本發(fā)明涉及民居震害矩陣動態(tài)預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
：歷史地震也表明，自唐山地震至今的30多年中，我國大陸發(fā)生的多次破壞性地震絕大多數(shù)發(fā)生在廣大農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，造成了較為嚴(yán)重的損失，比如：2003年民樂山丹地震和2008年汶川地震中，農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟損失占比都接近一半，可見農(nóng)村地區(qū)抗震的嚴(yán)峻性和緊迫性。而事實是，我國大多數(shù)農(nóng)村建筑仍為傳統(tǒng)的土木類結(jié)構(gòu)，很少地區(qū)采用現(xiàn)代磚混和框架結(jié)構(gòu)等抗震性能較好的結(jié)構(gòu)形式，并且很多農(nóng)村民房都存在自建情況，自建房屋缺乏正規(guī)設(shè)計，在建設(shè)過程中主要根據(jù)房主的經(jīng)濟狀況及需求進行建造，未曾考慮抗震措施或考慮不周全，建筑形式比較隨意，施工隊伍不專業(yè)等，雖然也有自建的磚混等建筑結(jié)構(gòu)，但震害表明，這種自建的磚混結(jié)構(gòu)其實抗震性能非常的差，是造成傷亡的主要結(jié)構(gòu)形式，這就造成農(nóng)村房屋普遍抗震能力低下的現(xiàn)狀。目前，我國在震害預(yù)測領(lǐng)域已發(fā)展40多年，主要方法以震害經(jīng)驗和理論分析兩種手段，并且都取得了一些成果，但是都具有各自的局限性，震害經(jīng)驗地域性較強，理論分析則與實際震害有較大差別且只能針對特定結(jié)構(gòu)。這些成果多是對于城市建筑物，對農(nóng)村民居研究屈指可數(shù)，而且，不能夠結(jié)合計算機軟件動態(tài)給出相應(yīng)的震害矩陣。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有成果多是對于城市建筑物，對農(nóng)村民居研究屈指可數(shù)，而且，不能夠結(jié)合計算機軟件動態(tài)給出相應(yīng)的震害矩陣的問題，而提出一種民居震害矩陣動態(tài)預(yù)測方法。一種民居震害矩陣動態(tài)預(yù)測方法，具體過程為：步驟一、確定計算區(qū)域的西部農(nóng)村民居震害因子及其個數(shù)N；所述西部農(nóng)村民居震害因子為設(shè)防烈度、場地環(huán)境、場地類別、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)層數(shù)、建造年代和使用現(xiàn)狀；步驟二、確定西部農(nóng)村民居震害因子中符合第j項分類的第i個震害因子dij、ωij及對應(yīng)第i個震害因子的取值分類的類別數(shù)T；所述，i取值為1、2、3、4、5、6和7；dij為符合第j項分類的第i個震害因子；步驟三、計算每類震害因子；步驟四、計算總的震害因子；步驟五、計算西部農(nóng)村民居的震害矩陣系數(shù)λ；步驟六、根據(jù)步驟四計算西部農(nóng)村單個民居或村莊的震害指數(shù)D；步驟七、根據(jù)震害指數(shù)D確定西部農(nóng)村單個民居或村莊的破壞等級；步驟八、計算所有需要計算的西部農(nóng)村單個民房或村莊的破壞等級，已經(jīng)計算的不需計算；步驟九、結(jié)合計算機軟件動態(tài)給出相應(yīng)的震害矩陣。本發(fā)明的有益效果為：本專利首先考慮我國西部地區(qū)農(nóng)村民居的歷史震害，通過分析影響西部農(nóng)居震害的主要因素，采取對其震害有顯著影響的因素，發(fā)明了基于震害指數(shù)的西部農(nóng)村民居震害矩陣動態(tài)預(yù)測模型，能夠結(jié)合計算機軟件動態(tài)給出相應(yīng)的震害矩陣的問題。(1)西部農(nóng)村民居震害矩陣考慮了歷史震害；(2)將未考慮歷史震害的震害矩陣與歷史的震害矩陣相結(jié)合；(3)發(fā)明的模型可以同時考慮單個民居和村莊群體民居；(4)能夠快速的給出指定區(qū)域農(nóng)村民居的破壞狀態(tài)；(5)可以給出任意范圍內(nèi)農(nóng)居的震害矩陣；(6)模型參數(shù)少，震害因子資料易搜集。附圖說明圖1為本發(fā)明西部農(nóng)村民居動態(tài)展示示意圖；圖2為本發(fā)明計算流程圖。