交互式模拟器
Base Isolation Period Shift模拟器
在相同地震动下并排观察"固定基础建筑"与"隔震建筑"的晃动，实时查看长周期化如何在反应谱上降低谱加速度。
地震响应（固定基础 vs 隔震）
固定基础（大幅晃动）
隔震建筑（上部晃动小）
隔震层变形
理论与主要公式
$$T=2\pi\sqrt{\frac{M}{K}},\qquad V=M\,S_a(T,\xi),\qquad D=S_a\left(\frac{T}{2\pi}\right)^2$$
$T$为固有周期，$M$为有效质量，$K$为水平刚度，$\xi$为阻尼比。反应谱 $S_a$ 在短周期一侧存在台地（平台），超过卓越周期 $T_c$ 后大致按 $1/T$ 衰减。通过隔震将 $T$ 延长到 2 至 3 秒可降低 $S_a$，从而降低基底剪力 $V$ 和上部结构加速度。代价是免震层位移 $D$ 随 $T^2$ 增长。阻尼修正采用 $\eta=\sqrt{0.10/(0.05+\xi)}$。
什么是基础隔震周期转移
隔震（base isolation）在建筑与基础之间插入水平方向柔软的隔震装置（叠层橡胶支座、滑动支座等），有意延长整体结构的固有周期。固定基础建筑的周期约为 0.3 至 0.8 秒，容易与反应谱最大的"台地（平台）"区域重叠，因此地动加速度被放大并直接传递到上部结构。
把周期延长到 2 至 3 秒后，结构移动到反应谱的下降区段（大致按 1/T 衰减）。那里谱加速度 $S_a$ 小得多，基底剪力 $V=M\,S_a$ 按相同比例下降。也就是说，隔震不是"消除"晃动，而是把周期移出地震能量最强的频带。
本模拟器在相同地震动下并排晃动固定基础建筑与隔震建筑，实时可视化上部结构加速度的差异、隔震层的变形，以及反应谱上周期点的移动。
如何解读
动画中，左侧固定基础建筑剧烈晃动，而右侧隔震建筑顶部几乎不倾斜，取而代之的是底部隔震层（黄色剪切变形）大幅移动。这可视化了"以更大位移为代价换取更低加速度"的关系。
在反应谱图中，固定基础的周期点（红色）落在台地附近，隔震的周期点（蓝色）移到右下的低加速度区域。该视图显示周期变长后加速度降低的区域。
柱状图直接比较固定基础与隔震的谱加速度，并读取基底剪力降低率。
通过对话学习基础隔震周期转移
🙋看动画时，只有左边的建筑晃得很厉害，右边隔震建筑的顶部几乎不动。是因为地震对它更弱吗？
🎓不是，两者的地震输入（地动）是一样的。不同的是建筑的"周期"。隔震建筑底部放了柔软的隔震层，把周期延长到 2 至 3 秒。记得反应谱吗？短周期时会落在加速度大的台地上，但周期变长后会移到低的下降区域。所以传到上部的加速度，也就是晃动，会变小。
🙋原来是转移周期而不是阻止晃动。可是右边建筑底部（黄色部分）动得很大，那样没问题吗？
🎓观察得很好，这正是隔震的代价。谱位移是 $D=S_a(T/2\pi)^2$，按周期平方增长；即使加速度下降，隔震层位移也容易变大。比如 3 秒的隔震系统可能移动几十厘米。所以实务上一定要检查与挡墙的间隙（净距）、伸缩缝以及管线能否跟随。
🙋提高阻尼能减小位移吗？我把等效阻尼滑块调大时数值会变化。
🎓对，增大阻尼会同时降低 $S_a$ 和 $D$。我们用铅芯叠层橡胶或滑动支座来获得阻尼。不过阻尼过高反而会让传到上部的加速度略有增加，所以最优点取决于你想限制位移还是加速度。设计就是在柱状图和免震层位移数值之间来回比较，找到合适的点。
