摘要:通過研究既有建筑加固設(shè)計(jì)的優(yōu)化方向和層次分析法的創(chuàng)新進(jìn)展，以建立層次結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮建筑物安全性、造價(jià)、環(huán)境影響和施工工期四個(gè)方面。結(jié)合工程實(shí)例，建立了既有結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方案比選分析模型，利用1～9標(biāo)度法對提出方案的主要因素進(jìn)行比較，構(gòu)建層次判斷矩陣，最終確定最優(yōu)方案，為既有建筑加固方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:既有建筑;加固設(shè)計(jì);層次分析法

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，我國建筑業(yè)也有了飛速發(fā)展。近年來，在新建房屋不斷增加的同時(shí)，對既有結(jié)構(gòu)的維護(hù)和加固也引起了工程界的廣泛重視，這不僅受到已有建筑物原有條件的種種限制，而且這些建筑物往往還存在著各種各樣的問題［1］。條件的復(fù)雜使得加固的方案也就各種各樣，加固改造方案目標(biāo)決策中，往往沒有一個(gè)方案的各方面屬性指標(biāo)均優(yōu)于其他所有的方案［2－3］。工程結(jié)構(gòu)需要加固的原因很多，歸納起來有以下三個(gè)方面［4－6］。1)錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)、低劣的設(shè)計(jì)質(zhì)量、不適當(dāng)?shù)氖褂�、惡劣環(huán)境下的材料老化和偶然的自然侵害，使結(jié)構(gòu)遭受損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可靠性下降。2)由于功能改變，也常常需要對結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行加固，功能改變既可能發(fā)生在使用階段，又可能發(fā)生在施工階段，因業(yè)主的要求，開發(fā)商對建造過程中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能調(diào)整，部分重要結(jié)構(gòu)超期服役。3)建筑物由于遭受各種災(zāi)害的侵襲，如地震、火災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、冰災(zāi)及爆炸等，這些災(zāi)害都會遺留下來大量遭受破壞或損壞的建筑物，需要進(jìn)行加固或修復(fù)，對于具有文物價(jià)值的工程更需要通過加固盡可能地延長其壽命。而在實(shí)際決策過程中，為了提高決策的效率，需要忽略一些次要因素，依靠經(jīng)驗(yàn)來判斷多個(gè)目標(biāo)間的相互影響和重要程度來選擇加固改造方案，這種方法存在盲目性，結(jié)果往往是不合理的。必須運(yùn)用科學(xué)的評級體系對方案做出科學(xué)、合理的綜合效益評價(jià)，將經(jīng)濟(jì)和非經(jīng)濟(jì)性質(zhì)的指標(biāo)綜合在一起進(jìn)行評價(jià)，對照評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用不同方式進(jìn)行論證、綜合分析、決策出最優(yōu)方案［7］。層次分析法(AHP)是一種將定性與定量分析方法相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。這種分析方法的特色是將分析人員的經(jīng)驗(yàn)判斷予以量化，因而對目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況更為實(shí)用。實(shí)踐證明，運(yùn)用層次分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固方案的選擇可以取得很好的效果，在我國逐漸推廣應(yīng)用［8］。

