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摘要：社会抗震的防灾系统首要防线是工程结构抗震能力。地震灾害的主要原因是建筑物的倒塌。地震灾害的严重程度可通过对比建筑物的毁损程度来说明。建筑建构的抗地震倒塌能力是构成地震区防灾抗震能力不可或缺的部分。文中运用系统科学的理念，根据现有结构系统安全储备，分析建筑结构抗地震倒塌能力，讨论建筑结构抗震设计的相关问题及对策。基本安全、意外安全、整体安全等储备已被专家证实为建筑结构系统安全储备的重要组成部分。意外安全储备及整体安全储备很大程度上能够决定抗地震倒塌能力及结构整体抗震能力。整体稳定性、整体牢固性和鲁棒性是结构系统意外安全储备的最主要来源。此文鉴于目前尚乏研究的结构系统的意外安全储备和整体安全储备等一系列问题作进一步探讨。
关键词：建筑结构，结构抗震体系；鲁棒性；整体牢固性
中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：
一、引言
抗震防灾的首要防线是基础设施及建筑物的抗震能力。地震灾害的主要原因是房屋等建筑物倒塌及破坏。加强地震灾区的抗震防灾能力最有效的措施是提高建筑物抗地震倒塌的能力。在地震中被轻而易举的摧毁的是不少常规房屋建筑。只有少数极其重要建筑才会进行精密的抗地震计算，整体结构中的抗震概念及抗震构造则运用在常规的房屋建筑。为使常规房屋建筑面临大型地震不倒塌，相关方面有深入研究的必要性。本文运用系统科学的研究方法，首先树立了提高建筑结构整体性的抗震能力设计理念，接着结合汶川地震中典型的建筑遭受损害的实例，有针对性的根据建筑结构的抗地震倒塌能力，提出了一些建筑结构抗震设计中的改进方法。
二、树立建筑结构抗地震倒塌能力的系统科学理念
一个系统的整体性能决定该复杂系统的功能。系统方法所追求的目标是系统的整体性。建筑结构的系统涉及多个领域。一方面，整体结构的系统功能可决定部分构件功能，不论哪个构件要想在其所处的结构系统中获取应有功能，就不能脱离整体结构。另一方面，任何一个构件一旦脱离整体结构，对整体结构系统的功能发挥产生不小影响。整体结构某些功能也会因缺少某个构件而丧失。
地震具很强破坏性，结构系统中的部分构件都具有各自承载能力。构件破坏的条件是超过其自身承载力。部分构件也可能引发其余构件连续性破坏、造成倒塌，这种现象叫做易损性大的结构系统。在系统理论中，系统鲁棒性是局部构件和其它构件连续破坏不具有因果联系。在合理设计的结构系统中，各结构的构件之间是有关联的，结构系统的整体功能因局部构件缺失引发的损失可降至最低。整个结构系统不会仅由于局部构件的破坏而遭受巨大创伤。
系统整体性能通过鲁棒性反映出来。结构专家围绕建筑结构展开讨论时，也用结构的整体牢固性及整体稳定性来表达。实际上，结构系统整体性叙述角度多样，包括鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性等。在系统方法之中，整体牢固性更符合工程标准的技术术语。为此，结构系统的鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性的定义，必须从科学角度出发，使其更加精准。
鲁棒性描述的是整个结构系统因受局部破坏造成损伤的程度。发生在结构系统中的某些意外、偶然事件能引起局部破坏。整体稳定性更倾向于描述结构系统的损伤过程。广义的稳定性可从结构状态的突变角度来说。结构状态突变中最常提及的一种是压杆分叉的失稳问题。结构系统因受地震灾害影响，会发生稳定、不稳定的变化。完整状态下的结构系统，因局部破坏引起的破损程度越来越严重，最后倒塌了。结构系统倒塌的是一种突变的过程，一般人都很难有所察觉、预测。为预测结构系统的受力状态和性能，结构系统的全部结构构件的变形及承载能力要充分发挥出来。因此，结构系统受损破坏的过程最好是渐进式，多个稳定的工作阶段是破坏过程的组成部分，并且每一个工作阶段都有适宜的损伤机制。要确保在建筑物内部的人员安全撤出，必须让结构系统获得充分时间来应对建筑物开始破坏到最后倒塌的变化。这种渐进式的破坏过程有一个好处，如果地震在破坏过程中突然停止，整个结构系统不会在短时间内持续变化，其破坏过程也随之停止。渐进式破坏模式中包含一种稳定有序的“强柱弱梁”的破坏机制。框架结构最终演变成“强柱弱梁”的破坏机制，这种破坏机制比层屈服机制的抗倒塌能力强。从第一个梁饺出现，直至所有梁端的塑性饺出现，需要很长一段时间才能形成屈服破坏机构。即使由框架结构转化成 “强柱弱梁”的破坏机制，结果同样是倒塌，但时间跨度明显拉长。
