CN105747695B - 一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法 - Google Patents
一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，所述通柜整体为立体矩形、且紧靠博物馆的墙体放置，由下向上依次包括设置在地面上的底座、与底座连接的支撑骨架、水平连接在支撑骨架上的展台以及罩在展台上的围护结构；所述设计方法包括如下步骤：步骤一：通柜结构的设计；步骤二：墙体及通柜的地震效应计算；步骤三：对浮放于地面的通柜安全性进行判定及调整；步骤四：对通柜与墙体之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；步骤五：对展藏品的安全性进行判别；步骤六：根据步骤五的判断结果对通柜结构作调整。本发明解决了我国传统博物馆中通柜防震能力差、柜内展藏品存在重大防震安全隐患等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及博物馆展陈设计和抗震减震技术领域，尤其是博物馆展厅内沿墙放置的通柜的设计方法及其基于柜内展藏品防震安全的抗震设计方法。
背景技术
一个国家的文物，不仅构成了一个民族深厚的文化底蕴，也承载着民族文化渊源的基因，文物保护传承工作极为重要。我国历次损伤惨重的地区均发生在低烈度设防区，如1976年唐山地震（6度设防区发生11度强震）、2008年汶川地震（7度设防区发生11度强震）、2010玉树地震（7度设防区发生11度强震）、2014鲁甸地震（7度设防区发生9度强震）等等；根据我国《地震区划（第四版）与博物馆分布图》可知，全国70%的一级博物馆、62%的二级博物馆位于7度及以上强震多发区。博物馆是展示社会历史文明的窗口，将大量可移动文物发掘出来集中到博物馆中保存，虽然有利于日常防护管理，但是如果处理不好全系统防震问题，将大大增加文物在博物馆中集中损毁的可能。
地震发生时，地震动经历博物馆馆舍、展柜、文物底座，其中任一环节出现震害均会危及文物安全。我国工程建设法规体系中有比较完善的馆舍结构防震安全保障体系，展陈布展中也逐步重视文物防震工作，但是对于展示展陈装修工种来说，防震工作接近于尚未起步，以至于给馆内文物留下了很大的安全隐患。
目前我国博物馆普遍现象是藏品数量多，经常采用沿墙通柜的形式密集摆放文物，节约空间。但是，第一，很多博物馆的沿墙通柜由建筑装修单位加工制作，缺少专业设计，即使个别博物馆采用的专业厂家通柜，也少有开展过力学计算和防震设计，自身的防震安全性难于保证；第二，即使通柜自身强度满足要求，但由于浮放于地面，缺少固定安置措施，高宽比过大的通柜极易在地震下倾覆；第三，由于通柜与周围墙体的不恰当连接，造成墙体变形与通柜变形不协调致使通柜破坏，或者墙体与通柜无连接但距离过近相撞造成柜内文物损毁，等等。通柜内文物安全隐患繁多，亟需对此类展陈形式开展相关防震产品和设计方法开发。
发明内容
本发明涉及一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，要解决我国传统博物馆中通柜防震能力差、柜内展藏品存在重大防震安全隐患等技术问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案。
一种防震的博物馆展陈通柜，其特征在于：所述通柜整体为立体矩形、且紧靠博物馆的墙体放置，由下向上依次包括设置在地面上的底座、与底座连接的支撑骨架、水平连接在支撑骨架上的展台以及罩在展台上的围护结构。
所述支撑骨架是由一组框架单元水平拼合而成的立体框架结构。
所述展台与围护结构形成封闭空间，其中围护结构至少有一个侧面是透明的。
优选的，所述底座由均匀间隔连接在支撑骨架下方的支脚组成，所述支脚浮放于地面上或者与地面刚性连接。
优选的，所述底座为隔震底座，所述隔震底座刚性连接在地面上。
优选的，所述支撑骨架中每个框架单元侧面沿对角线设置有阻尼器，所述支撑骨架与其支撑骨架上设置的阻尼器构成一个复合支撑骨架。
一种底座为支脚的防震的博物馆展陈通柜设计方法，其特征在于，包括步骤如下。
步骤一：设计通柜的支撑骨架和围护结构 ；根据结构材料的力学性能，利用通柜的计算机数值模型，对通柜结构施加荷载，进行通柜的支撑骨架和围护结构设计。
步骤二：墙体及通柜的地震效应计算；利用包括“博物馆结构+墙体+通柜”的计算机数值模型，对墙体及通柜的地震效应时程进行分析计算，得到参数极限变形差U1、极限变形U21、极限应力S21、极限变形差U22、极限加速度A23、极限加速度A25x和极限加速度A25y。
步骤三：根据支脚与地面的连接方式对通柜安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中的极限加速度A25x、极限加速度A25y与通柜的体积参数之间的关系，判定通柜的安全性，并根据判定结果对通柜的支脚的与地面的连接方式作出相应调整。
