考虑损伤关联的《危险房屋鉴定标准》评价模型

顾文姝

【摘 要】考虑房屋构件的关联损伤影响，在《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99）层次模糊评判模型中引入能反映损伤联系性的传力机制，采用传力树模型描述房屋组成部分危险性联系，给出新的房屋危险等级评定公式以及模型参数的推导方法。通过某市中小学校舍安全鉴定的应用实践表明，这种考虑损伤联系性危房评判模型能减少误评判性。

【关键词】危房鉴定；多因素联系；评判模型

Considering Damage Relevance in Evaluation Model of Standard for Appraisal of Dangerous Buildings

GU Wen-shu

（Hunan NO.5 engineering Co.，LTD，Zhuzhou Hunan 412099，China）

【Abstract】Considering the influence of relevance among multi-factors on buildingsdamage，the power transmission mechanism that can reflect the damage relevance is introduced to the appraisal standard of damage in dangerous houses（JGJ125-99）hierarchical fuzzy evaluation model.The item description model uses the model of force-delivery tree，puts forward new housing risk and risk rating formulas derivation method of model parameters.The safety appraisal of practical application for Ezhou city primary school by Hubei province shows that the item dangerous evaluation model considering damage can reduce error of judgment.

【Key words】Appraisal of dangerous buildings；Multi elements relevance；Evaluation model

0 引言

我国的基本建设正逐渐由大规模新建阶段向新建与维修改造并重的阶段过渡，大量建筑物已经正在步入老化期[1]。改革开放30年来，中国经济飞速发展，大量旧的建筑将无法满足人民日益增长的使用需求，越来越多的房屋需要进行危房鉴定，并进行维修改造。准确鉴定结论以及合理的维修建议必将产生巨大的经济效益[2]。

现行行业标准《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99 2004版）（以下简称《危标》）以模糊数学为计算基础，建立一种层次的危房评价体系。该模型将建筑物各构件的损伤看做独立的量，忽略了构件在结构传力路径中的位置以及各构件间的相互联系性[3]，未考虑构件损伤的关联效应，以致常常出现误判。

本文考虑多因数联系对房屋损伤的影响，在《危标》层次模糊评判模型中引入能反映损伤联系性的传力机制，采用传力树模型描述房屋组成部分危险性联系，给出新的房屋危险等级评定公式以及模型参数的推导方法。通过某市中小学校舍安全鉴定的应用实践表明，这种考虑损伤联系性危房评判模型能减少误评判性。

1 传力树模型

传力树是由主干构件和非主干构件组成的传力系统，树表示构件与系统失效之间的逻辑关系，如图1所示。主干构件是指当其本身失效时会导致传力树中其他构件失效的构件，非主干构件是指其本身失效是孤立事件，它的失效不会导致其他主要构件失效的构件。

图1 传力树模型图

Fig.1 The model diagram of force-delivery tree

传力树模型采用逻辑推理关系表达了构件之间、构件与系统失效之间的内在联系。每一个承重结构构件都要受力和传力，按照传力路线进行传力跟踪追迹可找出力传到何处（哪个结构构件或节点）发生故障，层层跟踪可找出导致系统失效所有可能的直接因素和直接原因。

2 《危标》模糊数学模型问题分析

该模糊数学模型中，计算的基础是危险构件的百分比，计算的过程是隶属度的判定。这种判定过程将各构件的损伤程度看作是独立的量，未考虑结构体系中构件与构件的力学关联关系。然而，从建筑的角度来看，房屋各部分之间的损伤必然存在着一定的受力关系，构件的损伤将影响到房屋组成部分的受力关系，对房屋产生更大或更小的关联损伤。例如，屋面板为非主干构件，它的失效是一块块的损坏，一般不会导致其他构件以至系统失效，而托架或屋架为主干构件，它一旦失效不仅会把其它构件拉下来，而且会导致系统失效，造成屋盖倒塌一大片。因此，《危标》模糊算法常常存在着掩盖部分真实信息的缺陷[4]。

