損，歸功于我國古

代工匠運用石砌結(jié)構(gòu)消能的原理。地震時塊

石壓密，消能減震，并使拱體更加密實穩(wěn)

定，使趙州橋至今仍以其歷史悠久、結(jié)構(gòu)新

奇、造型美觀而聞名于世。

⑤四川灌縣竹索橋：建于1500數(shù)年前

（公元497年）,橋面寬2.1-2.7m,由20

根主索組成，每根主索由3根竹條絞成。由

于每根主該橋在強風及人行情況下不產(chǎn)生

過大的晃動，這是大跨度例子。

（2）世界各國古建筑結(jié)構(gòu)的隔震消能減

震效果調(diào)查

從保存完好的古建筑結(jié)構(gòu)及歷史上大地震

廢墟中殘存的一些古建筑結(jié)構(gòu)物的情況發(fā)

現(xiàn)，隔震消能技術(shù)對保護古建筑免遭地震

破壞發(fā)揮了明顯的作用。

①日本奈良法隆寺：是日本現(xiàn)存最古老的

佛教寺院，位于奈良西南，規(guī)模宏大，1

200數(shù)年前建成，涉及金堂（建于公元693

年）及五重塔（建于公元771年）等多幢堂、

殿、樓，塔等古建筑。這批古建筑具有與中

國古建筑大體相同的結(jié)構(gòu)特點，即柱基較

接隔震消能，粱柱做成“斗拱”消能節(jié)點,

塔基建于整片花崗巖石上的隔震消能做法

等，使這座雄偉壯麗的古建筑群在1200數(shù)

年中，經(jīng)歷多次強烈地震而完好無損，成

為日本現(xiàn)有最大最老的佛教寺院。

②歐洲、非洲、印度的古建筑：希臘、埃及、

印度等國的古建筑，大都采用與中國古建

筑類似的柱基“錢接”做法，地基能起隔震

消能作用，使這類建筑.例如希臘的雅典

衛(wèi)城（公元前437年）、埃及的卡納克阿蒙神

廟（公元前182023）v印度的泰姬瑪哈宮（公

元1632年），在千百年歷史中歷經(jīng)多次強烈

地震而巍然屹立至今。

③意大利羅馬斗獸場：建于公元70年，是

古羅馬建筑的代表作。平面呈橢圓形，長軸

188m,短軸156m,高18.5m,共四層，60

排階梯，可容納5.8萬人觀看角斗士與野獸

的搏斗。

斗獸場實體結(jié)構(gòu)由灰華石、凝灰石、浮石砌

成，柱子與墻身由大理石壘砌，形成一個

“消能結(jié)構(gòu)體”。地震時，石塊之間錯動壓

密，消耗大量地震能量，并且使結(jié)構(gòu)體更

加密實穩(wěn)定.使斗獸場在2023數(shù)年中歷經(jīng)

多次地震仍十分堅固。

④意大利龐貝城遺址：龐貝城在意大利那不

勒斯維蘇威火山附近，在古代羅馬帝國時

期是一座非常繁華的城市，有居民2.5萬

人。公元79年8月24日中午I時，沉睡了

152023的火山爆發(fā)，并發(fā)生了強烈地震,

全城大部分房屋倒塌，成為“死城”。在這

座死城遺址中，仍可見到一些殘存的房屋,

涉及住宅、商店、鞋店、酒店、劇場等。這

些房屋所以可以殘存，皆由于均由石塊砌

成的墻壁與地基石板處可以水平滑動，即

這些地震中幸存的房屋均是石塊砌成的“消

能結(jié)構(gòu)體”以及地基能滑動的“隔震”結(jié)構(gòu)。

⑤墨西哥瑪雅金字塔和神廟：瑪雅帝國

及其古建筑建于公元500?62023,現(xiàn)有瑪

雅金字塔及神廟120多座，一般高60?

200m,塔底寬100?200m,通過900多級臺

階可登上塔頂。塔頂是神壇.塔邊有廟宇、

地道等。這些古建筑均用石塊砌成，廟宇的

墻基均設(shè)于條石上。塔身塊石在地震振動中

壓密，形成“消能結(jié)構(gòu)體”，大量消耗地震

能量，墻基條石也形成“隔震”結(jié)構(gòu)，大大

衰減地震反映。所以，這些有1400數(shù)年歷

史、經(jīng)受多次強烈地震的古建筑至今仍巍然

屹立，成為人類科學文化的一大奇跡。

4.當代工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)發(fā)展的

五個階段

結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)發(fā)展的起因是傳統(tǒng)抗震

技術(shù)充足發(fā)展至某個階段，碰到某些難以

逾越的問題，通過多方面的探索，調(diào)查總

結(jié)了千百年來的成功經(jīng)驗，并借鑒其他領(lǐng)

