讲“消能减震”和“抗震”区别之前，我们先来聊聊地震的成因。
人类自古以来对于地震有着各式各样的猜想。1960年代以来，板块构造理论（plate tectonics）提供了一种主流的解释。这个理论认为，人类生活的地球表面覆盖着大小不一的板块，其厚度从几公里到100公里不等。一方面，板块下方的地幔在极高的温度下形成环流，从海底山脉涌出造成板块的生长；另一方面，在相邻板块的交界处，板块存在挤压和相对运动，并最终下沉回归到地球内部。板块间的挤压和相对运动积累了巨大的应变势能，一旦板块出现破裂时，这些能量以波的形式向外释放，从而形成地震、海啸等大规模灾难。
地震波在板块的内部及表面传导，引起地表发生各个方向的振动（图1.1）。就像人站在发生晃动的甲板上，仿佛受到力的作用而站立不稳，而此处的“力”实则由惯性引起，可称为惯性力。类似地，地震中建筑物在晃动的地基上也会受到惯性力的作用，这种由地震引起的惯性力被称为地震力。建筑结构在地震力作用下发生的位移和变形等都属于结构的“地震响应”，而地震力在这些位移和变形上做功相当于消耗了地震波传递的地震能量。由于结构在超过自身承载能力或变形能力的情况下会发生倒塌，因此如图1.2(a)所示，为了消耗足够多的地震能量，结构需要有足够大的承载能力，或者在维持一定承载能力的前提下，具有足够大的变形能力。通过增大自身的承载能力或变形能力来确保消耗足够多的地震能量，从而抵抗地震作用而不发生破坏倒塌，这就是传统“抗震”结构的基本思路。
图1.1 地震引起结构发生地震响应的过程
那么，传统抗震有什么问题呢？对于很强的地震，完全通过增大结构的承载能力来抵抗地震，往往造成构件过分粗大，在增加建设成本的同时也会压缩使用空间。因此，实际中往往还需要利用结构的变形能力来确保足够的地震耗能。然而，结构的变形能力需要以构件的损伤，以及建筑使用功能的丧失为代价。例如构件开裂会影响建筑的防水、保温效果，过大的结构变形也会导致门窗、填充墙、吊顶等非结构构件以及设备的损坏。在这种情况下，为了使建筑恢复正常的使用功能，用于非结构构件及设备的修复费用甚至要高于结构本身的修复费用。因此，人们仍然需要寻找更加合理有效的手段来提升建筑物抵抗地震的能力。
与传统的“抗震”不同，我们的抗震先锋——“消能减震”的基本思路是通过在结构中附加各种消能减震装置来消耗地震能量。这些消能减震装置也被称为“阻尼器”。地震作用下，结构一旦出现变形、位移，或产生速度、加速度等地震响应，阻尼器就开始为结构提供一个附加的抵抗力（也称为阻尼力）。这些附加的抵抗力随着结构的变形不断做功，就能够消耗地震能量。这样一来，本来用于使结构产生振动、变形、损伤和破坏的地震能量被阻尼器部分地消耗、吸收和转化。对于强度比较小的地震，几乎所有的地震能量都可以被阻尼器消耗，结构在地震作用下的振动（地震响应）大大减小，振动持续的时间明显缩短，结构在地震后几乎完好无损。对于强度很大的地震，阻尼器可能无法全部地消耗地震能量，这意味仍然有一部分地震能量需要通过结构的变形和损伤进行耗散。也就是说，在很强的地震下，阻尼器可能并不能完全避免结构出现损伤，或者建筑功能的降低。然而，阻尼器毕竟帮助结构分担了相当部分的地震能量，因此即使在很强的地震作用下，相比于传统的“抗震”结构，消能减震技术仍然能够显著地减小结构的地震响应，保护结构免于倒塌（图1.2(b)）。另一方面，阻尼器在吸收和消耗地震能量的过程中，自身则往往产生明显的变形、发热、损伤甚至破坏。阻尼器因而通过牺牲自己起到了保护主体结构的“保险丝”作用，我们只需要在地震后对受损的阻尼器进行更换，就可以继续发挥其对结构的保护作用。
(a) 传统抗震的思路：通过结构自身的承载和变形能力消耗地震能量
(b) 消能减震的思路：通过附加消能减震装置来消耗地震能量
图1.2传统抗震和消能减震的不同思路