本文对《危标》层次模型进行扩展，引入传力树机制描述房屋组成部分的损伤传递，建立能反映构件损伤关联性的计算评定体系。

3 基于传力树模型的评价体系

首先将传力树的概念融入到评定体系的计算公式中，作为计算基础；再确定计算评定公式；最后通过反演归纳法确定公式中的待定值。3.1 计算基础的确立

在计算基础的确立中采用传力树主干构件和非主干构件概念，按照损伤联系的有无确定出损伤性的强弱，将构件的损伤归纳为主干损伤或非主干损伤，依据构件之间的联系性，将损伤划分为强损伤或弱损伤。W1非主干弱损伤，位于传力树非主干部位并且联系相对较小的损伤集合；W2非主干强损伤，位于传力树非主干部位但有较大损伤联系的损伤集合；W3主干弱损伤，位于主干部位但联系相对较小的损伤集合；W4主干强损伤，位于主干部位并且损伤联系较大的损伤集合。表1描述了这四种基本损伤等级评定体系。

表1 评定体系第二层次的四种基本损伤

Tab.1 The five basic danger on second level of the evaluation system

3.2 计算方法的确立

第三层次仍为整栋房屋的危险等级鉴定，按照《危标》将其划分为A、B、C、D四个等级。将房屋损伤值Z与损伤值范围进行对照，损伤值范围为A级= [0，X1）、B级=[X1，X2）、C级=[X2，X3）、D级=[X3，+∞），即可判定出房屋属于哪个危险等级。

3.3 公式中待定值的确定

模型中参数Z1、Z2、Z3、Z4、Y1、Y2、X1、X2、X3采用归纳反演的方法来求解，按下列步骤进行求解。

3.3.1 归纳损伤组合模型

损伤组合模型包含独自组合和相互组合。独自组合归纳房屋只出现某种基本损伤时房屋的危险等级，表2描述了独立组合的损伤隶属关系。

表2 独自组合损伤隶属关系

Tab.2 The dangerous subjection when composed by itself

相互组合归纳房屋出现两个或者两个以上基本损伤时房屋的危险等级，图2描述了相互组合的损伤隶属关系。

图2 相互组合损伤隶属关系

Fig.2 The dangerous subjection when composed mutual

3.3.2 建立求解不等式组

按各参数的定义和危险值计算公式将第一步中建立的危险组合模型转换成数学计算模型。四个基本危险赋值应具有层次关系即Z1

3.3.3 解方程组

根据第二步的方程组求解各未知量。因为不等式方程有解时，其解常常并不唯一，所以借助计算机采用穷举法求解，再归纳筛选最终得出最优解。我们用JAVA语言编写了随机取值的运算程序进行了约1000亿次计算，统计影响系数的分布，得出Y1和Y2的解主要分布在常数2和3附近，因此，取Y1=2，Y2=3。再用C++编写了不包含X1、Z4的穷举求解程序，得到30864组解。以危险值和危险范围形成较好级差为依据进行优化筛选，得到满足条件的一组最优参数值Z1=10、Z2=15、Z3=30、Z4=55、Y1=2、Y2=3、X1=8、X2=27、X3=82。

3.4 基于传力树模型的评定体系

改进后的房屋损伤度计算步骤分四步完成。

步骤一：根据第一层次中的相关概念，确定整栋房屋中的所有损伤构件并统计位置和数量。

步骤二：以多因素损伤关联的思想为指导，综合分析整个房屋受损的原因并进行总结，根据四个基本损伤的定义，将所有损伤构件进行归类，得到一个或者多个基本损伤。

步骤四：由公式（1）计算出Z值，再与损伤值范围进行对照，即可确定出整栋房屋的危险等级。

4 工程实例

课题组于参与了“全国中小学校舍安全工程”某市中小学校舍的安全鉴定工作。对总面积约100万m2的1300多栋校舍的鉴定数据，采用了基于联系损伤思想的房屋安全评定体系进行了分析。下面给出永塘小学教学楼的分析实例。