具體實施方式具體實施方式一：本實施方式的一種民居震害矩陣動態(tài)預(yù)測方法，具體過程為：步驟一、確定計算區(qū)域的西部農(nóng)村民居震害因子及其個數(shù)N；N取值為1-7；所述西部農(nóng)村民居震害因子為設(shè)防烈度、場地環(huán)境、場地類別、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)層數(shù)、建造年代和使用現(xiàn)狀；步驟二、確定西部農(nóng)村民居震害因子中符合第j項分類的第i個震害因子dij、ωij及對應(yīng)第i個震害因子的取值分類的類別數(shù)T，如表5所示；所述，i取值為1、2、3、4、5、6和7；dij為符合第j項分類的第i個震害因子；步驟三、計算每類震害因子；步驟四、計算總的震害因子；步驟五、計算西部區(qū)域農(nóng)村民居的震害矩陣系數(shù)λ；步驟六、根據(jù)步驟四計算西部農(nóng)村單個民居或村莊的震害指數(shù)D；步驟七、根據(jù)震害指數(shù)D確定西部農(nóng)村單個民居或村莊的破壞等級；步驟八、計算所有需要計算的西部農(nóng)村單個民房或村莊的破壞等級，已經(jīng)計算的不需計算；步驟九、結(jié)合計算機軟件(ArcGIS)動態(tài)給出相應(yīng)的震害矩陣。具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟二中確定西部農(nóng)村民居震害因子中符合第j項分類的第i個震害因子dij、ωij及對應(yīng)第i個震害因子的取值分類的類別數(shù)T，如表5所示；所述，i取值為1、2、3、4、5、6和7；dij為符合第j項分類的第i個震害因子；具體為：i取值為1時震害因子為設(shè)防烈度，設(shè)防烈度類別數(shù)T為4類：設(shè)防烈度為抗震設(shè)防的程度，設(shè)防烈度一個地區(qū)只有一個，比如，哈爾濱地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(qū)抗震設(shè)防的地震烈度稱為抗震設(shè)防烈度。一般情況下，抗震設(shè)防烈度可采用中國地震參數(shù)區(qū)劃圖的地震基本烈度。后面的烈度是表示地面及房屋等建筑物遭受地震影響破壞的程度。同一地震發(fā)生后，不同地區(qū)受地震影響的破壞程度不同，烈度也不同。1)、VI度以下或不設(shè)防，dij為1.0；、2)、VI度，dij為0.98；3)、VII度，dij為0.9；4)、VIII度，dij為0.8；i取值為2時震害因子為場地環(huán)境，場地環(huán)境類別數(shù)T為3類：1)、有利地段：指穩(wěn)定基巖，堅硬土或開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等；dij為1.0；2)、不利地段：指軟弱土，液化土，河岸和邊坡緣，非巖質(zhì)的陡坡、不均勻的土層等；dij為1.2；3)、危險地段：指地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及跨斷層地帶；dij為1.5；i取值為3時震害因子為場地類別，場地類別類別數(shù)T為4類：1)、I類，dij為1.0；2)、II類，dij為1.0；3)、III類，dij為1.3；4)、IV類，dij為1.4；i取值為4時震害因子為結(jié)構(gòu)類型，結(jié)構(gòu)類型類別數(shù)T為4類：1)、鋼混結(jié)構(gòu)，dij為0.8；2)、磚混結(jié)構(gòu)，dij為0.9；3)、自建磚混，dij為1.2；4)、其他結(jié)構(gòu)，包括簡易房；dij為1.2；i取值為5時震害因子為結(jié)構(gòu)層數(shù)，結(jié)構(gòu)層數(shù)類別數(shù)T為3類：1)、1-2層，主要指老舊房屋、自建房；dij為1.2(老舊、自建取1.2；其他取1.1)；2)、3-7層，dij為1.1；3)、8層以上，dij為1.0；i取值為6時震害因子為建造年代，建造年代類別數(shù)T為5類：1)、1970年以前，dij為1.4；2)、1970-1979年，dij為1.2；3)、1980-1989年，dij為1.1；4)、1990-1999年，dij為1.05；5)、2000年及2000年以后，dij為0.95；i取值為7時震害因子為使用現(xiàn)狀，使用現(xiàn)狀類別數(shù)T為3類：1)、基本完好(良好)，主要承重構(gòu)件保持完好，非承重構(gòu)件基本無缺陷，dij為1.05；2)差，主要承重構(gòu)件有輕微的破損或變形，墻體有輕微裂縫等，dij為1.7；3)有明顯缺陷，曾進行過維修或加固，dij為2.0；為每一個i分類下的j的各個取值的比例總和為1.0；ωij是i分類下j項的各個比例；比如，以i＝2為例，j＝1的比例為0.3，j＝2的比例為0.2，j＝3的比例為0.5，表5農(nóng)居建筑震害因子分類取值表注：對于缺失的因素可以選取1.0進行計算。