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摘要：结构设计是保证建筑抗震能力提升的重要基础，从抗倒塌能力提升的角度进行结构设计可以最大限度降低建筑倒塌的破坏程度，从系统化的角度进行先整体后细节的设计，可以保证建筑结构具备一定的整体性，从而达到其大震不倒的最终目标。
关键词：建筑结构设计；抗倒塌；整体性；设计方法
一、建筑结构抗地震倒塌能力设计的基本思路
地震对于建筑的破坏会导致其出现变形和倒塌，因此在地震中造成伤亡的不是地震本身而是建筑的损毁，所以提高建筑物的抗倒塌能力是建筑结构设计的重要设计思想之一。建筑本身是一个整体，所以在抗倒塌的要求下，建筑结构设计必须将建筑作为一个系统进行全面衡量，这样才能提高建筑的抗倒塌能力。对于建筑结构的体系而言，建筑构件与整体之间是相互依存的关系，离开整体结构也就不能发挥其应有的作用，反之独立的结构构件也会影响整体的功能，所以在设计中要实现抗倒塌就必须从整体系统来考虑结构设计。因为建筑系统是一个复杂的系统，所以结构系统的功能必须依靠构件与构件之间的相互作用来实现，结构设计中结构构件不同的组合方式就会产生不同的整体性，即抗震抗倒塌的效果，这也就是建筑结构抗震设计的核心思路。选择不同的结构构件形式和组合方式使之达到抗倒塌的目的。
综上就会出现两种情况，一种是结构构件之间的相互依赖加剧了结构整體的功能性损失，这样在地震中一旦结构构件遭到破坏就会导致整体结构平衡的破坏，从而产生受力的不对称，此时整个建筑的抗震能力也就变弱，这样的情况就称之为不利于整体结构，整个结构系统就会体现为易倒塌。而另一种情况则是有利于整体性的设计，在设计中利用合理的系统组织和设计，可以影响结构构件之间的响应模式，从而最大限度的减少结构构件损失而导致的整体失衡，即结构构件遭到破坏而不会影响整个建筑的稳定性，也就不会发生连续的破坏而导致建筑物倒塌。这样的系统性能也可称之为鲁棒性。这样的系统抗震性往往可以体现为3-1而大于2，其重要的意义就在于，如果建筑遇到强震建筑也会保持一定的形态而不至于倒塌或者连续倒塌等。
在实际的设计中，要以抗地震抗倒塌能力作为结构设计的思想，就必须提高鲁棒性和整体的稳定性，但是也不能忽视整体牢固性的支持，所以建筑结构抗地震倒塌能力设计的基本思路就是将结构的鲁棒性、整体稳定、整体牢固三者平衡起来，三者缺一则建筑结构的抗倒塌能力就不会达到抗震的要求。
二、提高建筑抗震倒塌能力的设计方法
1、提高第二阶段的设计
在我国现有的规定中，抗震有三个水准，“小震不坏、中震可修、大震不倒”，并利用二阶段设计的方式予以实现，一阶段是按照小规模地震进行计算与分析，解决的是结构整体的基本安全储备，这个设计阶段的设计方法与思路都已十分成熟。但是第二阶段中，抗倒塌设计因为分析与模拟的难度较大，我国抗震规范中要求仅停留在采用合理抗震措施来保证大震不倒，但是针对“不到”的具体操作往往存在理解与操作偏差，实现起来十分复杂。我国采用的是梁柱受弯承载力比的条件来实现“强柱弱梁”结构屈服机制，但是日本采用的是延性的整体结构屈服机制的计算和分析，并对框架结构和框架-剪力墙结构具有延性的整体结构屈服机制的模式，同时也在结构屈服计算中要求进行静力弹塑性分析，可操作性较强，在我国的设计中也可采用此思路进行辅助设计。同时利用概念设计来考虑建筑整体结构的屈服机制，帮助设计者明确整体结构的破坏模式和倒塌机制，进而明确结构中不同构件的主次，以及变形能力和承载能力等，从而实现对抗倒塌能力的提高，完成建筑结构设计。
2、重视对结构形式的选择
