[发明专利]一种火灾中钢结构坍塌概率评估方法

说明书

本发明公开了一种火灾中钢结构坍塌概率评估方法，包括步骤：一、确定随机性因素的概率分布函数；二、设计随机性火灾场景；三、构建钢结构失稳概率模型；四、钢结构坍塌临界温度确定；五、自然火灾下大跨度钢结构构件温度场计算：501.建立钢结构热平衡方程；502.钢结构净吸收热计算；503.钢结构温升计算；六、钢结构构件失效概率确定。本发明的方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，具有较强的通用性，可实现对火灾下钢结构坍塌概率的评估，弥补了对现有钢结构坍塌概率评估方法中存在的未考虑火灾随机性的影响问题。

技术领域

本发明属于钢结构坍塌风险评估技术领域，尤其是涉及一种基于拉丁超立方抽样的钢结构坍塌概率评估方法。

背景技术

大跨度钢结构具有优良的力学性能，便捷的施工工艺，是建造高大空间建筑的理想选择。但此类建筑耐火性较差，一旦发生火灾将造成严重的人员伤亡和财产损失。因此，科学地进行高大空间钢结构建筑坍塌风险评估对火灾中消防救援与应急指挥至关重要。然而，目前已有的坍塌风险评估方法多采用确定的火灾场景进行结构的坍塌概率分析，忽略了真实火灾中随机性因素的不确定性对结构坍塌概率的影响。因此，现如今缺少一种步骤简单、设计合理、实现方便、使用效果显著且用于评估随机性火灾中钢结构坍塌概率的方法，其能根据高大空间自然火灾的实际情况，提出高大空间自燃火灾的受火钢结构坍塌概率模型，通过相关计算最终对钢结构构件失效概率进行评估。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术上的不足，提供一种基于拉丁超立方抽样法的钢结构坍塌概率评估方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能弥补现有钢结构坍塌概率评估方法中的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种火灾中钢结构坍塌概率评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、确定随机性因素的概率分布函数：根据高大空间建筑火灾的随机性所遵循的统计规律，通过现场调研或查询资料的方法，确定建筑物内火灾随机性因素及其分布函数，进而构建随机性因素的概率分布函数；

步骤二、设计随机性火灾场景：采用拉丁超立方方法对随机性因素进行拉丁超立方抽样，并用概率密度函数描述随机性因素的不确定性，从而确定建筑火灾可能出现的所有随机性火灾场景组，对输出结果进行统计分析后给出输出结果的统计特征，从而定量地描述确定的火灾场景组分布情况；

步骤三、构建钢结构失稳概率模型：在已知火灾下大跨度钢结构失效概率情况下，构建其失稳概率模型表述为：

其中，i＝1,2,3....,n表示进行的n次抽样；当反之，其中，表示钢结构稳定性极限函数模型，N为抽样模拟总数，是抽样样本；

步骤四、钢结构坍塌临界温度确定：根据步骤三中所涉及的钢结构稳定性极限函数G(X)对钢结构稳定性进行判断；公式G(X)表达式为：

其中，T_m是钢结构某点最高温度且单位为℃，T_d是钢结构构件失去稳定性的临界温度且单位为℃，μ₀是钢结构利用率；

步骤五、自然火灾下大跨度钢结构构件温度场计算，过程如下：

步骤501、建立钢结构热平衡方程：为方便研究钢结构与热量之间的传递过程，将钢结构视为黑体结构，从而建立钢结构热平衡方程：

用于计算钢结构的净热通量；其中，V_s是钢构件的体积且单位为m³，ρ_s是钢构件的密度且单位为kg·m^-3，C_s是钢构件的比热且单位为J/(kg·℃)，T_s是钢构件的温度且单位为℃；