步骤四：对通柜与墙体之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中极限变形差U1、极限变形差U22与展陈净距D1的关系，判定展陈净距D1安全性，并根据判定结果对通柜与墙体的连接方式作出相应调整。
步骤五：对展藏品的安全性进行判别；根据步骤二中计算机数值模型计算的A23，以通柜内展台上展藏品的惯性力不大于限定值、展藏品底面各部位支撑力不为零为原则，进行展藏品安全性判别。
步骤六：根据步骤五的判断结果对通柜的展台和底座结构作调整；若判断结果为展藏品安全，设计完毕；若判断结果为展藏品不安全，对通柜结构作出调整，循环判断与调整的过程，直至判断结果为展藏品安全，设计完毕；若判断结果为展藏品较安全，对展藏品的固定方式作调整，直至判断结果为展藏品安全，设计完毕。
优选的，步骤三中对浮放于地面上的通柜安全性进行判定和调整的方法如下：将通柜的高度与x、y两个方向宽度之比分别记作λx和λy。
当A25x≤g/(k0*λx)且A25y≤g/(k0*λy)时，初步判定为该通柜浮放于地面上是安全的，再进行步骤四。
当A25x≤g/(k0*λx)和A25y≤g/(k0*λy)其中任意一个式子不成立时，初步判定为该通柜浮放于地面上是不安全的，将通柜的支脚与地面固定，先按照步骤二重新计算D1后，再进行步骤四。
其中，g为重力加速度，k0为抗倾覆安全系数。
步骤四中通柜与墙体之间的展陈净距D1的安全性判定及调整方法如下。
当D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品安全性判别。
当D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体的展陈净距是不安全的；根据情况，采取如下措施：
当为步骤三中判断的A25x≤g/(k0*λx)且A25y≤g/(k0*λy)情况时，则先将通柜的支脚与地面固定，重新按照步骤二的过程计算U1和U22，再比较D1与新得到的1.5(U1+U22)的大小。
若D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品安全性判别。
若D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体的展陈净距是不安全的；将通柜的支脚与地面固定后，再进行展藏品安全性判别。
当为步骤三中判断的A25x≤g/(k0*λx)和A25y≤g/(k0*λy)其中任意一个式子不成立的情况时，直接将通柜的支脚与地面固定，再进行展藏品安全性判别。
优选的，步骤五中展藏品安全性判别的具体方法如下：
根据步骤四中的情况，按步骤二中计算机数值模型重新计算A23。
当A23≤g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks时，判定为该通柜内展藏品是安全的。
当满足如下三个条件之一时：(1) A23>1.2*g/(k0*hc/bc)且A23>1.2*μ0*g/ks，(2) A23>1.5*g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks，(3) A23≤g/(k0*hc/bc)且A23>1.5*μ0*g/ks，判定为通柜内展台上展藏品不安全。
当A23 不属于以上任何一种情况，判定为通柜内展台上展藏品较为安全。
步骤六中对展藏品或者通柜结构作出的调整具体方法如下：
当对通柜内展藏品的判断结果是安全的时，通柜设计完毕。
当对展藏品的判断结果是不安全时，在单层刚性平板展台上安装隔震设备构成复合展台，再利用“博物馆结构+墙体+含复合展台的通柜+展藏品”的整体计算机数值模型，进行墙体及通柜的地震效应时程分析计算，得到采用复合展台时的A23。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比大于等于0.2时，循环步骤五至步骤六的过程，直至判定通柜内展藏品是安全的，通柜设计完毕。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比小于0.2时，将通柜底部的底座设计成隔震底座，依次循环步骤二、步骤五、步骤六，直至判定通柜内展藏品是安全的，通柜设计完毕。
当展藏品的判断结果是较安全时，对展藏品进行粘、卡、固、绑的防震措施，通柜设计完毕。
其中，g为重力加速度，hc浮置展藏品（7）的质心至支承底面的垂直高度，bc为浮置展藏品（7）的质心至支承底面边缘最小距离，k0为抗倾覆安全系数，Ks为抗滑动安全系数，
μ0为展藏品（7）与展台（3）支承面之间的静摩擦系数。
一种底座为隔震底座的防震的博物馆展陈通柜设计方法，其特征在于，包括步骤如下。
步骤一：设计通柜的支撑骨架和围护结构 ；根据结构材料的力学性能，利用通柜的计算机数值模型，对通柜结构施加荷载，进行通柜的支撑骨架和围护结构设计。
