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【摘 要】 层间隔震结构是近年来开始研究的一种新型隔震技术，这种新型隔震技术是把隔震层放在建筑物某层楼板与柱子之间某个位置而进行结构的地震反应控制。本文对层间隔震结构的特点做出详细分析，提出了新的研究方向。
【关键词】 层间隔震;建筑结构;隔震设计
引言：
结构隔震技术是在上世纪20年代开始发展的，他是一种发展较快的地震防护技术。在发展的过程中，得到了较大规模的应用。
一、层间隔震结构简化分析模型
（一）隔震层的位置设置在结构竖向刚度有突变的部位（图1-a）
（二）隔震层的位置设置在结构形式有变化的部位（图1-b）
（三）隔震层的位置设置在结构的一层顶（图1-c）。
（四）隔震层的位置设置在结构的中间层（图1-d）。
（五）隔震层的位置设置在结构的顶层（图1-e）。
整体结构由于在中间设置了隔震装置，所以可分为上部结构、隔震层和下部结构三部分。这种层间隔震体系的上部结构和下部结构的层数不受限制，可以一层，也可以多层。隔震层装置的隔震支座多采用叠层橡胶。
隔震层位置较低时，结构设计可以通过降低隔震层刚度来减小其的自振频率，这样就增加了结构的整体自振周期，使其远离地震震动的周期，进而降低了结构的地震反应。隔震层可以集中大多数的地震能，并且依靠隔震装置来进行散耗。并使地震时的变形主要集中在隔震层上。
a b c d e
图一 隔震层在不同位置的层间隔震
隔震层位置较高时，整体结构的周期没有得到太大延长，因此结构设计时既要考虑降低结构的自振频率，又要考虑通过调整减震装置的刚度改变上部结构的自振频率，这样，结构的自振频率和主结构的激振频率或基本频率就比较靠近，这时为把结构的振动反应控制在可接受范围内，可采用调谐吸振的方式。因此上部结构的存在，可以控制下部结构的地震反应。当上部结构地震反应不要求控制且为单自由度体系时，层间隔震体系则转化成为被动TMD体系（调谐质量阻尼振动控制系统）。
对于层间隔震减震结构，上部结构和下部结构都是结构设计时需要考虑到的控制目标，无论是对上部结构还是下部结构，都要减小其地震反应。层间隔震减震效果一般可以达到在10%-40%的水平，而且层间隔震体系可以采用结构加层做隔震层达到减震目的，在工程中更加简单且容易实现，只需要少量投资却能产生很大的抗震效果，因此旧房加层和抗震加固多采用此技术。
与基础隔震结构相比，层间隔震结构具有以下五个方面的优点：
（一）适用范围比较广泛;因条件限制不能采用基础隔震的结构和已有楼房的增层或改造加固。例如近海区或可能遭受洪涝灾害的地区，由于橡胶隔震支座易被腐蚀，假如采用基础隔震结构时只能将隔震层位置设置的更高。还有，在旧楼顶部加层时，新旧楼层间设置隔震层，可使原楼房的加速度反应降低30%左右。
（二）层间隔震结构不仅不必设置相对应与预留空间构造措施，而且也不需要为隔震层预留较大空间以应对地震时发生时的较大位移;我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有明确规定：建筑上部结构的周边应安置竖向隔离缝，且缝宽应该大于各隔震支座在少遇地震下的最大水平位移值的1.2倍且不小于200mm。对两相邻隔震结构，其缝宽取最大水平位移值之和，且不小于400mm。于上部结构与下部结构之间设置一水平隔离缝，且该隔离缝应该贯通，并填充柔性材料;万一无法设置隔离缝时，则可以用的水平滑移垫层来代替它。穿过隔震层的电梯、走廊、楼梯这些部位，需要防止别发生碰撞。由于层间隔震的隔震层一般设于一层或以上柱顶，因此结构即使发生较大变形也是发生在空中。因此，不存在预留空间或者相应的构造方面的问题。
（三）降低土建造价;层间隔震与基础隔震结构不同，不需要在隔震层顶部增设一层梁板承载力和刚度须大于一般楼面的且厚度不小于140mm的梁板式樓盖，而是按照隔震的目的对结构原楼盖进行设计就行。因此，相对于基础隔震，层间隔震结构不仅减少隔震支座的设计费用，而且还省下了一层楼板的费用，产生了显著的经济效益。
（四）施工方便
由于层间隔震的水暖管道等可以安放在地面上部，因此对其施工、维修和更换起来都很方便。相对于基础隔震，对旧房进行抗震加固时，在原有结构的顶部设置隔震层会使施工过程方便很多。
由于层间隔震技术的以上优点，所以以下几种工程多用层间隔震技术进行减震控制：
近海建筑：可以通过将隔震层提高到层间的方式来防止橡胶隔震支座被海水腐蚀。
