楊海旭， 李沅潮， 方 穎， 李貴龍， 朱 峰， 孔祥宇

(1. 東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040； 2. 沈陽(yáng)建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng)，110168)

我國(guó)是個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，而地震的災(zāi)害大都轉(zhuǎn)化為土木工程災(zāi)害。為避免建筑橋梁等結(jié)構(gòu)物受到地震災(zāi)害的威脅，人們采用各種抗震技術(shù)減輕震害損失。摩擦擺隔震便是發(fā)展較為成熟且應(yīng)用最為便利的一種被動(dòng)控制技術(shù)[1]。目前諸多中外學(xué)者Luciana、Nikolay、岡村茂樹(shù)、李大望、周云等對(duì)摩擦擺隔震的研究多集中在對(duì)摩擦擺隔震性能、設(shè)計(jì)方法及隔震減震效果的研究上[2,3]，缺少對(duì)其經(jīng)濟(jì)性的研究分析。少數(shù)文獻(xiàn)一般只針對(duì)直接建設(shè)費(fèi)用或是單方面的震后損失進(jìn)行評(píng)價(jià)研究[4,5]，基于價(jià)值工程原理對(duì)摩擦擺隔震建筑全壽命周期評(píng)價(jià)的研究文獻(xiàn)則更少[6]，且不能從工程經(jīng)濟(jì)角度全面分析，使得開(kāi)發(fā)商、工程師及業(yè)主等各方不能正確評(píng)價(jià)摩擦擺隔震建筑的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)無(wú)法得到大規(guī)模廣泛應(yīng)用。

本文從工程經(jīng)濟(jì)角度對(duì)摩擦擺隔震建筑進(jìn)行全壽命周期成本分析，采用模糊層次法研究摩擦擺隔震建筑的失效損失費(fèi)用，然后基于價(jià)值工程理論，提出摩擦擺隔震建筑全壽命周期的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)模型并進(jìn)行工程實(shí)例分析，經(jīng)過(guò)全面的摩擦擺隔震建筑經(jīng)濟(jì)效益分析評(píng)價(jià)后得出結(jié)論：摩擦擺隔震建筑因?yàn)樵黾恿烁粽饘訉?dǎo)致在設(shè)計(jì)階段及建設(shè)階段比傳統(tǒng)抗震建筑投入略大，但從全壽命周期來(lái)看，按照建筑物所在地區(qū)的抗震設(shè)防要求在達(dá)到同等抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的條件下降低上部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)等級(jí)，能夠較大幅度減少整體結(jié)構(gòu)建設(shè)成本，同時(shí)也降低了其維護(hù)運(yùn)營(yíng)階段的成本，更大幅度減少了震后修復(fù)費(fèi)用和生命財(cái)產(chǎn)損失，故摩擦擺隔震建筑具有良好的社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

1 摩擦擺隔震建筑的全壽命周期成本分析

1.1 摩擦擺隔震建筑簡(jiǎn)介

摩擦擺隔震建筑主要由三部分組成：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、隔震層(安裝摩擦擺隔震支座的部位)和上部結(jié)構(gòu)。摩擦擺隔震支座由上座板、滑動(dòng)摩擦面和下座板構(gòu)成，按照滑動(dòng)摩擦面結(jié)構(gòu)形式，分為單主滑動(dòng)摩擦面型和雙主滑動(dòng)摩擦面型，如圖1所示。其工作原理如下：在地震作用下，利用鐘擺原理實(shí)現(xiàn)減隔震功能，具有承受豎向荷載和水平位移能力，下部滑塊與圓弧形滑動(dòng)面發(fā)生位移，由于上部結(jié)構(gòu)的重力作用及滑動(dòng)面的圓弧形設(shè)計(jì)，總能產(chǎn)生向心的回復(fù)力，并且能通過(guò)地震動(dòng)滑移過(guò)程中滑塊與滑動(dòng)面滑移之間的摩擦來(lái)消耗能量。摩擦擺隔震建筑就是通過(guò)在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置摩擦擺支座，支座通過(guò)滑動(dòng)界面的摩擦消耗地震能量實(shí)現(xiàn)減震功能，通過(guò)球面擺動(dòng)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)周期實(shí)現(xiàn)隔震功能，減小地震對(duì)建筑物本身及其附屬設(shè)施的損害。

