【关键词】：抗震，隔震，隔震装置，隔震设计，三维隔震
1日本抗震的发展历史
1.1 日本的地理概况
日本位于亚欧大陆东端，陆地面积38平方公里。由于日本列岛正好位于亚欧板块与太平洋板块交界处，按照地质板块学说，太平洋板块比较薄，密度比较大，而位置相对低一些。当太平洋板块向西呈水平移动时，它就会俯冲到相邻的亚欧板块之下。于是，当亚欧板块与太平洋板块发生碰撞、挤压时，两大板块交界处的岩层便出现变形、断裂等运动，从而产生火山爆发、地震等。1.2日本建筑抗震发展历史
由于日本地震多发，很早日本就对建筑的抗震性能进行研究。20世纪初，日本学者大森房吉提出近似分析地震动影响的静力计算法。日本从美国引进钢结构和钢筋混凝土结构技术后，不久，日本的钢结构建筑创始人、东京大学教授佐野利器于1914年发表了《家屋抗震结构论》。首先提出了“抗震结构”的概念，并创造性提出了用“静态”的水平力，代替“动态”的地震力的“度震法”，来进行建筑结构的抗震计算，为现代结构抗震的计算奠定了基础。
1922年，佐野利器的学生内藤多仲，发表的《框架建筑抗震结构论》中，提出用剪力墙加强结构抗震性能的理论，从而确立了“刚性抗震”理论在日本的主导地位。关东大地震后，1924年，日本首次在世界上规定了建筑结构抗震设计，必须要考虑“水平设计震度”。1951年河角广博士发表《我国地震烈度的分布》，提出按照“地域”与“基础地质构造类别”来规定设计震度。1953年日本在全国设立SMAC型强震计观测记录地震，同年发表“频谱解析法”，借助地震记录进行抗震设计研究，将日本抗震理论提升了一大步。
20世纪60年代，东京大学教授、结构抗震专家武藤清利用计算机分析地震观测数据，提出了利用建筑结构的柔韧性吸收地震力的、以“振动论”为依据的动态设计方法，即所谓的“柔性抗震结构”理论，并以此理论成功设计了日本第一座超高层建筑“霞关大楼”。
1981年新的“抗震设计法”实施，其特点是规定结构设计，不仅要考虑建筑沿高度分布的“水平剪力系数”和建筑物的“振动周期”，而且还要同时考虑多发性中小地震（地表加速度8-100gal）发生时的允许应力与大地震（地表加速度300-400gal）发生时的结构安全性。他彻底改变了过去利用静止的水平力代替地震力的做法，引进了动态的设计理念，要求建筑物在复杂的振动情况下仍然要确保安全。
1998年《建筑基准法》对建筑结构设计理念，从原来的“型式规定型”调整为“性能设计型”。
2日本隔震的现状
2.1日本隔震的历史
首先解释一下隔震，隔震就是通过某种装置，将地震动与结构隔开，该装置既能支撑建筑物本身重量，又具有水平方向自由变形能力，吸收和消耗地震输入能量，以达到减小结构振动的目的，免受地震破坏。
20世纪之后，随着结构力学的不断发展，关于抗震结构的理论与实践也不断完善。1924年，鬼头健三郎提出了在柱断设置球状吸收地震力的理论，并进行了实验。之后又有很多日本的结构工程师提出了多种隔震的理论，但是世界上第一个把隔震应用到实际工程中的国家是南斯拉夫，1969年把一个小学校加固成隔震结构，并获得成功。进入70年代以后，在美国，新西兰等国家进行了大量的关于叠层橡胶支座的研究及试验，并将其逐步应用于实际的隔震结构之中。1981年新西兰开发出包含铅芯的叠层橡胶支座。由于这种支座具有支撑固定荷载及消费地震能量的双重作用，并且施工简单，设置方便，在世界各国得到了普遍的应用。1982年，日本第一栋使用叠层橡胶支座的隔震结构在千叶县的八千代市的八千代台诞生，1987年八千代市发生中级地震，震级为6.7.从加速度的记录看，抗震效果比普通建筑好。
1995年阪神大地震之后，隔震结构才有了飞跃的发展；1996年日本采用隔震设计的建筑达到230栋，2004年隔震结构的数量达到1000栋以上。
2.2隔震装置
（1）橡胶支座隔震：包括钢板叠层橡胶支座，石墨橡胶支座，铅芯橡胶支座。普通叠层橡胶支座能在地震时产生水平位移，同时还具有把变形后的隔震器恢复到变形前位置的作用。而铅芯橡胶支座是一种隔震支座与减震器的复合装置。普通叠层橡胶支座内阻尼较小，常需配合阻尼器一起使用。阻尼器有铅阻尼器，钢棒阻尼器，油阻尼器和多功能阻尼器等类型。
（2）滚子隔震：包括滚轴隔震，滚珠隔震。
（3）滑动支座隔震: 在上部结构与基础之间设置可以滑动的滑板。
