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0，结构可靠性满足要求，不需要加固；当Z<0，结构可靠性不满足要求，需要加固；当Z=0，结构处于临界状态或极限状态，处于加固的临界状态；17
西安建筑科技大学硕士学位论文由上可知，当Z<0时，建筑结构需要加固，因此采取如下三种方式：①直接加固法：保持S不变，R增大；②间接加固法：保持R不变，S减小；③综合加固法：使R增大，S减小。直接加固法即通过某种方式提供建筑结构的承载力等，一般有加大截面加固法、粘钢加固法、外包角钢加固法、粘贴碳纤维加固法，置换混凝土加固法、粘筋加固法等；间接加固法即同时某种措施改变结构传力路径，减少结构荷载效应，从而间接提高了结构的安全性能，一般有预应力加固法、增设支撑加固法、增设剪力墙加固法等；综合加固法则是直接加固法和间接加固法的综合使用，也就是针对建筑结构现状不同构件不同位置进行针对性加固。以下介绍工程中常见的加固方法。2.2.1直接加固法（1）增大截面法1）简介。增大截面法（又称外包混凝土法），它是以提高结构构件的刚度和承载力目的，在构件外围增大配筋和截面面积，如图2.2所示。图2.2增大截面加固法2）特点。施工周期长；加固后结构自重增大；加固后易引起结构薄弱层；应用范围广，施工技术成熟，工艺简单；加固后使用空间变小，外观也随之改变；现场湿作业工作量大，对周围环境影响较大；施工质量有保证，加固效果好，后期几乎不需要维护；新旧部分之间存在应力滞后现象，新加部分应力应变总是滞后于原有结构；18
西安建筑科技大学硕士学位论文3）适用性。该法主要用于受弯构件、受压构件、压弯构件的加固，如梁、板、柱、剪力墙、基础等。（2）粘贴钢板加固法1）简介。粘钢加固法即采用某种建筑结构胶（胶黏剂）把一定规格尺寸的钢板粘贴到结构构件需要加固的部位，从而提高结构的整体承载力，如图2.3所示。采用该法一方面间接提高了配筋率，改善了原结构构件配筋率不足的问题；一方面由于结构构件表面大面积被钢板覆盖，有效限制了裂缝的进一步发展或阻止了裂缝出现，结构整体性提高。图2.3粘贴钢板加固法2）特点。施工工艺简单，仅仅对被加固构件表面进行打磨处理，然后通过胶黏剂将钢板黏贴到梁、柱等构件表面即可；施工场地和空间要求简单，较小场地即可完成加固作业；一般用2-6mm钢板进行加固，加固后结构外观影响不大，自重增加较小；施工进度较快，工期较短，成本较低，加固效果明显，加固后结构承载力提高较多；因所用材料为胶黏剂和钢板，耐久性较差，环境要求高，一般需温度不高于60℃，湿度不大于70%，无腐蚀现象；灵活多样，适应性强，粘贴钢板的方案多样，结构类型和形式不受限制，能解决大部分的结构补强的问题，对结构抗震性能也有提高[47]；加固施工处理构件表面时有一定噪声和粉尘污染。3）适用性。适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、板、柱结构；受弯、大偏心受压和受拉构件的加固；不宜用于素混凝土构件加固。4）说明。该法所用胶黏剂主要为环氧树脂；加固完成后需进行表面防锈处理；对于梁构件，因其常常为底部受拉，因此一般在梁底粘贴钢板，这就要求梁构件本身完整性较好（裂缝无妨），混凝土强度一般不得小于15MPa，并且要求梁端19
西安建筑科技大学硕士学位论文部抗剪强度较高。工法：表面处理——刷结构胶——粘贴——加压——固化——保护（3）粘贴碳纤维加固法1）简介。粘贴碳纤维加固即采用特定的建筑结构胶黏剂将纤维织物粘贴到梁、柱等构件表面，与构件本身形成一体共同工作，从而提高构件的整体承载力。纤维织物一般采用碳纤维居多，芳纶纤维和玻璃纤维也较多使用，主要是依赖纤维本身的很高抗拉强度来提高结构的承载力。该技术在上世纪90年达末期开始在我国推广，到目前为止已有将近20年历史。如图2.4所示。图2.4粘贴碳纤维加固法2）特点。施工简单，快捷，现场无湿作业，加固后结构构件截面基本不变，自重几乎不增加；纤维材料强度高。纤维材料的抗拉强度一般为钢筋抗拉强度的十几倍，弹性模量也比钢筋高；灵活度高。可广泛应用多种结构构架各种部位的加固；原构件表面需进行打磨处理，由此会产生一定的噪声和粉尘污染；纤维材料属于脆性材料，冲击韧性和剪贴强度均较低，耐火性和耐高温性能较差，需进行防火处理。3）适用性。该法广泛用于结构梁、板、柱及一些特殊构件的加固；不适用于素混凝土构件的加固。（4）外包角钢加固法1）简介。外包角钢加固即通过缀板、缀条或角钢等把角钢固定到梁、柱等构件的四角，提高梁、柱构件的承载力，从而达到加固的效果。外包角钢分为干式外包加固和湿式外包加固两种，干式外包加固是外包角钢和构件之间无粘结，两者分别受力，整体工作性能不能保证；湿式外包加固即外包角钢和构件之间通过20
西安建筑科技大学硕士学位论文环氧树脂、乳胶水泥等粘结在一起，可保证共同受力整体工作；两种加固方法相比而言，湿式受力性能更好，提高承载力效果更明显，而干式施工简单。如图2.5所示。2）特点：加固后截面尺寸增大很少，但承载力大幅提高；施工速度快，不需要模板；受环境影响大，加固费用较高；加固材料需进行防腐处理。图2.5外包角钢加固法3）适用性。该法适用于需大幅度提高承载力同时截面不允许过分增大的梁、柱等构件的加固。2.2.2间接加固法（1）增设支撑加固法图2.6增设支点加固法1）简介。增设支撑加固即通过设置弹性支撑或刚性支撑等来减少结构构件的跨度或挠度，从而保证结构的安全性能，并且间接提高了结构的承载力。在此选21
西安建筑科技大学硕士学位论文用支撑时应尽量选用带有预加应力的支撑，预加应力的大小应以使构件端部钢筋不加密和构件表面不出现裂缝为原则，同时支撑选用材料应根据周围环境具体确定。具体如图2.6所示：2）特点。施工简便，进度较快，成本低廉；占用建筑空间3）适用性。在大多数场合均可使用，特别应用于抢险救灾工程。（2）增设剪力墙加固法1）简介。增大截面加固法即在结构的某些位置增设一定数量的剪力墙，使原来的框架结构变为框架剪力墙结构，从而使结构更好的抵抗地震作用，增强结构的抗震性能。运用该法进行加固时务必注意建立墙的布置位置的选择和剪力墙与原有结构的连接方式。该法可以显著提高结构的侧向刚度，减小结构的侧向位移，在很大程度上增加结构的抗震性能。具体如图2.7所示：图2.7增设剪力墙加固法2）特点。可避免对梁柱进行普遍加固；一定程度上占用建筑空间。3）适用性。适用于较低层数框架结构的加固2.3加固方案选择时注意问题在此从技术层面和决策层面简要分析加固方案选择时应考虑和注意的问题。（1）技术层面第一，在改造中确定加固方案时要么偏重提供结构的承载能力，要么偏重于增大结构的抗变形能力，当然两者兼顾更好，同时也可以通过改变结构传力体系来达到加固的目的；第二，经过加固的结构可归为二次组合结构，一方面因为新加部分总是晚于原结构构件受力，存在应力应变滞后现象，当原有部分达到应力22
西安建筑科技大学硕士学位论文应变极限时新加部分还未充分发挥其作用；另一方面加固结构新旧结合面受力比较复杂，通常会发生沿新旧结合面的剪贴破坏；相关文献[48]和[49]研究表明，卸荷能显著提高加固后结构的承载能力，明显改善原有结构和新加结构之间的应力应变协调性，因此在加固之间应采用卸荷措施；第三，进行改造加固时须考虑与抗震设防相结合的原则，要保证加固后的结构传力明确、刚度分布均匀、无薄弱层等，同时要具备抵抗相应等级地震的能力。（2）决策层面首先，当业主在选择加固方案时应综合考虑加固成本、施工工期、对周围环境的影响、加固效果、技术可靠、施工安全、施工难易程度等因素；然后，选择加固方案时应在保证加固要求和效果的前提下尽可能选择技术先进、工艺成熟的新方法，如最近几年兴起的复合材料等，如此一来可提高该建筑的区域影响力和知名度等。一个优秀的加固方案不但要在性价比，性能比上下功夫，还要体现其工艺技术的先进性和科学性[50]。2.4结构加固的基本原理2.4.1加固结构的受力性能加固结构受力性能与一般未经加固的普通结构有较大差异[51,52,53,54]。第一，结构在原设计荷载（一次受力）作用下已经发生相应的应变变形，结构经过加固以后则属于二次受力，即结构在不移除或者部分移除原荷载的情况下进行加固，加固时新增加部分（部位）一般不会立即受力，而是在新的荷载（二次荷载）施加以后才开始受力；然而，加固时新增加的部分（部位）在二次荷载作用下，其应力和应变情况总是滞后于原始结构构件；当结构发生破坏时，一般情况下原始结构构件可能已经达到应力应变极限，而新增加的部分（部位）还没有达到应力应变极限，从而出现新增加的部分（部位）不能充分发挥其潜在能力。第二，经过加固后的结构属于原始结构构件和新结构构件的二次组合结构，则存在原始结构构件和新结构构件的协同工作问题；协同工作的关键是看结构新旧结合面能否有效地传递剪力等，反应到设计和施工层面就是看结合面的构造和施工做法是否合适，当然很明显的是二次组合结构的传力性能明显比不上一次整体浇筑结构，所以，结构加固后承载能力弱于一次性整浇结构。综合所述，不能采用一般结构的相关理论进行设计，而应该采用适用于二次组合结构的相关加固设计理论。23
西安建筑科技大学硕士学位论文2.4.2加固结构协同工作被加固结构承受荷载以后，处于破坏的极限状态时，新旧结合面可能承受拉力、压力、剪力等复杂的应力状态，若新旧结合面能有效的传递这些力，则加固后结构的新旧部分就能就能很好地协同工作。在此务必要明确，结合面处所传递压力一般不会引起加固后结构出现较大问题，主要是当新旧结合面传递拉力和剪力时，由于新旧结合面粘结性能较差，离散程度较高，往往导致结合面的抗拉性能和抗剪性能不足而不能有效地传递剪力和拉力，有时甚至远远达不到传递受拉和受剪承载力的要求[55-57]。同时又知道，混凝土的抗拉强度较低，在设计中一般很少考虑，因此在此主要研究加固后结构结合面的剪力传递。新旧结合面作为加固后结构的薄弱部位，该部位能否有效工作，主要是看其能否顺利传递剪应力。为了深入研究新旧结合面的剪力传递情况，中国建筑科学研究院专门进行了粘结对比试验，试验结果表明，新旧结合面的粘结抗剪强度只相当于一次整体浇筑混凝土粘结抗剪强度的15%～20%[58]。人们一般通过在新旧结合面处设置贯通的剪切摩擦钢筋来提高其粘结抗剪强度。根据中国建筑科学研究院的试验研究，结合面粘结抗剪可按下式进行验算[58,59]：f0.56f（2-3）vsvy其中：——结合面剪应力设计值；f——剪力摩擦筋抗拉强度设计值；y——横贯结合面的剪力摩擦配筋率ρsv=Asv/bs；svs——箍筋间距；b——截面宽度；Asv——配置同一截面内箍筋各肢的全截面面积；f——结合面混凝土抗剪强度设计值，按照下表2.2取用：v表2.2混凝土粘结抗剪强度（N/mm2）强度等级C10C15C20C25C30C35C40C45C50C60标准值0.250.320.390.440.500.540.580.620.660.73粘结抗剪设计值0.190.240.290.330.370.400.430.460.490.54试验结果显示，当柱承受轴心压力时，试验过程中，明显可以看到加固后结24
