摘要:通过研究既有建筑加固设计的优化方向和层次分析法的创新进展，以建立层次结构模型的基础上，综合考虑建筑物安全性、造价、环境影响和施工工期四个方面。结合工程实例，建立了既有结构加固设计方案比选分析模型，利用1～9标度法对提出方案的主要因素进行比较，构建层次判断矩阵，最终确定最优方案，为既有建筑加固方案优化设计提供理论依据。
关键词:既有建筑;加固设计;层次分析法
随着经济建设的迅猛发展，我国建筑业也有了飞速发展。近年来，在新建房屋不断增加的同时，对既有结构的维护和加固也引起了工程界的广泛重视，这不仅受到已有建筑物原有条件的种种限制，而且这些建筑物往往还存在着各种各样的问题［1］。条件的复杂使得加固的方案也就各种各样，加固改造方案目标决策中，往往没有一个方案的各方面属性指标均优于其他所有的方案［2－3］。工程结构需要加固的原因很多，归纳起来有以下三个方面［4－6］。1)错误的设计、低劣的设计质量、不适当的使用、恶劣环境下的材料老化和偶然的自然侵害，使结构遭受损伤，导致结构可靠性下降。2)由于功能改变，也常常需要对结构可靠性进行加固，功能改变既可能发生在使用阶段，又可能发生在施工阶段，因业主的要求，开发商对建造过程中的结构进行功能调整，部分重要结构超期服役。3)建筑物由于遭受各种灾害的侵袭，如地震、火灾、水灾、风灾、冰灾及爆炸等，这些灾害都会遗留下来大量遭受破坏或损坏的建筑物，需要进行加固或修复，对于具有文物价值的工程更需要通过加固尽可能地延长其寿命。而在实际决策过程中，为了提高决策的效率，需要忽略一些次要因素，依靠经验来判断多个目标间的相互影响和重要程度来选择加固改造方案，这种方法存在盲目性，结果往往是不合理的。必须运用科学的评级体系对方案做出科学、合理的综合效益评价，将经济和非经济性质的指标综合在一起进行评价，对照评价标准，采用不同方式进行论证、综合分析、决策出最优方案［7］。层次分析法(AHP)是一种将定性与定量分析方法相结合的多目标决策分析方法。这种分析方法的特色是将分析人员的经验判断予以量化，因而对目标结构复杂且缺乏必要数据的情况更为实用。实践证明，运用层次分析法进行结构加固方案的选择可以取得很好的效果，在我国逐渐推广应用［8］。
1工程实例
在现有结构的维修、加固设计中，首先应保证原有结构的性能得到有效的改善和提高，尽量不损伤原结构，尽可能减少对建筑物使用功能的影响。并保留其有利用价值的结构构件，发挥原结构的潜力，避免不必要的构件拆除或更换，结构的加固应考虑其综合效益，同时还应考虑施工条件、施工工期、使用要求、加固成本等因素。1.1构建层次结构模型。现运用层次分析法对此建筑物结构加固设计方案A进行比选，现以安全性u1、工程造价u2、对环境的影响因素u3、施工工期u4为目标，进一步细化为10个子项，分别为强度与变形C1、整体稳定性C2、新旧综合性C3、直接加固费用C4、维护费用C5、施工监测费用C6、施工对周围环境的影响C7、对建筑地下管道的影响C8、施工天气影响C9和施工过程事故影响C10，构建层次结构模型。1.2形成判断矩阵以及单一准则下被比元素的相对权重在建立递阶层次结构以后，上下层次之间元素的隶属关系就被确定了。AHP所用的是两两比较的方法，引入1～9的比例标度，意义见表1，并写成矩阵的形式，即构成所谓的两两判断矩阵。运用专家打分法并结合1～9的比例标度对各类风险进行打分，每一风险的分值为0～9共10个等级。其中，0表示不会发生风险，9表示风险发生的可能性最大。然后构成两两判断矩阵。通过专家打分的方法，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，故一致性检验符合要求。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，故一致性检验符合要求。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，故一致性检验符合要求。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，故一致性检验符合要求。1.3各风险因素总排序风险事件C1～C10发生概率从大到小排列为:C7＞C2＞C9＞C1＞C4＞C5＞C3＞C10＞C8＞C6。施工对周围环境的影响风险对结构加固设计方案影响最大，其次是整体稳定性，然后是施工天气影响，风险最小的是施工监测费用。1.4对计算结果的评价采用层次分析法对建筑物加固方案进行优化选择，取得了较满意的结果。主要考虑施工对周围环境的影响，这既会影响到施工工期，也会影响到工程造价，针对现场的施工环境，采用不同的加固方法，对安全性的要求也是不一样的。这种方法综合考虑了加固工程中各个因素对加固方案的综合效益的影响，克服了以往只考虑主要定量因素使方案评定不合理的特点。通过运用数学模型，构造对建筑物加固有影响的各级因素之间的递阶层次结构关系图，确定各影响因素的权重值，最后建立建筑结构加固方案模糊优化模型。
2结语
运用层次分析法对建筑结构的加固方案进行比选，为既有工程加固方法的选择提供了理论参考，扩充了层次分析法的应用范围。随着工程技术的不断进步，评判的标准会有所改变，层次分析法的内容也必须进行必要的改进，通过运用科学的评判方法不仅有助于决策的科学合理，还可以推动技术的进步。目前对于既有建筑物加固方案优化问题，没有完整的理论著述，需要从理论上进行针对性的系统研究，从工程上进行大量的实践，验证理论研究的可行性。通过工程实践验证将模糊数学优化理论应用于既有建筑加固工程的合理性和有效性，直接或间接为加固方案优化的理论研究及设计工作提供依据。但是，其在既有建筑加固工程领域的应用还不多，值得推广，应通过建立更加完善的优化模型，结合计算智能技术，使既有建筑加固方案优化走上智能化的道路。
参考文献:
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