對于特定結(jié)構(gòu)，j中的值即為定值。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟三中計算每類震害因子；具體為：式中，dij為符合第j項分類的第i個震害因子；mij為冪指數(shù)，當(dāng)?shù)趇個震害因子的實際情況符合第j種分類時取1，其余取0。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述步驟四中計算總的震害因子；具體為：式中，N為參與計算的震害因子的個數(shù)；T為對應(yīng)第i個震害因子的取值分類的類別數(shù)；其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：所述步驟五中計算西部區(qū)域農(nóng)村民居的震害矩陣系數(shù)λ；具體為：其中，P(Dp|J)為某類結(jié)構(gòu)形式(鋼混結(jié)構(gòu)，磚混結(jié)構(gòu)，自建磚混還是其他結(jié)構(gòu))在J烈度下發(fā)生P類破壞的破壞概率值；D'∈[0,+1.0]為震害指數(shù)中值；如表1所示；Dp為P類破壞，為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞、毀壞；J烈度為VI度、VII度、VIII度、IX度或X度；P類破壞為基本完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞或毀壞；當(dāng)VI度為78.8，VII度為56.4，VIII度為20.2，IX度為3.6，X度為0時破壞等級為基本完好；當(dāng)VI度為20.5，VII度為32.8，VIII度為32.3，IX度為16.6，X度為0時破壞等級為輕微破壞；當(dāng)VI度為0.4，VII度為9.3，VIII度為29.5，IX度為26.1，X度為11.2時破壞等級為中等破壞；當(dāng)VI度為0.3，VII度為1.3，VIII度為16.3，IX度為44.2，X度為30.5時破壞等級為嚴(yán)重破壞；當(dāng)VI度為0，VII度為0.2，VIII度為1.7，IX度為9.5，X度為58.3時破壞等級為毀壞；考慮西部農(nóng)村震害的區(qū)縣農(nóng)村民房震害矩陣我國大多數(shù)農(nóng)村建筑仍為傳統(tǒng)的土木類結(jié)構(gòu)，很少地區(qū)采用現(xiàn)代磚混和框架結(jié)構(gòu)等抗震性能較好的結(jié)構(gòu)形式，并且很多農(nóng)村民房都存在自建情況，雖然也有自建的磚混等建筑結(jié)構(gòu)，但震害表明，這種自建的磚混結(jié)構(gòu)其實抗震性能非常的差，是造成傷亡的主要結(jié)構(gòu)形式，這就造成農(nóng)村房屋普遍抗震能力低下的現(xiàn)狀。根據(jù)震害預(yù)測資料，給出我國西部地區(qū)農(nóng)居的震害矩陣，見表2，又根據(jù)歷史震害，統(tǒng)計了多處我國西部地區(qū)農(nóng)村民居的震害矩陣，見表3。未考慮歷史地震震害的縣鄉(xiāng)農(nóng)居震害矩陣見表2。表2西部農(nóng)村民居震害矩陣(未考慮歷史震害)表3西部農(nóng)村歷史震害矩陣(綜合多個地區(qū))：由于西部地區(qū)的農(nóng)村歷史震害矩陣包含的區(qū)域比較廣，矩陣過于平均?？紤]西部地區(qū)經(jīng)濟、地震設(shè)防等特點(農(nóng)村自建房也多數(shù)未抗震設(shè)防，但是部分農(nóng)房建設(shè)過程中采用了部分抗震構(gòu)造措施，比如圈梁構(gòu)造柱等)，則我國西部的農(nóng)村民居的平均震害矩陣采用表4形式；表4縣鄉(xiāng)農(nóng)村平均震害矩陣(考慮歷史震害)：其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：所述步驟六中根據(jù)步驟四計算西部農(nóng)村單個民居或村莊的震害指數(shù)D；具體為：歷史震害資料分析表明，建筑物的破壞程度與這些震害因子之間一般不存在線性關(guān)系，因此可以假定表征建筑物破壞程度的震害指數(shù)D是各個震害因子影響系數(shù)的乘積，即：式中，d0為單個民居或村莊的統(tǒng)計系數(shù)。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至五之一相同。