由震源产生的地震力,通过一定途径传递到建筑物所在场地,引起结构的地震反应。一般来说,建筑物的地震位移反应沿高度从下向上逐级加大,而地震内力则自上而下逐级增加。当建筑结构某些部分的地震力超过该部分所能承受的力时,结构就将产生破坏。
一、刚性结构体系
这种体系的结构地震反应接近地面地震运动,一般不发生结构强度破坏。这样做的结果必然导致材料的浪费,为了满足我们的要求,人类所有财富可能都是不够的,大量的一般结构将成为碉堡。
二、柔性结构体系
通过大大减小结构物的刚性来避免结构与地面运动发生类共振,从而减轻地震力。但是,这种结构体系在地震动作用下结构位移过大,在较小的地震时即可能影响结构的正常使用,同时,将各类工程结构都设计为柔性结构体系,也存在实践上的困难。长期的抗震工程实践证明:将一般结构物设计为“延性结构”是合宜的。通过适当控制结构物的刚度与强度,使结构构件在强烈地震时进入非弹性状态后仍具有较大的延性,从而可以通过塑性变形消耗地震能量,使结构物至少保证“坏而不倒”,这就是对“延性结构体系”的基本要求。在现代抗震设计中,实现延性结构体系设计是工程师所追求的抗震基本目标。
然而,延性结构体系的结构,仍然是处于被动地抵御地震作用的地位。对于多数建筑物,当遭遇相当于当地基本烈度的地震袭击时,结构即可能进入非弹性破坏状态,从而导致建筑物装修与内部设备的破坏,造成巨大的经济损失。对于某些生命线工程(如电力、通信部门的核心建筑),结构及内部设备的破坏可以导致生命线网络的瘫痪,所造成的损失更是难以估量。
三、隔震、减震、制振技术
面对新的社会要求,各国地震工程学家一直在寻求新的结构抗震设计途径。以隔震、减震、制振技术为特色的结构控制设计理论与实践,便是这种努力的结果。隔震,是通过某种隔离装置将地震动与结构隔开,以达到减小结构振动的目的。隔震方法主要有基底隔震和悬挂隔震等类型。
减震,是通过采用一定的耗能装置或附加子结构吸收或消耗地震传递给主体结构的能量,从而减轻结构的振动。减震方法主要有消能减震、吸振减震、冲击减震等类型。
狭义的制振技术又称结构主动控制。它是通过自动控制系统主动地给结构施加控制力,以期达到减小结构振动的目的。
目前,结构隔震技术已进入实用阶段,而对于减震与制振技术,则正处于研究、探索并部分应用于工程实践的时期。
四、隔震原理