西安建筑科技大学硕士学位论文构的新旧结合面往往最先出现裂缝，裂缝的进一步发展导致结构从结合面分离从而独自受荷载，结构的整体刚度因此降低；综上所述，加固后的组合柱截面破坏应力低于一次浇筑整截面柱。在此一般采用合适的技术处理结合面或选用相应强度的混凝土等方式来提升新旧结合面的混凝土粘结抗剪强度。在施工时需要铲除老混凝土表面的浮浆，当老混凝土质量本身高时，可以将结合面进行粗糙化处理，粗骨料尽可能地裸露；对于表面严重风化、混凝土严重变质时，这时应彻底清除已风化和变质严重的混凝土。同时，也可以在新旧结合面上涂刷一层胶黏剂来提高其粘结抗剪强度，常见的胶黏剂有108胶、水泥净浆和铝粉水泥净浆等。加固时所用的混凝土强度等级应比原结构混凝土强度等级高一级，并且不能小于C20；当原结构混凝土强度等级本身较高时，这时加固时所新浇筑混凝土强度等级至少不能比原结构低。2.4.3计算分析的基本假定结构经过加固以后其承载能力不是新旧两部分结构承载能力简单叠加之和，而往往与原始结构的变形性能有很大关联，同时与新结构和旧结构的应力应变情况有很大关系。为了从理论上分析计算加固结构的承载力，对混凝土加固结构计算做如下假定[39,61,62]：（1）平截面假定分析大量国内外学者的实验研究成果可知，混凝土梁经过加固以后，在荷载开始施加到构件达到极限状态发生破坏的整个过程中，梁截面的应力应变状态总体上能较好的符合平截面假定。当混凝土构件截面受压时，平截面假定非常适用；当混凝土构件截面受拉时，随着受拉区的一步步发展，裂缝逐渐出现，紧接着混凝土和钢筋之间的粘结渐渐破坏最后脱离，最终导致相互滑移；所以裂缝存在处，平截面假定是不太适用的。但是，当所选区段较长，该区段分布好几条裂缝时，该区段的平均应力应变总体上符合平截面假定。更进一步研究表明，梁达到极限状态发生破坏，这时纵向受拉钢筋屈服和混凝土压碎破坏是发生在一定区段的，因而采用截面平截面假定是非常合适的。（2）混凝土抗拉强度不计众所周知，钢筋混凝土结构钢筋主要受拉，混凝土主要受压；进一步了解混凝土的性能特征知，混凝土抗压强度仅为其抗拉强度的1/10；对于结构加固来说，我们明显知道混凝土的抗拉强度相比与混凝土的抗压强度和加固材料的抗拉强度25
西安建筑科技大学硕士学位论文来说其值非常小。另外，当截面出现裂缝发生破坏时，混凝土的受拉区域这时已经基本不参与工作，仅中和轴附近很小区域混凝土受压且力矩又很小。综上所述，在加固设计时为了方便计算，在此忽略混凝土的抗拉强度，而仅仅考虑钢筋的抗拉强度和加固材料的抗拉性能；事实证明该假定是符合工程实际要求的。2.4.4材料本构关系材料的本构关系主要反映的是材料的性质，简而言之就是材料的应力-应变关系，每种材料都有其特有的本构关系。（1）钢筋本构关系钢筋的本构关系采用理想的弹塑性应力—应变模型。在钢筋屈服以前，钢筋应力和应变成正比，在钢筋屈服以后，钢筋应力保持不变，取钢筋极限应变为0.01。应力—应变关系用下式表示[63]：当时，syE（2-4）sss当0.01时，ysf（2-5）sy式中：——钢筋应力；s——钢筋应变；sf——钢筋屈服强度；y——钢筋屈服应变；yE——钢筋弹性模量。s如下图2.8显示钢筋的应力—应变关系：图2.8钢筋本构关系图2.9混凝土本构关系26
西安建筑科技大学硕士学位论文（2）钢板采用和钢筋一样的本构关系；（3）混凝土本构关系混凝土的应力—应变曲线为抛物线和水平线的组合，如图2.9所示。应力—应变关系式用如下方程表示[63]。上升段：02f2（2-6）c00当时，0uf（2-7）c式中：——相应于峰值应力时的应变；0.002；00——极限压应变。0.0033。uu（4）碳纤维本构关系：碳纤维在弹性范围内可作为弹性材料，在本文中其本构关系采用如下形式，如图2.10所示：当时，cfcfE（2-8）cfcfcf式中：——碳纤维布允许拉应变限值；cff——碳纤维布拉应力限值；cfuE——碳纤维布弹性模量。cf图2.10碳纤维本构关系27
西安建筑科技大学硕士学位论文2.5结构构件加固设计由于后文加固方案详细设计的需要，在此主要对碳纤维加固柱设计和粘贴钢板加固梁设计进行介绍。2.5.1碳纤维加固柱结构构件设计（1）轴心受压柱加固设计轴心受压柱一般采用环向围束加固方式，即沿全长无间隔地环向连续粘贴纤维织物。截面承载力按如下公式进行计算：""N0.9fco4lAcorfAyoyo（2-9）0.5kpE（2-10）lccfffo式中：N——加固后轴向压力设计值(N);k2f——原构件混凝土轴心抗压强度设计值(N/mm);co2——有效约束应力(N/mm);l2A——环向围束内混凝土面积(mm);cor——混凝土强度系数；当混凝强度等级不大于C50时，=1.0；cc当混凝强度等级为C80时，=0.8；期间按线性内插法确定;ck——环向围束的有效约束系数;c——环向围束体积比;f2E——纤维复合材的弹性模量(N/mm);f——纤维复合材的有效拉应变设计值；重要构件取=0.0035；fofo一般构件取=0.0045。fo（2）框架柱斜截面加固计算当采用纤维复合材的条带对钢筋混凝土框架柱进行受剪加固时，应粘贴成环形箍，且纤维方向应与柱的纵轴线垂直。框架柱斜截面受剪承载力按如下公式计算：VVV（2-11）cocfV=fAhs/（2-12）cfvctff28
西安建筑科技大学硕士学位论文A2nbt（2-13）ffff式中：V——构件加固前剪力设计值（kN）V——加固前原构件斜截面受剪承载力（kN），按现行《混凝土结构设计规co范》计算；V——粘贴纤维复合材料加固后，对柱斜截面承载力的提高值（kN）；cfV——与纤维复合材受力条件有关的抗剪强度折减系数，按下表2.3采用；vcf——受剪加固采用的纤维复合材抗拉强度设计值；tA——配置在同一截面处纤维复合材环形箍的全截面面积（mm2）fn——纤维复合材环形箍的层数；fb、t——纤维复合材环形箍的宽度和每层厚度（mm）；ffh——柱截面高度（mm）；表2.3抗剪强度折减系数值vc轴压比0.10.30.50.70.9受力均布荷载或c30.950.840.720.620.51条件10.900.720.540.340.16c（3）大偏心受压柱加固计算采用纤维复合材加固大偏心受压柱时，应将纤维复合材粘贴于构件受拉区边缘混凝土表面，且纤维方向应与柱的纵向轴线反向一致。矩形截面大偏心受压柱正截面承载力按如下公式计算：""NfbxfAfAfA（2-14）1coyosoyosoffx"""Nefbxh()fAh(a)fA（2-15）1co0yosooff2heea（2-16）i2eee（2-17）i0a29
西安建筑科技大学硕士学位论文2.5.2粘钢加固法加固梁结构构件设计（1）粘钢法加固梁正截面受弯承载力计算在矩形截面梁的受拉面和受压面粘贴钢板进行加固时，其正截面承载力计算公式如下：x"""""Mfbxh()fAh(a)fAhfAhh()（2-18）1co0yoso0spspyoso02""""""fbxfAfAfAfA（2-19）1cospspspyosoyosospsp0.8cuhx/cusp.0=（2-20）spf/Espsp"M——构件加固后弯矩设计值(kNx2a·m)；（2-21）式中："2、——加固钢板的抗拉、抗压强度设计值(N/mm)；"2A、A——受拉钢板和受压钢板的截面面积(mm)；spsp"当梁受压面没有粘贴钢板（即sp——考虑二次受力影响时，受拉钢板抗拉强度有可能达不到设计值而A=0），可根据式（4-18）计算出混凝土受压sp引用的折减系数；当1.0时，取=1.0；区高度x，按式（4-20）计算出强度折减系数sp，然后代入式（sp4-19），求出受拉sp面应粘贴的加固钢板量A。sp（2）粘钢法加固梁斜截面受剪承载力计算受弯梁斜截面受剪承载力不足时，应采用胶粘的箍板进行加固，箍板宜设计成加锚封闭箍、胶锚U型箍或钢板锚U型箍的构造方式，当受力很小时，也可采用一般的U型箍。箍板应垂直于构件轴线方向粘贴；不得采用斜向粘贴。受弯梁加固后斜截面承载力按下式进行计算：当h/b4时wV0.25fbh（2-22）cco0当h/b6时wV0.20fbh（2-23）cco0式中：V—构件斜截面加固后的剪力设计值；—混凝土强度影响系数；c30
西安建筑科技大学硕士学位论文2.6PKPM软件中鉴定加固模块（JDJG）PKPM是由中国建筑科学研究院推出涵盖结构设计各个方面的结构系列软件。该软件历经20多年的发展，用户数量已达数万家，现已成为国内最具影响力的结构设计软件并广受用户喜欢。就目前来看PKPM以成为结构设计方面的行业标准，是广大设计工作者进行结构设计的有力武器。其中的SATWE软件更是广受设计者青睐，凭借其强大的后处理功能，现已成为国内设计者进行结构分析和结构设计必不可少的工具。PKPM在近几年强力推出了建筑结构鉴定加固模块（JDJG），JDJG相比于其他软件的新功能：①可以进行鉴定加固标准的选择；②可以输入整体影响系数和局部影响系数；③可以输入现场实测的混凝土强度等级和钢筋强度等级；④可以输入梁柱实配钢筋；⑤可以输入加固类型与加固尺寸。上述新增功能都是在其他结构计算软件中没有或很难操作的，这极大增强了加固计算的严谨性与便捷性[64]。2.7本章小节本章通过对钢筋混凝土结构改造加固工程的工程特点和加固施工程序的深入分析，明确了改造加固施工过程中重点控制的问题；系统分析了常用加固方法的特征和适用性，为结构在改造施工中加固方法的选用提供了有力参考；探讨了加固结构的受力性能和协同工作原理，为加固后结构的抗震性能分析奠定了理论基础；介绍了PKPM软件中鉴定加固模块（JDJG），主要应用于结构的检测鉴定、加固方案详细设计和加固效果分析；研究总结了加固设计规范中碳纤维加固柱、粘钢加固梁的设计方法，为利用JDJG模块进行加固方案设计提供参考；31
西安建筑科技大学硕士学位论文3钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型构建建筑物加固方案的选择十分重要，对加固质量和加固效果影响巨大。加固方案的选择受资金投入、施工难易程度、施工周期长短等因素的影响[65,66]。本章在遵循方案优选工作客观性、可比性、系统性等原则的前提下，首先在收集相关资料和数据的基础上，通过重要性指数和变异系数等数学方法和德尔菲法建立了加固方案优选指标体系；然后借助MA-OWA算子建立起加固方案优选指标的权重计算模型；最后基于改进的TOPSIS法建立起加固方案优选模型；旨在为选择切实可行的加固方案提供一套完善的体系。3.1加固方案优选模型的内涵3.1.1加固方案优选模型的内容钢筋混凝土结构改造施工中的加固方案优选，是依据科学的方法，按照一定的程序，对所备选的加固方案进行优劣排序，从而最终优选出最合理的加固方案。加固方案优选应用在结构加固前的加固方案选择阶段，综合考虑定性和定量因素并进行进行加固方案优选选择。众所周知，确定某一事物通常要考虑多方面的因素或指标，因此，必须综合考虑多种因素，然后最终确定加固方案。钢筋混凝土结构改造中的加固方案优选模型内容包括以下内容（如图3.1所示）：图3.1加固方案优选模型内容32
西安建筑科技大学硕士学位论文3.1.2加固方案优选模型构建条件钢筋混凝土结构加固方案优选的目的是选择最优的加固方案，将备选加固方案作为优选对象，按照方案优选的特定程序，对加固方案选择时考虑的影响因素进行识别和分析，然后建立模型综合考虑，最总确定最优加固方案。（1）考虑到钢筋混凝土结构加固方案优选时考虑因素的多变性、随机性、复杂性，以及国内外关于方案优选的研究现状，对钢筋混凝土结构加固方案优选做如下设定：比选指标精简化和可量化。钢筋混凝土结构加固方案优选时考虑的因素是方方面面的，本文旨在简化加固方案优选指标，减轻次要因素对加固方案选择的影响。简化优选指标并不意味着忽略次要因素的影响，而是遵循加固方案指标体系标准化、本质化的原则，恰当地分析识别出主要的加固方案优选因素。（2）优选模型的适用性。本文在建立钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型时，重点考虑的不是不优选模型的创新性和独特性，而是旨在建立一个简单实用且操作性强的模型，从而降低加固方案优选过程中的不确定性和模糊性[67]。根据以上原则建立的固方案优选模型，旨在指导业主选择一种最优的加固方案，从而最大程度的满足业主所要求的加固后效果。（3）优选系统的整体性。钢筋混凝土结构改造加固包括很多流程，同时也形成了很多子系统，如果按照子系统来分别考虑，那么加固方案优选工作将显得非常复杂。本文将钢筋混凝土结构加固方案优选作为一个整体进行考虑，简化了加固方案优选工作，同时也达到了真实反映系统特性的目的。3.2加固方案优选指标体系的构建为了更好地选择出最优的加固方案，在此建立一套科学地、系统地加固方案优选指标体系。3.2.1指标体系的构建原则（1）系统性。建立加固方案优选指标体系目的是为了给加固方案优选提供依据，而指标体系选择的质量直接影响后续加固方案优选的正确性和准确性。评价指标体系由若干个单项评价指标组成，它应当包括进行加固方案优选时所应考虑的一切方面，并且对定性问题也应指标化处理，以保证后续方案优选不出现片面性。（2）科学性。必须建立含义清楚、概念明确的加固方案优选体系，也就是所33
