1976年7月28日凌晨，一場天災(zāi)突襲河北唐山，在奪去24萬多鮮活生命的同時(shí)，殘忍地將這個(gè)擁有百萬人口的工業(yè)重鎮(zhèn)瞬間夷為廢墟。
這場天災(zāi)正是人們今天依舊心存敬畏的“唐山大地震”。
此后的十年，唐山人專注于一件事——重建。十年的重建，重塑了一座城市，也修筑了心靈的城墻。
古今中外，每一次巨大的自然災(zāi)難都是以更大的歷史進(jìn)步作為補(bǔ)償?shù)�。唐山大地震使唐山人民付出了慘痛的代價(jià)，但卻給全人類帶來寶貴的精神財(cái)富。
40年間，全世界的科學(xué)家們先后來到這里，開展大量的科學(xué)研究，加深了對地球的認(rèn)識(shí)，取得了一系列的研究成果，在防御地震災(zāi)難研究上邁出了一大步；在唐山抗震實(shí)踐中，中國誕生了地震社會(huì)學(xué)，為解決全球面臨的日益嚴(yán)峻的災(zāi)害問題奠定了理論基礎(chǔ)，提供了成功的防災(zāi)減災(zāi)范例。
更為重要的是，唐山大地震成為了中國防震減災(zāi)事業(yè)發(fā)展的里程碑。在此之后，國家出臺(tái)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，建筑的抗震能力開始得到越來越高的重視，各項(xiàng)防震減災(zāi)技術(shù)應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，并由此催生了世界隔震技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)里程碑——隔震技術(shù)在中國的長足發(fā)展。
于災(zāi)難中涅槃
隔震技術(shù)由來已久，從有文字記載的樸素的隔震概念，到現(xiàn)代意義的隔震裝置的工業(yè)化生產(chǎn)和隔震建筑的大量建造,走過了百年歷程。
公認(rèn)的最早提出基礎(chǔ)隔震概念的學(xué)者當(dāng)屬日本的河合浩藏。1881年，河合浩藏在《地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)》一文中，針對放有天平等對振動(dòng)敏感的設(shè)備的建筑，提出了“要蓋一種在地震時(shí)也不震動(dòng)的房屋”。
他的做法是先在地基上交錯(cuò)臥放幾層圓木，然后在圓木上作混凝土基礎(chǔ),再在混凝土基礎(chǔ)上蓋房，以削弱地震力向建筑物的傳遞。雖然如今看來這種方法實(shí)在簡陋，但卻是人類對于隔震思想的最初思考與嘗試，可謂意義重大。
地震是一場災(zāi)難，但災(zāi)難卻孕育了希望。人們對于隔震的許多想法的萌生，都是來自于對于災(zāi)難的總結(jié)。
1906年，美國舊金山發(fā)生大地震。在這次災(zāi)難的間接推動(dòng)下，3年后，居住在美國的英國籍醫(yī)生J. A. Calantarients首次提出，在基礎(chǔ)與建筑物間鋪設(shè)滑石或云母作為隔震層的構(gòu)思。
1921年，帝國飯店在東京建成，這也被認(rèn)為是最早的隔震建筑。設(shè)計(jì)師將密集的短樁插到軟泥土層底部，再利用軟泥土層作為“防止災(zāi)難性沖擊的隔震墊”。
很快，帝國飯店便迎來了它的第一次“實(shí)戰(zhàn)”。1923年，日本發(fā)生關(guān)東大地震，在其它建筑物普遍被嚴(yán)重破壞的情況下，帝國飯店經(jīng)受住了考驗(yàn)，保存完好。也得益于這次地震，日本隔震理論與技術(shù)開始進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。
20 世紀(jì)60年代以來，新西蘭、日本、美國等多地震的國家開始逐漸加大對隔震系統(tǒng)的研發(fā)投入，現(xiàn)代隔震技術(shù)日趨完善，并進(jìn)入實(shí)用化技術(shù)發(fā)展階段。
1969年前南斯拉夫震災(zāi)之后，重建時(shí)的斯考比市在貝斯特洛奇小學(xué)工程中首次使用了隔震橡膠支承。雖然如今看來其變形過大，且效果甚微，但它卻是當(dāng)之無愧的現(xiàn)代最早的隔震建筑。
上世紀(jì)70年代起，鉛芯橡膠支座誕生。它的出現(xiàn)，大大推動(dòng)了隔震技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
1981年，新西蘭落成的William Clayton政府辦公大樓被譽(yù)為是世界上首座采用鉛芯橡膠墊的隔震建筑；緊隨其后，美國加利福尼亞州圣丁司法事務(wù)中心建成，成為世界上第一座采用高阻尼橡膠隔震支座的建筑。