步骤二：墙体及通柜的地震效应计算；利用包括“博物馆结构+墙体+通柜”的计算机数值模型，对墙体及通柜的地震效应时程进行分析计算，得到参数极限变形差U1、极限变形U21、极限应力S21、极限变形差U22、极限加速度A23、极限加速度A25x和极限加速度A25y。
步骤三：对通柜与墙体之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中极限变形差U1、极限变形差U22与展陈净距D1的关系，判定展陈净距D1安全性，并根据判定结果对通柜与墙体的连接方式作出相应调整。
步骤四：对展藏品的安全性进行判别；根据步骤二计算机数值模型计算的A23，以通柜内展台上展藏品的惯性力不大于限定值、展藏品底面各部位支撑力不为零为原则，进行展藏品安全性判别。
步骤五：根据步骤四的判断结果对通柜的展台和底座结构相应调整；若判断结果为展藏品安全，设计完毕；若判断结果为展藏品不安全，对通柜结构作出调整，循环判断与调整的过程，直至判断结果为展藏品安全，设计完毕；若判断结果为展藏品较安全，对展藏品的固定方式作调整，直至判断结果为展藏品安全，设计完毕。
优选的，步骤三中对通柜安全性进行判定及调整通柜与墙体之间的展陈净距D1的安全性判定及调整方法如下。
当D1≥1.5(U1+U22)，通柜与墙体的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品安全性判别。
当D1＜1.5(U1+U22)，通柜与墙体的展陈净距是不安全的，则先将通柜的支脚与地面固定，重新按照步骤二的过程计算U1和U22，再比较D1与新得到的1.5(U1+U22)的大小。
若D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品安全性判别。
若D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是不安全的；将通柜与墙体可靠固定，再进行展藏品安全性判别。
优选的，步骤四中展藏品安全性判别的具体方法如下。
根据步骤三中的情况，按步骤二中计算机数值模型重新计算A23。
当A23≤g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks时，判定为该通柜内展藏品是安全的；
当满足如下三个条件之一时：(1) A23>1.2*g/(k0*hc/bc)且A23>1.2*μ0*g/ks，(2) A23>1.5*g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks，(3) A23≤g/(k0*hc/bc)且A23>1.5*μ0*g/ks时，判定为通柜内展台上展藏品不安全。
当A23 不属于以上任何一种情况，判定为通柜内展台上展藏品较为安全。
步骤五中对展藏品或者通柜结构作出的调整具体方法如下。
当对通柜内展藏品的判断结果是安全的时，通柜设计完毕。
当对展藏品的判断结果是不安全时，然后在单层刚性平板展台上安装隔震设备构成复合展台，再利用“博物馆结构+墙体+含复合展台的通柜+展藏品”的整体计算机数值模型，进行墙体及通柜的地震效应时程分析计算，得到采用复合展台时的A23。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比大于等于0.2时，循环步骤四至步骤五的过程，直至判定通柜内展藏品是安全的，通柜设计完毕。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比小于0.2时，重新设计通柜底部的隔震底座，依次循环步骤二、步骤三、步骤四和步骤五，直至判定通柜内展藏品是安全的，通柜设计完毕。
当展藏品的判断结果是较安全时，对展藏品进行粘、卡、固、绑的防震措施，通柜设计完毕。
其中，g为重力加速度，hc浮置展藏品的质心至支承底面的垂直高度，bc为浮置展藏品的质心至支承底面边缘最小距离，k0为抗倾覆安全系数，ks为抗滑动安全系数，μ0为展藏品与展台支承面之间的静摩擦系数。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明了解决我国传统博物馆中通柜防震能力差、柜内展藏品存在重大防震安全隐患等技术问题。
2、本发明的沿墙通柜自身具有很好的抗震性能，能够保证柜内展藏品具有更高的防震安全性。
3、本发明的方法使展陈沿墙通柜的防震性能更加科学量化，能够适应于不同形式展陈、不同类型展藏品的展藏品防震布展需求。
附图说明
图1是本发明中展陈通柜的立面结构示意图。
图2是图1中剖面A的左视图。
图3是本发明中底座为支脚底座的实施例图。
图4是本发明中底座为隔震底座的实施例图。
图5是本发明中支撑骨架为复合支撑骨架的实施例图。
图6为一种复合展台示意图。
图7为质心位置及hc和bc位置示意。
附图标记： 1―底座、2—支撑骨架、3—展台、4—围护结构、5—地面、6—墙体、7—展藏品、11—支脚、12—隔震底座、21—钢管框架、22—阻尼器、31—单层刚性平板展台、32—隔震设备。