西安建筑科技大学硕士学位论文建立的指标体系要能全方位地反应整个加固方案优选的全过程，同时要使优选的结果可信并且有效。所以建立指标体系不能靠个人主观臆断来确定，要在总结前人研究的基础上，参考权威专家的经验和意见后建立加固方案优选指标体系。（3）主次性。针对某一具体的钢筋混凝土结构改造加固项目的加固方案优选，不同的优选指标有不同的侧重和特定涵义，对不同项目起到的影响也不同；选择最贴近工程本身的优选指标，使优选指标富有代表性。与此同时，要抓住具体工程的关键因素，要分清主次，必要时按照贡献程度来进行取舍，本文的主次性主要通过赋予各个指标的权重来体现。（4）独立性。加固工程加固方案优选涉及的面很广，在建立优选指标体系时，指标之间可能存在一定的相关性，但指标的相关性不宜太大，否则会出现指标间的重复优选现象，从而增加方案优选的难度，这是专家的意见也会重复出现，最终影响方案优选结果的准确性。因此，为了最大程度地避免上述问题出现，务必要保证各优选指标的独立性，为科学、合理、简便地进行加固方案优选创造先决条件。（5）定性与定量相结合。钢筋混凝土结构改造加固方案优选总体来说比较复杂，在建立指标体系时，难以实现所有优选指标的量化，在建立的指标体系中肯定会含有部分定性指标，而不能过分的依靠定性指标的定性化去判断，而应该尽可能地把定性指标进行量化处理，从而增加指标的准确性和可靠性。因此，在建立加固方案优选指标体系时应当遵循定性与定量性结合的原则[68]。（6）针对性。一般而言，不同类型的项目其优选指标体系也不同，尽管如此，相似性也不可避免。但是，不同的项目有其独有的特点，各自在细节方面也存在很大差异，因此，在建立优选指标体系时，应该针对具体项目具体分析[68]。（7）优选指标必须与国家的方针、政策、法令的要求相一致[69]。3.2.2指标体系的构建构建加固方案优选指标体系应严格围绕钢筋混凝土结构加固方案优选的目的，遵循上文陈述的指标体系构建原则，选择科学性、系统性和层次性的加固方案优选指标。分析已有的结构改造加固工程案例可知，结构改造加固时对周围环境影响较大，施工操作难度也较大，施工周期也难以准确把握，进行结构改造加固方案选择时定量指标较少，定性指标又较难定量化处理，相关历史资料也比较缺乏。本文通过加固工程施工现场实地调研，询问后期运营管理者、使用者、设34
西安建筑科技大学硕士学位论文计方以及项目投资方，咨询改造加固方面的相关专家并且大量阅读参考文献后从技术、经济、社会环境三个方面初步归纳出与加固方案优选相关的指标。然后对指标进行列表整理，遵循方案优选指标的优选原则，通过重要性指数和变异系数等数学方法和德尔菲法，最终优选并确定出钢筋混凝土结构加固方案优选指标。为了明确表达各级指标的涵义，本文对钢筋混凝土结构加固方案优选指标优选过程总结如图3.2所示。图3.2钢筋混凝土结构加固方案优选指标优选过程通过加固工程施工现场实地调研，询问后期运营管理者、使用者、设计方以及项目投资方，咨询加固方面的相关专家并且大量阅读参考文献后初步归纳出的加固方案优选的13项相关指标如表3.1所示。初步汇总了加固方案优选指标以后，按照图3.2的方法，把数学方法和德尔菲法相结合，最终优选确定出钢筋混凝土结构加固方案优选指标体系。其中数学方法利用如下：本文以表3.1的初选指标为基础，制定了指标重要程度调研问卷表（见附件1），旨在分析指标之间的离散程度和重要程度。各位受访专家根据调查问卷的要求，对技术、经济、社会环境三大类指标的重要程度进行判别。重要程度按照下文表3.5取值。调查问卷发放后，回收有效调查问卷共计48份，其中包括：从项目投资方人员处回收11份、从设计研究院从事该方面设计和研究的人员处回收10份，从高校长期从事该方面研究的科研人员处回收9份，从使用者处回收11份，从后期运营管理者处回收7份。鉴于调查问卷发放时是随机的，客观程度大体相同，所以在此对所有指标对应的数据进行均权处理。用x表示每个指标对应的一组数据，其中i1,2,3m，ijm（m表示指标的数量），j1,2,3n（n表示专家的数量），整理调查问卷数据后n汇总到表3.1。35
西安建筑科技大学硕士学位论文表3.1加固方案优选初选指标汇总指标类别优选指标施工操作难易程度施工作业空间要求加技术施工风险度固结构性能改善程度方案加固方案先进性优选施工工期初选加固成本指经济后续使用年限标汇后期维护费用总施工影响结构继续使用对原有建筑的影响社会环境施工对周围环境影响影响原有建筑效果程度根据重要程度指数RIIi对指标的重要程度进行分析比较，若某指标的RIIi值相对较小，则表明所有专家统一认为该指标的重要性比不上其他指标，此时可根据具体需要剔除该指标。RIIi计算式如下：N1N2N3N4N5i1i2i3i4i5RII100（3-1）i5N其中，i1,2,3m；N~N分别表示问卷对第i个指标赋值为1,2,3,4,5时所mi1i5对应的反馈人数数量；N为有效调查问卷总量。判定指标的重要程度的同时需要判定指标的离散程度，在此通过变异系数i36
西安建筑科技大学硕士学位论文对指标的离散程度进行分析，若i值越大，则说明指标离散度越大，即专家对该指标的意见分歧越大，认同度越低，后期所采集数据的可信度越低，此时应考虑剔除该指标；反之，若i值较小，则应保留该指标。i值表达式如下：i（3-2）ii其中：n1i=xij（3-3）nj=1n12ixiji（3-4）n1j=1由表3.2计算的优选指标重要程度及离散程度数据可知，技术类指标中的“施工作业空间要求”和“加固方案的先进性”，经济类指标中的“对原有建筑的影响”，这三项的RIIi均较小（RIIi<70），其他指标的RIIi均较大（RIIi>80），该三项优选指标与其他指标的RIIi值差异均较大；同时，这三项指标的变异系数δi均较大（δi≥0.40），说明各位受访者对这三项指标意见不同意，分歧较大。37
西安建筑科技大学硕士学位论文表3.2钢筋混凝土结构加固方案优选指标重要程度及离散程度分析指标优选反馈问卷所赋分值RII类别指标iiii12345施工操作00718234.330.720.1786.67难度施工作业空511131093.151.270.4062.92间要求技术施工风险度02820184.130.840.2082.50结构性能改011020174.100.810.2082.08善程度加固方案的8167982.851.370.4857.08先进性施工工期00514294.500.680.1590.00加固成本00020284.580.500.1191.67经济后续使用00819214.270.740.1785.42年限后期维护00719224.310.720.1786.25费用施工影响结021018184.080.870.2181.67构继续使用对原有建筑7618983.101.260.4162.08社会的影响环境施工对周围001017214.230.780.1884.58环境影响影响原有建00619234.350.700.1687.08筑效果程度综上所述，把这三项指标从钢筋混凝土结构加固方案优选初选指标中去除，之后再将重新整理后的指标按照德尔菲法，征求各位专家的意见，最后优选并确立出钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选指标体系，如下表3.3所示[5]。38
西安建筑科技大学硕士学位论文表3.3钢筋混凝土结构加固方案优选指标体系指标类别优选指标G1施工操作难易程度G2施工风险度加技术固G3结构性能改善程度方案G4施工工期优选指G5加固成本标体经济G6后续使用年限系G7后期维护费用G8施工影响结构继续使用社会环境G9施工对周围环境影响G10影响原有建筑效果程度3.2.3指标的内涵钢筋混凝土结构加固方案优选指标体系的建立是加固方案优选工作开展的基础，正确并恰当地理解各指标的内涵有助于更好地做好加固方案优选工作，现将各优选指标的内涵总结如下：（1）技术类指标①施工操作难易程度G1施工操作难易程度主要指施工工艺的复杂程度、施工作业的劳动强度、加固方法的机械化程度高低以及劳务工人技术熟练程度等。该指标直接影响整个加固施工的进度（工期），而质量、进度（工期）、成本、安全是建筑工程四大关键性控制指标之一，加固方案选择时必须考虑以上四个方面尽可能达到最优。当某种加固方案的施工操作难度较大时，会直接导致劳动用工量增加、施工成本增加而且又延误工期。②施工风险度G2施工风险度主要是指在整个加固施工过程当中需要考虑的风险因素，包括技术可行性风险、结构不均匀沉降风险、施工安全可靠性风险、结构局部偶然性损39
西安建筑科技大学硕士学位论文坏风险、工人遵守安全生产制度的风险等；施工风险度的大小直接决定加固项目能否顺利施工、能否顺利完工以及能否达到理想的加固效果。因此，在结构改造过程中，必须充分了解结构现状，然后选择合适的加固方案，把施工风险降到最低，从而达到理想的加固效果。③结构性能改善程度G3结构性能改善程度是指采用某种加固方案加固后结构性能的优化程度；主要包括对结构构件内力的影响、构件轴压比、结构层间位移和层间位移角、塑性铰、结构周期等，以上某一项指标不符合要求都会影响结构的正常使用。因此，务必选择一种满足上述指标要求的加固方案。（2）经济类指标④施工工期G4从经济性角度考虑，施工工期也是体现加固方案合理性的指标之一，施工工期的长短将直接影响施工成本和结构能否按时投入使用。施工工期是指整个加固工程从正式动工到竣工验收投入使用的时间区段，反映到具体施工当中就是施工进度，必须严格把控每一阶段的施工进度，避免施工拖延，这样才会使整个加固工程如期完成。⑤加固成本G5加固成本是指整个加固工程项目从开始施工到竣工验收后投入使用阶段所花费的所有费用，主要包括直接工程费、措施费、规费和税金等。当然，按照人们直观的感觉，总希望加固成本尽可能低，但是，在选择加固方案时必须明白，盲目的追求低成本只会使加固工程达不到应有的加固效果，甚至加固工程不能顺利完成；当然不能过分的追求加固方案中施工技术的可行性、成熟性与保险性，而忽视费用支出。因此，必须合理分析加固方案，把满足加固后的功能要求作为核心，以技术可行和施工安全为前提，从整个加固施工过程考虑加固成本，从而使所选加固方案最优。⑥后续使用年限G6后续使用年限是衡量加固方案优劣的指标之一，一般指结构经过加固以后预期可继续保证正常使用的时间；采用不同的加固方案进行加固后结构的后续使用年限不同。因此，应该合理考虑该因素的影响，尽可能选择出一种合适的加固方案，使结构后续使用年限较长。⑦后期维护费用G740
