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摘要：近年来频发的地震灾害给国家及人民造成了不可估量的损失，因此，如何提高建筑物的抗震性能是当前建筑业共同面对的难题。随着研究的不断深入，对于抗震技术的研究也取得了一定的进展，在实际应用中，针对不同的建筑应当对抗震设计择优选取，以达到最好的抗震效果。本文中主要探讨一下层间隔震结构在建筑中的应用情况，希望对我国的建筑抗震设计起到一定的借鉴作用。
关键词：建筑；层间隔震；原理；设计；应用
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
地震灾害给人类造成的伤害是严重的，因此建筑抗震设计一直都是重点。随着建筑结构应用的范围扩张，设计理念和方法也逐渐的成熟，在很多次大地震后的数据表明，传统方式的抗震设计还存在很多不妥善的地方，在这样的背景下，抗震工程师就要对抗震设计方法寻求新型设计理念。此时，层间隔震结构设计方式就應运而生了。层间隔震建筑结构方式一般都用于旧房改造，因为从施工的角度来说比较简单容易操作。但是这种隔震方式效果不是特别明显，这主要是由于层间隔震的实际作用无法参与到建筑物的整体结构当中去，因此达到的效果不是特别显著。层间隔震方法主要依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者减弱地震的能量，来减少地震对建筑物的损害。
一、层间隔震结构的原理以及简化分析模型
1、层间隔震结构的原理
层间隔震结构是在上部某两结构层间设置隔震层，以隔离地震动的水平成份向隔震层上部结构的传递，减小结构所受的地震作用，并通过隔震层上部结构对下部结构的耦合作用，减小隔震层下部结构的地震反应，从而降低整体结构的震害。层间隔震结构的工作机理与基础隔震结构和TMD系统（调谐质量阻尼系统）的工作机理不同。
2、层间隔震结构简化分析模型
1）双质点模型
双质点模型的设计通常不需要考虑上部结构在地震作用力下的倾覆力矩及弯曲变形，而只需计算出建筑结构在基本振型下的动作即可，主要用于层数较少的房屋隔震设计，比较简单。通过隔震层将建筑分为两个部分，上部结构包含隔震层，下部结构是一个简单的质点，这样就得到两个质点的计算模型，如图2.1所示。这种模型突出层间隔震结构的影响系数用于层间隔震结构进行参数分析。
图1层间隔震模型示意图
2）三质点模型
三质点模型就是将隔震层上部结构、隔震层以及隔震层下部结构分别简化成一个质点，这样就得到了三质点计算模型。三质点模型与两质点模型相比较，是将隔震层作为单独的一个质点进行考虑。所以三质点模型可以看成由下部结构、隔震系统以及上部结构的等效单质点系统串联成的三自由度剪切型结构。
3）多质点模型
多质点模型主要针对地震作用下，上部结构中各层作为单独质点所可能发生的反应，如层间位移、高阶振型反应、振型能量非线性传递等，以补充单质点与双质点设计的不足，把结构的每一层都作为一个质点，这样就能得到多质点的计算模型，优点是较为直观，而且能够准确反映层间隔震结构的动力反映。
4）无限质点模型，在设计过程中，此模型直接将上部结构看做竖向的剪切梁结构，且认为这一梁结构具有无限均匀连续的自由度，隔震系统、结构等的各项参数普遍以解析方法进行计算，对于某些刚度分布结构、特殊光滑的质量变化分布结构较为适用。
二、层间隔震结构设计计算方法和动力特性
在基础隔震体系的基础上渐渐的发展出层间隔震结构，这种结构的设计是将隔震装置安装在建筑物的某一层柱子和楼板中间结构地震反应控制，实际就是在基础隔震体系的基础上加以补充和扩展。如果发生地震，就会起到隔震和减弱地震能量的作用，将结构和地面震动进行隔离，衰减结构地震反应。层间隔震建筑结构是非弹性体系。目前层间隔震结构设计控制有两种计算方法：第一种就是有特定的场地条件和结构物以及选定好的隔震装置，在此基础上确定控制参数，这种方法的优点就是比较可靠，但是操作比较难。第二种就是特定场地条件和结构体系，然后使用计算机对其进行非弹性分析来确定控制参数。