具体实施方式
本实施例中，三倍重力加速度（即3g）作用效应计算可以采用计算机数值模拟方法，建立数值模型进行计算，也可以采用简化的计算方法，在通柜质心处施加3g等效水平力计算各部位材料的应力不大于235MPa，再在通柜质心处施加3g等效竖向力计算各部位材料的应力不大于235MPa。同时，在上述等效水平力和等效竖向力作用下围护结构的应力不应超出其极限破坏应力，变形应足够小（如最大变形角不大于1/100），以保证局部构件不会因为变形超过限值而脱落或破坏。按照上述相同的计算方法，选取博物馆所在地规定的罕遇地震烈度地震能量，通过博物馆馆舍结构的计算机数值模拟计算得到通柜安放处的地震动能量，施加到通柜的上，计算支撑骨架2各部位的应力以及围护结构4的应力和变形。
本实施例中，选取博物馆所在地规定的罕遇地震烈度地震能量，通过包括“博物馆馆舍结构+通柜（含展台）”的计算机数值模拟计算得到通柜内展藏品安放处的地震动能量，进而计算展藏品的惯性力、展藏品7与展台3之间的摩擦力、展藏品7底面支撑部位的局部压力。地震能量可以用加速度、速度等物理量表达。以加速度为例，加速度与质量的乘积为惯性力，“展藏品的地震响应惯性力不大于展藏品与展台顶面的摩擦力”可以用如下方法验算（本例不考虑竖向地震作用，进行浮置物体的滑动判别）：
A23≤μ0*g/ks
式中：μ0—展藏品与展台支承面之间的静摩擦系数；g—重力加速度；ks—展藏品抗滑动安全系数，取值1.2～1.6，当防震设防等级高时取大值。
“展台上展藏品底面支撑部位的任何部位的局部压力均大于零”含义等价于：展藏品在地震作用下任何位置都不会翘起，也就不发生摇晃，进而更不会发生倾覆。计算方法举例如下（本例不考虑竖向地震作用，进行浮置物体的倾覆判别）：
A23≤g/(k0*hc/bc)
式中：k0—展藏品抗倾覆安全系数，建议取值1.2～1.6，当防震设防等级高时取大值；hc、bc分别浮置展藏品质心至支承底面的垂直高度及质心至支承底面边缘最小距离，见图7。
参照图1至图6所示，这种防震的博物馆展陈通柜，所述通柜整体为立体矩形、且紧靠博物馆的墙体6放置，由下向上依次包括设置在地面5上的底座1、与底座1连接的支撑骨架2、水平连接在支撑骨架2上的展台3以及罩在展台3上的围护结构4。
所述支撑骨架2是由一组框架单元水平拼合而成的立体框架结构。
所述展台3与围护结构4形成封闭空间，其中围护结构4至少有一个侧面是透明的。
这种防震展柜特征在于：在3g的等效水平力或等效竖向力作用下，支撑骨架3的材料不进入屈服，围护结构4不破坏；在博物馆所在地规定的罕遇地震烈度作用下，支撑骨架3的材料不进入屈服，围护结构4不破坏；在博物馆所在地规定的罕遇地震烈度作用下，展台3上展藏品的地震响应惯性力不大于展藏品与展台顶面的摩擦力，展台3上展藏品底面支撑部位的任何部位的局部压力均大于零。
本实施例中，所述底1由均匀间隔连接在支撑骨架下方的支脚11组成，所述支脚11为刚性支脚，所述通柜在博物馆中最开始放置形式为支脚11直接放到地面上，如果判断为不安全就把支脚11固定在地面上，如果判断为很不安全，就把支脚11替换成隔震底座12。
本实施例中，若为了使通柜的抗震性能更优，还可以在所述支撑骨架2中每个框架单元侧面沿对角线设置有阻尼器22，将支撑骨架2与其支撑骨架2上设置的阻尼器22构成一个复合支撑骨架。
这种底座为支脚11的防震的博物馆展陈通柜设计方法，包括步骤如下。
步骤一：设计通柜的支撑骨架2和围护结构4；必须满足如下强度和变形指标，对通柜支撑骨架2的材料和围护结构4的材料取样进行标准件力学试验，得到材料的应力-应变关系、屈服强度、极限强度、极限位移。利用通柜的计算机数值模型，分别计算通柜在3倍重力加速度的等效水平力和等效竖向力的作用效应，提取支撑骨架2的材料应力，当得到的材料应力超过其屈服强度时，增大支撑骨架2的杆件截面；提取围护结构4的应力和变形，当超出其极限强度和极限位移时，修改围护结构4构件截面（比如改变厚度或者骨架材料的截面尺寸大小）或改变结构连接形式（比如：侧面玻璃与侧面玻璃之间采用金属制的深槽卡固、侧面围护结构与顶面围护结构之间采用木条固定、金属件固定等）。
步骤二：墙体6及通柜的地震效应计算，为后续步骤提供基本数据。利用包括“博物馆结构+墙体+通柜”的计算机数值模型，对墙体6及通柜的地震效应时程分析计算，提取墙体6对应通柜顶高度处相对楼面或地面5的极限变形差U1，提取通柜支撑骨架2的极限变形U21和材料极限应力S21、通柜顶相对楼面或地面5的极限变形差U22、展台3顶面的极限加速度A23、通柜安放处楼面或地面5的极限加速度A25x和A25y，其中A25x表示通柜的长方向加速度，A25y表示通柜的短方向加速度。