西安建筑科技大学硕士学位论文后期维护费用是指经过加固后的结构在以后的正常使用过程当中定期或不定期地进行维护修缮所花费的费用，进行维护修缮可能是加固时的技术性要求或者后期使用过程中临时性要求，目的是为了保证结构始终保持一个良好的使用状态和功能面貌。当然，该因素也是在选择加固方案时必须考虑的。（3）社会环境类指标⑧施工影响结构继续使用G8加固施工的整个过程势必在一定程度上影响原有结构的继续正常使用，有的甚至导致结构功能暂时性中断，原有结构无法正常使用或者影响人们的正常起居生活，或者影响正常的生产活动，总之会在一定程度上带来经济损失。鉴于此，必须把该指标作为选择加固方案时的考虑因素之一。⑨施工对周围环境影响G9环境是保证每个人有序进行正常生活的场所，任何有损环境的做法都是人们所不愿看到的也是不愿采取的。施工对周围环境的影响是指在加固施工过程当中，由于建筑拆迁、施工噪声、建筑垃圾、振动作业和来往车辆等影响周围居民的正常生活，同时建筑垃圾和施工噪声对周围环境产生一定破坏和影响，有的甚至严重破坏了周围的绿化环境。因此，必须把“施工对周围环境影响”作为加固方案选择时一个很重要的指标考虑进去。⑩影响原有建筑效果程度G10建筑效果可以被看做成美的一种形式，从美学角度要求建筑具有统一性和多样性。建筑结构加固会使原有建筑效果在一定程度上受到影响，某些加固方案会使原有建筑外立面发生变化（如外附子结构），某些加固方案会使整个结构体系发生改变（如增设剪力墙），某些加固方案会改变建筑的使用空间（如加大截面法）。因此，业主在选择加固方案时非常看重该指标对加固效果的影响。3.2.4各指标分值确定加固方案优选指标进行量化就必须确定各指标的分值。为方便专家打分及后期处理，以下十个指标在此全部定义为正向指标。通过德尔菲法（专家调查法），最终确定各指标的分值标准确定如下表3.4所示。41
西安建筑科技大学硕士学位论文表3.4优选指标的分值确定标准优选分值评判标准指标方案技术很不成熟或者技术虽然成熟，但施工难度最大，同时工艺复杂，0施工方案实施的可能性基本没有。操作方案技术虽然相对成熟，但施工难度较大，工艺复杂，方案实施的性价2.5难易比较差程度5.0方案技术成熟，施工难度小，工艺复杂，方案实施的性价比一般G17.5方案技术成熟，施工难度比较小，工艺简单，方案实施的性价比较好10方案技术成熟，施工难度最小，工艺简单，方案实施的性价比最高方案存在各种施工风险（包括地基不均匀沉降，结构整体倾斜，楼板、0墙体裂缝、结构倒塌、整体稳定等）危险性系数比较大，所以不能保证安全性，但是却没有实施相应的措施进行制止，因此风险最高。方案存在一定的风险，可采取一定措施，但是措施的实施性比较复杂，2.5不利于经济有效的控制；存在安全隐患，但是安全措施不合理；针对具施工体的施工环境，措施实施的造价高，所以整体效果差风险方案存在一定的风险，可采取一定措施，措施虽然较合理，但控制风险性G25.0程度一般；针对具体的施工环境，方案存在安全隐患，措施实施的可能性较小方案存在个别风险，但采取相关措施可以有效控制，方案安全隐患小，7.5安全措施较合理，基本上可控制安全隐患问题方案风险很小，同时又有强有力的措施，使风险可以得到有效控制，方10案基本不存在安全隐患；安全措施非常合理，可以消除所有的安全隐患结构0加固方案基本不能改善结构性能性能2.5加固方案结构性能改善程度较小改善5.0加固方案结构性能改善程度一般程度7.5加固方案能较好地改善结构性能G310加固方案能很好地改善结构性能0按照该方案施工根本不能保证预定工期施工2.5按照该方案施工保证工期有难度工期5.0按照该方案施工基本上可以保证工期，但施工质量不保证G47.5按照该方案施工基本上可以保证工期，施工质量在一定程度上可以保证10按照该方案施工可以保证工期，并且施工质量可以保证加固0方案的成本高，功能不能满足成本2.5方案成本较高G55.0方案成本一般42
西安建筑科技大学硕士学位论文7.5方案成本较低10方案成本最低0采用该方案加固不能保证后续使用年限后续2.5采用该方案加固后续使用年限较短使用5.0采用该方案加固后续使用年限一般年限7.5采用该方案加固后续使用年限较长G610采用该方案加固后续使用年限很长0方案后期维护费用很大，影响整个寿命周期成本后期2.5方案后期维护费用较大维护5.0方案后期维护费用一般费用7.5方案后期维护费用很小G710方案后期维护费用最小影响0方案的实施导致居民正常生活中断或生产活动停止结构2.5方案的实施严重影响居民正常生活中断或生产活动继续5.0方案的实施影响居民正常生活中断或生产活动使用7.5方案的实施轻微影响居民正常生活中断或生产活动G810方案的实施基本不影响居民正常生活中断或生产活动采用该方案需要大量拆迁改建工作，噪声大，灰尘多，垃圾污染环境严0重，严重影响周围居民的正常起居生活施工采用该方案需要较大的拆迁改建工作，噪声较大，灰尘较多，垃圾较多，2.5对周较大程度上影响周围居民的正常起居生活围环采用该方案需要一定的拆迁改建工作，有一定噪声污染和灰尘污染，产5.0境影生一定的建筑垃圾，一定程度上影响周围居民的正常起居生活响G9采用该方案需要少量的拆迁改建工作，有轻微的噪声污染和灰尘污染，7.5产生少量的建筑垃圾，轻微影响周围居民的正常起居生活10施工中采用了相关措施，对周围环境几乎没有影响影响0严重影响建筑结构体系，加固后建筑效果很差建筑2.5较大程度上影响建筑结构体系，加固后建筑效果较差效果5.0一般程度上影响建筑结构体系，加固后建筑效果一般程度7.5轻微程度上影响建筑结构体系，加固后建筑效果较好G1010不影响建筑结构体系，加固后建筑效果很好注：以上对各加固方案优选指标的评价按状态程度分为：0、2.5、5、7.5、10五个标准分，如果评分者认为所评对象程度介于某两个标准分之间，可对应选取1、2；3、4；6、7；8、9。43
西安建筑科技大学硕士学位论文3.3基于MA-OWA算子进行加固方案优选指标权重赋值经过上文筛选和分析总结，从技术、经济、社会环境等三个方面最终总共得到10个加固方案优选指标，这些指标可分为两大类：定性指标和定量指标。因为各个指标在加固方案选择时的重要程度不一样，因此很有必要进行指标权重赋值。3.3.1权重赋值方法到目前为止，前人已总结出许多权重赋值方法，比如熵值法[70]、Delphi法（德尔菲法）[70]、最优综合评价模型(“拉开档次法”)[70]、层次分析法[70]、模糊数学方法[71]、坎蒂蕾(KantiRary)法[72]、负相关系数法[72]、变异系数法[72]、PC-LINMAP综合集成法[73]。除此之外，在多属性方案优选领域中，前人还总结了好多关于集结多人偏好信息的方法（权重赋值方法），如OWG算子[74]、OWA算子[74]和MA-OWA算子[75,76]等。MA-OWA算子在优化OWA算子的基础上得到。借助它进行指标权重赋值，即在获得各位专家的建解之后，采用恰当的方法综合各位专家的关于各指标的意见（打分值），最后得到各指标权重。借助Likert量表来确定各指标权重更使得整个过程简单明了、清晰易懂。该法利用一定的算法对持有相同意见的专家的权重赋值较大，对持有不同意见的专家赋值较小。3.3.2权重赋值方法对比分析与选用上面提到的权重赋值方法基本可以分为两种：客观赋权法和主观赋权法。客观赋权法是利用一定的方法直接从方案优选指标中提炼和计算得到权重，受方案指标值影响较大；而有些主观赋权法，如层次分析法，该法计算步骤复杂，并且相应的调查问卷较难理解；考虑到钢筋混凝土结构改造加固类工程对专家的工程实践经验要求较高，并且经验交叉度越高说明对指标的认同度越高，同时也不忽略个别专家的独特性见解；因此在进行指标权重赋值时在看重大多数专家共同意见的同时，在一定程度上参考少数专家的个例性意见；以上特点刚好符合MA-OWA算子的特征。故此，本文选择采用MA-OWA算子来确定各个指标的权重。3.3.3基于MA-OWA算子进行指标权重赋值在此先举例说明，如10个专家的打分情况是{5,5,5,5,4,3,2,1,1,1}，当然可以明44
西安建筑科技大学硕士学位论文显的看到各位专家在该项的打分上意见分歧相当大，其中取极端值的专家所占比例较大，10个专家的平均值是3.20，然而10个数据中5个数据都不小于4，按照感觉来说综合后的打分值也不应该小于4。借助MA-OWA算子计算得到的值为4.011，达到预期目标和结果。确定权重的打分标准按照Likert量表执行，如表3.5所示：表3.5打分标准重要程度不太重要一般重要比较重要相当重要非常重要分值1分2分3分4分5分在此把利用MA-OWA算子进行多数集结进而确定指标权重的步骤总结如图3.3所示[75]：图3.3MA-OWA算子进行权重计算过程利用MA-OWA算子进行指标权重赋值的过程总结如下：45
西安建筑科技大学硕士学位论文MA-OWA算子定义如下：nMAFm(,aa12,…,an)wbjj（3-5）j=1上式中：a（i=1,2,3,,n）是各个专家的打分值，b是a中按大小排序第j位的数，iiim为本文确定的指标，可取1,2,3,,10。1wfbb(,,…,b)（3-6）jj12nnhbbk(,,12…,bn)k=gj上式中：g（i=1,2,3,,n）是将各个专家的打分值按照大小次序排列后每个i分值相应的序号，如专家打分值5,4,5,5,4,4,4,2,3,2,3,2,1,1，按照大小排列后为11,2,2,2,3,3,4,4,4,4,5,5,5，，则gi12,1,2,3,1,2,1，,2,3,4,1,2,3。hk的计算方式如下：npkj,如果k1;j=1hbbk(,,12…,bn)=n-k+1（3-7）p1,如果k1;kjj=1其中pkj的计算方式如下：1,如果bbk1,并且bb,并且j1jjjj-1（3-8）p1,如果j=1,并且k1,并且b=bkjjk0,其他情况因此，各指标权重可表示为：MAF(,aa,…,a)m12nw（3-9）m10MAFk(,aa12,…,an)m=13.4加固方案优选模型的建立从多方面、多角度、多维度对加固方案进行优选难免带有主观性和模糊性，因此，很有必要建立起一个系统的加固方案优选模型，供大家更系统、更客观地进行加固方案优选。46
西安建筑科技大学硕士学位论文3.4.1常用加固方案优选方法介绍在多属性决策研究领域，优选方法有很多，如层次分析法[77]、模糊综合评价法[77]、数据包络分析法[77]、主成分分析法[77]、非线性加权法[78]、线性加权法[78]、灰色关联分析[79,80]、理想点法[80-84]、协调分析法[82]等。以上每种方法都有其独特性，在此介绍常用方法。（1）层次分析法层次分析法（简称AHP）是一种系统分析方法。AHP方法要求决策者在对决策问题进行分析时，首先要将分析对象的诸多因素建立起彼此相关的层次递阶系统结构。同时，AHP方法在对事物进行决策分析时，能对定性问题和定量问题进行综合分析处理，并且得到明确的定量化结论，以优劣排序的形式表现出来，这有助于决策者做出判别。除此之外，AHP方法对事物的判决过程十分简单，用计算机便能完成全部的决策分析过程。（2）模糊综合评价法模糊评价法奠基于模糊数学。扎德提出用隶属函数来描述模糊概念，创立了模糊集论，为模糊数学奠定了基础。模糊综合评价法不仅可以对优选对象按综合分值的大小进行排序，而且还可以根据模糊评价集上的值按最大隶属度原则去评价对象所属的等级。（3）数据包络分析法1978年，美国著名运筹学家查恩斯（A.Charnes）等人，以相当效益概念为基础，以凸分析和数学规划为工具，创建了一个以他们的名字命名的DEA模型——C2R模型。20实际八九十年代，又相继提出了诸如C2GS2模型、FG模型、ST模型、C2WH模型和带AHP约束锥模型等多个DEA模型。DEA法不仅可对同一类型各决策单元的相对有效性作出评价与排序，而且还可以进一步分析各决策单元非DEA有效的原因及改进方向，从而为决策者提供重要的决策管理信息。（4）主成分分析法主成分概念首先由KarlParson在1901年引进，在1933年Hotelling将这个概念推广到随机向量。在实际问题中，研究多指标（变量）问题是经常遇到的，然而在多数情况下，不同指标之间具有一定相关性。由于指标较大再加上指标之间有一定的相关性，势必增加了问题的复杂性。主成分分析法就是设法将原来的指标重新组合成一组新的互相无关的几个综合指标来代替原来的指标，同时根据实际需要从中可取几个较少的综合指标尽可能多地反映原来指标的信息。47