隨著以性能可靠的橡膠隔震支座為代表的隔震元件的誕生，隔震技術(shù)越來越多地應(yīng)用在建筑物和橋梁上。截至上世紀(jì)70年代中期，美國、日本、新西蘭、法國、意大利等國采用橡膠支座的隔震建筑和橋梁數(shù)量達(dá)到400棟，隔震技術(shù)由研究階段逐漸進(jìn)入了推廣應(yīng)用階段。
在1994年洛杉磯北嶺地震和1995年阪神地震中，采用橡膠支座的隔震建筑表現(xiàn)出了令人驚嘆的隔震效果。于是，國際上開始興起一股隔震應(yīng)用熱。
同時(shí)，各國也相繼推出自己的更加詳盡和嚴(yán)格的隔震建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和隔震支座的質(zhì)量和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，以保證其在大規(guī)模應(yīng)用時(shí)的可靠性。隔震元件，特別是橡膠支座的生產(chǎn)，開始向工業(yè)化方向發(fā)展。
隔震研究在中國
與其他國家相比，我國對于隔震理論和技術(shù)的研究起步相對晚一些，直到唐山大地震發(fā)生后，隔震研究才開始在國內(nèi)得到重視。
鑒于當(dāng)時(shí)我國的經(jīng)濟(jì)尚不發(fā)達(dá)，低造價(jià)的砌體結(jié)構(gòu)在整個(gè)建筑行業(yè)占優(yōu)勢地位，因而，國內(nèi)的研究重點(diǎn)主要集中在以磚混結(jié)構(gòu)為主要應(yīng)用對象的、價(jià)格較低的摩擦滑移隔震結(jié)構(gòu)，并且在摩擦材料選擇、分析方法探討、參數(shù)優(yōu)化、模型試驗(yàn)研究和試點(diǎn)工程方面取得了一系列成果。
從上世紀(jì)80年代后期開始，以周錫元院士、周福霖院士為代表的我國學(xué)者開始轉(zhuǎn)移目光，從關(guān)注摩擦隔震結(jié)構(gòu)過渡到關(guān)注橡膠支座隔震技術(shù)。
上世紀(jì)90年代以來，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、建設(shè)部等先后立項(xiàng)，中國建筑科學(xué)研究院、華中理工大學(xué)、華南建設(shè)學(xué)院西院（現(xiàn)屬廣州大學(xué)）等單位先后承接科技攻關(guān)課題。正是得益于這些國家級(jí)科研項(xiàng)目的推動(dòng)，隔震技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
上世紀(jì)90年代初期，周錫元、哈爾濱建筑大學(xué)劉季等聯(lián)合承擔(dān)了國家“八五”重大攻關(guān)課題“砌體結(jié)構(gòu)隔震減震方法及其工程應(yīng)用”, 開展了從理論到應(yīng)用的系統(tǒng)研究，并進(jìn)行了橡膠支座動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)和實(shí)際工程的動(dòng)力測試。該課題于1995年底通過鑒定和驗(yàn)收，并被列為建設(shè)部重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。
1993年，周福霖利用申請到的聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織�？�，在廣東汕頭市建成我國第一棟橡膠支座的8層隔震住宅，這也是當(dāng)年世界最高的隔震住宅樓。在次年臺(tái)灣海峽6.4級(jí)地震的影響中，這座隔震樓在橡膠隔震層上緩慢搖擺，房屋結(jié)構(gòu)在地震中保持彈性，沒有受到任何損壞。而附近的普通抗震房屋則激烈晃動(dòng)。
為此，聯(lián)合國工發(fā)組織在汕頭召開國際會(huì)議，向世界各國推廣了這種技術(shù)，并稱之為“世界隔震技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)里程碑”。
隨著性價(jià)比高的國產(chǎn)橡膠支座的批量生產(chǎn)和應(yīng)用推廣，與橡膠支座相關(guān)的規(guī)范、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相繼納入編制計(jì)劃，橡膠支座隔震技術(shù)的研究和應(yīng)用得到了進(jìn)一步推廣，以至其成為當(dāng)前我國建筑用隔震支座推廣應(yīng)用的主流。
而與隔震技術(shù)同步發(fā)展的，是我國對于隔震產(chǎn)品規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善。