三、結构系统的安全储备
在某种条件下，建筑结构整体性在整个结构系统安全中显得至关重要。地震强烈作用之时部分构件损坏，是构件与构件之间产生的强烈非线性的前提。结构系统整体性在局部构件遭轻微损伤、构件与构件之间作用不明显时难以体现其价值。只要各结构构件在一般性荷载作用下，不超过自己的承载能力，建筑结构系统能始终维持成一个整体。增强结构系统的鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性，对于深入结构整体的研究具有重要意义。如图1所示，该图表示的是结构系统在水平地震作用下的整体行为，B为宏观屈服点，D为结构系统倒塌前后的临界点。当水平作用停止后，整体结构能够承担自重，并且弹性形变可以在一定程度上得以恢复，所以图中DE曲线没有倒塌，DF曲线结构倒塌。
图1结构的抗测行为
四、提高建筑结构抗地震倒塌能力的对策
1、完善第二阶段抗震设计的对策
加强结构系统整体的安全储备，提高结构系统的以外安全储备，是提高结构系统抗倒塌能力的前提。“大震不倒”的抗震设计理念可有效运用在结构系统的安全储备上。通过加强结构系统的鲁棒性、整体稳定性、整体牢固性能增强结构意外的安全储备。我国现有房屋建筑采用所谓“大震不倒、中震可修、小震不坏”的三水准抗震设防目标。二阶段设计方法能达到这一目标。第一个阶段为实现结构系统的基本安全储备，抗震计算设计是参照小震模式进行的。第二阶段是计算难度较大的抗震设计。在我国的，一般建筑要达到“大震不倒”的目标就要运用一些适当的抗震措施及抗震构造措施。有些抗震措施的可操作性差，为实现“大震不倒”目的，采用第二阶段抗倒塌的设计方法更有效。
2、重视结构体系和选型
确保建筑整体抗震安全的第一道防线是适宜的抗震体系和结构形式。秉承系统科学的理念，结构系统设计、抗震构造措施及抗震计算都能够决定结构整体的抗震能力。结构工程师必须把地震灾害经验总结、分析加以运用，树立结构整体性理念及规范体系。为改善当前构件设计的规范体系，结构工程师要深入加强学习对相关结构体系和选型方面的条文。结构工程师为使结构构件设计的更规范，必须注意整个结构及防御意外灾害的安全性。
3、重视结构系统整体性研究
从系统科学的理念出发，加强结构系统的整体性、鲁棒性、牢固性和稳定性能有效构建结构系统整体性的规范体系。为建立高鲁棒性的结构系统，结构工程师必须运用科学方法，规范组织构件。只有受力层次和规范性稳定有序，才能发挥结构整体的重要作用。结构工程师通过构造柱、圈梁的设计，能加强结构整体性、加大砖墙的承载能力。通过结构系统的相关研究，采用合理的结构构造措施和系统抗震设计，发挥结构构件不同层次之间的相互作用力，一定能提高建筑结构的抗震能力。
五、结语
本文运用系统科学的方法，围绕建筑结构的整体抗震安全、建筑结构系统的安全储备、结构系统在荷载作用下的安全性、结构系统的意外安全储备等方面展开讨论，提出了提高建筑结构抗震倒塌能力的对策，希望能够引起人们对这一问题的进一步关注，能够对建筑结构设计的实际工作发挥借鉴指导作用。
参考文献：
[1] 阿肯江·托呼提，陈汉青.新疆南疆地区传统土坯房屋震害及抗震技术措施[J].工程抗震与加固改造，2008
[2]孙立群.各类工程在唐山地震中的破坏规律和震害特征[J].建筑艺术，2007
[3] 叶列平，程光煜，陆新征，冯鹏，论建筑结构抗震的鲁棒性[J] .建筑结构，2005
[4] GB 50011——2001建筑抗震设计规范[S].