西安建筑科技大学硕士学位论文（5）理想点法（TOPSIS法）理想点法（又称TOPSIS法）是一种多属性综合评判与决策方法，它最初是由Hwang和Yoon于1981年首次提出[85]，该法主要是根据距离大小来判断方案的好坏或优劣程度；首先是确定方案的“理想解”（理想的最好方案）和“负理想解”（最差方案），然后通过某种数学方法分别计算各备选方案到正理想解的距离和到负理想解的距离，紧接着又根据正理想解和负理想解计算出贴近度，最终根据贴近度的大小来对各个备选方案进行排序，从而最终确定出最优方案。此法整个计算过程简洁明了，清晰易懂。3.4.2结构加固方案优选方法的对比与选择上文介绍了层次分析法、模糊综合评价法、数据包络分析法、主成分分析法和TOPSIS法等加固方案优选方法，为了选择一种合理的同时又贴近本文内容要求的方法，在此对以上几种方案优选方法进行对比分析，具体如下表3.6所示：表3.6方案优选方法比较方案优选方法目标途径主客观性适用范围层次分析法确定权重比较矩阵主观权重确定模糊综合评价法单因素隶属度确定模糊评价值客观单因素评价数据包络分析法方案效率评价分式规划客观效率评价主成分分析法降低指标维度求相关矩阵客观指标体系优化TOPSIS法方案优选理想解客观方案优选通过以上对比分析，很容易发现TOPSIS法更适合于进行加固方案优选，因此本文在此选用TOPSIS法进行加固方案优选。3.4.3基于改进的TOPSIS法的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型建立本文在此先介绍按照传统的TOPSIS法构建的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型，然后识别出该模型的缺陷，最后介绍改进缺陷后的基于改进的TOPSIS法的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型。（1）运用传统的理想点法进行加固方案优选的决策模型1）建立决策矩阵48
西安建筑科技大学硕士学位论文钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选的指标集有n个指标（G1,G2，…,Gn）（本文中指标集有10个指标），m个待决策的加固方案（A1，A2，A3，…，Am），方案Ai（i=1,2,…,m）在指标Gj（j=1,2,…,n）下取值为aij，则决策矩阵为A=（aij）m×n。a11a12a1naaaA21222n（3-10）am1am2amn2）决策矩阵规范化aij将决策矩阵转化为规范决策矩阵Z=（zij）m×n，其中z，ijm2aiji=1z11z12z1nzzzZ21222n（3-11）zzzm1m2mn3）构造加权后的规范矩阵加权后的规范矩阵为X=（xij）m×n，其中xij=wj×zij（i=1,2,…,m；j=1,2,…,n），wj为第j个指标的权重。x11x12x1nwz111wz212wzn1nxxxwzwzwzX21222n=121222n2n（3-12）xxxwzwzwzm1m2mn1m12m2nmn—4）确定“理想解X*”和“负理想解X”"***理想解：X*（maxxjijJ）,（minxjijJ）xx1,1,…,xn（3-13）1im1im"负理想解：X*（minxjijJ）,（maxxjijJ）xx1,1,…,xn（3-14）1im1im其中J是正向指标集，J’是负向指标集。5）计算方案Ai（i=1,2,…,m）到“理想解”和“负理想解”的距离方案Ai到“理想解”的距离：n2**s1xijxj（3-15）j=149
西安建筑科技大学硕士学位论文方案Ai到“负理想解”的距离：n2s1xijxj（3-16）j16）计算方案Ai（i=1,2,…,m）到“理想解”的贴近度方案Ai（i=1,2,…,m）到“理想解”的贴近度为：*sic（3-17）i*ssii7）方案好坏排序计算出贴近度ci*以后,对ci*按照从大到小的顺序进行排列，ci*值最大的方案是最优方案，ci*值最小的方案是最差方案。图3.4传统理想点法缺陷（2）传统TOPSIS法的缺陷总结与优化分析运用理想点法进行方案排序的整个过程，很容易发现理想点法存在下面的缺陷：①采用式（3-11）进行决策矩阵规范化时计算过程相当复杂，“理想解”和“负理想解”很难求出。②当方案A-i和Aj关于x*和x的连线对称时，由于si*=sj*，s——[86]i=sj，因而无法比较Ai和Aj的优劣，如图3.4所示。针对传统TOPSIS法出现的上述缺陷，采取以下优化方法：1）对上述的第①个缺陷问题，在此利用相对隶属度公式对决策矩阵进行规范化处理，从而得到相对隶属矩阵为R=（rij）m×n。50
西安建筑科技大学硕士学位论文（3-18）r11r12r1nrrrR21222nrrrm1m2mn当rij为正向指标时:xxijjmin当xxjmaxjminrijxjmaxxjmin（3-19）1当x=xjmaxjmin当rij为负向指标时:xxjmaxij当xxjmaxjminrijxjmaxxjmin（3-20）1当x=xjmaxjmin分析矩阵R很容易得到“理想解”和“负理想解”的值分别为：理想解X*=（1,1,…,1）—负理想解X=（0,0,…,0）2）对上述的第②个缺陷问题，在此利用各个指标的相对变化率来加权相应指—标，即采用下面的二次加权距离来表示方案Ai到“理想解X*”和“负理想解X”的距离：方案Ai到“理想解”和“负理想解”的二次加权距离分别为：n2**s1pxjijxj（i1,2,,m；j1,2,,n）（3-21）j=1n2s1pxjijxj（i1,2,,m；j1,2,,n）（3-22）j=1其中：aj=p（j1,2,,n）（3-23）jnajj=1*xxjj=a（j1,2,,n）（3-24）j*xj（3）基于改进的TOPSIS法建立加固方案优选模型51
西安建筑科技大学硕士学位论文在此采取上文的改进措施对传统的TOPSIS法进行改进，建立的基于改进后的TOPSIS法的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型如下：1）建立决策矩阵钢筋混凝土结构加固方案优选问题有n个指标（G1,G2，…,Gn），m个决策方案（A1，A2，A3，…，Am），方案Ai（i=1,2,…,m）在指标Gj（j=1,2,…,n）下取值为aij，则决策矩阵为A=（aij）m×n。a11a12a1naaaA21222n（3-25）aaam1m2mn2）指标权重确定钢筋混凝土结构加固方案优选的各个指标的权重w=（w1,w2,…,wn）根据本章3.3节的方法确定。3）构造加权后矩阵加权后的矩阵为X=（xij）m×n，其中xij=wj×rij（i=1,2,…,m；j=1,2,…,n），wj为第j个指标的权重。x11x12x1nwa111wa212wan1nxxxwawawaX21222n=121222n2n（3-26）xxxwawawam1m2mn1m12m2nmn4）矩阵规范化利用相对隶属度公式对决策矩阵进行规范化处理，得相对隶属矩阵为R=（rij）m×n。r11r12r1nrrrR21222n（3-27）rrrm1m2mn当rij为正向指标时:xxijjmin当xxjmaxjminrijxjmaxxjmin（3-28）1当x=xjmaxjmin当rij为负向指标时:52
西安建筑科技大学硕士学位论文xxjmaxij当xxjmaxjminrijxjmaxxjmin（3-29）1当x=xjmaxjmin—5）确定“理想解X*”和“负理想解X”"***理想解：X*（maxxijjJ）,（minxijjJ）xx1,2,…,xn（3-30）1im1im"负理想解：X（minxijjJ）,（maxxijjJ）xx1,2,…,xn（3-31）1im1im其中J是正向指标集，J`是负向指标集。分析矩阵R很容易得到“理想解”和“负理想解”的值分别为：理想解X*=（1,1,…,1）—负理想解X=（0,0,…,0）6）计算方案Ai（i=1,2,…,m）到“理想解”和“负理想解”的距离—在此采用二次加权距离来表示方案Ai到“理想解X*”和“负理想解X”的距离：方案Ai到“理想解”和“负理想解”的二次加权距离依次为：n2**s1pxjijxj（i1,2,,m；j1,2,,n）（3-32）j=1n2s1pxjijxj（i1,2,,m；j1,2,,n）（3-33）j=1其中：aj二次权重:=p（j1,2,,n）（3-34）jnajj=1*xxjj=a（j1,2,,n）（3-35）j*xj7）计算方案Ai（i=1,2,…,m）到“理想解”的贴近度方案Ai（i=1,2,…,m）到“理想解”的贴近度为：53
西安建筑科技大学硕士学位论文*sic（3-36）i*ssii8）方案好坏排序计算出贴近度ci*以后,对ci*按照从大到小的顺序进行排列，ci*值最大的方案是最优方案，ci*值最小的方案是最差方案。3.5本章小结（1）本章中借助重要性指数和变异系数等数学方法和德尔菲法，对初选的13个指标进行了进一步的筛选，最终优选确定出钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选的10个指标，并对10个指标的内涵和赋值标准进行了定义。（2）对比分析常用的权重赋值方法，同时考虑到钢筋混凝土结构改造加固类工程对专家的工程实践经验要求较高，并且经验交叉率越高说明对指标的认同度越高，因此在进行指标权重赋值时在看重大多数人专家的意见的同时，在一定程度上参考少数专家的意见；最终选择MA-OWA算子来进行指标权重赋值。（3）本章中从目标、途径、主客观性和适用范围四个方面对比分析了层次分析法、模糊综合评价法、数据包络分析法、主成分分析法和TOPSIS法，最终选择出适合钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选的多属性决策方法——TOPSIS法；（4）对传统的TOPSIS法进行了深入剖析，识别出该种方法两个缺陷，并且对缺陷进行了改进，最后建立了基于改进的TOPSIS法的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型。54
西安建筑科技大学硕士学位论文4实例研究4.1工程背景首先介绍了某钢筋混凝土结构建筑的原始情况和业主的改造要求，紧接着在改造要求的基础上对原有建筑进行了检测鉴定，最后基于监测鉴定结果提出了三种加固方案。4.1.1工程概况（1）原始状况某旧工业纺织厂，由于生产需要，在20世纪90年代初增建了一栋三层的钢筋混凝土框架结构办公楼，无地下室。该办公楼总建筑面积1462㎡，建筑高度12.6m；所在区域的抗震设防烈度8度，建筑设计使用年限为50年，建筑耐火等级为地上二级，Ⅱ类场地，地震设计分组为第一组；钢筋混凝土条形基础；地面以上外围护墙体为200mm厚加气混凝土砌块，内墙均采用200mm厚加气混凝土砌块，屋面采用100mm厚憎水膨胀珍珠岩板保温。本结构基础垫层混凝土等级为C10，基础以上混凝土强度等级均为C30。原结构形式如图4.1所示。图4.1原结构形式55
西安建筑科技大学硕士学位论文（2）改造要求及改造方案图4.2改造后餐厅功能布局图56