1工程實(shí)例

在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維修、加固設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)的性能得到有效的改善和提高，盡量不損傷原結(jié)構(gòu)，盡可能減少對建筑物使用功能的影響。并保留其有利用價(jià)值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，發(fā)揮原結(jié)構(gòu)的潛力，避免不必要的構(gòu)件拆除或更換，結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)考慮其綜合效益，同時(shí)還應(yīng)考慮施工條件、施工工期、使用要求、加固成本等因素。1.1構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型�，F(xiàn)運(yùn)用層次分析法對此建筑物結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方案A進(jìn)行比選，現(xiàn)以安全性u1、工程造價(jià)u2、對環(huán)境的影響因素u3、施工工期u4為目標(biāo)，進(jìn)一步細(xì)化為10個(gè)子項(xiàng)，分別為強(qiáng)度與變形C1、整體穩(wěn)定性C2、新舊綜合性C3、直接加固費(fèi)用C4、維護(hù)費(fèi)用C5、施工監(jiān)測費(fèi)用C6、施工對周圍環(huán)境的影響C7、對建筑地下管道的影響C8、施工天氣影響C9和施工過程事故影響C10，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。1.2形成判斷矩陣以及單一準(zhǔn)則下被比元素的相對權(quán)重在建立遞階層次結(jié)構(gòu)以后，上下層次之間元素的隸屬關(guān)系就被確定了。AHP所用的是兩兩比較的方法，引入1～9的比例標(biāo)度，意義見表1，并寫成矩陣的形式，即構(gòu)成所謂的兩兩判斷矩陣。運(yùn)用專家打分法并結(jié)合1～9的比例標(biāo)度對各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行打分，每一風(fēng)險(xiǎn)的分值為0～9共10個(gè)等級。其中，0表示不會發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，9表示風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性最大。然后構(gòu)成兩兩判斷矩陣。通過專家打分的方法，可以得出u1－c、u2－c、u3－c、u4－c的一致性分析，其中:1)u1－c一致性分析:W=［0.179，0.153，0.082，0.074，0.098，0.0356，0.142，0.044，0.146，0.045］T，λmax=11.09C．I．=0.121，C．Ｒ．=0.08＜0.1，故一致性檢驗(yàn)符合要求。2)u2－c一致性分析:W=［1.208，2.305，0.48，1.632，1.073，0.48，1.934，0.35，1.14，0.3698］T，λmax=10.53C．I．=0.059，C．Ｒ．=0.04＜0.1，故一致性檢驗(yàn)符合要求。3)u3－c一致性分析:W=［0.792，1.059，0.672，0.650，0.569，0.404，2.559，1.264，2.0065，1.034］T，λmax=10.809C．I．=0.090，C．Ｒ．=0.06＜0.1，故一致性檢驗(yàn)符合要求。4)u4－c一致性分析:W=［1.184，0.903，0.714，0.608，0.435，0.505，1.0945，1.338，2.328，1.911］，λmax=10.876C．I．=0.097，C．Ｒ．=0.065＜0.1，故一致性檢驗(yàn)符合要求。1.3各風(fēng)險(xiǎn)因素總排序風(fēng)險(xiǎn)事件C1～C10發(fā)生概率從大到小排列為:C7＞C2＞C9＞C1＞C4＞C5＞C3＞C10＞C8＞C6。施工對周圍環(huán)境的影響風(fēng)險(xiǎn)對結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方案影響最大，其次是整體穩(wěn)定性，然后是施工天氣影響，風(fēng)險(xiǎn)最小的是施工監(jiān)測費(fèi)用。1.4對計(jì)算結(jié)果的評價(jià)采用層次分析法對建筑物加固方案進(jìn)行優(yōu)化選擇，取得了較滿意的結(jié)果。主要考慮施工對周圍環(huán)境的影響，這既會影響到施工工期，也會影響到工程造價(jià)，針對現(xiàn)場的施工環(huán)境，采用不同的加固方法，對安全性的要求也是不一樣的。這種方法綜合考慮了加固工程中各個(gè)因素對加固方案的綜合效益的影響，克服了以往只考慮主要定量因素使方案評定不合理的特點(diǎn)。通過運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造對建筑物加固有影響的各級因素之間的遞階層次結(jié)構(gòu)關(guān)系圖，確定各影響因素的權(quán)重值，最后建立建筑結(jié)構(gòu)加固方案模糊優(yōu)化模型。

2結(jié)語

運(yùn)用層次分析法對建筑結(jié)構(gòu)的加固方案進(jìn)行比選，為既有工程加固方法的選擇提供了理論參考，擴(kuò)充了層次分析法的應(yīng)用范圍。隨著工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，評判的標(biāo)準(zhǔn)會有所改變，層次分析法的內(nèi)容也必須進(jìn)行必要的改進(jìn)，通過運(yùn)用科學(xué)的評判方法不僅有助于決策的科學(xué)合理，還可以推動技術(shù)的進(jìn)步。目前對于既有建筑物加固方案優(yōu)化問題，沒有完整的理論著述，需要從理論上進(jìn)行針對性的系統(tǒng)研究，從工程上進(jìn)行大量的實(shí)踐，驗(yàn)證理論研究的可行性。通過工程實(shí)踐驗(yàn)證將模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化理論應(yīng)用于既有建筑加固工程的合理性和有效性，直接或間接為加固方案優(yōu)化的理論研究及設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。但是，其在既有建筑加固工程領(lǐng)域的應(yīng)用還不多，值得推廣，應(yīng)通過建立更加完善的優(yōu)化模型，結(jié)合計(jì)算智能技術(shù)，使既有建筑加固方案優(yōu)化走上智能化的道路。

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