运用模糊综合方法评价重要市政建筑抗震能力——以合肥市为例

吴志新,张伟林,沈小璞

(安徽建筑工业学院土木学院,安徽合肥 230022)

运用模糊综合方法评价重要市政建筑抗震能力
——以合肥市为例

吴志新,张伟林,沈小璞

(安徽建筑工业学院土木学院,安徽合肥 230022)

模糊综合评价方法是对复杂问题的研究方法。文中将重要市政建筑主次关系,不同结构类别、不同场地类别、不同设防烈度和建设年代等因素,引入模糊综合评价模型当中,并对合肥市重要市政建筑物抗震性能进行分析。预测结果基本反映了合肥市重要市政建筑防御震害能力。

公共建筑; 生命线工程; 震害指数; 模糊综合评价

重要市政基础设施是城市生命线工程,主要包括供电、交通、通讯、供水和供气五个方面,在城市的防震减灾工作中发挥着重要作用。市政基础设施的破坏将严重影响震后居民的正常生活,阻碍震后应急救灾和恢复重建,还会造成一些次生灾害的发生,造成企业生产停工,商业中断[5]。为了摸清合肥市重要市政基础设施的抗震能力,笔者进行了问卷调查,并对部分重要建筑进行了现场调查,运用模糊综合评价方法,将重要市政设施中的供电、交通、通信、供水和供气这五个方面相互影响、相互制约、有主有次、有轻有重的关系系统考虑到数学模型当中,进行抗震能力综合评价,得出反映合肥市市政设施综合抗震能力现状的结论。

1 模糊综合评价的概念

按确定性标准,对某个(类)对象中的某个因素(组分)进行评价,称为单一评价。从众多单一评价中获得对某个(类)对象的整体评价,称为综合评价。模糊综合评价是处理具有模糊性复杂系统的重要方法,其基本原理是应用研究模糊变换实现模糊概念的论域转换,综合考虑与被评价事物相关的各个因素,从而做出科学论断[2]。模糊综合评价方法步骤如下。

(1)建立评价对象因素集U。因素是对象的各种属性或性能,称为参数指标或质量指标,它们能综合地反映出对象的质量,因而可由这些因素来评价对象。设选定 n个指标, ui表示第i个因素,则对象因素集可以表示为U={u1,u2,…,ui,…,un}。

(2)建立评语集 V。评语集是评价对象各种可能结果所组成的集合,在震害分析中评语集可以是震害程度的集合。设选定m个评语,vj表示第j个评语,则评语集可以表示为V ={v1,v2,…,vi,…,vn}。

(3)建立单因素评价模糊矩阵R。为了进行综合评判,先进行单因素评判,即确定U到V的模糊映射:

由f可以导出模糊关系,得到模糊矩阵:

R称为单因素评价模糊矩阵,于是{U V R}构成了一个综合评价模型。

若 1,则需要进行归一化。记归一化后的评价模型为B′=(b′1,b′2,…,b′j,…,b′m),根据对象集元素含义对系统的整体结果做出综合评价[1]。

2 合肥市市政建筑震害等级的综合评价

影响市政基础设施抗震能力的因素很多,如建设年代、结构类型、场地类别、设防烈度、基础形式、设施高度、截面形式、改造情况等,这些因素对抗震性能的影响各有不同。而且不同类型、不同用途的设施在城市防震减灾过程中有着不同的重要性[3]。在这次抗震调查中共问卷调查合肥市市政建筑251幢,其中电力系统有 102幢、交通系统31幢、通信系统 23幢、供水和供气系统共 95幢。下面就调查数据进行分析。

2.1 建立震害等级评价因素集U

因素是对象的各种属性或性能,能够综合地反映出对象的质量,因而可由因素来评价对象。就抗震评价指标选取而言,设施自身的抗震能力起着重要作用。用途各异,重要性不同的建筑在抗震性能评价中应各有轻重。这里选用供电、通讯、交通、供水(气)4个指标,则因素集可以表示为:

2.2 建立震害等级的评语集V

评语集是评价对象各种可能结果所组成的集合。这里指各类建筑在地震中不同程度破坏等级。本文将破坏程度分 5个等级,即基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、毁坏。则评语集可表示为:

2.3 建立单因素评价模糊矩阵R

对市政设施的问卷调查数据进行分类,对每个独立的生命线工程进行抗震性能预测。通过建筑物震害指数对破坏等级进行量化表示,其数值介于 0和 1之间,数值越大表示震害越严重。5个破坏等级相应的震害指数和上、下限值见表 1[7,8]。

建筑震害指数 k的计算公式为影响震害指数的各参数的乘积:

式中:βd为设防烈度影响系数;βn为建设年代修正系数;βc为结构类型修正系数;βt为场地类型修正系数。震害指数的设防烈度修正、年代修正、结构类型修正和场地类型修正各影响系数分别列在表2～表 5中。

合肥地区为七度设防区,重要市政基础设施及其建筑物需要提高一度抗震设防。根据震害指数计算方法及对照五个震害等级的量化区间得出合肥市重要市政基础设施及其建筑物在基本烈度和提高一度设防的震害预测评语集 vj列在表 6、表 7中。

由表 6、表 7可写出基本烈度和提高一度设防下震害预测模糊矩阵:

2.4 模糊综合评价结果

2.4.1 基本烈度设防下的综合评价结果

由式(6),计算出基本烈度设防下的综合评价模糊集:

可以看出,合肥市在发生基本设防烈度的地震时,市政建筑震害情况如下:基本完好的占 37.9%,轻微破坏占54.2%,中等破坏 7.9%,未出现严重破坏和毁坏建筑。

2.4.2 提高一度设防下的综合评价结果

由式(6),计算出提高一度设防下的综合评价模糊集:

计算结果表明,在发生比设防烈度高一度的地震时,合肥市市政建筑震害情况如下:轻微破坏占 14.15%,中等破坏77.87%,严重破坏 7.98%,未出现基本完好和毁坏建筑。

3 结 论

(1)根据上述分析结果,合肥市重要市政建筑在基本烈度设防下基本完好率和轻微破坏率占 92.1%,可见生命线工程仍能保特畅通,对震后的救护、重建不会构成严重影响。在提高一度设防轻微破坏和中等破坏率占 92.02%,少部分(7.98%)建筑及相关设施失去应有的功能,这对救灾工作不利。

(2)单一因素分析不能反映整体的水平,考虑的因素越多预测结果就越能反映事实。但在分析过程中没有对建筑物近距共存性列入。比如在供电系统当中变电所供电的范围,所在的位置,是主干线上的,还是非主干线上的等因素,这些都会不同程度的影响到震害预测的结果[6]。

(3)市政重要基础设施及其建筑物布局要合理,采取有主到次统一协调,分块管理。在一些关键的位置上的市政建筑物要进行抗震性能评估,抗震性能不合要求的要拆除重建或必要的加固。对地理位置不合理的要重新规划建设。确保在提高 1度的设防下市政建筑设施仍不失其使用功能。

(4)各部门之间和部门内部要网络化,建立震害评估系统,实时监测生命线工程各部门之间的现状,给决策部门提供震害防御依据。

[1] 冯启民.城市社区抗震能力模糊综合评价模型[J].世界地震工程,2007,23(3):2-4

[2] 胡玉清.模糊理论基础[M].武汉:武汉大学出版社,2003

[3] 汤爱平.生命线系统间的相互作用破坏与震害预测[D].哈尔滨工业大学,2001

[4] 张风华,谢礼立.生命线系统对城市地震灾害损失评价研究[J].土木工程学报,2003(11):100-103

[5] 张风华.城市防震减灾能力评估研究[D].哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,2002

[6] 苏幼坡,马亚杰,刘瑞兴.城市生命线地震震害相互影响[J].河北工学院学报,2001,5(2):57-58

[7] 谢礼立,张晓志,周雍年.论工程抗震设防标准[J].地震工程与工程振动,1996,16(1):1-18

[8] 张风华,谢礼立,范立础.城市建构筑物地震损失预测研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(3):12-20

TU311.2

B

2009-10-23

安徽省重要公共基础设施和公共建筑抗震调查与对策研究(批准号办设函[2008]130号)

吴志新(1976～),男,研究生,主要从事新型叠合结构抗震性能研究;张伟林(1954～),男,教授;沈小璞,男,教授,一级结构工程师,主要从事抗震研究。