西安建筑科技大学硕士学位论文随着经济结构的转变，纺织厂逐渐衰败，在“退二进三”政策的引导下，该厂区被改造成集“商务会展”、“人财培训”、“创意企业”、“餐饮服务”、“艺术展示”为一体的创意产业园区。该办公楼由于地处园区中心，凭借其特有的地理优势，加之业主的要求，最后被改造成为餐厅，供园区内工作人员就餐。改造后结构形式如图4.2所示。（3）加固要求考虑到该建筑投入使用的时间已较长，并且功能改变的同时荷载也相应发生了改变，故在改造之前需要对该建筑进行相应的加固；因此，对该建筑进行现场检测与鉴定，根据检测鉴定结果，并且运用科学系统的方法确定加固方案，最后再进行加固方案设计并验证加固效果。4.1.2结构现状检测与鉴定结果受甲方委托，中冶建筑研究总院有限公司按照合同的内容与要求，依据中华人民共和国国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）、《建筑抗震鉴定标准》（GB5023-2009）等国家现行有关规范和标准，对该办公楼进行了现场勘察与检测，具体结果如下：（1）现场检测结果1）工程资料核查原始图纸等工程资料基本保存完整，对照图纸和现场实际情况可知，现场梁、板、柱等构件的尺寸和位置和图纸基本保持一致。2）结构及构件外形查勘经过现场查勘知，该结构梁、板、柱基本无开裂现象，局部有细微裂缝和轻微混凝土剖落；局部有轻微钢筋锈蚀和漏筋；从整体上看结构也无明显变形、倾斜等现象。该结构框架梁、柱两端均有箍筋加密。砌体填充墙与框架梁、框架柱连接处基本符合构造要求，其他构造也基本符合要求。3）梁、柱构件混凝土强度测定由中冶建筑研究总院有限公司的检测鉴定报告知，采用回弹仪进行检测，各层框架梁的强度推定值：一层梁（25.1MPa～26.5MPa），二层梁（24.9MPa～28.4MPa），三层梁（24.7MPa～27.7MPa）；各层框架柱的强度推定值：一层柱（25.3MPa～27.6MPa），二层柱（25.7MPa～28.4MPa），三层柱（24.6MPa～28.0MPa）；框架梁和框架柱的混凝土强度等级基本上达到C25，但尚未达到原设57
西安建筑科技大学硕士学位论文计强度C30；因此，在本文建模过程中，为保守起见，混凝土梁、板、柱强度取值均为C25。4）基础检测鉴定结果混凝土条形基础配筋及承载力均满足要求。（4）PKPM结构计算分析结果对原结构按照改造后新的功能要求建模分析后，结果如下：1）弹性层间位移角X方向弹性层间位移角最大值发生在1层，值为1/358；Y方向弹性层间位移角最大值发生在1层，值为1/302；均不满足《抗震规范》（GB50011-2010）（限值：1/550）。如下图4.3所示：图4.3弹性层间位移角2）弹塑性层间位移角X方向弹性层间位移角最大值发生在1层，值为1/49；Y方向弹性层间位移角最大值发生在1层，值为1/48；均不满足《抗震规范》（GB50011-2010）（限值：1/50）。58
西安建筑科技大学硕士学位论文3）轴压比下表4.1所列举框架柱不满足《抗震规范》（GB50011-2010）规定的柱轴压比小于0.75的要求。表4.1结构加固前轴压比柱编号轴压比柱编号轴压比一层A/③柱0.76一层B/③柱0.89一层A/④柱0.94一层C/③柱1.01一层A/⑤柱1.11一层D/②柱0.83一层D/③柱0.90一层D/④柱0.94二层A/⑤柱0.78二层D/⑤柱0.784）承载力和配筋以下梁承载力不足：一层：②—③轴交C—D轴之间所有主梁和次梁；二层：②—③轴交A—D轴之间所有主梁和次梁；以下柱承载力配筋不足：一层：所有柱均承载力不足；二层：②轴交B轴、C轴、D轴框架柱、③轴交B轴、C轴、D轴框架柱、⑤轴和⑥轴所有框架柱。图4.4原结构自振周期59
西安建筑科技大学硕士学位论文5）自振周期结构自振周期与结构刚度相关；一般情况下，结构刚度越大，自振周期越小；反之，则自振周期越小。原始结构自振周期和振型如下图4.4所示4.1.3基于检测鉴定结果提出三种加固方案中冶建筑研究总院有限公司的根据该楼的检测鉴定结果，同时参考专家的意见，最终提出如下三种备选加固方案，见表4.2：表4.2三种备选加固方案方案方案概况方案说明该方案综合单价估算为980元/平方米，工期估算为45天，后采用粘贴钢板加固期维护费用基本为2800元/年，采用该法加固后结构体系传力法加固梁，采用外明确，受力均匀，粘钢加固梁时较多借助脚手架等辅助器具，方案一包碳纤维加固法加碳纤维加固柱施工工艺较简单，整个加固施工过程噪音较小，固柱，局部增加侧对周围居民造成的干扰也较小，加固后结构内部空间基本不向刚性支撑；会减小，局部增设支撑可使建筑外立面增加独特的造型。该方案综合单价估算为860元/平方米，工期估算为60天，后采用加大截面法加期维护费用基本为1500元/年，采用该法加固后结构体系传力固混凝土框架梁和明确，受力均匀，采用增大截面法加固，施工现场湿作业大，方案二框架柱；混凝土运输、浇筑与振捣不便，占用室外空间，施工现场污染较大，加固施工过程噪音稍大，对周围居民造成的干扰较大，加固后结构内部空间变小。该方案综合单价估算为900元/平方米，工期估算为50天，后期维护费用基本为2300元/年，采用该法加固后结构体系传力采用粘贴钢板加固明确，受力均匀，粘钢加固梁时较多借助脚手架等辅助器具，法加固梁，层间局方案三增设剪力墙时施工现场湿作业大，混凝土运输、浇筑与振捣部增设剪力墙。不便，占用室外空间，施工现场污染较大，加固施工过程噪音稍大，对周围居民造成的干扰较大，增设剪力墙后结构内部空间使用时局限性变大，空间也在一定程度上变小。60
西安建筑科技大学硕士学位论文4.2基于加固方案优选模型优选加固方案及模型有效性分析为了从上述三种加固方案中选出最优方案，在此利用上一章建立的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型对上述三种加固方案进行优选。加固方案优选指标体系（G1~G10）在本文第三章已经建立，在此不再赘述，并直接应用。4.2.1利用MA-OWA算子确定各优选指标权重在此对运营管理方、使用方、设计方以及项目投资方等10位相关专家发放调查问卷（附表2），结果统计如下表4.3所示：表4.3专家得分表指标得分专家G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10专家14435533222专家23324422334专家35343314243专家42222332222专家54313424444专家64532343244专家73143222225专家83424511533专家95335442343专家103434432323对上述10位专家打分利用MA-OWA算子进行集结，各指标得分结果如下：指标G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10得分3.5373.7222.8133.53.8132.7812.2092.15333.18861
西安建筑科技大学硕士学位论文因此，根据式（3-5），得各指标权重分别为：指标G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10权重0.1160.1150.0920.1150.1250.0910.0720.0710.0980.1044.2.2利用TOPSIS法优选加固方案为了对备选的三种加固方案进行优劣排序，从而最终选择出最优加固方案。在此对15位专家进行不记名问卷调查（附表3），15位专家包括运营者、设计者、工程师、专家教授等，打分标准按照本文3.2.4节表3.1执行，因为每个专家打分彼此独立，并且互不影响，客观程度基本一致，因此对15位专家的打分值做均权处理，从而得初始打分值如下表4.4所示。在此务必明确：在本文3.2.4节确定指标分值时，把10个指标均定义为正向指标。表4.4专家打分均值表指标得分方案G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10方案一566865597.57.5方案二485567.5562.52.5方案三475652.52.5555则由式（3-25）知，决策矩阵为：566865597.57.5A485567.5562.52.5475652.52.5555（1）利用传统的TOPSIS法进行方案优选根据式（3-11），对决策矩阵进行规范化处理，得0.6620.4910.6470.7160.6090.5350.6660.7550.8020.802Z=0.5300.6550.5390.4470.6090.8020.6660.5030.2670.2670.5300.5730.5390.5370.5080.2670.3330.4190.5350.53562
西安建筑科技大学硕士学位论文已知G1~G10各指标权重为：指标G1G2G3G4G5G6G7G8G9G10权重0.1160.1150.0920.1150.1250.0910.0720.0710.0980.104由式（3-12）知，加权后规范化矩阵为：0.0770.0560.0600.0820.0760.0490.0480.5000.0790.083Z=0.0610.0750.0500.0510.0760.0730.0480.2670.0260.0280.0610.0660.0500.0620.0640.0240.0240.2220.0520.056由式（3-13）和式（3-14）得：理想解X*=（0.662,0.655,0.647,0.716,0.609,0.802,0.666,0.755,0.802,0.802）—负理想解X=（0.530,0.491,0.539,0.447,0.508,0.267,0.333,0.419,0.267,0.267）由式（3-15式（3-16）计算三个加固方案到“理想解”的距离X*和“负理想—解”的距离X分别为：*方案一：s0.313，s0.99011*方案二：s0.859，s0.66422*方案三：s0.718，s0.39833由式（3-36）得，三个加固方案的贴进度分别为：*0.990方案一：c=0.76010.3130.990*0.664方案二：c=0.43620.8590.664*0.398方案三：c=0.35730.7180.398***对三个加固方案的贴进度进行排序知：ccc，123即优越度：方案一>方案二>方案三（2）利用改进的TOPSIS法进行方案优选由上文知，各指标权重为：63
西安建筑科技大学硕士学位论文Wm0.116,0.115,0.092,0.115,0.125,0.091,0.072,0.071,0.098,0.104由式（3-26）知，加权后矩阵为：0.5800.6900.5520.9200.7500.4550.360.6390.7350.78X=0.4640.7360.5750.6250.5460.540.3550.5880.260.260.4640.8050.6250.5460.360.17750.2450.520.490.52由式（3-27）知，规范化矩阵为：1.0000.0000.0001.0001.0000.7661.0001.0001.0001.000R0.0000.4000.3150.2110.4771.0000.9570.5710.0000.0000.0001.0001.0000.0000.0000.0000.0000.0000.4840.500由式（3-30）和式（3-31）知：理想解X*=（1,1,1,1,1,1,1,1,1,1）—负理想解X=（0,0,0,0,0,0,0,0,0,0）由式（3-34）和式（3-35）知，二次权重为：pj0.04,0.17,0.02,0.13,0.11,0.14,0.07,0.04,0.14,0.14由式（3-32）和式（3-33）可得，三个加固方案到“理想解”的距离S*和“负—理想解”的距离S分别为：*方案一：s0.120，s0.23611*方案二：s0.188，s0.21122*方案三：s0.190，s0.19333由式（3-36）得，三个加固方案的贴进度分别为：*0.236方案一：c=0.66310.1200.236*0.211方案二：c=0.52920.1880.211*0.193方案三：c=0.50430.1930.19064