旧结构加层：旧有结构在加层后仍要满足规范所要求的抗震性能，可以通过在新旧结构之间加入隔震层来达到减震效果，也顺便增强了结构整体的抗震能力。
加固旧结构抗震：对文物建筑等年代较久却很具纪念意义的建筑，采取一定措施增加其抗震减震性能是急需解决的问题，这时，把隔震层设置在屋面下部既可以提高建筑的抗震能力又可以最大程度的保证建筑物原貌。
二、层间隔震结构简化估算设计方法
要想求出各型号支座的等效阻尼比，就必须知道各个隔震支座的型号、参数，还有在多遇地震作用下隔震层的位移值Umax，求和可以得出隔震层的等效阻尼比ζeq。
ζeq=∑KieqζieqKh
式中，第i个隔震支座的等效阻尼比，Fiy为第个隔震支座的屈服剪力，Kieq为第i个隔震支座（包括阻尼器）的等效水平刚度，均可根据选定的隔震支座型号查产品参数得到，Kh=∑Kieq，为隔震层i个支座的总水平动刚度。
忽略结构自身阻尼变化的影响，隔震体系的基本周期T1。 式中，对于隔震层以上结构的重力荷载代表值为G，g为重力加速度，Kh为隔震层的总水平动刚度。
隔震结构在多遇地震下的阻尼比由公式求出相应的地震影响系数的阻尼调整系数η2和衰减指数γ，最终得出隔震结构的水平向减震系数Φ。
Tg为场地的特征周期，按场地土类别及设计分组查表，ζeq为多遇地震作用下结构隔震层的等效阻尼比。
（二）上部结构
不隔离时的结构地震影响系数α0要根据地震的分组、抗震烈度和结构自震周期来求出。隔震层上部结构的总水平地震作用Fek和隔震层位移Umax。
式中，α0=|Tg/T0|rαmax，γ为0.9，αmax是水平地震影响系数最大值，G为隔震层上部结构的重力荷载值，Kh为隔震层i个支座的总水平动刚度。Hi，Hj分别为质点i，j计算高度，Gi，Gj分别为集中于质点i，j的重力荷载值。
如果|Umax-u′max|>0.001m，则令Umax=u′max，重复以上的步骤逐级迭代直到满足条件，然后求得隔震建筑上部结构总水平地震作用Fek，及上部各层水平地震作用Fi。
三、设计实例
（一）工程概况
在一座施工规模为地面上有88层，局部共9层，总高度为31.2m，第一层为5.1m，第2～8层为3.6m，到第九层为3.0m的建筑工地，隔震支座的基础为筏板，防裂度为8度，高宽比为2.36，将隔离支座设置在一层柱顶。基本加速度为0.15g，设计地震参数αmax=0.16，Tg=0.30s，场地类别Ⅱ类，设计分组为第二组。当上部结构各层的侧移刚度与重量都已得知，隔震前结构的基本周期为0.76s，给定预期的水平向减震系数为0.5。
（二）对计算结果进行比较
对计算结果运用迭代思路进行估算，计算过程见表1、2。表2中得出的是在多遇地震作用下隔震房屋上部结构总水平地震力，满足精度的要求必须要重复的进行三次迭代思路的计算，计算出隔震房屋上部结构总水平地震力Fek=2390.0kN，umax=0.020m。用这样的方法也可以算出隔震层在罕遇地震作用下上部结构的总水平地震作用。
表一 用底部剪力法计算各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表
表二 在多遇地震下计算出隔震房屋上部结构的总水平地震作用
迭代 隔震支座阻尼比GTY600 u′max/m ζeq η2 γ Φ α0 Fek/kN Umax/m
1 0.245 0.080 0.245 0.587 0.790 0.629 0.070 2947.6 0.025
2 0.784 0.250 0.784 0.450 0.753 0.522 0.070 2446.2 0.020
3 0.980 0.020 0.980 0.436 0.750 0.510 0.070 2390.0 0.020
表三 時程分析上部结构层剪力比
总而言之，由诸多实例可知，改变隔震层位置的方式致使结构出现了动力反应方面的新特点：隔振层上下结构明显不同的的减震效果。层间隔震结构一般由包含第一振型和另一个是较高的振型的两种振型一起起控制作用。层间隔震技术在发展的过程中还存在很多问题，我们应该吸取成功的经验案例，使我国的建筑在抗震方面有更多的进步。
参考文献：
[1]曾媛.钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法[J].四川建筑科学研究，2013，03：17
[2]卜龙瑰.苗启松，朱忠义，束伟农，姚立新，伍炼红.隔震结构设计方法探讨[J].建筑结构，2013，12.17