圖1 摩擦擺隔震裝置

與傳統(tǒng)抗震建筑相比，一方面摩擦擺隔震建筑通過(guò)設(shè)置摩擦擺隔震支座來(lái)延長(zhǎng)上部結(jié)構(gòu)的基本自振周期，實(shí)現(xiàn)了上部結(jié)構(gòu)與地面地震波的分離，使建筑的橫向移動(dòng)都集中在隔震層，通過(guò)摩擦擺支座裝置吸收能量，極大地減小了地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用；另一方面摩擦擺隔震支座提供的恢復(fù)力使支座能依靠其承受的重力自動(dòng)向中心位置回復(fù)，使地震響應(yīng)得到控制，并且該支座的剛度中心有自動(dòng)與隔震結(jié)構(gòu)的質(zhì)心重合的趨勢(shì)，因而能在最大程度上消除結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。摩擦擺隔震支座的周期、豎向承載力、阻尼比、橫向位移等指標(biāo)可以進(jìn)行單獨(dú)控制，該特性十分便于設(shè)計(jì)人員對(duì)隔震系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]

1.2 價(jià)值工程原理簡(jiǎn)介

價(jià)值工程源于二十世紀(jì)四十年代，美國(guó)電氣工程師麥爾斯在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地研究降低成本提高產(chǎn)品性能的方法，并創(chuàng)立了一種能以最低的消耗提供最有效功能、使產(chǎn)品獲得最高價(jià)值的分析方法，此方法系統(tǒng)化后被命名為價(jià)值分析。此后，價(jià)值工程技術(shù)迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，逐漸拓展到農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)以及建筑業(yè)等。價(jià)值工程理論在國(guó)外廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)，但在我國(guó)卻并未得到重視。

價(jià)值工程是以產(chǎn)品的價(jià)值為目的，通過(guò)有組織的創(chuàng)造性工作，尋求以最低的壽命周期成本，可靠地實(shí)現(xiàn)使用者所需功能的一種管理技術(shù)，如圖2所示。當(dāng)價(jià)值工程技術(shù)應(yīng)用于建筑中時(shí)，價(jià)值(Value)=功能(Function)/成本(Cost)，它要求建筑結(jié)構(gòu)不僅要考慮大震情況下結(jié)構(gòu)不會(huì)倒塌，能夠保障人員生命安全，同時(shí)要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等諸多因素，全面考量建筑結(jié)構(gòu)的隔震性能以及安全性、經(jīng)濟(jì)性，在結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，在該平衡點(diǎn)處，結(jié)構(gòu)的全壽命周期費(fèi)用最小，即結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)、維修管理費(fèi)用與失效損失費(fèi)用的比例達(dá)到最優(yōu)，該工程項(xiàng)目能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益[7]，本文提出了基于價(jià)值工程原理的摩擦擺隔震建筑全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，如圖3所示。