域（如機器隔振、設(shè)備儀器阻尼消振、航天

航空自動控制等）已經(jīng)取得的理論和應用戚

果，大膽地把它應用在工程結(jié)構(gòu)上，從而

形成丁涉及結(jié)構(gòu)隔震、消能減震、結(jié)構(gòu)控制

的“工程結(jié)構(gòu)減震控制”理論和技術(shù)。但工

程結(jié)構(gòu)減震控制與設(shè)備儀器的隔振、消振控

制有著明顯的不同，前者體積、重量大（建

筑結(jié)構(gòu)物重量可達幾十萬噸），安全性規(guī)定

高（供人們生活或工作，牽涉人的生命安

全），外部震動沖擊有很大的隨機性（地震

何時發(fā)生難以預測，一旦發(fā)生，震動沖擊

能量之大難以預估）等，所以，工程結(jié)構(gòu)減

震控制的發(fā)展應用必然規(guī)定建立一套新的

理論、新的設(shè)計計算和技術(shù)方法，形成一套

新的體系。它是土木工程、地震工程、材料

工程、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等學科的交叉

點，并處在當代工程結(jié)構(gòu)發(fā)展的前沿領(lǐng)域。

它將導致結(jié)構(gòu)耐震技術(shù)的一場革命，并將

成為結(jié)構(gòu)耐震技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了

五個發(fā)展階段：

⑴新概念建立階段：減震控制概念的建立,

涉及隔震，消能減震，被動與積極控制等。

⑵研究階段：理論研究和實驗研究。該階

段起始于本世紀70年代。

⑶試點工程階段：建造第一幢采用某種控

制技術(shù)的建筑物或結(jié)構(gòu)物，并成功經(jīng)受地

震考驗，形成該項技術(shù)發(fā)展過程中的“突破

點”和“里程碑”。這個階段既是工程技術(shù)

從理論研究到工程應用的“突破點”，也是

人們開始從現(xiàn)實應用的角度接受該項技術(shù)

的“起紿點”，更是該項技術(shù)“成熟限度”

的基本標志。該階段起始于本世紀80年代。

⑷試點推廣階段；在試點工程之后，開始

在某些工程項日上應用，并完善相應的理

論和方法，總結(jié)相應的技術(shù)經(jīng)濟指標和社

會、經(jīng)濟效益，把該項技術(shù)推向成熟階段，

最后編制相應觸設(shè)計、施工指導書，技術(shù)規(guī)

程，技術(shù)規(guī)范等，為該項技術(shù)的推廣應用

發(fā)明條件。

(5)推廣應用階段：這是該項技術(shù)的“奔

騰”階段。它標志著該項技術(shù)已達成真正造

福人類的階段。

5.目前各項減震控制技術(shù)的應用范圍、成

熟限度及有關(guān)問題

(1)隔震技術(shù)

A.應用范圍：層數(shù)為一至三十層的建筑物

或高寬比不大于4的各類多高層建筑物，上

部結(jié)構(gòu)水平剛度較大的各種結(jié)構(gòu)物、橋梁、

設(shè)備，儀器等。

B.技術(shù)成熟限度：

①隔震技術(shù)的減震概念明確，減震效果明

顯，理論研究和實驗研究成果比較豐富和

完善，已建成大量橡膠墊隔震房屋和橋梁、

地鐵等結(jié)構(gòu)，并在幾次大地震中成功經(jīng)受

考驗?？傮w上講隔震技術(shù)已經(jīng)是一種成熟的

技術(shù)，可以應用。當然，不同的隔震方法其

成熟限度也不一致。

②夾層橡膠墊隔震技術(shù)是目前比較成熟的

隔震技術(shù)。在保證橡膠墊材料及制品通過各

種性能的全面嚴格檢測和質(zhì)量控制，并采

用對的的設(shè)計計算方法和前提下可以在工

程中推廣應用。

③其他各種隔震技術(shù)（砂墊層，滑板，滾球

等）尚有一些技術(shù)問題尚待解決，可以通過

試點工程不斷完善，待較為成熟后，再在

工程中推廣應用。

C.應注意的問題：

①隔震器的質(zhì)量性能保證問題。某些工程采

用的夾層橡膠墊材料及制品由于生產(chǎn)條件

及技術(shù)條件末完全具有，未經(jīng)全面嚴格檢

測和質(zhì)量保證，輕率在工程中采用，導致

結(jié)構(gòu)不安全，形成隱患。一定要采用生產(chǎn)條

件及技術(shù)條件完備的生產(chǎn)廠家的制品，以

保證安全。濫用隔震技術(shù)，導致結(jié)構(gòu)不安全,

是此后推廣應用隔震技術(shù)中必須引起重視

的首要問題。

②各種隔震器的材料耐久性、長期性能穩(wěn)定

性、震后結(jié)構(gòu)復位性、對地基沉陷的敏感性、

隔震技術(shù)指標的定量計算可靠性等均須保

證規(guī)定。

③力求施工安裝簡樸，造價但是于昂

在

Ko

（2）消能減震技術(shù)

A.應用范品:層數(shù)較多（十五層以上）、高

度較大、水平剛度較小、水平位移較明顯的

多層，高層、超高層建筑，大跨度橋梁、管

線、塔架、高聳結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)越高越柔減震

消能效果越顯著。

B.技術(shù)成熟限度：消能減震技術(shù)的減震概

念明確，安全可靠，理論研究和實驗研究

的成果比較豐富，已成功應用于高層建筑、

橋梁、塔架的抗震抗風。總體上，消能減震

技術(shù)已經(jīng)是一種成熟的技術(shù)，可以在工程

中推廣應用。

C.應注意的問題：

①必須保證消能裝置或材料的耐久性、長期

性能穩(wěn)定性。

②消