[发明专利]一种三跨内廊式RC框架建筑地震响应的快速预测方法

说明书

一种三跨内廊式RC框架建筑地震响应的快速预测方法，涉及土木工程技术领域，针对现有技术中地震响应预测速度慢的问题，本申请预测模型的输入同时考虑了目标建筑结构参数的多样性和地震动的变异性，能够适用于一大类具有相同受力特征的三跨内廊式框架结构，并且训练好的StruNet模型能够应用于不同目标区域的相同受力特征的结构。基于深度学习方法建立的模型能够明显缩短结构响应预测时间，能够在震后为建筑损伤估计提供快速支撑、在震前评估建筑抗震性能上缩短工作时间减低计算成本。相较于耗时长、建模复杂的传统方法，本申请的准确度良好，并且本申请预测地震响应的速度快。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体为一种三跨内廊式RC框架建筑地震响应的快速预测方法。

背景技术

地震作为群灾之首，所造成建筑结构的破坏，已经成为威胁人类生命健康和城市建筑安全的重大风险源。RC框架结构作为一种基本结构体系，以其建筑平面布置灵活、可复制性强的特点，在民用建筑领域被广泛应用。近年来多次地震中，RC框架结构均遭受到不同程度的破坏甚至倒塌，给人民生命财产安全带来严重危害。考虑到三跨内廊式框架结构被广泛应用于在医院、应急指挥中心等重要功能性建筑，对这些担负重要功能的框架结构进行地震响应预测显得十分重要。

当前针对框架结构地震响应分析方法可分为基于数据的方法和基于物理的方法。基于数据的方法按照数据需求详细程度不同，划分为基于宏观数据的方法、基于分类数据的方法、基于特征数据的方法和基于构件数据的方法。基于物理的方法按计算结果处理方式的不同，可分为直接模拟的方法和基于直接模拟结果得到代理模型的方法，从计算分析原理来看，可分为能力需求分析方法和时程分析方法，前者基于单自由度体系，用能力曲线来说明结构的抗震性能；后者能更好的考虑结构和地震动特性，其中按结构建模简化程度不同可分为多自由度简化模型分析和精细有限元模型分析。

基于历史数据的方法从历史类似事件的经验规律出发，推测未来类似事件的影响，具有简明、直观的特点，便于理解和应用，但当建筑物条件、场地类型、震害程度有所改变时，无法精确其震害预测结果；近年来机器学习等方法的发展，使得我们对于历史数据规律提取更加准确；但随着城市的快速发展，建筑群结构类型和分布特征也在不断变化，考虑到历史数据的时空局限性，通过基于物理模拟的方法能够深入揭示灾害机理、为复杂结构和不规则结构以及缺乏历史数据的灾害情景模拟提供支撑。但对于基于物理模拟的方法而言，一方面，其预测震害与实际震害结果往往有一定的差别，对于非线性反应分析中力学模型的建立及其参数的确定都有赖于大量试验数据的积累，需要通过模拟试验加以验证分析方法的正确性和计算结果的可靠性；另一方面，当研究对象扩展到城市尺度建筑群时，该方法需要获取每个建筑信息、并逐个进行建模，考虑到复杂结构建立精细模型分析的需求，整体建模工作量和计算量都比较大。

传统方法在适用性、需求信息和准确性上不能很好地满足需求。近年来深度学习发展迅速，凭借其发现高维数据中复杂结构的特长，在各个领域拥有很大的应用前景。相较于传统的逐个建模分析的方式，引入深度学习算法能够在保证预测精度的前提下极大提高效率并降低工作量。

此外，现有地震响应预测方法并未很好地考虑到当前建筑信息获取的难易程度和方法的适用性。现有的结构信息获取方法包括基于遥感和无人机、基于GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系统)、基于实地调查和基于图纸等方法。在我国，很多建筑缺乏详细的设计资料或者设计资料由于时间久远丢失，这为进行精细的震害损失预测带来了麻烦。现有手段可通过人工进行建筑逐栋测量，但对于大范围建筑群来讲成本过高、耗时过长，而采用GIS平台及无人机等技术识别建筑参数信息，也只能获得层数、用途和外观参数等部分信息。因此，考虑到建筑参数不确定性和建筑群复杂性的背景，基于不完备信息的建筑震害预测显得非常重要，这也将为城市建筑群韧性评估奠定基础。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中地震响应预测速度慢的问题，提出一种三跨内廊式RC框架建筑地震响应的快速预测方法。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：