步骤三：根据支脚11与地面5的连接方式对通柜安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中的极限加速度A25x、极限加速度A25y与通柜的体积参数之间的关系，判定通柜的安全性，并根据判定结果对通柜的支脚11的与地面的连接方式作出相应调整；将通柜的高度与x、y两个方向宽度之比分别记作λx和λy，按照步骤二计算的A25x和A25y，当A25x≤g/(k0*λx)且A25y≤g/(k0*λy)时，初步判定为该通柜浮放于地面是安全的，进入步骤四；否则，判定为该通柜浮放于地面为不安全的，将通柜的支脚11与地面5固定后，进入步骤四；
其中，g为重力加速度，k0为抗倾覆安全系数，取1.2～1.6之间的数值，当安全防范等级要求高时，k0取大值。
步骤四：对通柜与墙体6之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中极限变形差U1、极限变形差U22与展陈净距D1的关系，判定展陈净距D1安全性，
当D1≥1.5(U1+U22)，通柜与墙体6的展陈净距是安全的，接下来进行步骤五。
当D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体6的展陈净距是不安全的；根据情况，采取如下措施：
当为步骤三中判断的A25x≤g/(k0*λx)且A25y≤g/(k0*λy)情况时，则先将通柜的支脚11与地面5固定，重新按照步骤二的过程计算U1和U22，再比较D1与新得到的1.5(U1+U22)的大小。
若D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体6的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品7安全性判别。
若D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体6的展陈净距是不安全的；将通柜的支脚11与地面固定后，再进行展藏品7安全性判别。
当为步骤三中判断的A25x≤g/(k0*λx)和A25y≤g/(k0*λy)其中任意一个式子不成立的情况时，直接将通柜的支脚11与地面固定，再进行展藏品7安全性判别。
步骤五：对展藏品7的安全性进行判别；根据步骤四中的情况，按步骤二中计算机数值模型重新计算A23，以通柜内展台3上展藏品7的惯性力不大于限定值、展藏品7底面各部位支撑力不为零为原则，进行展藏品7的安全性判别。
当A23≤g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks时，判定为该通柜内展藏品7是安全的。
当满足如下三个条件之一时：(1) A23>1.2*g/(k0*hc/bc)且A23>1.2*μ0*g/ks，(2) A23>1.5*g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks，(3) A23≤g/(k0*hc/bc)且A23>1.5*μ0*g/ks，判定为通柜内展台3上展藏品7不安全。
当A23 不属于以上任何一种情况，判定为通柜内展台3上展藏品7较为安全。
步骤六：根据步骤五的判断结果对对通柜结构作调整；
对展藏品7或者对通柜结构作出的调整具体方法如下。
当对通柜内展藏品7的判断结果是安全的时，通柜设计完毕。
当对展藏品7的判断结果是不安全时，在单层刚性平板展台31上安装隔震设备32构成复合展台，再利用“博物馆结构+墙体+含复合展台的通柜+展藏品”的整体计算机数值模型，进行墙体6及通柜的地震效应时程分析计算，得到采用复合展台时的A23。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台31情况下的A23之比大于等于0.2时，循环步骤五至步骤六的过程，直至判定通柜内展藏品7是安全的，通柜设计完毕。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台31情况下的A23之比小于0.2时，将通柜底部的底座1设计成隔震底座12，依次循环步骤二、步骤五、步骤六，直至判定通柜内展藏品7是安全的，通柜设计完毕。
当展藏品7的判断结果是较安全时，对展藏品进行基本防震措施，依据相关布展规范和技术手册确定，如有技术手段有展藏品底部粘贴、展藏品做支架保护等粘、卡、固、绑等，参见《馆藏展藏品防震规范》。
其中，g为重力加速度，hc浮置展藏品的质心至支承底面的垂直高度，bc为浮置展藏品的质心至支承底面边缘最小距离，k0为抗倾覆安全系数，Ks为抗滑动安全系数，μ0为展藏品7与展台3支承面之间的静摩擦系数。
本实施例中，所述墙体6可以为砌块墙体、轻钢龙骨墙体、结构墙体。通柜结构与砌块墙体连时，墙体内与通柜连接位置应埋设劲性骨架，连接件应在3g的等效水平力或等效竖向力作用下材料不进入屈服；通柜与轻钢龙骨墙体连接时，墙体内与通柜连接的龙骨和连接件应在3g的等效水平力或等效竖向力作用下材料不进入屈服，当不能满足上述要求时，应在墙体内埋设劲性骨架；通柜与馆舍结构墙体连接时，连接件应在3g的等效水平力或等效竖向力作用下材料不进入屈服。