结构形式的选择和抗震体系的选择是保证建筑抗震安全的重要基础，在设计中必须重视对建筑结构整体形式的选择，按照抗震的需要进行合理的结构组织与配置，按照系统组织科学的思路进行结构设计。建筑抗震能力的体现首先体现在结构系统的选择上，也就是解决抗震体系的问题，然后才是抗震构造的组织与实施，最后才是按照抗震要求进行细化计算，从而形成一个完整的设计方案。然而在实际的工程中，因为抗震体系和结构类型存在多种形式，不同的结构形式会形成不同的计算与分析方法，所以不能用细致的规范进行罗列以供选择，同时在我国的建筑结构设计中，对于结构整体性的设计往往不够重视，所以结构工程师往往在设计中对于整体结构系统的设计存在短板，不能完全按照规范和实际需求进行科学的选择与设计。因此在设计中应强化抗震规范中结构体现与选择类型上的指导意见和标准，立足于结构设计的整体性。同时在实际的灾害和案例分析中说明，按照同样的规范进行结构设计也可能会产生抗震性能的差异，因为结构参数的不同，如结构方案、超静定次数、屈服机制等等，都会导致建筑的抗倒塌能力存在差异。目前结构抗震规范多是针对承载力和变形能力为基础，而对结构设计体现在整体上的冗余度关注不足，因此在选择结构形式和组合类型时应注意对结构冗余度的选择。
3、具体设计方法总结
（1）概念设计
概念设计是从布置形式、整体性、结构延性、冗余度等方面建立设计概念，以此改善结构抗倒塌的能力，或者降低其倒塌的风险。在实际的结构抗震设计中概念设计主要有两种思路，一种通过构造措施保证连接结构的连续性和延性；一种则是利用合理的结构方案选择和优化，保证结构传力路径和抗倒塌承载力储备。但是概念设计仅仅是为整体结构设计提供必要的思路，量化计算较为困难，设计效果依赖于设计的经验等，其应用主要是在整体设计阶段。
（2）拉结强度设计法
该设计针对结构之间的连接构件强度进行分析计算，设计满足一定强度的结构连接模式，保证结构整体性和载荷传导的路径具备一定的强度。拉结强度对结构的不同部位进行设计，可以保证结构件构成一个整体，各种拉结强度应在设计中保持在一个相对平衡的水平上，此类方法不需要对整个结构进行受力分析，计算与分析的过程简单，但是因为过于简单容易导致经验性成分增加。
（3）消除构件设计法
在设计中对某个构件进行模拟性消除，以此研究剩余结构所产生的力学响应情况，这样就可模拟判断在地震中一旦某个结构构件或者多个结构构件被破坏，其整体结构会发生何种改变，以此研究建筑在地震中的倒塌情况。这种方法主要是提供另一个有效的传力路径，所以在设计中也可称之为替代路径设计，一般情况下，利用此类方式进行设计都是针对某个容易破坏的承重构件，对其进行“拆除”，如竖向结构构件：角柱、短边中柱、底层柱等等。同时也可安照设计的需求进行合理组合，确定拆除的构件、规模、数量等等。拆除构件法可以根据计算的方法进行分类，如线性静力、线性动力、非线性静力和动力，其中非线性动力较为准确。
三、结束语
抗倒塌能力是建筑抗震的重要指标之一，在烈度较大的地震中“大震不倒”是一个基本准则，所以按照抗震倒塌能力进行结构设计是提高建筑抗震性能的重要思路之一。总体看在设计中应遵循的是整体到细节的思路，先确定整体抗震的等级然后再针对结构件形式、组合形式等进行选择，让建筑结构具备鲁棒性、牢固性、稳定性，以此保证建筑结构体系具备整体的抗倒塌能力，从而保证达到大震不倒的目标。
参考文献：
[1]陆新征，林旭川，叶列平，等.地震下高层建筑连续倒塌的数值模型研究[J].工程力学，2010，27（11）.
[2]叶列平，马千里，缪志伟.抗展分析用地震动强度指标的研究[J].地震工程与工程动，2009，29（3）.