（4）日本的清水建设公司开发了一种名为“局部浮力”的抗震系统，即在传统抗震构造基础上借助于水的浮力支撑整个建筑物。局部浮力系统在上层结构与地基之间设置储水槽，水的浮力承担建筑物大约一半重量。这样既减轻了地基的承重负荷，又可以把隔震橡胶小型化，降低支撑构造部分的刚性，从而提高与地基间的绝缘性。地震发生时，储水槽内储存的水在发生火灾时可以用来灭火，地震发生后可作为临时生活用水。
2.3隔震设计的发展
隔震结构的抗震性能依赖于隔震层的设计，日本的隔震层设置位置主要有：
(1)基础隔震：这是在日本使用比较广泛的一种隔震技术，主要是在基础和结构之间，安装橡胶弹性垫或者摩擦滑动承重座等缓冲装置。
(2)中间层隔震：对超高层结构，现在基础隔震难以有效实施，通常采用中间层隔震的形式。中间层隔震主要不是针对隔震层上部构造而是为了降低由上部构造传递到下部构造的惯性力。现在日本已经开始采用由计算机控制的半主动隔震体系，由于采用隔震和减震结合的手法，该设计得到了日本隔震构造协会的特别技术奖。
(3) 人工场地隔震:采用该方法可以降低基础上结构的层间变形和加速度。东京目白花园建筑采用了人工场地隔震，3栋11层建筑建造在长200米，而面积约为6000平方米的人工场地隔震基础上。
（4）2011年东日本大地震中，安装隔震的建筑抗震效果显著；随后本来是在中低建筑中使用的隔震方法，也被引进到高层建筑中，但是隔震装置的心脏部位的叠层橡胶的承受拉力很弱，在高层中承受拉力时橡胶发生断裂的问题让人担心，为了解决这一问题，日本工程师开发出了不直接把叠层橡胶直接固定在基础上，而是在橡胶的周边设置翼型钢板，把钢板的边缘固定在基础上的方法。这样，对于超高层建筑产生的拉力，只是通过钢板的变形来吸收，而对叠层橡胶产生不了很大的拉力，确保了叠层橡胶的安全性。对于高层建筑日本的工程师还研究出一种方法，把作为抗震构件的通高的抗震墙和减震装置连接在一起，让建筑整体的反应谱降低，使建筑整体达到隔震化的效果。现在日本工程师正在把隔震和减震用巧妙的方法组合在一起，确保超高层建筑的抗震安全得以提高。
2.4隔震的应用
通过日本大学隔震实验楼在2011年东日本大地震的抗震效果来分析隔震
清水建设与东北大学共同研究隔震时，在东北大学内建造了两栋一模一样的建筑，都是钢筋混凝土的框架三层建筑，一个是传统的抗震结构，一个是安了高衰减叠层橡胶的隔震结构，每层的建筑面积都是180m2
如上图所示，观测点设在图中黑点处，总共在两所建筑设置14个加速度测量点，从发生东日本大地震时测量出的加速度可以看出，传统抗震的建筑在一层处的加速度与隔震建筑一层的加速度相差无几，但是到了顶层可以看出传统抗震建筑的加速度很大，隔震建筑的加速度相对变小。相当于传统抗震建筑的1/3~1/2。
对于隔震建筑基础的以上各层的传达函数如上图所示，对于隔震建筑，在传统抗震建筑中形成很大的反应倍率1~3Hz附近 ，隔震的反应倍率变小，表现出了很好的免震效果；同时，本装置的隔震建筑容许变形时36cm，而在地震中，隔震建筑的短边（X方向）的最大位移为11.5cm。可以看出隔震结构的有效性。
3 日本隔震的未来
进入21世纪日本的工程师和科研人员在研发和实验三维隔震装置，从而解决Z轴垂直方向的隔震问题（以前只是水平反方向的）
上图就是日本三维隔震的实验装置，原理是积层橡胶起到水平隔震的作用，气垫（波纹管和辅助管）起到竖向隔震的作用。目前，实验室阶段已经基本成功，2011年日本某建筑公司建造了第一座三维隔震的建筑，取名“知粋馆”，在2011年东日本大地震取得了很好的效果。
结束语：
日本是一个地震多发的国家，在与数千上万次的与地震斗争中，日本的抗震技术得以发展和飞跃，在世界范围内，抗震技术相对比较高，形成了一套完整的技术体系，即使发生了2011年的东日本大地震，但是死亡人数也比我们汶川地震死亡人数少，我们的死亡人数是日本的三倍，这样惨痛的教训不能不让我们觉醒，努力提高我国的抗震技术水平，是所有结构工程师的职责。
参考文献：
1邓长根，何永超。日本建筑结构隔震减震研究新进展 世界地震工程 2002:169
2日本建筑学会 隔震结构设计 地震出版社
3 清水建設株式会社 平成23年東北地方太平洋地震―免震の効果
4 日本建築学会 非構造部材の耐震設計施工指針解説および耐震設計施工要領 日本建築学会