基于方向性和多开孔的建筑围护结构风致损失评估方法及系统

本发明涉及建筑结构风灾评估，特别是一种基于方向性和多开孔的建筑围护结构风致损失评估方法及系统。

背景技术：

1、在极端风事件期间，低矮建筑的围护结构构件(例如窗户、玻璃门)易遭受严重损坏，这通常是由高风荷载或风载碎片引起的(如yao et al.2011；kordi和kopp 2011；lan和huang 2022)。由于这些围护结构构件的失效和雨水侵入建筑物，建筑物内部及其财产也易遭受严重损坏，造成巨大的经济损失(abdelhady et al.2020)。因此，为了便于对强风下的低矮建筑进行风险评估和有效减少风致损失，需要一种方便有效的风灾评估方法。

2、近年来，许多研究人员专注于建筑围护结构构件的风致损失估计(例如,pinelliet al.2011；stewart et al.2018；smith et al.2020)。基于规范的风压荷载，lee和rosowsky(2005)对低层木框架围护结构进行了风致易损性分析。研究发现，互补对数正态累积分布可以很好地用于拟合互补易损性。此外，li和ellingwood(2006)对这种类型的建筑进行了概率风险评估，其中强调了不确定性模型。huang等(2015)没有直接使用来自规范的风荷载，而是利用风洞数据提出了一种预测沥青瓦屋顶风损伤的方法。这种数据库辅助方法后来由he等(2015)使用区域住宅的沥青瓦屋顶损坏的现场调查数据进行了验证。konthesingha等(2015)提出了一个用于评估极端风荷载下金属围护结构的风致损失的模型。stewart等(2018)通过风险分析解决了风引起的围护结构损坏的经济影响。然而，这些模型未考虑风向效应，其被证明对风损估计有显著影响(goyal和datta 2013)。最近，ji等(2018)提出了一种可以风灾估计中考虑方向性的方法。该方法涉及蒙特卡洛模拟(mcs)计算，既繁琐又耗时。为了克服这一缺点，wu等(2023)开发了一种改进的考虑方向性的mcs方法(一阶方法)。基于该方法，他们进一步提出了一种新的多阶mcs方法来考虑风压系数变异性的影响。然而，这些方法中没有考虑迎风墙上的多个开孔(通常是由风荷载或风载碎片引起的)。该方法虽然可以给出考虑了方向性的不同重现期(mris)下的风致损失估计，但其没有考虑由于墙面多个开孔而导致的内部压力变化。由于开孔的随机性，同时考虑方向性和开孔具有较大挑战。许多灾后调查表明，这些开孔会使内部压力急剧增加，因此屋顶更容易在强风下损坏(例如，qin和stewart 2020；estephan等2021)。为了更准确地评估不同重现期(mri)下风对围护结构的损伤。因此，需要快速准确地估计风引起的对低矮建筑的围护结构构件(例如，屋顶护套板、窗户、玻璃门)的损坏，以促进防灾减灾策略的发展；需要一种能考虑方向性和开孔的低矮建筑围护结构风致损失评估方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于方向性和多开孔的建筑围护结构风致损失评估方法及系统，该方法将方向性和开孔有效的结合在一起进行建筑围护结构风致损失评估，提高了低矮建筑围护结构风致损失评估的准确性。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供的基于方向性和多开孔的建筑围护结构风致损失评估方法，包括以下步骤：

4、确定建筑围护结构及风致损失概率模型；

5、根据各方向年平均极端风速的jpdf，以及第k个方向上第i个窗户/玻璃门所受极端风压系数的jpdf，得到第k个方向上的年平均极端风速，以及第k个方向上第i个窗户/玻璃门所受极端风压系数；