关键词：建筑结构，结构抗震体系；鲁棒性；整体牢固性
中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：
一、引言
抗震防灾的首要防线是基础设施及建筑物的抗震能力。地震灾害的主要原因是房屋等建筑物倒塌及破坏。加强地震灾区的抗震防灾能力最有效的措施是提高建筑物抗地震倒塌的能力。在地震中被轻而易举的摧毁的是不少常规房屋建筑。只有少数极其重要建筑才会进行精密的抗地震计算，整体结构中的抗震概念及抗震构造则运用在常规的房屋建筑。为使常规房屋建筑面临大型地震不倒塌，相关方面有深入研究的必要性。本文运用系统科学的研究方法，首先树立了提高建筑结构整体性的抗震能力设计理念，接着结合汶川地震中典型的建筑遭受损害的实例，有针对性的根据建筑结构的抗地震倒塌能力，提出了一些建筑结构抗震设计中的改进方法。
二、树立建筑结构抗地震倒塌能力的系统科学理念
一个系统的整体性能决定该复杂系统的功能。系统方法所追求的目标是系统的整体性。建筑结构的系统涉及多个领域。一方面，整体结构的系统功能可决定部分构件功能，不论哪个构件要想在其所处的结构系统中获取应有功能，就不能脱离整体结构。另一方面，任何一个构件一旦脱离整体结构，对整体结构系统的功能发挥产生不小影响。整体结构某些功能也会因缺少某个构件而丧失。
地震具很强破坏性，结构系统中的部分构件都具有各自承载能力。构件破坏的条件是超过其自身承载力。部分构件也可能引发其余构件连续性破坏、造成倒塌，这种现象叫做易损性大的结构系统。在系统理论中，系统鲁棒性是局部构件和其它构件连续破坏不具有因果联系。在合理设计的结构系统中，各结构的构件之间是有关联的，结构系统的整体功能因局部构件缺失引发的损失可降至最低。整个结构系统不会仅由于局部构件的破坏而遭受巨大创伤。
系统整体性能通过鲁棒性反映出来。结构专家围绕建筑结构展开讨论时，也用结构的整体牢固性及整体稳定性来表达。实际上，结构系统整体性叙述角度多样，包括鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性等。在系统方法之中，整体牢固性更符合工程标准的技术术语。为此，结构系统的鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性的定义，必须从科学角度出发，使其更加精准。
鲁棒性描述的是整个结构系统因受局部破坏造成损伤的程度。发生在结构系统中的某些意外、偶然事件能引起局部破坏。整体稳定性更倾向于描述结构系统的损伤过程。广义的稳定性可从结构状态的突变角度来说。结构状态突变中最常提及的一种是压杆分叉的失稳问题。结构系统因受地震灾害影响，会发生稳定、不稳定的变化。完整状态下的结构系统，因局部破坏引起的破损程度越来越严重，最后倒塌了。结构系统倒塌的是一种突变的过程，一般人都很难有所察觉、预测。为预测结构系统的受力状态和性能，结构系统的全部结构构件的变形及承载能力要充分发挥出来。因此，结构系统受损破坏的过程最好是渐进式，多个稳定的工作阶段是破坏过程的组成部分，并且每一个工作阶段都有适宜的损伤机制。要确保在建筑物内部的人员安全撤出，必须让结构系统获得充分时间来应对建筑物开始破坏到最后倒塌的变化。这种渐进式的破坏过程有一个好处，如果地震在破坏过程中突然停止，整个结构系统不会在短时间内持续变化，其破坏过程也随之停止。渐进式破坏模式中包含一种稳定有序的“强柱弱梁”的破坏机制。框架结构最终演变成“强柱弱梁”的破坏机制，这种破坏机制比层屈服机制的抗倒塌能力强。从第一个梁饺出现，直至所有梁端的塑性饺出现，需要很长一段时间才能形成屈服破坏机构。即使由框架结构转化成 “强柱弱梁”的破坏机制，结果同样是倒塌，但时间跨度明显拉长。