具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：所述單個民居或村莊的統(tǒng)計系數(shù)d0取0.8。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至六之一相同。具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：所述步驟七中根據(jù)震害指數(shù)D確定西部農(nóng)村單個民居或村莊的破壞等級；具體為：當(dāng)震害指數(shù)0≤D≤0.1時，破壞等級為基本完好；當(dāng)震害指數(shù)0.1<D≤0.3時，破壞等級為輕微破壞；當(dāng)震害指數(shù)0.3<D≤0.55時，破壞等級為中等破壞；當(dāng)震害指數(shù)0.55<D≤0.85時，破壞等級為嚴(yán)重破壞；當(dāng)震害指數(shù)0.85<D≤1時，破壞等級為毀壞；農(nóng)村民居破壞等級根據(jù)中國地震局《地震災(zāi)害損失評估規(guī)定》，農(nóng)村民居的地震破壞程度可劃分為五個等級，各等級的具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)基本完好：農(nóng)村民房的主要承重構(gòu)件(如縱橫墻)基本完好，個別非承重構(gòu)件有損傷無需維修。(2)輕微破壞：縱橫墻等局部出現(xiàn)不貫穿的細(xì)微裂縫，隔墻、圍墻等非承重構(gòu)件有比較明顯裂縫。有瓦房屋等有少量流瓦現(xiàn)象，基本不影響使用，輕微修理便可。(3)中等破壞：多數(shù)縱橫墻、梁出現(xiàn)細(xì)微裂縫，少數(shù)出現(xiàn)貫穿裂縫，影響安全使用；隔墻、圍墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)局部嚴(yán)重變形，屋頂流瓦嚴(yán)重，必須經(jīng)過修理才能使用。(4)嚴(yán)重破壞：多數(shù)縱橫墻等承重構(gòu)件局部變形，甚至倒塌。圍墻酥裂，變形嚴(yán)重，屋頂塌落。木構(gòu)架房屋整體歪斜，木構(gòu)架斷裂，修復(fù)很困難。(5)毀壞：多數(shù)縱橫墻等承重構(gòu)件局部倒塌或整體倒塌，結(jié)構(gòu)不能修復(fù)。結(jié)構(gòu)的地震破壞等級是對結(jié)構(gòu)地震破壞的宏觀描述，為了進行定量計算，劉恢先、胡聿賢等地震工程專家提出結(jié)構(gòu)震害指數(shù)的概念，并將震害指數(shù)和結(jié)構(gòu)的破壞等級對應(yīng)起來，并發(fā)展為歸一化的對應(yīng)關(guān)系，即用0表示結(jié)構(gòu)基本完好，震害最輕，用1表示倒塌、毀壞，震害最重，輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞用0和1之間的數(shù)來表征。破壞等級相應(yīng)的震害指數(shù)中值和范圍如下表1所示。表1破壞等級對應(yīng)的震害指數(shù)中值和范圍其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至七之一相同。具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：所述步驟九中結(jié)合計算機軟件動態(tài)給出相應(yīng)的震害矩陣；具體為：計算機軟件中畫任意給定區(qū)域，如圖1中畫的圈，則動態(tài)矩陣采用下式計算。如圖1中五角星為已經(jīng)計算的，三角為其他未計算的，用上述方法計算完其他所有的三角。則震害矩陣可以用畫的圈中的棟數(shù)比或是面積比給出，這個矩陣是動態(tài)的，因為畫的圈圈的大小是任意給定的，因為所有的民房和村莊的破壞等級均已計算完成，因此，可以給出任意區(qū)域的震害矩陣。流程圖見圖2所示。任意給定區(qū)域的震害矩陣采用下列公式：或者其中，Z為任意給定區(qū)域的震害矩陣，k＝1,2,3,4,5對應(yīng)5個破壞等級，1為基本完好，2為輕微破壞，3為中等破壞，4為嚴(yán)重破壞，5為毀壞，J＝6,7,8,9,10對應(yīng)烈度6至10度，6為VI度，7為VII度，8為VIII度，9為IX度，10為X度；則nkJ和skJ分別表示給定范圍內(nèi)J烈度下k破壞等級下民居的棟數(shù)和面積數(shù)；NJ和SJ分別表示給定范圍內(nèi)J烈度下民居的總棟數(shù)和總面積數(shù)。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至八之一相同。