[发明专利]一种考虑非结构构件的室内震后三维虚拟场景构建方法

说明书

本发明提供一种考虑非结构构件的室内震后三维虚拟场景构建方法，属于土木工程防灾减灾技术领域。该方法首先进行模型构建与计算，包括基于建筑信息模型的结构分析建模与三维场景建模、结构地震动力响应时程分析；然后进行非结构构件破坏判定，包括独立非结构构件的地震惯性力和摩擦力计算、基于易损性数据库的非结构构件的破坏状态判定；最后进行三维场景构建与可视化，包括天花板吊顶面板在地震力作用下随机掉落、隔墙破坏效果的纹理替换、独立非结构构件的运动状态模拟。该方法能够构建具有合理的、真实感的室内非结构构件震后三维场景，可为建筑室内应急疏散和救援相关虚拟演练提供了三维场景支持，也可直接用于地震安全相关的教学与宣传。

技术领域

本发明涉及土木工程防灾减灾技术领域，特别是指一种考虑非结构构件的室内震后三维虚拟场景构建方法。

背景技术

随着建筑抗倒塌能力的提高，地震下非结构构件破坏日益突现，成为造成伤亡重要原因。2017年8月8日，四川九寨沟发生的7.0级地震中，未发现城市设防建筑倒塌的相关报道，但是因非结构构件破坏伤亡严重。以造成死伤最严重的九寨天堂洲际酒店为例，酒店主体钢筋混凝土框架结构保持完整，但是建筑的天花板、门窗及不规则石块砌筑的填充墙等非结构构件破坏严重，在地震作用下松散脱落，形成次生坠物灾害，造成5人死亡。构建考虑非结构构件破坏的建筑室内震后虚拟场景对地震时人员合理避难和疏散具有重要意义。

目前，相关研究都集中在非结构构件震害预测方面(贺思维,曲哲,周惠蒙,et al.非结构构件抗震性能试验方法综述[J].土木工程学报,2017(09):20-31.)，尚无室内考虑非结构构件震害的建筑室内三维情景构建的相关方法。因此，需要一种考虑非结构构件的室内震后虚拟三维场景构建方法，以构建真实、合理的场景，服务于虚拟震后救援与疏散演练。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种考虑非结构构件的室内震后三维虚拟场景构建方法，能够构建科学、合理的室内非结构构件震害场景。

该方法包括步骤如下：

S1：模型构建及计算：

首先，进行基于建筑信息模型的结构分析建模和三维场景建模，然后，建立建筑结构的有限元数值模型，将地震动作为输入，利用弹塑性时程分析方法求解结构地震反应，得到楼层的加速度、速度、位移角数据；

S2：非结构构件破坏判定：

天花板吊顶和隔墙利用S1所得需求参数值，根据易损性数据库中构件损伤的条件概率的对数正态分布，确定其在给定需求参数下的破坏状态。首先，计算独立非结构构件的地震惯性力和摩擦力，然后，利用结构地震动力响应时程分析得到的需求参数值，结合易损性数据库中的易损性曲线，确定出非结构构件需求参数值对应的破坏状态；

S3：三维场景构建与可视化：

首先，进行天花板吊顶面板在地震力作用下随机掉落场景构建，然后进行隔墙破坏效果的纹理替换，最后进行独立非结构构件的运动状态模拟。

其中，S1中基于建筑信息模型的结构分析建模和三维场景建模所建立的模型包括结构模型和建筑模型，其中，结构模型包括梁、柱等，用于对建筑进行结构地震动力响应时程分析；建筑模型包括隔墙墙体、家具及天花板吊顶等，用于地震前虚拟场景构建。

S1中对结构模型进行弹塑性时程分析。首先，输入弹塑性分析所用的地震波，确定模型参数、构件参数和计算参数，求解动力方程组，完成动力弹塑性模型数据的计算。计算结果中包括楼层时程数据(层间位移、层相对速度、层相对加速度)和节点时程数据(绝对位移、绝对速度、绝对加速度)，用于确定非结构构件的破坏状态。

S1中通过结构地震动力响应时程分析，得到楼层加速度a、楼层位移角参数值。