[发明专利]一种火灾中钢结构坍塌概率评估方法

摘要

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。

主权项

一种火灾中钢结构坍塌概率评估方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：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，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：Pf^=1NΣi=1nI[G(Xi^)]---(5)]]>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：G(x)=Tm-Td=Tm-(39.19ln[10.9674μ03.833-1]+482)---(10)]]>其中，Tm是钢结构某点最高温度且单位为℃，Td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：将钢结构视为黑体结构，从而建立钢结构热平衡方程：Qs=VsρsCsdTsdt---(11)]]>用于计算钢结构的净热通量；其中，Vs是钢构件的体积且单位为m3，ρs是钢构件的密度且单位为kg·m‑3，Cs是钢构件的比热且单位为J/(kg·℃)，Ts是钢构件的温度且单位为℃；步骤502、钢结构净吸收热计算：钢结构净吸收热表示为：Qs＝(Qgr+Qfr+Qsc)εs   (12)其中，εs为净吸收热校正因子，Qgr为烟气辐射热且单位为kW，Qfr为火焰辐射热且单位为kW，Qsc为烟气对流热且单位为kW；步骤503、钢结构温升计算：得出钢结构温升计算公式：ΔT=ϵsFsΔtVsρsCs[σ0ϵg((Tg+273)4-(Ts+273)4)+αc(Tg-Ts)+γ(1-αg)Q×0.35e-0.05D4πR2]---(18)]]>其中，ΔT为钢结构构件的温度增量且单位为℃，Δt是火灾发生后的时间增量且单位为s，σ0是斯特凡波兹曼常数5.67×10‑8W/m2·K4，εg是烟气有效辐射率，Tg是烟气温度且单位为℃，Fs是每米钢结构的表面积且单位为m2，γ是形状因子，αg是烟气吸收率，Q是火源热释放速率且单位为kW，D是火源表面的当量直径且单位为m，R是相距起火点的距离且单位为m；通过公式计算得出钢结构在受火灾情况下温度变化趋势；步骤六、钢结构构件失效概率确定：将建筑实际参数，代入式(18)中计算钢结构温升情况，继而判断钢结构稳定性。