隔震层刚度很小，所以如果发生地震，层间隔震结构在地震作用下的相应就会由两阶振型起作用，第一阶振型就是隔震振型，上部分子结构刚体运动，而下部分子结构则基本不动；第二阶振型是非隔震振型，上部分子结构一般不动，而下部分子结构发生变形震动。所以层间隔震结构一般使用两质点模型。
三、层间隔震结构体系简化估算设计方法以及步骤
先简单介绍一下层间隔震结构体系简化估算设计方法的基本思路。首先层间隔震结构体系是将上部分构件简化成等效单质点结构，这样在永久荷载和可变荷载的同时作用下就能够计算得出隔震支座的竖向平均压应力设计值，根据设计值对隔震支座的规格数量等进行初步的设置；然后根据具体场地类别和地震设计分组等得出隔震后结构体系的基本周期，减震后上部结构的水平地震作用大小及分布，隔震结构的水平方向减震系数，隔震支座遇地震下的水平剪力和位移等数值，由此判断层间隔震结构的建筑效果，最后再对其他部分进行设计。
四、隔震设计优化措施
1、隔震设计人员可以采取阶段性的设计方法进行隔震设计，以简化估算的方法对方案设计阶段的隔震设计各项参数进行计算，比如，水平向的减震系数、上部结构设计要求、隔震装置数量及各项参数等，以便于使隔震设计方案实现及时有效地制定。以水平方向减震系数的估算为例，可以根据其与层间的最大剪力值之间的关系表来确定，如下表所示。然后再在设计施工图纸时，根据国家当前的各镇设计标准，采取时程分析的方法，精准地计算各项装置的具体布设路线与装置参数，以便于在缩短隔震结构设计时间的基础上，提高设计参数的精准度，使设计工作结果不断实现优化。
2、设计人员才采取时程分析方法做出各项计算之后，还应当具体地对各项结果做出进一步地分析处理，以保证计算结果与该建筑隔震设计需求之间的相符度。首先，设计人员应当以《抗规》为依据，对各条地震波所得出的隔震层以及楼层的剪力、隔震层的位移等进行平均值计算，算出最终的结果。如果该建筑是距离发震断裂层距离不超过5km的甲乙类的建筑，隔震设计结果的计算人员，还要进一步将计算出的最终结果与1.5相乘，以保证其隔震设计的效果，若距离在5km-10km这一范围，则要与1.25相乘。其次，在最终得出各项结果之后，隔震设计人员可以将各项数值带入模拟地震环境，来检验这些数值是否能够满足不同地震状况下建筑的预期减震目标，对无法达到目标的数值，进行进一步地优化计算，尽可能地使建筑结构的隔震建设满足建筑隔震需求。
五、层间隔震结构的应用与作用
1.层间隔震结构的应用
（一）因为一些条件的限制导致某些建筑物不能够使用基础隔震结构，为了防止隔震层竖直方向受到拉力而拔起，或者为了控制高度和宽度的比例，将隔震层提到上部分来，这样就形成了层间隔震结构。一般在一些沿海地带或者比较容易发生洪涝灾害的地方，为了防止橡胶隔震支座受到腐蚀，也会将隔震层的位置提高，形成层间隔震结构。汕头博物馆就是一个应用实例，该博物馆位于韩江畔，8度抗震设防，为防潮水侵蚀，没有将隔震支座置于基础下面，而将支座提高到二层柱顶的位置，同时对该结构的自振特性和地震反应做了计算和检测。结果证明，隔震层下的隔层地震剪力都缩小了百分之六十以上，而隔震层以上的每一层地震剪力竟然缩小了百分之九十以上。因此这种地理位置的建筑物比较适合使用层间隔震建筑结构。
（二）对旧楼的改建比较适合使用层间隔震建筑结构。很多八十年代建设的建筑物或者住宅楼，地价比较昂贵，可是建筑物并没有充分的使用占地面积，这就导致了土地使用上的浪费。所以为了扩大建筑面积，同时也提高建筑物的抗震能力，就比较适合使用层间隔震技术对旧楼房进行改造。而且施工比较简单，直接对楼房进行增层就可以了，也就是在楼房的顶部再加一层，并在新旧楼层之间设置隔震层。