2001年，我國出臺(tái)了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，首次將隔震建筑設(shè)計(jì)納入抗震規(guī)范，為隔震建筑的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；緊隨其后，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布了《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》，為在新建和加固改造的工程結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用隔震技術(shù)制定了協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。
2010年，在對汶川地震震害經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)之后，修訂版的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》發(fā)布。新版本的《規(guī)范》對災(zāi)區(qū)設(shè)防烈度進(jìn)行了調(diào)整，進(jìn)一步推動(dòng)了各種隔震技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。
神奇的支座
那么，建筑物究竟是如何抵抗地震的？
其實(shí)，地震是由于地面的運(yùn)動(dòng)，使地面上原來處于靜止的建筑物受到動(dòng)力作用而產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生破壞性的內(nèi)力和變形。
隔震即是隔離地震，是指在建筑物和構(gòu)筑物的基底或某個(gè)位置設(shè)置彈性元件和阻尼元件來隔離或耗散地震能量，以避免或減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳輸，使結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)減輕，實(shí)現(xiàn)地震時(shí)建筑物只發(fā)生較輕微的運(yùn)動(dòng)和變形，從而保障建筑物的安全。
在我國，建筑用隔震支座是隔震方法中最常見，而且應(yīng)用最為廣泛的。隔震支座大體上可以分為兩類，橡膠隔震支座和滑動(dòng)隔震支座。其中，國內(nèi)大量使用的是橡膠隔震支座。
橡膠隔震支座是由薄鋼板和薄橡膠板交替疊合，經(jīng)高溫、高壓硫化而成。其既能保證豎向剛度和承載力，又可大幅度減小水平剛度，因而使建筑物具有隔震性能。
由于隔震層的“隔震”和“吸震”作用，地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)作近似平動(dòng)，結(jié)構(gòu)反應(yīng)力僅相當(dāng)于不隔震情況下的1/4~1/8，從而“隔離”了地震。通俗地說，使用隔震技術(shù)的房屋經(jīng)歷8級(jí)地震的震動(dòng)僅相當(dāng)于5.5級(jí)地震的震動(dòng)，不僅達(dá)到了減輕地震對上部結(jié)構(gòu)造成損壞的目的，而且建筑裝修及室內(nèi)設(shè)備也可以得到有效的保護(hù)。
滑動(dòng)隔震是在隔震層中設(shè)置滑動(dòng)材料，使基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)只能傳遞有限的地震作用，達(dá)到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的效果。國內(nèi)外研究人員開展了大量的工作，開發(fā)出各種各樣的滑動(dòng)隔震支座。其中比較成熟的當(dāng)屬滑板式和摩擦擺式。
滑板式隔震支座的滑移摩擦面一般采用聚四氟乙烯與不銹鋼板接觸面、不銹鋼板與不銹鋼板接觸面。但是，由于滑板式隔震支座屬于純摩擦滑移隔震系統(tǒng)，不能自動(dòng)復(fù)位，一般需另外加設(shè)復(fù)位裝置，因而阻礙了滑移隔震的發(fā)展。
為了解決平面滑移系統(tǒng)不能自動(dòng)復(fù)位的問題，1985年，美國加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)了摩擦擺隔震裝置，稱之為摩擦擺支座（FPS）。FPS除了具有平面滑移隔震裝置對地震激勵(lì)頻率范圍的低敏感性和高穩(wěn)定性外，其特有的圓弧滑動(dòng)面使其具有自復(fù)位功能，無需附設(shè)阻尼向心機(jī)構(gòu)，使其在實(shí)際應(yīng)用中更為簡便。因此，F(xiàn)PS很快就得到了大范圍的應(yīng)用。
