[发明专利]一种城市建筑地震次生火灾模拟方法

摘要

本发明涉及一种城市建筑地震次生火灾模拟方法，属于抗震救灾技术领域。该方法包括：基于多质点模型对区域建筑进行非线性时间历程分析，确定建筑的破坏状态；提出回归约束的建筑起火模型，在不同的建筑的震害情况的基础上，利用回归模型计算给定地震强度时的起火建筑数量N和位置。本发明方法是一种城市地震次生火灾模拟方法，提出的考虑精细震害和回归约束的建筑起火模型以及考虑围护结构破坏的次生火灾传播物理模型，能够准确模拟地震次生火灾，而基于本发明模拟结果的高真实感可视化处理，能够方便非专业人士直观地理解次生火灾模拟结果，从而为消防救援决策、城市消防规划等提供依据。

主权项

1.一种城市建筑地震次生火灾模拟方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立地震后次生火灾的建筑起火数量回归模型如下：N＝‑0.11749+1.34534PGA‑0.8476PGA2其中，N表示发生地震后每100,000平方米建筑面积内起火建筑的数量，PGA为发生地震时峰值地面加速度；(2)设定一个PGA的值，根据该PGA的值确定建筑发生破坏状态Dj的发生概率P(Dj|PGA)，j＝0‑4，具体过程如下：(2‑1)设定一个PGA的值，设定n条地震动的加速度时间历程记录；(2‑2)根据城市中的每个建筑属性数据，建立城市建筑的多质点模型，该建筑属性数据包括：建筑在城市中的位置、建筑结构类型、建筑高度、建筑层数、建筑的建造年代和建筑的楼层面积；(2‑3)从上述步骤(2‑1)的n条地震动记录中任取一条加速度时间历程记录，向结构动力学运动方程中输入该任取的加速度时间历程记录和上述步骤(2‑2)的城市建筑的多质点模型，进行非线性时间历程计算，得到待模拟城市建筑的破坏状态Dj，破坏状态Dj包括：完好、轻微、中等、严重和倒塌；(2‑4)遍历城市中的所有建筑，分别重复步骤(2‑3)n‑1次，得到城市中的所有建筑在所有加速度时间历程记录下的破坏状态Dj的发生次数nj；(2‑5)根据上述步骤(2‑4)计算得到的破坏状态Dj的发生次数nj，计算得到破坏状态Dj的发生概率P(Dj|PGA)如下：(3)对城市中每个建筑，计算地震次生火灾起火指数，包括以下步骤：(3‑1)利用下式分别计算城市中每个建筑地震次生火灾起火的概率P(R|PGA)：P(R|PGA)＝P(M)×P(FK|M)×P(D|PGA)×P(G)其中，P表示概率，P(M)为城市建筑有可燃物质的概率，设定无可燃物质时取值为0，有可燃物质时取值为1，P(Fk|M)为可燃物引起城市建筑起火的概率，取值为0.5‑0.97，P(D|PGA)为在上述步骤(2)设定的PGA地震对每个城市建筑起火的影响概率，P(G)为发生设定的PGA下地震时天气对城市建筑起火的影响概率，取值为0.5‑0.95，P(Dj|PGA)为上述步骤(2)计算得到的破坏状态Dj的发生概率，P(Cj|Dj)为破坏状态Dj下建筑易燃物泄漏概率，取值为0.5‑0.97，P(Sj|Dj)为破坏状态Dj下建筑室内起火源引发火灾的概率，取值为0.5‑0.97；(3‑2)利用下式，分别计算城市中每个建筑的单体建筑起火指数r：其中，P(R)max为可能最大起火概率，P(R)max＝0.867；(4)将上述步骤(3‑2)计算得到的所有城市建筑的单体建筑起火指数r进行由大到小排序，确定单体建筑起火指数r值最大的前N个值，将与该前N个值相对应的单体建筑作为起火建筑，N为上述步骤(1)中发生地震后每100,000平方米建筑面积内起火建筑的数量；(5)建立一个考虑城市建筑外墙破坏的次生火灾传播物理模型如下：其中，为建筑外墙损伤因子，定义为外墙损坏面积与外墙总面积之比，取值为0‑0.38，分别为和时的极限热通量，的取值为10‑18，的取值计算如下：其中，α为建筑外墙完全破坏时的极限热通量折减系数，取值为0‑1。