从能量观点出发，引入设计用能量谱的概念，如图2所示,分析了地震输入能量在层间隔震结构中的分配和耗散。推导出了基于能量平衡的层间隔震结构的隔震层总剪力、最大变形以及基底剪力的地震响应预测式，分析了隔震层刚度、阻尼以及隔震层的设置位置等参数对层间隔震结构减震性能的影响，并阐明了其自身的减震控制机理。研究表明，基于能量平衡的分析方法是一种预测层间隔震结构地震响应和评价其减震性能的有效手段。
图2设计用能量谱
2.层间隔震结构的作用
（一）应用层间隔震技术，可以在很大程度上使其自振周期延长，结构的阻尼适当提高，房屋建筑躲避开区域的特征周期，使得产生共振的几率减小。延长了基本周期就能够促使结构地震作用从反应谱的平台段移动到下降段，使得结构总地震作用明显下降。
（二）隔震层上方的组成加速度反应大幅度下降，与此同时结构的移动位置都集结于隔震层中，上方组成基本为刚体，本身的相对位移比较小，结构大致位于弹性工作状况，从而不会引起房屋建筑的破损和坍塌；并且在遇到地震灾害的时候，房屋建筑里的人们也不会受到地震波的影响，减轻不舒适的感受。
（三）在地震的作用下，层间隔震结构的剪力比抗震结构要低很多，因为上部分结构受到地震的影响削弱，从而可以降低结构自身的抗震措施，节约房屋建造成本。
六、结束语
随着建筑行业的不断发展，抗震技术已经成为了建筑专业中的一大焦点问题。二十世纪七十年代，基础隔震结构设计方式真正的实际应用到建筑工程中去，是隔震方法的一个新的里程碑。几十年来的技术沉淀和发展，层间隔震技术也就出现了，这种基于基础隔震结构技术而发展的新型隔震结构技术，在隔震和振动特性以及设计理念方法等方面都和基础隔震有所差别，是一种预测层间隔震结构地震详情，评价减震性能的方式。
参考文献：
[1]张新中.建筑物整体移位及其基础隔震加固技术,黄河水利出版社2010-08-01
[2]徐至钧.建筑抗震设计新技术——隔震和消能减震设计与工程应用,中国标准出版社2013-01-01
[3]王雷.高层建筑结构隔震技术浅谈[J].中国房地产业：理论版，2012（03）.
[4]眭京樂.对高层建筑的结构设计及基础隔震技术的论析[J].中国科技博览，2012（34）
关键词：建筑；层间隔震；原理；设计；应用
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
地震灾害给人类造成的伤害是严重的，因此建筑抗震设计一直都是重点。随着建筑结构应用的范围扩张，设计理念和方法也逐渐的成熟，在很多次大地震后的数据表明，传统方式的抗震设计还存在很多不妥善的地方，在这样的背景下，抗震工程师就要对抗震设计方法寻求新型设计理念。此时，层间隔震结构设计方式就應运而生了。层间隔震建筑结构方式一般都用于旧房改造，因为从施工的角度来说比较简单容易操作。但是这种隔震方式效果不是特别明显，这主要是由于层间隔震的实际作用无法参与到建筑物的整体结构当中去，因此达到的效果不是特别显著。层间隔震方法主要依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者减弱地震的能量，来减少地震对建筑物的损害。
一、层间隔震结构的原理以及简化分析模型
1、层间隔震结构的原理
层间隔震结构是在上部某两结构层间设置隔震层，以隔离地震动的水平成份向隔震层上部结构的传递，减小结构所受的地震作用，并通过隔震层上部结构对下部结构的耦合作用，减小隔震层下部结构的地震反应，从而降低整体结构的震害。层间隔震结构的工作机理与基础隔震结构和TMD系统（调谐质量阻尼系统）的工作机理不同。
2、层间隔震结构简化分析模型
1）双质点模型
双质点模型的设计通常不需要考虑上部结构在地震作用力下的倾覆力矩及弯曲变形，而只需计算出建筑结构在基本振型下的动作即可，主要用于层数较少的房屋隔震设计，比较简单。通过隔震层将建筑分为两个部分，上部结构包含隔震层，下部结构是一个简单的质点，这样就得到两个质点的计算模型，如图2.1所示。这种模型突出层间隔震结构的影响系数用于层间隔震结构进行参数分析。