西安建筑科技大学硕士学位论文***对三个加固方案的贴进度进行排序知：ccc，123即优越度：方案一>方案二>方案三（3）两种优选结果分析及模型有效性分析***传统的TOPSIS法：0.760>0.436>0.357，即ccc123***改进的TOPSIS法：0.663>0.529>0.504，即ccc123对比可知，两种方法计算结果一致，即加固方案优越度：方案一>方案二>方案三以上结果充分说明，基于改进的TOPSIS法建立的加固方案优选模型是有效的并且切实可行的。综上所述，针对本工程项目，最终选择加固方案一，即采用粘贴钢板加固法加固梁，采用外包碳纤维加固法加固柱，局部增加侧向刚性支撑。4.2.3方案追踪与方案后评价在2013年该改造加固项目采用方案一进行施工并已完工，至今已使用两年多，当时最终花费的综合单价为974元/平方米，由于当时整个施工过程承包费管理比较到位，最终只花费工期42天，两年以来局部维修仅花费3500元；对整个建筑进行外观检测后知，梁柱构件基本没有裂缝或有细微裂缝但不影响正常使用，梁的挠度也满足要求；询问周边的业主和居民知，当时的整个改造过程对周围扰动较小，基本没有影响附近人员的正常工作和休息；改造后的餐厅解决了园区大部分人的就餐问题，受到人们的一致好评。4.3结构加固方案设计及抗震性能分析4.3.1基于PKPM软件JDJG模块进行加固方案详细设计上一节通过科学系统的加固方案优选模型，最终确定采用方案一：采用粘贴钢板加固法加固梁，采用外包碳纤维加固法加固柱，局部增加侧向刚性支撑。借助PKPM软件中JDJG模块，同时结合4.1节检测鉴定结果，最终设计的详细加固方案如下：（1）柱加固在此选用碳纤维规格：强度I级，300克/m2，计算厚度为0.167mm，抗拉强度标准值不低于3000Mp，弹性模量不小于2.1×105Mp，伸长率不低于1.5%；65
西安建筑科技大学硕士学位论文一层柱：②轴和③轴交B轴、C轴、D轴6个框架柱，⑤轴和⑥轴所有共8个框架柱，以上14个柱均用碳纤维包裹4层；其余柱子用碳纤维包裹3层。二层柱：②轴和③轴交A轴、C轴、D轴6个框架柱、⑤轴和⑥轴所有共8个框架柱采用碳纤维包裹3层；（2）梁加固在此选用的钢板材质：16锰钢一层：②轴~③轴交C轴~D轴之间和⑤轴~⑥轴之间；所有主梁梁底和梁顶采用1层270mm宽，8mm厚的钢板进行加固，箍板宽度150mm，厚度5mm；所有次梁梁底和梁顶采用1层220mm宽，8mm厚的钢板进行加固，箍板宽度150mm，厚度5mm。二层：②轴~③轴交C轴~D轴之间和⑤轴~⑥轴之间；所有主梁梁底和梁顶采用1层270mm宽，8mm厚的钢板进行加固，箍板宽度150mm，厚度5mm；所有次梁梁底和梁顶采用1层220mm宽，8mm厚的钢板进行加固，箍板宽度150mm，厚度5mm。（3）增设支撑采用截面尺寸为150mm×10mm的方钢管，分别在一层至三层的①轴和⑤轴分别布置Y向的人字型刚性支撑，在一层至三层的A轴交③~④轴、D轴交③~④轴处分别布置X方向交叉型的刚性支撑。4.3.2基于PKPM软件JDJG模块进行抗震性能分析利用PKPM软件中JDJG“鉴定加固”模块，对加固后结构的抗震性能进行分析，结果如下：图4.5加固后结构一层质心和刚心66
西安建筑科技大学硕士学位论文（1）加固后结构一层、二层、三层质心和刚心基本重合，说明加固后结构质量和刚度分布基本均匀。如图4.5所示一层的质心坐标（X=16.17m，Y=23.09）和刚心坐标（X=15.95m，Y=23.31m）。（2）自振周期对比结构加固前后的前5阶振型的自振周期（如表4.5）知，加固后结构的自振周期变小，说明加固后结构的刚度增大；加固后结构第一振型为X向平动，第二振型为Y向平动，第三振型为扭转震动，说明加固后结构抗扭刚度大小合适。表4.5结构加固前后各振型自振周期振型12345自振周期0.9680．9400.8390.3390.334加固前方向XY扭转XY自振周期0.9190.8790.7760.3120.295加固后方向XY扭转XY周期折减5.1%6.4%7.5%8.0%11.7%（3）加固后结构X方向的弹性层间位移角最大值为1/590，比加固前减小了39.2%；Y方向的弹性层间位移角最大值为1/596，比加固前减小了49.2%，并且满足抗震规范1/550的要求，如图4.6和表4.6所示。加固后结构X方向和Y方向的弹塑性层间位移角最大值分别为1/91、1/81，满足抗震规范1/50的要求。表4.6结构加固前后弹性层间位移角对比层号方向变化一层二层三层加固前1/3581/4141/610X方向加固后1/5901/6501/900减小率39.2%36.3%32.2%加固前1/3021/3711/461Y方向加固后1/5961/6411/892减小率49.2%42.1%48.3%67
西安建筑科技大学硕士学位论文加固前加固前3加固后3加固后22层号层号11000.00000.00050.00100.00150.00200.00250.00300.00000.00050.00100.00150.00200.00250.00300.0035位移角位移角（a）X方向加固前后弹性层间位移角（b）Y方向加固前后弹性层间位移角图4.6结构加固前后层间位移角（4）一层到三层的剪重比分别为8.02%，9.48%，12.70%，均满足抗震规范任意楼层剪重比不小于3.2%的要求。（5）配筋通过对加固后结构的配筋率进行核实，满足结构计算配筋要求。（6）轴压比如下表4.7所示，加固后的框架柱轴压比满足《抗震规范》（GB50011-2010）规定的柱轴压比小于0.75的要求。表4.7加固后柱轴压比柱编号轴压比柱编号轴压比一层A/③柱0.69一层B/③柱0.60一层A/④柱0.57一层C/③柱0.54一层A/⑤柱0.59一层D/②柱0.66一层D/③柱0.54一层D/④柱0.54二层A/⑤柱0.60二层D/⑤柱0.60由以上抗震性能分析结果可知，加固效果满足要求，同时从结构层面和实践层面进一步验证了加固方案一是切实可行。68
西安建筑科技大学硕士学位论文4.4加固施工中注意要点（1）碳纤维加固框架柱施工要点①在对框架柱表面进行打磨与找平时，务必把柱表面的污浊物和浮浆去除干净，否则碳纤维层和框架柱表面之间的拉结强度将大大降低，加固效果将严重下降。②由于水容易和树脂产生化学反应发生硬化，因此在施工中务必保证框架柱表面和碳纤维布干净无水分；当工期紧张必须施工时，可采取保温和除湿措施。③应避开阴雨天气和寒冷天气施工，否则常常会因碳纤维布起皱扭曲或树脂粘贴效果不佳使加固效果大打折扣。④为了防止碳纤维粘贴不密实、不充分，因此在涂刷树脂时务必保证涂抹厚度均匀。（2）粘钢法加固框架梁施工要点①在对框架柱表面进行打磨与找平时，务必把柱表面的污浊物和浮浆去除干净，否则碳纤维层和框架柱表面之间的拉结强度将大大降低，加固效果将严重下②由于水容易和树脂产生化学反应发生硬化，因此在施工中务必保证框架柱表面和碳纤维布干净无水分；当工期紧张必须施工时，可采取保温和除湿措施。③胶黏剂所用原料为易燃易爆物品，放置和保存原料的场所务必保证远离明火，阳光不能长时间照射，通风良好，同时应配备合适的灭火器械；操作工人在施工中禁止吸烟，以防失火。④由于胶黏剂有效使用时间较短（大概30分钟），因此在进行粘合施工时，其他的辅助工作必须提前到位，否则严重影响加固效果。（3）框架柱柱间支撑布置施工要点①布置支撑时应进行防火和发腐蚀处理。②支撑和柱连接处应采用钢构套，以保证支撑和柱之间有效连接。③施工中设置支撑时应采取措施保证地震力由支撑稳定地传递到基础。④不论是人字形支撑还是交叉型支撑，施工时务必保证支撑斜杆与水平方向夹角小于55º。4.5本章小节（1）本章以某办公楼改造工程为例，对上文建立的钢筋混凝土改造施工中加69
西安建筑科技大学硕士学位论文固方案优选模型进行了应用；实例中分别采用传统的TOPSIS法和改进的TOPSIS对该实例中提出的三种加固方案进行优选排序，排序结果一致（方案一>方案二>方案三），这充分说明基于改进的TOPSIS法建立的加固方案优选模型是有效的。（2）利用PKPM软件中鉴定加固模块JDJG对方案优选出的加固方案一进行了方案详细设计，并对采用该加固方案加固后的结构抗震性能进行了分析，结果表明抗震性能良好；从而更进一步地论证了加固方案一的可行性。70
西安建筑科技大学硕士学位论文5总结与展望5.1总结本文以钢筋混凝土结构改造施工中加固方法的应用为出发点，对钢筋混凝土结构改造施工中加固方案的优选及加固后结构的抗震性能进行了研究分析，主要成果有如下几点：（1）从全新的角度总结归纳了钢筋混凝土结构改造加固的原因、原则和工程特点、受力特征等，探讨了选择加固方法时应该注意的关键要素，深入分析了加固结构的受力特征、协同工作问题，探讨了碳纤维加固法、粘钢加固法、增大截面法等常用加固方法的特点和适用性（2）本文借助重要性指数和变异系数等数学方法和德尔菲法，对初选的13个指标进行了进一步的筛选，最终优选确定出钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选的10个指标，并对10个指标的内涵和赋值标准进行了定义。（3）通过对比常用的主观赋权法和客观赋权法后，同时结合钢筋混凝土结构改造加固类工程的特征，最终采用MA-OWA算子来进行指标权重赋值；该法计算简单明了，信息处理结果说服力强，并且相关调查问卷直观、简单并且易于理解。（4）从多方面、多角度、多维度对加固方案优选难免带有主观性和模糊性，因此本文通过对比多种决策方法，最终选择TOPSIS法，并对传统的TOPSIS法的两个缺陷进行了改进，最后确立出基于改进的TOPSIS法的钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选模型。（5）本文以某旧工业纺织厂内某一栋三层的钢筋混凝土框架结构办公楼改造加固为例，分别利用基于传统的TOPSIS法和本文确立的加固方案优选模型（基于改进的TOPSIS法）对本例中的三种加固方案进行了优选排序，结果一致，验证了该加固方案优选模型的有效性。（6）利用PKPM鉴定加固模块JDJG对利用加固方案优选模型优选出的加固方案进行了方案详细设计，并对采用该加固方案加固后的结构进行了抗震性能分析，抗震性能满足要求，从而更全面的论证了所选加固方案的可行性。71
西安建筑科技大学硕士学位论文5.2展望如同人的生命一样，建筑本身其寿命也有限，因此在整个使用过程中难免会出现这样那样的问题，人们在使用建筑的过程中对其功能可能会有更高的要求，因此，不可避免地需要对建筑进行改造加固。这也是建筑领域自然而然的发展趋势，在20世纪90年代，建筑的加固真正成为一门学科开始兴起，借助本文对建筑加固进行一定程度的研究后，有如下几点认识：（1）由于本人知识水平有限，本文总结归纳的10个加固方案优选指标在一定程度上带有不全面性，但确定加固方案优选指标的整个过程和思路值得以后的专家学者参考借鉴。（2）PKPM软件中的鉴定加固模块（JDJG）是该软件近几年发展起来的，该模块的计算理论或多或少不够全面，还望后来学者对该模块提出宝贵的改进意见。（3）加固本身是在既有结构上进行，然而既有结构的情况千变万化，因此对建筑进行加固本身就千差万别，不可能有一成不变的加固方案或加固模式。因此，可以尝试建立一个加固工程信息平台，将每个加固工程的相关信息尽可能完整地收集起来，供后面的加固工程参考借鉴。（4）如同建筑方案设计一样，建筑加固本身也是一个反反复复的过程，整个反复的过程其实就会一个加固方案的优化过程，因此，应该不断发展完善加固方面的相关理论和实践，使加固方案实现最优化。72