这种底座为隔震底座的防震的博物馆展陈通柜设计方法，包括步骤如下：
步骤一：设计通柜的支撑骨架2和围护结构4；必须满足如下强度和变形指标，对通柜支撑骨架2的材料和围护结构4的材料取样进行标准件力学试验，得到材料的应力-应变关系、屈服强度、极限强度、极限位移。利用通柜的计算机数值模型，分别计算通柜在3倍重力加速度的等效水平力和等效竖向力的作用效应，提取支撑骨架2的材料应力，当得到的材料应力超过其屈服强度时，增大支撑骨架2的杆件截面；提取围护结构4的应力和变形，当超出其极限强度和极限位移时，修改围护结构4构件截面（比如改变厚度或者骨架材料的截面尺寸大小）或改变结构连接形式（比如：侧面玻璃与侧面玻璃之间采用金属制的深槽卡固、侧面围护结构与顶面围护结构之间采用木条固定、金属件固定等）。
步骤二：墙体6及通柜的地震效应计算，为后续步骤提供基本数据。利用包括“博物馆结构+墙体+通柜”的计算机数值模型，对墙体6及通柜的地震效应时程分析计算，提取墙体6对应通柜顶高度处相对楼面或地面5的极限变形差U1，提取通柜支撑骨架2的极限变形U21和材料极限应力S21、通柜顶相对楼面或地面5的极限变形差U22、展台3顶面的极限加速度A23、通柜安放处楼面或地面5的极限加速度A25x和A25y，其中A25x表示通柜的长方向加速度，A25y表示通柜的短方向加速度。
步骤三：对通柜与墙体6之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中极限变形差U1、极限变形差U22与展陈净距D1的关系，对通柜安全性进行判定及调整通柜与墙体6之间的展陈净距D1的安全性判定及调整方法如下。
当D1≥1.5(U1+U22)，通柜与墙体6的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品7安全性判别。
当D1＜1.5(U1+U22)，通柜与墙体6的展陈净距是不安全的，则先将通柜的支脚11与地面5固定，重新按照步骤二的过程计算U1和U22，再比较D1与新得到的1.5(U1+U22)的大小。
若D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体6的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品7安全性判别。
若D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体6的展陈净距是不安全的；将通柜与墙体6可靠固定，再进行展藏品7安全性判别。
步骤四：对展藏品7的安全性进行判别；根据步骤二计算机数值模型计算的A23，以通柜内展台3上展藏品7的惯性力不大于限定值、展藏品7底面各部位支撑力不为零为原则，进行展藏品7的安全性判别的具体方法如下。
根据步骤三中的情况，按步骤二中计算机数值模型重新计算A23。
当A23≤g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks时，判定为该通柜内展藏品7是安全的。
当满足如下三个条件之一时：(1) A23>1.2*g/(k0*hc/bc)且A23>1.2*μ0*g/ks，(2) A23>1.5*g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks，(3) A23≤g/(k0*hc/bc)且A23>1.5*μ0*g/ks时，判定为通柜内展台3上展藏品7不安全。
当A23 不属于以上任何一种情况，判定为通柜内展台3上展藏品7较为安全。
步骤五：根据步骤四的判断结果对展藏品7或者对通柜结构相应调整；具体方法如下。
当对通柜内展藏品7的判断结果是安全的时，通柜设计完毕。
当对展藏品7的判断结果是不安全时，在单层刚性平板展台31上安装隔震设备32构成复合展台，再利用“博物馆结构+墙体+含复合展台的通柜+展藏品”的整体计算机数值模型，进行墙体6及通柜的地震效应时程分析计算，得到采用复合展台时的A23。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比大于等于0.2时，循环步骤四至步骤五的过程，直至判定通柜内展藏品7是安全的，通柜设计完毕。
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比小于0.2时，重新设计通柜底部的隔震底座12（主要包括调整隔震底座的等效刚度、等效阻尼，还可以增删配重），依次循环步骤二、步骤三、步骤四和步骤五，直至判定通柜内展藏品7是安全的，通柜设计完毕。
当展藏品7的判断结果是较安全时，对展藏品进行基本防震措施，依据相关布展规范和技术手册确定，如有技术手段有展藏品底部粘贴、展藏品做支架保护等粘、卡、固、绑等，参见《馆藏展藏品防震规范》。