圖2 價(jià)值工程原理

圖3 基于價(jià)值工程的摩擦擺隔震建筑 全壽命周期總成本

1.3 摩擦擺隔震建筑全壽命周期成本構(gòu)成

一般建設(shè)工程項(xiàng)目的全壽命周期費(fèi)用主要包括：建設(shè)工程項(xiàng)目前期、建設(shè)期工程費(fèi)，運(yùn)營(yíng)成本，其他費(fèi)用(包括維修管理費(fèi)、殘值回收及災(zāi)難損失費(fèi))。摩擦擺隔震建筑的全壽命周期費(fèi)用主要包括三個(gè)部分，一是結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)，二是結(jié)構(gòu)在壽命期內(nèi)的維修管理費(fèi)用，三是結(jié)構(gòu)的各種失效費(fèi)用。一般建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及建設(shè)成本占全生命周期費(fèi)用的50%～70%[8]，運(yùn)營(yíng)成本占全生命周期費(fèi)用的20%～40%[8]。以建設(shè)成本作為衡量建設(shè)項(xiàng)目可行性的標(biāo)準(zhǔn)不是最優(yōu)方案，應(yīng)該全面考量建設(shè)工程項(xiàng)目的全壽命周期費(fèi)用。 Naeim等[7]對(duì)大量基礎(chǔ)隔震實(shí)際工程統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隔震設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)相比，隔震設(shè)計(jì)及隔震裝置的使用會(huì)直接增加1%～5%的建設(shè)費(fèi)用，但是上部結(jié)構(gòu)因采用基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)可以降低設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，可降低建設(shè)成本的6%左右。摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)還能大大增加結(jié)構(gòu)的可靠性，極大地減小地震損失及震后維修費(fèi)用，其全壽命周期成本費(fèi)用構(gòu)成如圖4所示。因此，隔震建筑具有傳統(tǒng)抗震建筑無(wú)法比擬的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)安全性。

圖4 摩擦擺隔震建筑工程全壽命周期成本構(gòu)成

2 基于模糊層次分析法的結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)評(píng)估方法

本文通過(guò)結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)來(lái)確定結(jié)構(gòu)破壞的直接經(jīng)濟(jì)損失。目前，預(yù)測(cè)震害破壞狀態(tài)的主要方法有：歷史震害統(tǒng)計(jì)法、模糊類比法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、結(jié)構(gòu)計(jì)算法等。結(jié)構(gòu)計(jì)算法適用于單體結(jié)構(gòu)的震害預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率高，但計(jì)算方式較為復(fù)雜，且計(jì)算量很大。歷史震害統(tǒng)計(jì)法、模糊類比和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法都僅適用于區(qū)域性的結(jié)構(gòu)震害預(yù)測(cè)，且歷史震害統(tǒng)計(jì)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的準(zhǔn)確率有待商榷。模糊層次分析法是一種將模糊數(shù)學(xué)方法與層次分析法相結(jié)合，通過(guò)建立模糊判斷矩陣和模糊評(píng)語(yǔ)矩陣，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)的方法。本文采用模糊層次分析法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的震害進(jìn)行預(yù)測(cè)[9]。

2.1 震害指數(shù)定義

結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)指在地震作用后結(jié)構(gòu)使用功能的完好程度、主要構(gòu)件的破壞情況以及修復(fù)的難易程度，通常劃分為以下五級(jí)：基本完好、輕微損壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞、倒塌。結(jié)構(gòu)的震害指數(shù)指一定容量范圍內(nèi)或一定區(qū)域范圍內(nèi)各破壞等級(jí)的建筑物所占的比例與相應(yīng)的震害指數(shù)乘積之和。其中，五級(jí)權(quán)重分別定義為：基本完好狀態(tài)權(quán)重取值0.05，輕微破狀態(tài)權(quán)重取值0.2，中等破壞權(quán)重取0.4，嚴(yán)重破壞權(quán)重取0.7，毀壞狀態(tài)權(quán)重取1.0[9]。本文選取國(guó)內(nèi)歷次大地震中地震烈度為6～9度區(qū)間內(nèi)的100個(gè)多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樣本[10,11]的震害情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 震害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

基于模糊層次分析法建立的多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害預(yù)測(cè)模型，其實(shí)質(zhì)是對(duì)鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)震害因素的選取，如表1所示。

表1 震害評(píng)價(jià)指標(biāo)及影響因素

2.3 震害評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

確定不同指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)震害的影響是一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題。權(quán)重的確定方法有很多，目前常用的確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法有：層次分析法、環(huán)比法、德?tīng)柗品ā^(qū)間統(tǒng)計(jì)法等。本文采用模糊層次分析法來(lái)確定各震害評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，克服了傳統(tǒng)層次分析法一致性困難和主觀差異問(wèn)題。依據(jù)文獻(xiàn)[12]確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性所建立的模糊判斷矩陣，如表2所示。