[3]叶列平，陆新征，赵世春，等.框架结构抗地展倒塌能力的研究—汉川地震极震区几个框架结构震害案例的分析[J].建筑结构学报，2009，30（6）.
关键词：建筑结构设计；抗倒塌；整体性；设计方法
一、建筑结构抗地震倒塌能力设计的基本思路
地震对于建筑的破坏会导致其出现变形和倒塌，因此在地震中造成伤亡的不是地震本身而是建筑的损毁，所以提高建筑物的抗倒塌能力是建筑结构设计的重要设计思想之一。建筑本身是一个整体，所以在抗倒塌的要求下，建筑结构设计必须将建筑作为一个系统进行全面衡量，这样才能提高建筑的抗倒塌能力。对于建筑结构的体系而言，建筑构件与整体之间是相互依存的关系，离开整体结构也就不能发挥其应有的作用，反之独立的结构构件也会影响整体的功能，所以在设计中要实现抗倒塌就必须从整体系统来考虑结构设计。因为建筑系统是一个复杂的系统，所以结构系统的功能必须依靠构件与构件之间的相互作用来实现，结构设计中结构构件不同的组合方式就会产生不同的整体性，即抗震抗倒塌的效果，这也就是建筑结构抗震设计的核心思路。选择不同的结构构件形式和组合方式使之达到抗倒塌的目的。
综上就会出现两种情况，一种是结构构件之间的相互依赖加剧了结构整體的功能性损失，这样在地震中一旦结构构件遭到破坏就会导致整体结构平衡的破坏，从而产生受力的不对称，此时整个建筑的抗震能力也就变弱，这样的情况就称之为不利于整体结构，整个结构系统就会体现为易倒塌。而另一种情况则是有利于整体性的设计，在设计中利用合理的系统组织和设计，可以影响结构构件之间的响应模式，从而最大限度的减少结构构件损失而导致的整体失衡，即结构构件遭到破坏而不会影响整个建筑的稳定性，也就不会发生连续的破坏而导致建筑物倒塌。这样的系统性能也可称之为鲁棒性。这样的系统抗震性往往可以体现为3-1而大于2，其重要的意义就在于，如果建筑遇到强震建筑也会保持一定的形态而不至于倒塌或者连续倒塌等。
在实际的设计中，要以抗地震抗倒塌能力作为结构设计的思想，就必须提高鲁棒性和整体的稳定性，但是也不能忽视整体牢固性的支持，所以建筑结构抗地震倒塌能力设计的基本思路就是将结构的鲁棒性、整体稳定、整体牢固三者平衡起来，三者缺一则建筑结构的抗倒塌能力就不会达到抗震的要求。
二、提高建筑抗震倒塌能力的设计方法
1、提高第二阶段的设计
在我国现有的规定中，抗震有三个水准，“小震不坏、中震可修、大震不倒”，并利用二阶段设计的方式予以实现，一阶段是按照小规模地震进行计算与分析，解决的是结构整体的基本安全储备，这个设计阶段的设计方法与思路都已十分成熟。但是第二阶段中，抗倒塌设计因为分析与模拟的难度较大，我国抗震规范中要求仅停留在采用合理抗震措施来保证大震不倒，但是针对“不到”的具体操作往往存在理解与操作偏差，实现起来十分复杂。我国采用的是梁柱受弯承载力比的条件来实现“强柱弱梁”结构屈服机制，但是日本采用的是延性的整体结构屈服机制的计算和分析，并对框架结构和框架-剪力墙结构具有延性的整体结构屈服机制的模式，同时也在结构屈服计算中要求进行静力弹塑性分析，可操作性较强，在我国的设计中也可采用此思路进行辅助设计。同时利用概念设计来考虑建筑整体结构的屈服机制，帮助设计者明确整体结构的破坏模式和倒塌机制，进而明确结构中不同构件的主次，以及变形能力和承载能力等，从而实现对抗倒塌能力的提高，完成建筑结构设计。
2、重视对结构形式的选择