其中，g为重力加速度，hc浮置展藏品的质心至支承底面的垂直高度，bc为浮置展藏品的质心至支承底面边缘最小距离，k0为抗倾覆安全系数，ks为抗滑动安全系数，μ0为展藏品7与展台3支承面之间的静摩擦系数。
本实施例中所述复合展台可以为两个单层刚性平板展台31中间夹一个隔震设备32构成，也可以为多个（单层刚性平板展台31+隔震设备32）结构上设置一个平板。
本实施例中所述的隔震设备32为机械式隔震装置。
本实施例中，原隔震支座12的选择依据是隔震支座的自振周期，其设计自振周期不宜小于外界输入激励卓越周期的2倍，自振周期由等效刚度和承载重量得到。
本实施例中，所述的计算机模型为用MIDAS、SAP2000等有限元软件，建立三维实体计算机数值模型，最初建立的计算机模型中的通柜的展台3为单层刚性平板展台31，当对展藏品7的判断结果是不安全时，将计算机模型中的通柜的展台3改为加有安装隔震设备32的复合展台通柜。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现型式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (6)
1.一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：设计通柜的支撑骨架(2)和围护结构(4) ；根据结构材料的力学性能，利用通柜的计算机数值模型，对通柜结构施加荷载，进行通柜的支撑骨架(2)和围护结构(4)设计；
步骤二：墙体（6）及通柜的地震效应计算；利用包括“博物馆结构+墙体+通柜”的计算机数值模型，对墙体（6）及通柜的地震效应时程进行分析计算，得到参数极限变形差U1、极限变形U21、极限应力S21、极限变形差U22、极限加速度A23、极限加速度A25x和极限加速度A25y；其中，U1为墙体（6）对应通柜顶高度处相对楼面或地面（5）的极限变形差；U21为通柜支撑骨架（2）的极限变形；S21为材料的极限应力；U22为通柜顶相对楼面或地面（5）的极限变形差；A23为展台（3）顶面的极限加速度；A25x为通柜的长方向加速度，A25y为通柜的短方向加速度；
步骤三：根据支脚（11）与地面（5）的连接方式对通柜安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中的极限加速度A25x、极限加速度A25y与通柜的体积参数之间的关系，判定通柜的安全性，并根据判定结果对通柜的支脚（11）与地面的连接方式作出相应调整；
步骤四：对通柜与墙体（6）之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中极限变形差U1、极限变形差U22与展陈净距D1的关系，判定展陈净距D1安全性，并根据判定结果对通柜与墙体（6）的连接方式作出相应调整；
步骤五：对展藏品（7）的安全性进行判别；根据步骤二中计算机数值模型计算的A23，以通柜内展台（3）上展藏品（7）的惯性力不大于限定值、展藏品（7）底面各部位支撑力不为零为原则，进行展藏品安全性判别；
步骤六：根据步骤五的判断结果对通柜的展台（3）和底座（1）结构作调整；若判断结果为展藏品（7）安全，设计完毕；若判断结果为展藏品（7）不安全，对通柜结构作出调整，循环判断与调整的过程，直至判断结果为展藏品（7）安全，设计完毕；若判断结果为展藏品（7）较安全，对展藏品（7）的固定方式作调整，直至判断结果为展藏品（7）安全，设计完毕；
其中，防震的博物馆展陈通柜中所述通柜整体为立体矩形、且紧靠博物馆的墙体（6）放置，由下向上依次包括设置在地面（5）上的底座（1）、与底座（1）连接的支撑骨架（2）、水平连接在支撑骨架（2）上的展台（3）以及罩在展台（3）上的围护结构（4）；
所述支撑骨架（2）是由一组框架单元水平拼合而成的立体框架结构；
所述展台（3）与围护结构（4）形成封闭空间，其中围护结构（4）至少有一个侧面是透明的；所述底座（1）由均匀间隔连接在支撑骨架下方的支脚（11）组成，所述支脚（11）浮放于地面（5）上或者与地面（5）刚性连接；
所述支撑骨架（2）中每个框架单元侧面沿对角线设置有阻尼器（22），所述支撑骨架（2）与设置的阻尼器（22）构成一个复合支撑骨架。
2.根据权利要求1 所述的一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，其特征在于：
步骤三中对浮放于地面（5）上的通柜安全性进行判定和调整的方法如下：将通柜的高度与x、y两个方向宽度之比分别记作λx和λy；
当A25x≤g/(k0*λx)且A25y≤g/(k0*λy)时，初步判定为该通柜浮放于地面（5）上是安全的，再进行步骤四；
当A25x≤g/(k0*λx)和A25y≤g/(k0*λy)其中任意一个式子不成立时，初步判定为该通柜浮放于地面（5）上是不安全的，将通柜的支脚（11）与地面（5）固定，先按照步骤二重新计算墙体（6）及通柜的地震效应后，再进行步骤四；
其中，g为重力加速度，k0为抗倾覆安全系数；