[3]罗鼎元.李章政，卢建移，王星星，侯蕾.高层隔震结构非线性时程分析[J].工业建筑，2013，11.22
【关键词】 层间隔震;建筑结构;隔震设计
引言：
结构隔震技术是在上世纪20年代开始发展的，他是一种发展较快的地震防护技术。在发展的过程中，得到了较大规模的应用。
一、层间隔震结构简化分析模型
（一）隔震层的位置设置在结构竖向刚度有突变的部位（图1-a）
（二）隔震层的位置设置在结构形式有变化的部位（图1-b）
（三）隔震层的位置设置在结构的一层顶（图1-c）。
（四）隔震层的位置设置在结构的中间层（图1-d）。
（五）隔震层的位置设置在结构的顶层（图1-e）。
整体结构由于在中间设置了隔震装置，所以可分为上部结构、隔震层和下部结构三部分。这种层间隔震体系的上部结构和下部结构的层数不受限制，可以一层，也可以多层。隔震层装置的隔震支座多采用叠层橡胶。
隔震层位置较低时，结构设计可以通过降低隔震层刚度来减小其的自振频率，这样就增加了结构的整体自振周期，使其远离地震震动的周期，进而降低了结构的地震反应。隔震层可以集中大多数的地震能，并且依靠隔震装置来进行散耗。并使地震时的变形主要集中在隔震层上。
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图一 隔震层在不同位置的层间隔震
隔震层位置较高时，整体结构的周期没有得到太大延长，因此结构设计时既要考虑降低结构的自振频率，又要考虑通过调整减震装置的刚度改变上部结构的自振频率，这样，结构的自振频率和主结构的激振频率或基本频率就比较靠近，这时为把结构的振动反应控制在可接受范围内，可采用调谐吸振的方式。因此上部结构的存在，可以控制下部结构的地震反应。当上部结构地震反应不要求控制且为单自由度体系时，层间隔震体系则转化成为被动TMD体系（调谐质量阻尼振动控制系统）。
对于层间隔震减震结构，上部结构和下部结构都是结构设计时需要考虑到的控制目标，无论是对上部结构还是下部结构，都要减小其地震反应。层间隔震减震效果一般可以达到在10%-40%的水平，而且层间隔震体系可以采用结构加层做隔震层达到减震目的，在工程中更加简单且容易实现，只需要少量投资却能产生很大的抗震效果，因此旧房加层和抗震加固多采用此技术。
与基础隔震结构相比，层间隔震结构具有以下五个方面的优点：
（一）适用范围比较广泛;因条件限制不能采用基础隔震的结构和已有楼房的增层或改造加固。例如近海区或可能遭受洪涝灾害的地区，由于橡胶隔震支座易被腐蚀，假如采用基础隔震结构时只能将隔震层位置设置的更高。还有，在旧楼顶部加层时，新旧楼层间设置隔震层，可使原楼房的加速度反应降低30%左右。
（二）层间隔震结构不仅不必设置相对应与预留空间构造措施，而且也不需要为隔震层预留较大空间以应对地震时发生时的较大位移;我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有明确规定：建筑上部结构的周边应安置竖向隔离缝，且缝宽应该大于各隔震支座在少遇地震下的最大水平位移值的1.2倍且不小于200mm。对两相邻隔震结构，其缝宽取最大水平位移值之和，且不小于400mm。于上部结构与下部结构之间设置一水平隔离缝，且该隔离缝应该贯通，并填充柔性材料;万一无法设置隔离缝时，则可以用的水平滑移垫层来代替它。穿过隔震层的电梯、走廊、楼梯这些部位，需要防止别发生碰撞。由于层间隔震的隔震层一般设于一层或以上柱顶，因此结构即使发生较大变形也是发生在空中。因此，不存在预留空间或者相应的构造方面的问题。
（三）降低土建造价;层间隔震与基础隔震结构不同，不需要在隔震层顶部增设一层梁板承载力和刚度须大于一般楼面的且厚度不小于140mm的梁板式樓盖，而是按照隔震的目的对结构原楼盖进行设计就行。因此，相对于基础隔震，层间隔震结构不仅减少隔震支座的设计费用，而且还省下了一层楼板的费用，产生了显著的经济效益。
（四）施工方便
由于层间隔震的水暖管道等可以安放在地面上部，因此对其施工、维修和更换起来都很方便。相对于基础隔震，对旧房进行抗震加固时，在原有结构的顶部设置隔震层会使施工过程方便很多。
由于层间隔震技术的以上优点，所以以下几种工程多用层间隔震技术进行减震控制：
近海建筑：可以通过将隔震层提高到层间的方式来防止橡胶隔震支座被海水腐蚀。