計(jì)劃2018年竣工的重慶來福士廣場由世界知名建筑師Moshe Safdie設(shè)計(jì)，8座塔樓臨水北向，最高的兩座約360米，其他6座高約250米，建成后將與朝天門廣場連為一體，成為重慶的新地標(biāo)。
長達(dá)300米的水晶廊橋?qū)?棟塔樓彼此連接，這是廣場設(shè)計(jì)中的一個(gè)亮點(diǎn)，但也是非常復(fù)雜和困難的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。為了廊橋的防風(fēng)減震，設(shè)計(jì)師們選擇了摩擦擺支座。
隔震減災(zāi)工程中，不同的隔震技術(shù)之間還可以相互補(bǔ)充、相互配合，攜手守護(hù)建筑的安全使用。橡膠支座和摩擦滑動(dòng)支座組合已成功應(yīng)用于日本一些高層建筑和上海國際賽車場（F1賽車場），具有良好的隔震效果和變形復(fù)位能力。
目前在我國，已經(jīng)有5000多棟房屋和350座橋梁上采用了隔減震技術(shù)，應(yīng)用最多的還是橡膠隔震支座。
2012年6月通航的昆明長水國際機(jī)場可謂是利用橡膠隔震支座的典型工程，其也被譽(yù)為是世界上最大的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)單體隔震建筑之一。由于機(jī)場位于昆明的東北部，跨越多個(gè)地貌單元，地形起伏不平，多條斷層從場區(qū)穿過，屬于高地震烈度區(qū)，因此對航站樓主體結(jié)構(gòu)采用基礎(chǔ)隔震十分必要。為此，設(shè)計(jì)人員在整個(gè)隔震層共計(jì)采用了1800余個(gè)直徑為1000mm的疊層橡膠支座。
計(jì)算與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明，航站樓各層剪力比最大值均小于0.35，即水平向減震系數(shù)為0.5，隔震效果可以滿足降低1度的要求。
2013年4月20日，采用橡膠隔震支座的蘆山縣人民醫(yī)院安然度過了蘆山地震。經(jīng)過隔震的門診樓從天花板、儀器設(shè)備到人員都完好無損，成為震后全縣的急救中心；而沒進(jìn)行隔震的住院樓則房體開裂，無法繼續(xù)使用。
經(jīng)受住蘆山地震考驗(yàn)的另一座隔震建筑是汶川第二小學(xué)。2008年汶川地震后，新建的汶川第一小學(xué)沒進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，第二小學(xué)則做了隔震防護(hù)。安裝在兩個(gè)小學(xué)內(nèi)的監(jiān)測設(shè)備顯示，兩所學(xué)校的地震中房屋水平加速度反應(yīng)大概相差6倍。
從隔震技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的實(shí)際效果來看，對于8度及其以上抗震設(shè)防區(qū)的高于6層的建筑應(yīng)用隔震技術(shù)后，設(shè)防烈度可降低2度，從而可以節(jié)約投資成本，10000平方米左右的9層建筑僅鋼筋部分就可以節(jié)約100多萬元的投資；同樣按規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑，應(yīng)用隔震技術(shù)的房屋設(shè)防級(jí)別高，安全性明顯提高。
因此，對于政府首腦機(jī)關(guān)、高層商品房住宅、生命線工程、容易產(chǎn)生次生災(zāi)害的重要建設(shè)工程，應(yīng)用隔震技術(shù)可以提高建筑安全性，意義十分重大。
三維彈性隔震技術(shù)
無論是橡膠隔震支座、滑動(dòng)支座還是摩擦擺支座，都屬于二維彈性隔震技術(shù)。二維彈性隔震技術(shù)雖然對水平方向的地震力具有很好的隔震效果，但對于垂向的地震力卻沒有隔震作用。
對汶川這樣的大地震，特別是在震中地區(qū)，其地表不但水平震動(dòng)很大，而且垂直震動(dòng)也非常劇烈。相當(dāng)一部分建筑是由于垂直震動(dòng)力的作用而遭到破壞的，其表現(xiàn)形式為建筑底層在短時(shí)間內(nèi)被壓潰，壓潰層建筑物內(nèi)的人員幾乎沒有逃生機(jī)會(huì)。
因此，對于強(qiáng)震的震中地區(qū)，橡膠支座并不能為建筑物提供有效的全方位防護(hù)。這時(shí)就需要用到三維彈性隔震器。
