在一定经济条件下,确保工程结构的安全是结构工程师的主要追求。受益于概率极限状态设计方法在结构工程中的普遍使用,当前建筑结构在正常情况下的安全性已经基本得到保证。但在偶然作用下,结构仍然有可能发生不成比例的连续性倒塌的危害。为了防止灾难的发生,有必要对重要的结构进行抗连续倒塌设计。目前常用的抗连续倒塌设计方法中,拆除构件法无论从试验、简化理论模型,还是数值分析模型都研究得较为成熟,因而基于拆除构件法的设计也有了较为坚实的基础。美国总务部也专门提出了基于拆除构件法的抗连续倒塌设计指南,详细规定了抗连续倒塌设计的步骤。混凝土框架结构是一种广泛采用的结构形式。基于拆除构件法的混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法仍有拆柱模式多、计算量大等不足,抗连续倒塌设计的性能目标也有扩展的空间。本文围绕混凝土框架结构抗连续倒塌设计的若干关键问题展开研究,主要内容如下:(1)预先确定拆柱模式是拆除构件法的前提。针对大型混凝土框架结构,尤其是当结构平、立面采用不规则布置时,采用拆除构件法设计需要进行大量的拆柱分析。当采用非线性方法进行分析和设计时,这种方法消耗的计算时间往往难以接受。为此,本文创新地提出一个不规则指标,用于快速识别混凝土框架结构的薄弱拆柱模式,从而显著减少抗连续倒塌设计所需要的拆柱分析数量,大大减少计算时间。该指标计算简便,其推导综合考虑了受弯屈服、拉力薄膜效应、不均匀跨度和边界条件等因素对框架结构抗连续倒塌承载力的影响。通过经试验校准的非线性有限元分析和参数敏感性分析,验证了不规则指标在对结构不同拆柱模式抗连续倒塌承载力排序和最弱拆柱模式识别上的有效性和可靠性。(2)若按常规设计的结构抗连续倒塌能力不满足要求时,需要对结构进行加强。当采用非线性有限元方法进行分析时,传统的思路是采用试错法进行迭代设计。然而试错法有可能使得结构设计过程繁冗而且耗时巨大,或者导致过于保守的设计。本文提出虚拟热倒塌分析方法,将混凝土梁、板内的钢筋量转换为虚拟温度参数,钢筋量随温度升高而减少。对加强结构通过虚拟热倒塌分析,即可得到结构在给定抗连续倒塌设计目标下的配筋量。该过程无需迭代分析,有效地降低抗连续倒塌设计所需的分析时间。(3)应用所提出的虚拟热倒塌分析方法,对混凝土框架结构的局部加强策略和整体加强策略进行了更为深入的研究。针对梁与板的局部加强策略,分别探讨了两跨梁子结构和两跨梁板子结构在压拱(薄膜)阶段和悬链线(拉力薄膜)阶段端部、跨中、顶部和底部的配筋策略,为虚拟热倒塌分析设计法提供指导。另一方面,对竖向规则的框架结构提出了仅采用拆除底层柱即完成结构全高范围内所有拆柱模式的整体加强设计方法;对具有转换层的竖向不规则结构,提出了集中加强在转换层以及分布到结构全高范围内的两种加强策略。(4)面对结构上部重力荷载、材料强度、几何尺寸等不确定性因素,采用确定性的设计方法不能满足抗连续倒塌要求时,在拆除结构某构件后,可以采用基于条件概率或条件风险的抗连续倒塌设计方法。根据虚拟热倒塌分析的原理,采用蒙特卡洛法进行不确定分析,获得多组虚拟热倒塌曲线。根据这些曲线建立各种极限状态的发生概率随虚拟温度或加强系数变化的易损性曲线,从而可以快速获得基于概率的设计结果。结合各极限状态易损性曲线与相应的后果,可以获得风险随虚拟温度或加强系数的关系,从而可以快速获得基于风险的设计结果。为了更好的考虑偶然事件发生概率和结构初始损伤概率的影响,讨论了采用基于期望风险、期望效用和累积前景理论对结构抗连续倒塌设计的异同。算例表明采用期望风险和期望效用的设计理论对结构进行抗连续倒塌设计时,无需加强结构;而采用累积前景理论时,当额外的造价增加不多时,结构需进行加强设计。(5)为了评价结构连续倒塌的特征,提出不成比例指标的概念。对多高层建筑结构尝试采用以总损失与初始损伤程度之比表示的不成比例指标,以量化倒塌破坏的特征。通过对历史上九栋建筑结构倒塌事故进行评估,分析出影响结构倒塌不成比例指标的因素。然后综合历史倒塌事故与各国抗连续倒塌规范和指南的规定,提出不成比例指标的参考标准,并尝试利用该标准确定结构抗连续倒塌的设计性能目标。(6)最后通过一栋四层框架结构算例,展示通过本文所提的一系列设计方法进行抗连续倒塌设计的过程,验证了该方法体系的有效性。同时,将本文所提非线性静力方法与线性静力法设计进行对比,发现采用线性静力方法设计的混凝土框架结构所需用钢量较大,而采用非线性方法进行设计的用钢量则在合理区间,说明了采用非线性方法设计的必要性。