结构形式的选择和抗震体系的选择是保证建筑抗震安全的重要基础，在设计中必须重视对建筑结构整体形式的选择，按照抗震的需要进行合理的结构组织与配置，按照系统组织科学的思路进行结构设计。建筑抗震能力的体现首先体现在结构系统的选择上，也就是解决抗震体系的问题，然后才是抗震构造的组织与实施，最后才是按照抗震要求进行细化计算，从而形成一个完整的设计方案。然而在实际的工程中，因为抗震体系和结构类型存在多种形式，不同的结构形式会形成不同的计算与分析方法，所以不能用细致的规范进行罗列以供选择，同时在我国的建筑结构设计中，对于结构整体性的设计往往不够重视，所以结构工程师往往在设计中对于整体结构系统的设计存在短板，不能完全按照规范和实际需求进行科学的选择与设计。因此在设计中应强化抗震规范中结构体现与选择类型上的指导意见和标准，立足于结构设计的整体性。同时在实际的灾害和案例分析中说明，按照同样的规范进行结构设计也可能会产生抗震性能的差异，因为结构参数的不同，如结构方案、超静定次数、屈服机制等等，都会导致建筑的抗倒塌能力存在差异。目前结构抗震规范多是针对承载力和变形能力为基础，而对结构设计体现在整体上的冗余度关注不足，因此在选择结构形式和组合类型时应注意对结构冗余度的选择。
3、具体设计方法总结
（1）概念设计
概念设计是从布置形式、整体性、结构延性、冗余度等方面建立设计概念，以此改善结构抗倒塌的能力，或者降低其倒塌的风险。在实际的结构抗震设计中概念设计主要有两种思路，一种通过构造措施保证连接结构的连续性和延性；一种则是利用合理的结构方案选择和优化，保证结构传力路径和抗倒塌承载力储备。但是概念设计仅仅是为整体结构设计提供必要的思路，量化计算较为困难，设计效果依赖于设计的经验等，其应用主要是在整体设计阶段。
（2）拉结强度设计法
该设计针对结构之间的连接构件强度进行分析计算，设计满足一定强度的结构连接模式，保证结构整体性和载荷传导的路径具备一定的强度。拉结强度对结构的不同部位进行设计，可以保证结构件构成一个整体，各种拉结强度应在设计中保持在一个相对平衡的水平上，此类方法不需要对整个结构进行受力分析，计算与分析的过程简单，但是因为过于简单容易导致经验性成分增加。
（3）消除构件设计法
在设计中对某个构件进行模拟性消除，以此研究剩余结构所产生的力学响应情况，这样就可模拟判断在地震中一旦某个结构构件或者多个结构构件被破坏，其整体结构会发生何种改变，以此研究建筑在地震中的倒塌情况。这种方法主要是提供另一个有效的传力路径，所以在设计中也可称之为替代路径设计，一般情况下，利用此类方式进行设计都是针对某个容易破坏的承重构件，对其进行“拆除”，如竖向结构构件：角柱、短边中柱、底层柱等等。同时也可安照设计的需求进行合理组合，确定拆除的构件、规模、数量等等。拆除构件法可以根据计算的方法进行分类，如线性静力、线性动力、非线性静力和动力，其中非线性动力较为准确。
三、结束语
抗倒塌能力是建筑抗震的重要指标之一，在烈度较大的地震中“大震不倒”是一个基本准则，所以按照抗震倒塌能力进行结构设计是提高建筑抗震性能的重要思路之一。总体看在设计中应遵循的是整体到细节的思路，先确定整体抗震的等级然后再针对结构件形式、组合形式等进行选择，让建筑结构具备鲁棒性、牢固性、稳定性，以此保证建筑结构体系具备整体的抗倒塌能力，从而保证达到大震不倒的目标。
参考文献：
[1]陆新征，林旭川，叶列平，等.地震下高层建筑连续倒塌的数值模型研究[J].工程力学，2010，27（11）.
[2]叶列平，马千里，缪志伟.抗展分析用地震动强度指标的研究[J].地震工程与工程动，2009，29（3）.
[3]叶列平，陆新征，赵世春，等.框架结构抗地展倒塌能力的研究—汉川地震极震区几个框架结构震害案例的分析[J].建筑结构学报，2009，30（6）.