三維彈性隔震技術(shù)就是將需要防震保護(hù)的建筑結(jié)構(gòu)通過三維彈性隔震器支承在基礎(chǔ)上。三維彈性隔震技術(shù)起源于三維隔振技術(shù)，最早用于建筑的固體傳聲隔振（如地鐵上方的建筑），其所支撐的單個(gè)建筑的最大質(zhì)量可達(dá)6萬噸，目前已在全球有近百個(gè)應(yīng)用案例。后來，三維隔振技術(shù)還應(yīng)用于煤礦采空區(qū)建筑地基不均勻沉降的防治。自1992年起，這一技術(shù)開始實(shí)際應(yīng)用于建筑物的隔震。
三維彈性隔震的基本思想是將建筑結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)通過隔震器和三維粘滯阻尼器相連。其核心部件是帶有粘滯阻尼器的防震專用隔震器，隔震器的承載元件選用螺旋鋼彈簧，這種彈簧承載能力高，變形曲線線性度好，三向剛度可按需設(shè)計(jì)，同時(shí)具有三維彈性支承，并且其動(dòng)態(tài)剛度等于靜態(tài)剛度，使用壽命長（30~50年以上），且基本無需維修。
與橡膠隔震支座相比，三維彈性隔震器具有顯著的特點(diǎn)：它不但能在水平方向隔震，而且也能在垂直方向隔震，也就是在所有方向都具有隔震作用。只要建筑物按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)范正規(guī)設(shè)計(jì)并建設(shè)，三維彈性隔震建筑在大震之時(shí)可以完全保障建筑物內(nèi)人員的生命安全，有余震警告時(shí)人員也不需要從建筑物內(nèi)撤離。
三維彈性隔震技術(shù)除了能在地震時(shí)保護(hù)建筑物免遭破壞之外，平時(shí)對環(huán)境振動(dòng)也有較好的隔振作用。這種技術(shù)可用于在具有較高地震設(shè)防要求的地鐵上蓋物業(yè)，既可以隔振，也可以隔震。其也可以用于地震高發(fā)、垂向地震分量較大地區(qū)的醫(yī)院防震，保證醫(yī)院在地震后不喪失其主要功能，對受傷災(zāi)民提供及時(shí)救護(hù)。
三維彈性隔震技術(shù)也可用于其它重點(diǎn)防護(hù)的建筑，如學(xué)校、電力樞紐、通信樞紐、災(zāi)后指揮中心等重要建筑物的隔震。
阿根廷的一座大學(xué)生宿舍就采用了三維彈性隔震基礎(chǔ)。為了給以后的隔震研究提供充足的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，工程人員分別在兩棟結(jié)構(gòu)相同的彈性支撐和固定支撐的學(xué)生宿舍內(nèi)加裝了震動(dòng)測量系統(tǒng)。2006年8月，阿根廷發(fā)生里氏5.7級(jí)地震，后經(jīng)測試數(shù)據(jù)分析，隔震結(jié)構(gòu)（彈性支撐）的頂層地震加速度僅為非隔震結(jié)構(gòu)（固定支撐）的20%。
2011年，日本福島核泄漏事故發(fā)生之后，引發(fā)了全球范圍內(nèi)的核電恐慌，全球核電組織對核電站尤其是核島防震提出了更高的要求，周福霖等專家也提出了加強(qiáng)核島及其核電站指揮中心隔震研究的建議。
隔而固公司尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)隨即提出了核電站整體三維浮置隔震的方案，并開展了一系列研究。目前，尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將三維隔震系統(tǒng)成功應(yīng)用于我國多個(gè)核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的防震，以及喀什、唐山等電廠汽輪發(fā)電機(jī)組的隔震，積存了豐富的技術(shù)儲(chǔ)備，單只承載力達(dá)300噸的三維彈簧隔震支座也即將研制完成。
初步研究表明，核島采用整體隔震后，地震的影響可降低50%~70%，相當(dāng)于降低地震烈度1度到1.5度，核島內(nèi)重要設(shè)備的抗震性能可以大幅提高，可大幅拓寬我國內(nèi)陸核電選址的范圍。如果這項(xiàng)技術(shù)能夠成功應(yīng)用，對于在全球范圍內(nèi)推動(dòng)該領(lǐng)域的技術(shù)革新將具有里程碑式的意義。
2015年5月15日，國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 18306-2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布，并于2016年6月1日實(shí)施。這是我國防震減災(zāi)事業(yè)進(jìn)程中的又一重要里程碑，必將推動(dòng)我國防震減災(zāi)工作向更廣、更深的領(lǐng)域推進(jìn)，防震減災(zāi)技術(shù)將迎來又一個(gè)春天。■