图1层间隔震模型示意图
2）三质点模型
三质点模型就是将隔震层上部结构、隔震层以及隔震层下部结构分别简化成一个质点，这样就得到了三质点计算模型。三质点模型与两质点模型相比较，是将隔震层作为单独的一个质点进行考虑。所以三质点模型可以看成由下部结构、隔震系统以及上部结构的等效单质点系统串联成的三自由度剪切型结构。
3）多质点模型
多质点模型主要针对地震作用下，上部结构中各层作为单独质点所可能发生的反应，如层间位移、高阶振型反应、振型能量非线性传递等，以补充单质点与双质点设计的不足，把结构的每一层都作为一个质点，这样就能得到多质点的计算模型，优点是较为直观，而且能够准确反映层间隔震结构的动力反映。
4）无限质点模型，在设计过程中，此模型直接将上部结构看做竖向的剪切梁结构，且认为这一梁结构具有无限均匀连续的自由度，隔震系统、结构等的各项参数普遍以解析方法进行计算，对于某些刚度分布结构、特殊光滑的质量变化分布结构较为适用。
二、层间隔震结构设计计算方法和动力特性
在基础隔震体系的基础上渐渐的发展出层间隔震结构，这种结构的设计是将隔震装置安装在建筑物的某一层柱子和楼板中间结构地震反应控制，实际就是在基础隔震体系的基础上加以补充和扩展。如果发生地震，就会起到隔震和减弱地震能量的作用，将结构和地面震动进行隔离，衰减结构地震反应。层间隔震建筑结构是非弹性体系。目前层间隔震结构设计控制有两种计算方法：第一种就是有特定的场地条件和结构物以及选定好的隔震装置，在此基础上确定控制参数，这种方法的优点就是比较可靠，但是操作比较难。第二种就是特定场地条件和结构体系，然后使用计算机对其进行非弹性分析来确定控制参数。
隔震层刚度很小，所以如果发生地震，层间隔震结构在地震作用下的相应就会由两阶振型起作用，第一阶振型就是隔震振型，上部分子结构刚体运动，而下部分子结构则基本不动；第二阶振型是非隔震振型，上部分子结构一般不动，而下部分子结构发生变形震动。所以层间隔震结构一般使用两质点模型。
三、层间隔震结构体系简化估算设计方法以及步骤
先简单介绍一下层间隔震结构体系简化估算设计方法的基本思路。首先层间隔震结构体系是将上部分构件简化成等效单质点结构，这样在永久荷载和可变荷载的同时作用下就能够计算得出隔震支座的竖向平均压应力设计值，根据设计值对隔震支座的规格数量等进行初步的设置；然后根据具体场地类别和地震设计分组等得出隔震后结构体系的基本周期，减震后上部结构的水平地震作用大小及分布，隔震结构的水平方向减震系数，隔震支座遇地震下的水平剪力和位移等数值，由此判断层间隔震结构的建筑效果，最后再对其他部分进行设计。
四、隔震设计优化措施
1、隔震设计人员可以采取阶段性的设计方法进行隔震设计，以简化估算的方法对方案设计阶段的隔震设计各项参数进行计算，比如，水平向的减震系数、上部结构设计要求、隔震装置数量及各项参数等，以便于使隔震设计方案实现及时有效地制定。以水平方向减震系数的估算为例，可以根据其与层间的最大剪力值之间的关系表来确定，如下表所示。然后再在设计施工图纸时，根据国家当前的各镇设计标准，采取时程分析的方法，精准地计算各项装置的具体布设路线与装置参数，以便于在缩短隔震结构设计时间的基础上，提高设计参数的精准度，使设计工作结果不断实现优化。