旧结构加层：旧有结构在加层后仍要满足规范所要求的抗震性能，可以通过在新旧结构之间加入隔震层来达到减震效果，也顺便增强了结构整体的抗震能力。
加固旧结构抗震：对文物建筑等年代较久却很具纪念意义的建筑，采取一定措施增加其抗震减震性能是急需解决的问题，这时，把隔震层设置在屋面下部既可以提高建筑的抗震能力又可以最大程度的保证建筑物原貌。
二、层间隔震结构简化估算设计方法
要想求出各型号支座的等效阻尼比，就必须知道各个隔震支座的型号、参数，还有在多遇地震作用下隔震层的位移值Umax，求和可以得出隔震层的等效阻尼比ζeq。
ζeq=∑KieqζieqKh
式中，第i个隔震支座的等效阻尼比，Fiy为第个隔震支座的屈服剪力，Kieq为第i个隔震支座（包括阻尼器）的等效水平刚度，均可根据选定的隔震支座型号查产品参数得到，Kh=∑Kieq，为隔震层i个支座的总水平动刚度。
忽略结构自身阻尼变化的影响，隔震体系的基本周期T1。 式中，对于隔震层以上结构的重力荷载代表值为G，g为重力加速度，Kh为隔震层的总水平动刚度。
隔震结构在多遇地震下的阻尼比由公式求出相应的地震影响系数的阻尼调整系数η2和衰减指数γ，最终得出隔震结构的水平向减震系数Φ。
Tg为场地的特征周期，按场地土类别及设计分组查表，ζeq为多遇地震作用下结构隔震层的等效阻尼比。
（二）上部结构
不隔离时的结构地震影响系数α0要根据地震的分组、抗震烈度和结构自震周期来求出。隔震层上部结构的总水平地震作用Fek和隔震层位移Umax。
式中，α0=|Tg/T0|rαmax，γ为0.9，αmax是水平地震影响系数最大值，G为隔震层上部结构的重力荷载值，Kh为隔震层i个支座的总水平动刚度。Hi，Hj分别为质点i，j计算高度，Gi，Gj分别为集中于质点i，j的重力荷载值。
如果|Umax-u′max|>0.001m，则令Umax=u′max，重复以上的步骤逐级迭代直到满足条件，然后求得隔震建筑上部结构总水平地震作用Fek，及上部各层水平地震作用Fi。
三、设计实例
（一）工程概况
在一座施工规模为地面上有88层，局部共9层，总高度为31.2m，第一层为5.1m，第2～8层为3.6m，到第九层为3.0m的建筑工地，隔震支座的基础为筏板，防裂度为8度，高宽比为2.36，将隔离支座设置在一层柱顶。基本加速度为0.15g，设计地震参数αmax=0.16，Tg=0.30s，场地类别Ⅱ类，设计分组为第二组。当上部结构各层的侧移刚度与重量都已得知，隔震前结构的基本周期为0.76s，给定预期的水平向减震系数为0.5。
（二）对计算结果进行比较
对计算结果运用迭代思路进行估算，计算过程见表1、2。表2中得出的是在多遇地震作用下隔震房屋上部结构总水平地震力，满足精度的要求必须要重复的进行三次迭代思路的计算，计算出隔震房屋上部结构总水平地震力Fek=2390.0kN，umax=0.020m。用这样的方法也可以算出隔震层在罕遇地震作用下上部结构的总水平地震作用。
表一 用底部剪力法计算各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表
表二 在多遇地震下计算出隔震房屋上部结构的总水平地震作用
迭代 隔震支座阻尼比GTY600 u′max/m ζeq η2 γ Φ α0 Fek/kN Umax/m
1 0.245 0.080 0.245 0.587 0.790 0.629 0.070 2947.6 0.025
2 0.784 0.250 0.784 0.450 0.753 0.522 0.070 2446.2 0.020
3 0.980 0.020 0.980 0.436 0.750 0.510 0.070 2390.0 0.020
表三 時程分析上部结构层剪力比
总而言之，由诸多实例可知，改变隔震层位置的方式致使结构出现了动力反应方面的新特点：隔振层上下结构明显不同的的减震效果。层间隔震结构一般由包含第一振型和另一个是较高的振型的两种振型一起起控制作用。层间隔震技术在发展的过程中还存在很多问题，我们应该吸取成功的经验案例，使我国的建筑在抗震方面有更多的进步。
参考文献：
[1]曾媛.钢筋混凝土框架结构层间隔震有限元分析方法[J].四川建筑科学研究，2013，03：17
[2]卜龙瑰.苗启松，朱忠义，束伟农，姚立新，伍炼红.隔震结构设计方法探讨[J].建筑结构，2013，12.17
[3]罗鼎元.李章政，卢建移，王星星，侯蕾.高层隔震结构非线性时程分析[J].工业建筑，2013，11.22