🙋那周期是不是越长越好？要是把免震周期设到 6 秒左右呢？
🎓这正是陷阱。周期拉得太长会让位移急剧增大，还会与长周期地震动（远场大地震或沉积盆地中卓越的成分）发生共振的风险。软弱地基上尤其危险。所以实际上多控制在 2 至 3.5 秒。最终判断仍需结合标准、实测值、详细时程分析和厂家的装置条件来确认。
现实世界应用
用于震后仍需维持功能的医院、数据中心、半导体工厂等，以抑制楼面响应加速度。
说明隔震改造（对既有建筑加装隔震）的初期效果，并比较免震周期与阻尼候选方案。
在进入详细时程分析之前，估算免震层位移量级与净距规划。
常见误解与注意点
"隔震＝消除地震"是错误的。以转移周期、降低加速度为代价，隔震层会产生较大位移。净距不足会导致与挡墙的碰撞（撞击）。
在软弱地基或长周期地震动卓越的地区，过度的周期延长（超过 4 秒）反而可能放大响应。应避免与场地卓越周期发生共振。
本工具是等效线性估算。隔震装置的非线性滞回、硬化、速度依赖性与位移限值，最终请通过详细分析和厂家条件确认。
常见问题
先看加速度降低和免震层位移。然后用免震反应谱确认前提状态，再用免震层位移读取分布和偏差。反应谱图显示周期变长后加速度降低的区域。
先单独调整固定基础周期，再以相近幅度调整免震周期，比较加速度降低的变化。基底剪力降低能显示哪些输入组合会让余量或性能快速变化。
反应谱在短周期一侧存在加速度近似恒定的台地(平台)，超过卓越周期Tc(约0.5至0.8秒)后大致按1/T衰减。固定基础建筑(0.3至0.8秒)容易落在台地上；通过隔震把周期移到2至3秒后，结构进入下降区段，谱加速度Sa大幅降低，从而使基底剪力V=M·Sa降低。
免震层位移会增加。谱位移为D=Sa·(T/2π)²，随周期T的平方增长。即使加速度下降，D本身也容易变大，因此与挡墙的间隙(净距)、伸缩缝以及管线的跟随能力成为设计要点。在长周期地震动卓越的场地尤需注意。
本工具是基于反应谱的等效线性(等效周期与等效阻尼)估算。实际设计需用时程分析检查隔震装置的非线性滞回、位移限值、硬化、风响应、竖向地震、扭转以及土-结构相互作用。最终判断仍需结合标准、实测值、详细分析和厂家条件。
使用指南
- 输入固定支承建筑的固有周期（秒）和阻尼率（%），并设置基准地动加速度（PGA）
- 输入隔震后的周期和阻尼器阻尼，确认在反应谱上的周期转移效果
- 读取加速度降低率、免震层最大位移、基底剪力削减率和周期倍率并进行对比
具体计算示例
以钢结构办公楼（固定时T=0.6秒）为对象，用本工具评估隔震（免震周期T=3.2秒、等效阻尼18%、输入PGA=0.4g）：周期倍率为3.2/0.6≈5.3倍，固定基础落在反应谱台地上（Sa≈2.5×PGA=1.0g），而隔震侧降到Sa≈0.12g，因此加速度降低约88%。免震层位移由D=Sa·(T/2π)²约为0.32m量级，作为加速度降低的代价而显著增大。这是用于量级把握的估算，实际设计需用含非线性滞回的时程分析确认。
实务注意点
- 软弱地基上的建筑固有周期常超过0.8秒，隔震导致过度的周期延伸（4秒以上）会增加长周期地震动的影响，需要注意
- 隔震用橡胶支座（天然橡胶＋铅）的阻尼特性具有速度依赖性，模拟结果在大振幅与小振幅时可能存在偏差
- 综合判断成本增加（隔震装置与施工费占总工程费的8～15%）与楼面响应加速度的降低效果，应优先考虑精密设备和医疗设施