采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：本實施例一種民居震害矩陣動態(tài)預(yù)測方法具體是按照以下步驟制備的：計算流程如下：(1).確定影響因子及其個數(shù)N(2).確定ω，dij，T(3).計算(4).計算(5).計算D，對比表1，即可得到破壞等級(6).計算所有需要計算的單體民房或村莊的破壞等級，之前已經(jīng)計算的不需計算。(7).震害矩陣動態(tài)展示，計算機中畫任意給定區(qū)域，如圖中畫的圈，則動態(tài)矩陣采用下式計算?；蛘呷鐖D1中五角星的為已經(jīng)計算的，三角為其他未計算的，用上述方法計算完其他所有的三角。則震害矩陣可以用藍(lán)色圈中的棟數(shù)比或是面積比給出，這個矩陣是動態(tài)的，因為畫的圈圈的大小是任意給定的，因為所有的民房和村莊的破壞狀態(tài)均已計算完成，因此，可以給出任意區(qū)域的震害矩陣。流程圖見圖2所示。西部某地區(qū)的λ如表6所示。表6與地區(qū)震害矩陣有關(guān)的系數(shù)λVI度VII度VIII度IX度X度0.08410.14210.32380.54380.8413例子1：一個VIII設(shè)防2層磚混結(jié)構(gòu)，場地為II類，地處抗震有利位置，建于1995年，目前使用狀況良好。i12345670.81.01.01.11.21.051.0則D＝λ*0.8*(1-7個系數(shù))＝λ*0.66528代入λ并根據(jù)表格1得到VI度VII度VIII度IX度X度0.0559500480.0945362880.2154176640.3617792640.559700064基本完好基本完好輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞例子2：一個自建2層磚混結(jié)構(gòu)，場地為II類，地處抗震有利位置，建于2000年，目前使用狀況良好。未提到是否設(shè)防，自建按不設(shè)防考慮，取系數(shù)1.0；i12345671.01.01.01.11.20.951.0則D＝λ*0.8*(1-7個系數(shù))＝λ*1.0944代入λ并根據(jù)表格1得到VI度VII度VIII度IX度X度0.092039040.155514240.354366720.595134720.92071872基本完好輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞毀壞例子3：一個村莊，多為1-2層自建磚混，場地為II類，地處抗震有利位置，多建于80年，目前使用狀況良好。解答：未提設(shè)防，取系數(shù)1.0；有利取系數(shù)1.0；場地II類，取系數(shù)1.0；自建磚混取系數(shù)1.2；層數(shù)1-2層，取1.2；80年代建造，取1.1；現(xiàn)狀良好，取系數(shù)1.0.i12345671.01.01.01.21.21.11.0則D＝λ*0.8*(1-7個系數(shù))＝λ*1.2672代入λ并根據(jù)表格1得到VI度VII度VIII度IX度X度0.106571520.180069120.410319360.689103361.06609536輕微破壞輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞毀壞例子4：一個村莊，1-2層自建磚混約為80％，3-4層為20％，場地為II類，地處抗震有利位置，建于80年約為50％，90年代為40％，2000年以后為10％，目前使用狀況良好。解答：未提設(shè)防，取系數(shù)1.0；有利取系數(shù)1.0；場地II類，取系數(shù)1.0；自建磚混取系數(shù)1.2；層數(shù)1-2層80％，3-4層20％，則1.2*0.8+1.1*0.2＝1.18；0年約為50％，90年代為40％，2000年以后為10％，則1.1*0.5+1.05*0.4+0.95*0.1＝1.065；現(xiàn)狀良好，取系數(shù)1.0.i12345671.01.01.01.21.181.0651.0則D＝λ*0.8*(1-7個系數(shù))＝λ*1.206432代入λ并根據(jù)表格1得到VI度VII度VIII度IX度X度0.1014610.1714340.3906430.6560581.014971輕微破壞輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞毀壞本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3