教学楼平面如图3所示，房屋原为一层教学楼，后来加建二层和三层。房屋为砖混结构，横墙承重、条形基础，楼板为预制空心板，一层设置有圈梁和构造柱。经过现场查勘和检测，房屋的基础和围护结构基本完好，上部承重结构发现有以下构件存在损伤：二层和三层中的⑥～⑦轴/？鬀～？鬁轴内的横墙和纵墙均开裂严重，一层中⑦轴大梁下挠严重，开裂、混凝土保护层脱落，主筋外露、轻微锈蚀。整个房屋西边渗漏较为严重。

图3 某中学教学楼平面图

Fig.3 The dormitory plan of a high school

4.1 按照改进后的评定体系进行评定

现场查勘和检测后得到的损伤构件有6面横墙、8面纵墙、1根大梁，这些构件主要位于房屋西侧二层、三层。该教学楼是由一个单层教学楼改造而来，在未经过加固设计的情况下直接进行加层处理，并且房屋的平面形式不具有对称性，因此改造后静荷载增大，致使局部的荷载作用达到或超出构件的极限承载力。另外，房屋西侧整体渗水较严重，推断西侧许多构件混凝土碳化、钢筋锈蚀较为严重，承载力下降。一层⑦轴大梁已经表现出下挠、开裂、露筋等危险信号。二层、三层的墙砌体由于受到一层承载力不足的影响，也出现了相应的危险。根据传力机制的划分方式，这15个损伤位于上部结构中并与基础的联系不是很紧密，所以将其划分为非主干构件。由于这些损伤联系紧密，具有相近的损伤诱发原因和损伤过程，在力学传导上也具有一定的相关性，应将其划分为强损伤。因此，这15个损伤构件均可定义为W3非主干强损伤。

将上述基本损伤按定义进行赋值Z1=0、Z2=0、Z3=30、Z4=0从整个上部结构的角度考虑，该损伤始于底层，贯穿整个上部结构，位置很重要，所以取影响参数Y31=2。由于仅在⑥～⑦轴出现，数量不多，所以其他各参数值均赋1。

由公式（1）计算出整栋房屋损伤值Z=0×1×1+0×1×1+30×2×1+0×1×1+0×1×1=60，该值落入[27，82），因此整栋房屋的损伤等级为C级。

4.2 采用《危标》进行评定

4.3 评定结果对比分析

表3

5 结论

本文在《危标》层次模糊评定模型的基础上进行了改进，引入能反映损伤联系性的传力机制，重新定义基于传力树概念的主干构件和非主干构件。同时，结合构件之间的协同损伤关联，定义出以四种基本损伤为基准的第二层次，推倒出整个房屋危险等级评定计算公式以及模型参数，很好的建立起基于损伤关联的危房鉴定模型，该模型能很好完成危房鉴定工作并很好地弥补了模糊算法常常掩盖的部分真实信息的缺陷。

【参考文献】

[1]张松.上海机场维修管理系统及程序开发[D].上海：同济大学，2004.

[2]汪国勋，程才渊，吴明舜.建筑物状况的综合评估方法[J].四川建筑科学研究，2006，32（2）：56-59.

[3]陈小环.关于危险房屋鉴定标准的探讨[J].中华建设，2008，6：89-90.

[4]宋满荣.关于《危险房屋鉴定标准》的应用研究[D].武汉：华中科技大学，2004.

[1]Song Zhang.Maintenance management system and program development of Shanghai Airport.2004.

[2]GuoxunWang，Caiyuan Chen，Mingshun Wu.Building science research of Sichuan，2006，32：56.

[3]Xiaohuan Chen.China Construction.2008，6：89.

[4]Manrong Song.Research on the Application of the Standard of Dangerous Building Appraisal.2004.