現代建筑結構隔震技術的發展已經有一百多年歷史，國內外對水平方向地震作用的防御措施及理論研究相對比較成熟，并且在我國越來越多的法規條文和規范標準對建筑結構隔震技術的實施有相應的要求，因此隔震技術已經廣泛應用到特殊要求類（兩區八類建筑、加速度控制類結構等）建筑結構。隔震結構的原理就是通過隔震層將下部結構與上部結構隔離開，有效控制上部結構的地震響應，實踐證明：隔震后一般可使結構的水平地震加速度反應降低60%左右。
近幾十年來，實際震害表明，豎向地震對建筑結構的破壞程度非常大，甚至在一些震害表現中超過水平地震影響。隨著研究的深入，隔震層豎向剛度較大，對于隔離豎向地震能量的輸入作用不大。本文針對基底隔震結構豎向地震作用下結構響應進行研究，對比分析隔震結構和抗震結構豎向地震響應的差異及變化特點。
1 結構模型信息
本算例為基底隔震框架結構，主體結構為6層，局部7層鋼筋混凝土的框架，每層層高均為3.6m，樓層總高度為25.2m，結構模型如圖1所示。該結構底層柱網及隔震支座布置如圖2，地震設防烈度為8度（0.2g），乙類建筑，場地類別為Ⅱ。該結構采用隔震分析軟件SAUSG-PI計算，根據結構荷載大小及《建筑隔震設計標準》規定的重點設防類建筑隔震支座壓應力限值，選用鉛芯橡膠隔震支座LRB700，其具體參數見表1。
圖1結構模型
圖2 隔震支座布置示意圖
表1 隔震支座參數
2 地震動信息
該結構計算分析采用兩條天然波為DARFIELD NEW ZEALAND波、Chi-Chi，Taiwan-05_NO_2983波和一條人工波RH2TG045波，并根據建筑抗震規范規定，對地震波的加速度峰值進行相應調整，本算例只考慮豎向地震作用，即地震激勵方向為豎向Z方向輸入，分別考慮隔震結構和抗震結構（移除隔震結構中支座層及上下支墩層）在不同豎向地震波下的響應。
圖3 地震動譜
3 動力分析結果
3.1 底層柱軸力
表2 結構一層柱最大軸力對比（kN）
表3 豎向地震引起結構一層柱軸力變化表（kN）
通過對該結構在各豎向地震動作用下的計算分析，得到結構一層柱（對應隔震結構中上部結構一層）的最大軸力，如表2，列舉如表3所示4個典型柱在豎向地震作用下軸力變化值，相對位置見圖2。可以看出，在豎向地震作用下隔震結構對比抗震結構一層柱軸力相對于重力荷載工況下一層柱軸力變化值增加了10%~40%。鉛芯橡膠支座的布置并沒有降低結構柱的軸壓力，由于隔震層的豎向剛度遠大于水平剛度，其豎向剛度接近框架柱子剛度，因此鉛芯橡膠隔震支座不能隔離豎向地震能量，并且可能會放大地震影響。
3.2 豎向樓層加速度
圖4 豎向樓層加速度
上圖為結構豎向樓層加速度隨地震動時程變化情況，字母“GZ-1”表示隔震結構一層，“FGZ-1”表示抗震結構一層，其他同理。從圖4可知，結構隔震后豎向樓層加速度響應并沒有減小，相對于抗震結構，豎向樓層加速度有明顯的增大。隨著樓層高度的增加，豎向樓層加速度會相應增大，并且由圖可知隔震結構一層與抗震結構一層豎向樓層加速度差值要大于頂層結構豎向樓層加速度差值，由于抗震結構地震動直接激勵一層柱底，因此抗震結構一層豎向樓層加速度更接近輸入地震動加速度，而隔震結構經過隔震層放大，一層豎向樓層加速度明顯增大，但是隨著樓層高度的增加，隔震層對于豎向樓層加速度的放大影響趨于平穩。綜上可知基底隔震結構中布置鉛芯橡膠隔震支座不能降低豎向地震對結構響應的影響。
3.3 彈塑性耗能和構件性能水平
圖5 結構耗能對比
圖6 構件性能水平
通過圖5對比隔震和抗震結構豎向地震作用下的耗能情況，可知隔震結構和抗震結構大震彈塑性耗能基本相同，隔震裝置在豎向地震作用過程中的耗能占比可忽略不計，從而可知在基底隔震結構中布置鉛芯橡膠支座對豎向地震影響不起作用。由圖6可知隔震和抗震結構的構件性能水平基本相同，更進一步說明鉛芯橡膠支座在豎向地震作用下充當結構柱，對隔離豎向地震動的影響沒有效果。
1.隔震后結構底層柱軸力出現不同程度的增大以及彈塑性耗能情況、構件性能水平與隔震前對比基本相同，由此可知采用鉛芯橡膠支座的基礎隔震結構對于水平地震具有良好的隔震效果，但是不能隔離豎向地震作用，并且有些情況下可能增大豎向地震能量的輸入；
2.隔震后結構豎向樓層加速度增加比較明顯，這是由于鉛芯橡膠隔震支座具有較大的豎向剛度，不能有效降低豎向樓層加速度，反而會增加。豎向樓層加速度的增加會極大的引起人的恐慌，因此隔震結構設計過程中應充分考慮這一因素。