表2 多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害評(píng)價(jià)指標(biāo)的

按照模糊層析分析求出多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、建造年代、用途等8個(gè)震害評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，如表3所示。

表3 各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)多層鋼筋混凝土

2.4 模糊評(píng)價(jià)矩陣的建立

在一定量多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樣本的基礎(chǔ)上，可采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立一個(gè)震害評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣。按照某一指標(biāo)的分類在某一烈度條件下，統(tǒng)計(jì)五個(gè)震害等級(jí)的樣本數(shù)量，并將其轉(zhuǎn)化為百分比，即可得到該條件下的模糊集合，從而建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。最后，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與對(duì)應(yīng)的模糊評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。

3 摩擦擺隔震建筑全壽命周期總費(fèi)用評(píng)估

結(jié)構(gòu)的全壽命周期總費(fèi)用W包括三部分：初始費(fèi)用或初始造價(jià)CI、檢查維護(hù)維修費(fèi)用CM以及失效損失費(fèi)用CL。摩擦擺隔震建筑全壽命周期總費(fèi)用的計(jì)算模型為：

W=CI+CM+CL

(1)

3.1 初始造價(jià)估計(jì)

基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)主要由兩個(gè)部分組成：一是隔震結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)的費(fèi)用，一般包括材料費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、施工費(fèi)、裝修費(fèi)等；二是摩擦擺隔震層的費(fèi)用，主要包括摩擦擺支座費(fèi)用、隔震層構(gòu)造措施費(fèi)用、隔震設(shè)計(jì)及施工費(fèi)用等。

目前，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)的估計(jì)主要有以下兩種形式：一是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工程中，直接根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)；二是建立結(jié)構(gòu)初始造價(jià)與代表性的設(shè)計(jì)參數(shù)(如可靠度、強(qiáng)度、烈度等)之間的近似關(guān)系來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)。前者更適用于具體的工程實(shí)例分析，后者適用于概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段。本文采用基于抗震烈度和建筑結(jié)構(gòu)類型的公式[13]：

CS=(1+δ)CO

(2)

式中：CS為基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)；CO為不考慮抗震時(shí)結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)；δ為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防造價(jià)增加系數(shù)，與建筑結(jié)構(gòu)類型和抗震烈度有關(guān)，在大多數(shù)實(shí)際工程中，隔震結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)比普通不隔震結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)大約高5%。

對(duì)于隔震層造價(jià)的估計(jì)大體可分為兩類：一類是根據(jù)隔震層的具體參數(shù)計(jì)算隔震層的造價(jià)；二是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)直接估算隔震層的造價(jià)。相對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，后者的計(jì)算結(jié)果更為精確。故本文采用后者來(lái)估計(jì)隔震層的造價(jià)。隔震層造價(jià)與上部結(jié)構(gòu)造價(jià)之間的關(guān)系為：

Cg=Ld×CS

(3)

式中：Cg為隔震層的造價(jià)；Ld為抗震烈度系數(shù)，7度設(shè)防地區(qū)Ld取6.195%，8度設(shè)防地區(qū)Ld取8.394%，9度設(shè)防地區(qū)，Ld取9.5%[13]。

綜上，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的初始造價(jià)評(píng)估模型為：

CI=CS+Cg=(1+δ)CO+Ld×CS

(4)

3.2 摩擦擺隔震建筑維修管理費(fèi)用估計(jì)

同樣對(duì)于摩擦擺基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)維修管理費(fèi)用估計(jì)，目前一般采用概率可靠度算法評(píng)估。對(duì)于實(shí)際工程，根據(jù)年維修管理費(fèi)用，利用時(shí)間價(jià)值將計(jì)算期內(nèi)的維修管理費(fèi)折算到建設(shè)期初[14]：

CM=A×(P/A，i，n)

(5)

式中：A為年維修管理費(fèi)用；P為維修管理費(fèi)用現(xiàn)值之和；i為維修管理費(fèi)用的貼現(xiàn)率，n為結(jié)構(gòu)使用年限。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)的年維修管理費(fèi)如表4所示。