三、結构系统的安全储备
在某种条件下，建筑结构整体性在整个结构系统安全中显得至关重要。地震强烈作用之时部分构件损坏，是构件与构件之间产生的强烈非线性的前提。结构系统整体性在局部构件遭轻微损伤、构件与构件之间作用不明显时难以体现其价值。只要各结构构件在一般性荷载作用下，不超过自己的承载能力，建筑结构系统能始终维持成一个整体。增强结构系统的鲁棒性、整体牢固性、整体稳定性，对于深入结构整体的研究具有重要意义。如图1所示，该图表示的是结构系统在水平地震作用下的整体行为，B为宏观屈服点，D为结构系统倒塌前后的临界点。当水平作用停止后，整体结构能够承担自重，并且弹性形变可以在一定程度上得以恢复，所以图中DE曲线没有倒塌，DF曲线结构倒塌。
图1结构的抗测行为
四、提高建筑结构抗地震倒塌能力的对策
1、完善第二阶段抗震设计的对策
加强结构系统整体的安全储备，提高结构系统的以外安全储备，是提高结构系统抗倒塌能力的前提。“大震不倒”的抗震设计理念可有效运用在结构系统的安全储备上。通过加强结构系统的鲁棒性、整体稳定性、整体牢固性能增强结构意外的安全储备。我国现有房屋建筑采用所谓“大震不倒、中震可修、小震不坏”的三水准抗震设防目标。二阶段设计方法能达到这一目标。第一个阶段为实现结构系统的基本安全储备，抗震计算设计是参照小震模式进行的。第二阶段是计算难度较大的抗震设计。在我国的，一般建筑要达到“大震不倒”的目标就要运用一些适当的抗震措施及抗震构造措施。有些抗震措施的可操作性差，为实现“大震不倒”目的，采用第二阶段抗倒塌的设计方法更有效。
2、重视结构体系和选型
确保建筑整体抗震安全的第一道防线是适宜的抗震体系和结构形式。秉承系统科学的理念，结构系统设计、抗震构造措施及抗震计算都能够决定结构整体的抗震能力。结构工程师必须把地震灾害经验总结、分析加以运用，树立结构整体性理念及规范体系。为改善当前构件设计的规范体系，结构工程师要深入加强学习对相关结构体系和选型方面的条文。结构工程师为使结构构件设计的更规范，必须注意整个结构及防御意外灾害的安全性。
3、重视结构系统整体性研究
从系统科学的理念出发，加强结构系统的整体性、鲁棒性、牢固性和稳定性能有效构建结构系统整体性的规范体系。为建立高鲁棒性的结构系统，结构工程师必须运用科学方法，规范组织构件。只有受力层次和规范性稳定有序，才能发挥结构整体的重要作用。结构工程师通过构造柱、圈梁的设计，能加强结构整体性、加大砖墙的承载能力。通过结构系统的相关研究，采用合理的结构构造措施和系统抗震设计，发挥结构构件不同层次之间的相互作用力，一定能提高建筑结构的抗震能力。
五、结语
本文运用系统科学的方法，围绕建筑结构的整体抗震安全、建筑结构系统的安全储备、结构系统在荷载作用下的安全性、结构系统的意外安全储备等方面展开讨论，提出了提高建筑结构抗震倒塌能力的对策，希望能够引起人们对这一问题的进一步关注，能够对建筑结构设计的实际工作发挥借鉴指导作用。
参考文献：
[1] 阿肯江·托呼提，陈汉青.新疆南疆地区传统土坯房屋震害及抗震技术措施[J].工程抗震与加固改造，2008
[2]孙立群.各类工程在唐山地震中的破坏规律和震害特征[J].建筑艺术，2007
[3] 叶列平，程光煜，陆新征，冯鹏，论建筑结构抗震的鲁棒性[J] .建筑结构，2005
[4] GB 50011——2001建筑抗震设计规范[S].