6、根据碎片动量的冲击力按照容量c与需求d的关系计算判断第k个方向上第i个窗户/玻璃门进行风致损失评估；

7、根据窗户/玻璃门所受外部压力按照容量c与需求d的关系计算判断第k个方向上第i个窗户/玻璃门风致损失评估；

8、循环重复所有方向上的窗户/玻璃门得到损伤比率dw。

9、进一步，所述按照容量c与需求d的关系计算判断具体如下：

10、当满足以下条件时判断第k个方向上第i个窗户/玻璃门是否破坏：即c>d or c<d；其中，c＝容量；d＝需求。

11、进一步，还包括以下步骤：

12、根据第k个方向上第i个窗户/玻璃门是否破坏确定第k个方向的开启条件iw,k；并根据第k个方向上的开启条件iw,k，利用内部压力系数cin,k和第k个方向上屋面覆盖板所受外部压力得到第k个方向上的净压力；

13、根据第k个方向上的净压力得到屋面覆盖板上多极值净压力的jpdf；

14、根据多极值净压力的jpdf得到第k个方向上第j个屋面覆盖板所受极端风压；

15、循环重复所有方向上的屋面覆盖板得到所有屋面覆盖板所受极端风压；

16、根据所有屋面覆盖板所受极端风压和随机产生的压力按照容量c与需求d的关系计算判断得到屋面覆盖板的破坏比率dp。

17、进一步，所述低矮建筑围护结构采用三阶段渐进破坏过程的低矮建筑围护结构。

18、进一步，所述第k个方向上第i个窗户/玻璃门进行风致损失评估采用一阶蒙特卡洛模拟方法，具体步骤如下：

19、获取各方向上的窗户/玻璃门的年度极端风速样本；所述各方向年度极端风速样本包括各方向上围护结构构件的外部风压系数和年最大风速；

20、计算各方向年极大风速的估计值

21、计算墙体开孔条件及窗户/玻璃门的风致损失比率；

22、计算的模拟样本

23、计算第k个方向上的窗户/玻璃门的年极端风荷载向量

24、获取压力承载能力向量

25、计算第i个窗户/玻璃门在第k个方向上由风载引起的破坏概率

26、设置bik，并按照以下条件进行判断：

27、如果bik<pik或则第i个窗户/玻璃门在第k个方向上失效，设置dw,ik＝1，否则dw,ik＝0；

28、根据dw,ik确定每个方向上的开启条件iw,k，计算窗户/玻璃门的风致损失比率dw。

29、进一步，还包括屋面覆盖板破坏比率dp计算，所述屋面覆盖板破坏比率dp下按照以下步骤计算：

30、根据第k个方向上的开启条件iw,k计算该方向上第j块屋面覆盖板上的净压力系数cp,jk；

31、根据净压力系数cp,jk的极值获得的cdf，和向量的协方差矩阵

32、根据和与第k个方向的协方差矩阵计算获得屋面覆盖板的年最大风荷载向量的样本和向上抵抗的向量

33、根据和进行比较确定dp,j，计算屋面覆盖板破坏比率dp。

34、本发明提供的基于方向性和多开孔的建筑围护结构风致损失评估系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

35、本发明的有益效果在于：

36、本发明提供的基于方向性和多开孔的建筑围护结构风致损失评估方法及系统，该方法可以快速准确地估计风引起的对低矮建筑的围护结构构件(例如，屋顶护套板、窗户、玻璃门)的损坏，以促进损害缓解策略。采用一阶和多阶蒙特卡洛模拟方法，在考虑方向性和墙上的多个开孔的情况下评估风损伤。通过数值算例对所提方法进行了比较，研究了年定向极端风速和风压系数对多个围护结构构件相关性对风损伤的影响。结果表明，与未考虑多个开孔的情况相比，两种方法对屋面护套板的损伤率可能具有不同的值，mri相对较大。此外，与风压相关的相关性对屋面护套板的风损伤影响较大，与风速相关的相关性可能会降低mri较大的屋面护套板的风损伤。

37、本发明提供的考虑风向和多开孔的二种风致损失评估方法，基于潜在多个开孔的简化三阶段渐进破坏过程，采用一阶和多阶mcs方法评估各种mri下的包络风损伤，分别估算考虑方向性的窗户/玻璃门和屋面覆盖板的风致损失。该方法克服了开孔的随机性使得难于从方向性进行评估的问题；同时采用高阶的蒙特卡洛方法符合模拟双层循环的需要，实现了能够表征建筑结构渐进破坏的双层循环。

38、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。