西安建筑科技大学硕士学位论文参考文献[1]范世平,孔广亚.建筑物加固改造技术的发展与应用[J].煤炭科学技术,2007,10:24-27.[2]王鹏.建筑物结构的加固技术研究[J].安徽建筑,2014,05:295+321.[3]陈伟坚,王幼松,吕文龙.建筑工程加固改造业的发展现状与前景分析[J].建筑监督检测与造价,2010,01:7-11.[4]姚继涛,马永欣,董振平等.建筑物可靠性鉴定和加固[M].北京:科学技术出版社,2003,112-159.[5]闫瑞琦.钢筋混凝土结构再生利用项目评价体系研究[D].西安:西安建筑科技大学,2012.[6]张平宇.城市再生新型城市化的理论与实践问题[J].城市规划,2004,(4):26.[7]ChamPion.UrbanizationSub-urbanizationCounter-urbanizationedRe-urbanizationInR[C].PaddisonandW.F.Lever(eds).HandbookofUrbanStudies.Sage,BeverlyHills,CA,Forthcoming,1997.[8]PatY.FromTourismAttractionstoHeritageTourism[M].Hunt-ingdon:ElmPublieations,1991.[9]Alfrey,PutnamT.TheIndustrialHeritageManagingresotireesanduses[M].London:Routledge,1992.[10]陈旭.钢筋混凝土结构再生利用理论与实证研究[D].西安:西安建筑科技大学,2010.[11]彭曼曼,陈彦廷,庄铿裕.浅析广州TIT创意园的生命周期与优化策略[A].科学中国人（人文社科版）,2014:2.[12]深圳特区报记者冯杰.走进“南海意库”感受绿色建筑[N].深圳特区报,2010-01-16A06.[13]马超.旧建筑内部空间改造再利用研究[D].天津：天津大学,2003.[14]陈学文,王艳婷.意大利古旧建筑改造再利用浅析[J].天津大学学报(社会科学版),2007,04:366-369.[15]刘桦,王镇中.城市既有建筑改造再利用项目社会效益评价研究[J].建筑经济,2013,02:75-77.[16]路方芳,张继龙.城市旧建筑改造再利用探析——以银川市老火车站为例[J].中华民居(下旬刊),2013,10:49-51.[17]刘瑞.城市旧建筑改造再利用的新模式探讨[J].艺术教育,2011,06:30-31.[18]胡伟,贾宁.更新旧建筑，创造新环境——2010年建筑环境科学与技术国际学术会议论文集73
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西安建筑科技大学硕士学位论文[63]HWANGCL,YOONK.MultipleAttributeDecisionMaking:MethodsAndApplications,aStateOfTheArtSurvey[M].Berlin:Springer-Verlag,2009.[64]王宇赞.高层钢筋混凝土框架结构加固方法优化设计研究[D].长沙:长沙理工大学,2013.[65]华飞翔.中小学校舍单跨框架结构抗震加固技术比较分析[D].合肥:合肥工业大学,2013.[66]陈妍君.建筑物鉴定与加固改造理论分析[D].石家庄:河北工程大学,2014.[67]王志齐.基于改进TOPSIS的高层建筑施工安全评价研究[D].西安建筑科技大学,2013.[68]贠惠娜.基于三角模糊数-TOPSIS法的高速公路穿越高铁施工方案优选研究[D].西安建筑科技大学,2013.[69]赵涛.管理学常用方法[M].天津:天津大学出版社,2006.[70]郭亚军.综合评价理论与方法[M].北京:科学出版社,2002.[71]胡永宏,贺思辉.综合评价方法[M].北京:科学出版社,2000.[72]陈述云.综合评价中指标的客观赋权方法[J].上海统计,1995,6:16-18.[73]秦寿康.综合评价原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2009.[74]XuZS,DaQL.AnoverViewofOperatorsforAggregatingInformation[J].InternationalJournalofIntelligentSystems,2013,18:95-96.[75]PelaezJI,DonaJM.Majorityadditive-orderedweightingaveraging:Anewneatorderedweightingaveragingoperatorbasedonthemajorityprocess[J].InternationalJournalofIntelligentSystems,2013,18:469-481.[76]蒋熙敏,黄京华,王晖.电子商务系统评价模型及其应用[J].清华大学学报(自然科学版),2006,11:1019-1024.[77]王雪铭.评价方法的演变与分类研究[D].上海:上海交通大学,2009.[78]黄建.基于多属性群决策的桥梁加固方案优选研究[D].重庆:重庆交通大学,2013.[79]王志齐,李慧民,常文广.组合权在高层建筑施工安全评价中应用研究[J].建筑技术开发,2013,06:61-64.[80]虞晓芬,傅玳.多指标综合评价方法综述[J].统计与决策,2004,11:119-121.[81]岳超源.决策理论与方法[M].北京:科学出版社,2003.[82]刘佩军,陶跃,张彩虹.管理信息系统综合评价的协调分析[J].情报科学,2001,19(11):1199-1201.[83]何群华.建筑加固的方法与前景[J].知识经济,2010,15:117.[84]步文萍.建筑加固设计中几个重点问题探讨[J].山西建筑,2009,25:81-82.76
西安建筑科技大学硕士学位论文[85]孙昭旭,韩敏.不完全信息下的群体多属性决策方法[J].系统工程与电子技术,2007,29(7):1088-1101.[86]卢方元.一种改进的TOPSIS法[J].统计与决策,2003,03:78-79.77
西安建筑科技大学硕士学位论文硕士研究生期间的研究成果公开发表学术论文：1.田飞,李慧民,万婷婷,王静.钢筋混凝土框架结构抗震加固方法应用研究[J].工程抗震与加固改造，2015,（02）：126-130.2.田飞,李慧民,徐晨曦.不动产统一登记机构之探索[J].教育科学博览，2014,（11）：133-134.参与科研项目与实践：1.参与国家自然科学基金项目“旧工业建筑（群）再生利用项目评价理论与应用研究”；2.参与“不动产统一登记制度研究”科研项目，副组长；3.参与“土木工程施工现场安全管理”调研工作。硕士期间参编教材：1.李慧民等.土木工程安全检测与鉴定.北京：冶金工业出版社,2014.2.徐珂等.高速公路穿越高速铁路施工关键技术及安全控制.郑州：人们交通出版社股份有限公司,2014.3.李慧民等.土木工程安全生产与事故案例分析.北京：冶金工业出版社,2015.4.李慧民等.农村基础设施建设技术与管理教程.北京：冶金工业出版社,2014.获奖情况：所参与科研项目“商周二期高速公路穿越高速铁路施工关键技术及安全控制研究”获西安建筑科技大学“科学技术一等奖”。78
西安建筑科技大学硕士学位论文致谢停笔之际，感慨颇多，此刻感激之情占据了我全部的思绪。时光荏苒，四年的建大本科生涯早已结束，三年的研究生学习生涯也即将结束，西安建筑科技大学给我留下了无数的美好回忆。西安建筑科技大学良好的学习氛围，老师们的严谨求实，同学们的刻苦钻研都深深地感染了我，这一切都将在我以后的人生道路上发挥积极的作用。值此论文完成之际，首先我要感谢我的导师李慧民教授。三年时间里，无论是在学习还是生活上，李老师都给予我无私的关怀和帮助，在论文的字里行间都倾注着恩师辛勤的汗水和心血。师严谨的治学态度，渊博的学术知识，高尚的人格品质，一丝不苟的学风，无私奉献的精神给于我深刻的启迪和继续奋斗的动力，使我受益良多。几年的硕士攻读紧张而艰辛，在导师的精心指导下，使我得以顺利完成学业。在此，谨向导师李慧民教授表示衷心的感谢和深深的敬意！其次，我要感谢七年间教导我的各位老师。七年的求学日子，能够得到老师们的教导和关爱，我感到无比自豪和幸运。感谢我的辅导员孙宏哲老师和潘登老师，是你们教导我如何成为一名优秀的大学生；感谢土木工程学院施工教研室的胡长明教授、赵平教授、王建平教授等，在我的论文开题之初，他们的睿智和见解令我眼界开拓，带给了我种种启发；感谢土木学院董振平副教授、张成中副教授、马永新副教授等，他们在我论文写作过程中给我提供的点播性的思路和建议。再次，我要感谢我的师兄师姐和师弟师妹，在论文的写作过程中，陈旭师兄、樊胜军师兄、闫瑞琦师兄、田卫师兄、王志齐师兄、贠惠娜师姐、王大为师兄、苟玲玲师姐等都不断地给我提供宝贵意见；感谢师弟张小龙、段小威、徐晨曦等在本文收集资料过程中提供的帮助。还有，感谢我的家人，感谢我的女友王盼盼，谢谢她们的支持和关爱。最后，由衷地感谢在百忙之中评阅本篇论文和出席论文答辩的各位教授与专家！由于本人才疏学浅，水平有限，文中难免有不足之处，敬请各位老师、专家、读者批评指正。79
西安建筑科技大学硕士学位论文附件1：钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选初选指标筛选调查表指标施工影影响原指施工操施工作结构性加固方对原有施工对标施工风施工加固成后续使后期维响结构有建筑作难易业空间能改善案先进建筑的周围环得险度工期本用年限护费用继续使效果程程度要求程度性影响境影响得分用度12345备注：1.重要程度按照五个档次进行划分：非常不重要——取值1分，不重要——取值2分，一般考虑——取值3分，重要——取值4分，非常重要——取值5分；2.本表用于初选指标的进一步筛选。80
西安建筑科技大学硕士学位论文附件2：钢筋混凝土结构改造施工中加固方案优选指标权重确定调查表指标指施工操作难施工结构性能改后续使用年后期维护费施工影响结施工对周围影响原有建标施工工期加固成本得得分易程度风险度善程度限用构继续使用环境影响筑效果程度分12345备注：1.重要程度按照五个档次进行划分：不太重要——取值1分，一般重要——取值2分，比较重要——取值3分，相当重要——取值4分，非常重要——取值5分；2.本表用于确定指标权重。81
西安建筑科技大学硕士学位论文附件3：三种加固方案优选指标得分调查表指标得指施工操作难施工风险结构性能改后续使用年后期维护施工影响结施工对周围影响原有建施工工期加固成本分分易程度度善程度限费用构继续使用环境影响筑效果程度方方案案方案一方案二方案三注：评分标准执行表3.4方案一：采用粘贴钢板加固法加固梁，采用外包碳纤维加固法加固柱，局部增加侧向刚性支撑；方案二：采用加大截面法加固混凝土梁和柱；方案三：采用粘贴钢板加固法加固梁，层间局部增设剪力墙。82'
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