表4 年維修管理費(fèi) 元/m2

3.3 預(yù)期失效損失費(fèi)用估計(jì)

結(jié)構(gòu)的預(yù)期失效損失費(fèi)用指結(jié)構(gòu)在全壽命期間由預(yù)期災(zāi)害所造成的結(jié)構(gòu)破壞而引起的各項(xiàng)損失費(fèi)用之和，包括直接經(jīng)濟(jì)損失、間接經(jīng)濟(jì)損失。直接經(jīng)濟(jì)損失指由于地震及其相關(guān)的破壞造成的建筑物或構(gòu)筑物自身的破壞和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失；間接經(jīng)濟(jì)損失指企業(yè)建筑發(fā)生破壞后由于使用功能的喪失而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)效益的損失，可分為企業(yè)停產(chǎn)減產(chǎn)損失和企業(yè)關(guān)聯(lián)損失，還包括人員傷亡損失以及結(jié)構(gòu)失效而引起的社會(huì)、政治、心理的損失[15]。結(jié)構(gòu)失效費(fèi)用CL為：

CL=CA+CB

(6)

式中：CA為直接經(jīng)濟(jì)損失，包括結(jié)構(gòu)破壞的直接損失CR和室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失CC；CB為間接經(jīng)濟(jì)損失。

在考慮實(shí)際情況的復(fù)雜性基礎(chǔ)上，本文直接引用了以下簡(jiǎn)略計(jì)算公式[16]：

(1)直接經(jīng)濟(jì)損失

CA=CC+CR

(7)

CR=β(Ii)CI

(8)

式中：β(Ii)表示破壞狀態(tài)Ii引起的結(jié)構(gòu)直接損失系數(shù)，見(jiàn)表5[17]。

表5 結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)損失

室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失CC為：

CC=δ0τCI

(9)

式中：τ為室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失比，見(jiàn)表6；δ0為室內(nèi)財(cái)產(chǎn)狀態(tài)破壞系數(shù)，見(jiàn)表5；CI為結(jié)構(gòu)初始造價(jià)。

表6 室內(nèi)財(cái)產(chǎn)與結(jié)構(gòu)初始造價(jià)比 %

(2)間接經(jīng)濟(jì)損失

CB=εCA

(10)

式中：ε為間接經(jīng)濟(jì)損失比，見(jiàn)表7[17]。

表7 間接經(jīng)濟(jì)損失比 %

3.4 全壽命周期費(fèi)用估計(jì)

在結(jié)構(gòu)全壽命周期費(fèi)用評(píng)估中，由于初始造價(jià)、維修管理費(fèi)用以及失效損失費(fèi)用發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)都不同，所以直接進(jìn)行簡(jiǎn)單的加和是不正確的，必須考慮資金的時(shí)間價(jià)值，采用適當(dāng)?shù)馁N現(xiàn)率，將所需費(fèi)用都轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值。一般情況下貼現(xiàn)率取3%～6%。綜上，考慮資金的時(shí)間價(jià)值，隔震結(jié)構(gòu)全壽命周期總費(fèi)用W按式(1)計(jì)算。

3.5 基于價(jià)值工程的全壽命周期費(fèi)用估計(jì)

價(jià)值工程系數(shù)作為功能與成本的比值，更好地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震性能與成本費(fèi)用之間的關(guān)系。用它作為系數(shù)對(duì)摩擦擺隔震建筑全壽命周期總費(fèi)用進(jìn)行修正，在評(píng)價(jià)隔震建筑的經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮到了隔震建筑的抗震性能，基于價(jià)值工程理論的隔震結(jié)構(gòu)全壽命周期的成本W(wǎng)1為：

W1=φW

(11)

表8 抗震設(shè)防烈度與價(jià)值系數(shù)

4 算例分析

以某6層辦公樓為例[6]。建筑面積為3121 m2，首層高4.2 m，標(biāo)準(zhǔn)層高3.6 m，總高22.4 m，上部結(jié)構(gòu)造價(jià)為0.095 萬(wàn)元/m2。主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)防烈度為8度，丙類建筑，Ⅲ類場(chǎng)地。若在基礎(chǔ)頂面設(shè)置摩擦擺隔震層，上部結(jié)構(gòu)可降低一度設(shè)防。該摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)全壽命周期費(fèi)用計(jì)算如下：

