强震观测记录与足尺振动台试验结果表明,地震作用的竖向分量可能引起结构与非结构物的破坏。因此,有必要采取措施降低结构与非结构物在竖向地震作用下的响应。目前工程中应用的隔震装置主要适用于结构水平方向。而现有研究中三维隔震装置一般竖向隔震周期较短,不能有效降低竖向地震的影响。虽然少量三维隔震装置具备较长的竖向隔震周期,但装置构造复杂,造价过高。本文以有效降低地震作用对建筑结构的影响为出发点,通过整理、分析以及总结国内外三维隔震体系研究成果,提出了一种基于弹簧的竖向变刚度三维隔震装置,开展了竖向隔震支座动力性能、地震作用下三维隔震钢框架结构动力响应和结构摇摆特性等一系列研究。主要研究内容如下:（1）研发了一种适用于传统建筑结构隔震的竖向变刚度三维隔震装置。推导了竖向变刚度隔震支座不同阶段的刚度与位移计算公式,并通过正弦激励试验研究了其力学性能与滞回性能。结果表明:通过改变竖向变刚度隔震支座不同阶段参与工作弹簧的种类与数量,可以实现较长的竖向隔震周期（1s）与变刚度特性;拟静力试验各阶段刚度、刚度转折点控制值与隔震位移与理论计算结果的误差小于3%;正弦激励下装置的滞回性能受装置内部摩擦力与连接板惯性力影响。（2）分析了三维隔震钢框架结构的动力响应和隔震效果。建立了E-Defense四层钢框架数值模型,计算了地震作用下钢框架模型无隔震、水平隔震、长周期竖向非变刚度三维隔震、短周期竖向非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的动力响应,验证了长周期竖向变刚度三维隔震装置的隔震效果。结果表明8度罕遇地震下竖向变刚度三维隔震钢框架结构在节点水平向加速度减震效率、竖向加速度减震效率、梁应力减震效率、柱应力减震效率、柱轴力和减震效率分别达到83%、69%、81%、83%、20%。（3）分析了三维隔震框架结构的摇摆特性。推导并建立了三维隔震结构的摇摆计算理论公式,并运用MATLAB软件建立简化结构模型,分析了三维隔震装置水平刚度、竖向刚度、结构高宽比等对三维隔震结构摇摆规律的影响。