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室内火荷载模型数据库与火灾随机场景构建

苗德方  
【摘要】:现代建筑中,大量采用钢筋混凝土结构和钢结构。当发生火灾时,整体结构受力和变形性能的改变容易引发倒塌,产生巨大的经济损失和人员伤亡。实际中,火灾的发生受多种因素影响,如火灾荷载密度、开口因子等,因此,火灾的发生具有随机性。而现有的火荷载模型,如ISO 834标准温升曲线无法准确描述火灾随机场景,只能代表特定环境下火灾,并不代表现代建筑中大部分潜在火灾,故进行火灾随机场景构建,可以更加全面地预测火灾,进而预防结构因火灾而倒塌。本文归纳总结了火荷载模型,通过对室内参数温升曲线中关键参数进行随机性分析,给出随机参数的概率分布。基于计算机仿真思想,采用拉丁超立方抽样对参数温升曲线中随机参数进行不确定性分析,实现火灾随机场景构建。使用MySQL数据库和Python编程语言,搭建数据库和编写应用软件,实现数据库中各功能模块。火荷载模型主要包括标准温升曲线、真实火灾曲线和室内火灾参数温升曲线。基于室内火灾中火灾荷载、开口因子和壁面材料特性等关键因素,以小室欧洲规范参数温升曲线和大空间国内学者参数温升曲线为例,对室内参数温升曲线进行参数分析,确定小室和大空间火灾中随机性参数与确定性参数,并给出随机参数的概率分布函数。其中,小室参数温升曲线中随机参数火灾荷载密度为正态分布;开口因子为对数正态分布;壁面材料特性为均匀分布。大空间参数温升曲线中随机参数火灾荷载密度为正态分布;材料可燃性系数为均匀分布;火灾过火面积与火灾增长系数为对数正态分布。使用拉丁超立方抽样中随机抽样和Cholesky分解对参数温升曲线进行随机性分析,采用K-S检验和抽样误差分析验证该抽样算法,以混凝土受冻服役寿命的预测模型为例,对该模型中混凝土水胶比、混凝土含气量与粉煤灰掺量三个变量进行抽样,基于抽样结果验证了抽样算法的正确性。根据拉丁超立方抽样对室内参数温升曲线中随机参数的抽样结果,采用SPSS和Origin软件对抽样结果中关键变量进行概率分布拟合,给出含有概率特征的温升曲线,实现对小室和大空间参数温升曲线的不确定分析。使用Python语言和MySQL数据库,实现标准温升曲线、真实火灾曲线、参数温升曲线查询、绘图、真实火灾曲线数据库维护、拉丁超立方抽样和室内火灾随机场景构建。按照获取系统需求、概念模型设计、逻辑结构设计、物理结构设计和数据库实施进行数据库设计。通过MySQL Workbench软件导出E-R模型的SQL脚本,并在MySQL软件中导入该脚本,实现标准温升曲线、真实火灾曲线和参数温升曲线数据库的设计和搭建;根据设计的数据库,进行应用软件各种功能模块的设计。基于Py Charm和Anaconda搭建的开发平台和Python编程语言,实现各模块功能并对编写的程序进行调试、运行,完成应用软件编写。


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