(1)初始造價(jià)

(2)維修管理費(fèi)

設(shè)年維修管理費(fèi)用為3.12 元/m2，設(shè)貼現(xiàn)率為5%，本文假設(shè)使用年限n=25年，考慮到該結(jié)構(gòu)采用摩擦擺基礎(chǔ)隔震形式后上部結(jié)構(gòu)的安全性得到提高，上部結(jié)構(gòu)的破壞得到一定程度的減輕，本例直接乘以系數(shù)0.5。則維修費(fèi)用：CM=0.5×3.12×3121×(P/A，5%，25)=0.5×3.12×3121×14.0939=6.9萬(wàn)元

(3)預(yù)期失效損失費(fèi)

運(yùn)用模糊層次分析法進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以得到該隔震結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)為輕微破壞，故結(jié)構(gòu)直接損失CR=β(II)CI=0.10×336=33.6 萬(wàn)元。經(jīng)計(jì)算，輕微破壞狀態(tài)下辦公類摩擦擺隔震建筑的室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失均為0。綜上，CL=CA+CB=33.6萬(wàn)元。

(4)全壽命周期總費(fèi)用

摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)全壽命周期總費(fèi)用W=CI+CM+CL=336.0+6.9+33.6=369.6 萬(wàn)元。

同理，可計(jì)算該建筑采用傳統(tǒng)隔震建筑形式時(shí)，全壽命周期各階段的費(fèi)用，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 隔震建筑與傳統(tǒng)建筑造價(jià)對(duì)比 萬(wàn)元

(5)基于價(jià)值工程的全壽命周期總費(fèi)用

抗震設(shè)防烈度為8度，根據(jù)表7得到該結(jié)構(gòu)的價(jià)值工程系數(shù)為0.962，則基于價(jià)值工程理論的摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)全壽命周期的成本W(wǎng)1=φW=0.962×369.6=355.6 萬(wàn)元。

可見(jiàn)，雖然摩擦擺基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在建設(shè)初期比傳統(tǒng)隔震結(jié)構(gòu)投入略大一點(diǎn)，減少抗震設(shè)防費(fèi)用的同時(shí)增加了隔震層和隔震裝置的建造費(fèi)用，但從結(jié)構(gòu)的全壽命周期來(lái)看，傳統(tǒng)建筑的成本及費(fèi)用要高于隔震建筑，摩擦擺基礎(chǔ)隔震建筑具有更良好的經(jīng)濟(jì)效益，且符合未來(lái)的建筑發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié) 論

本文基于價(jià)值工程原理，運(yùn)用模糊層次分析法估計(jì)結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)，分析了摩擦擺等基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在各個(gè)壽命周期內(nèi)的費(fèi)用計(jì)算方式，基于價(jià)值工程理論，在考慮抗震性能的前提下，提出了摩擦擺等基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的全壽命周期總費(fèi)用測(cè)算模型。分析結(jié)果表明：雖然摩擦擺等基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在建設(shè)初期投入的費(fèi)用可能高于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)，但從全壽命周期角度分析，采用摩擦擺等基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)降低抗震設(shè)計(jì)等級(jí)達(dá)到既保證抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)又節(jié)約整體結(jié)構(gòu)建設(shè)成本的雙重目標(biāo)，在節(jié)約建設(shè)費(fèi)用的前提下， 可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，更有不可預(yù)估的震后社會(huì)效益。本文所建立的摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)全壽命周期測(cè)算模型充分考慮了其地震災(zāi)害作用下的破壞狀態(tài)及失效費(fèi)用等，可為類似工程的全壽命周期費(fèi)用評(píng)估提供測(cè)算模型，為開(kāi)發(fā)商和建設(shè)單位抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)決策提供依據(jù)，從而有利于摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用。