2、设计人员才采取时程分析方法做出各项计算之后，还应当具体地对各项结果做出进一步地分析处理，以保证计算结果与该建筑隔震设计需求之间的相符度。首先，设计人员应当以《抗规》为依据，对各条地震波所得出的隔震层以及楼层的剪力、隔震层的位移等进行平均值计算，算出最终的结果。如果该建筑是距离发震断裂层距离不超过5km的甲乙类的建筑，隔震设计结果的计算人员，还要进一步将计算出的最终结果与1.5相乘，以保证其隔震设计的效果，若距离在5km-10km这一范围，则要与1.25相乘。其次，在最终得出各项结果之后，隔震设计人员可以将各项数值带入模拟地震环境，来检验这些数值是否能够满足不同地震状况下建筑的预期减震目标，对无法达到目标的数值，进行进一步地优化计算，尽可能地使建筑结构的隔震建设满足建筑隔震需求。
五、层间隔震结构的应用与作用
1.层间隔震结构的应用
（一）因为一些条件的限制导致某些建筑物不能够使用基础隔震结构，为了防止隔震层竖直方向受到拉力而拔起，或者为了控制高度和宽度的比例，将隔震层提到上部分来，这样就形成了层间隔震结构。一般在一些沿海地带或者比较容易发生洪涝灾害的地方，为了防止橡胶隔震支座受到腐蚀，也会将隔震层的位置提高，形成层间隔震结构。汕头博物馆就是一个应用实例，该博物馆位于韩江畔，8度抗震设防，为防潮水侵蚀，没有将隔震支座置于基础下面，而将支座提高到二层柱顶的位置，同时对该结构的自振特性和地震反应做了计算和检测。结果证明，隔震层下的隔层地震剪力都缩小了百分之六十以上，而隔震层以上的每一层地震剪力竟然缩小了百分之九十以上。因此这种地理位置的建筑物比较适合使用层间隔震建筑结构。
（二）对旧楼的改建比较适合使用层间隔震建筑结构。很多八十年代建设的建筑物或者住宅楼，地价比较昂贵，可是建筑物并没有充分的使用占地面积，这就导致了土地使用上的浪费。所以为了扩大建筑面积，同时也提高建筑物的抗震能力，就比较适合使用层间隔震技术对旧楼房进行改造。而且施工比较简单，直接对楼房进行增层就可以了，也就是在楼房的顶部再加一层，并在新旧楼层之间设置隔震层。
从能量观点出发，引入设计用能量谱的概念，如图2所示,分析了地震输入能量在层间隔震结构中的分配和耗散。推导出了基于能量平衡的层间隔震结构的隔震层总剪力、最大变形以及基底剪力的地震响应预测式，分析了隔震层刚度、阻尼以及隔震层的设置位置等参数对层间隔震结构减震性能的影响，并阐明了其自身的减震控制机理。研究表明，基于能量平衡的分析方法是一种预测层间隔震结构地震响应和评价其减震性能的有效手段。
图2设计用能量谱
2.层间隔震结构的作用
（一）应用层间隔震技术，可以在很大程度上使其自振周期延长，结构的阻尼适当提高，房屋建筑躲避开区域的特征周期，使得产生共振的几率减小。延长了基本周期就能够促使结构地震作用从反应谱的平台段移动到下降段，使得结构总地震作用明显下降。
（二）隔震层上方的组成加速度反应大幅度下降，与此同时结构的移动位置都集结于隔震层中，上方组成基本为刚体，本身的相对位移比较小，结构大致位于弹性工作状况，从而不会引起房屋建筑的破损和坍塌；并且在遇到地震灾害的时候，房屋建筑里的人们也不会受到地震波的影响，减轻不舒适的感受。
（三）在地震的作用下，层间隔震结构的剪力比抗震结构要低很多，因为上部分结构受到地震的影响削弱，从而可以降低结构自身的抗震措施，节约房屋建造成本。
六、结束语
随着建筑行业的不断发展，抗震技术已经成为了建筑专业中的一大焦点问题。二十世纪七十年代，基础隔震结构设计方式真正的实际应用到建筑工程中去，是隔震方法的一个新的里程碑。几十年来的技术沉淀和发展，层间隔震技术也就出现了，这种基于基础隔震结构技术而发展的新型隔震结构技术，在隔震和振动特性以及设计理念方法等方面都和基础隔震有所差别，是一种预测层间隔震结构地震详情，评价减震性能的方式。
参考文献：
[1]张新中.建筑物整体移位及其基础隔震加固技术,黄河水利出版社2010-08-01
[2]徐至钧.建筑抗震设计新技术——隔震和消能减震设计与工程应用,中国标准出版社2013-01-01
[3]王雷.高层建筑结构隔震技术浅谈[J].中国房地产业：理论版，2012（03）.
[4]眭京樂.对高层建筑的结构设计及基础隔震技术的论析[J].中国科技博览，2012（34）