步骤四中通柜与墙体（6）之间的展陈净距D1的安全性判定及调整方法如下：
当D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品（7）安全性判别；
当D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是不安全的；根据情况，采取如下措施：
当为步骤三中判断的A25x≤g/(k0*λx)且A25y≤g/(k0*λy)情况时，则先将通柜的支脚（11）与地面（5）固定，重新按照步骤二的过程计算U1和U22，再比较D1与新得到的1.5(U1+U22)的大小；
若D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品（7）安全性判别；
若D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是不安全的；将通柜的支脚（11）与地面（5）进一步固定后，再进行展藏品（7）安全性判别；
当为步骤三中判断的A25x≤g/(k0*λx)和A25y≤g/(k0*λy)其中任意一个式子不成立的情况时，直接将通柜的支脚（11）与地面固定，再进行展藏品（7）安全性判别。
3.根据权利要求2 所述的一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，其特征在于：
步骤五中展藏品（7）安全性判别的具体方法如下：
根据步骤四中的情况，按步骤二中计算机数值模型重新计算A23；
当A23≤g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks时，判定为该通柜内展藏品（7）是安全的；
当满足如下三个条件之一时：(1) A23>1.2*g/(k0*hc/bc)且A23>1.2*μ0*g/ks，(2)A23>1.5*g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks，(3) A23≤g/(k0*hc/bc)且A23>1.5*μ0*g/ks，判定为通柜内展台（3）上展藏品（7）不安全；
当A23 不属于以上任何一种情况，判定为通柜内展台（3）上展藏品（7）较为安全；
步骤六中对展藏品（7）或者通柜结构作出的调整具体方法如下：
当对通柜内展藏品（7）的判断结果是安全的时，通柜设计完毕；
当对展藏品（7）的判断结果是不安全时，在单层刚性平板展台（31）上安装隔震设备（32）构成复合展台，再利用“博物馆结构+墙体+含复合展台的通柜+展藏品”的整体计算机数值模型，进行墙体（6）及通柜的地震效应时程分析计算，得到采用复合展台时的A23；
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台（31）情况下的A23之比大于等于0.2时，循环步骤五至步骤六的过程，直至判定通柜内展藏品（7）是安全的，通柜设计完毕；
若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台（31）情况下的A23之比小于0.2时，将通柜底部的底座（1）设计成隔震底座（12），依次循环步骤二、步骤五、步骤六，直至判定通柜内展藏品（7）是安全的，通柜设计完毕；
当展藏品（7）的判断结果是较安全时，对展藏品（7）进行粘、卡、固、绑的防震措施，通柜设计完毕；
其中，g为重力加速度，hc是浮置展藏品（7）的质心至支承底面的垂直高度，bc为浮置展藏品（7）的质心至支承底面边缘最小距离，k0为抗倾覆安全系数，ks为抗滑动安全系数，
μ0为展藏品（7）与展台（3）支承面之间的静摩擦系数。
4.一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：设计通柜的支撑骨架（2）和围护结构（4） ；根据结构材料的力学性能，利用通柜的计算机数值模型，对通柜结构施加荷载，进行通柜的支撑骨架（2）和围护结构（4）设计；
步骤二：墙体（6）及通柜的地震效应计算；利用包括“博物馆结构+墙体+通柜”的计算机数值模型，对墙体（6）及通柜的地震效应时程进行分析计算，得到参数极限变形差U1、极限变形U21、极限应力S21、极限变形差U22、极限加速度A23、极限加速度A25x和极限加速度A25y；其中，U1为墙体（6）对应通柜顶高度处相对楼面或地面（5）的极限变形差；U21为通柜支撑骨架（2）的极限变形；S21为材料的极限应力；U22为通柜顶相对楼面或地面（5）的极限变形差；A23为展台（3）顶面的极限加速度；A25x为通柜的长方向加速度，A25y为通柜的短方向加速度；
步骤三：对通柜与墙体（6）之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整；通过比较步骤二中极限变形差U1、极限变形差U22与展陈净距D1的关系，判定展陈净距D1安全性，并根据判定结果对通柜与墙体（6）的连接方式作出相应调整；
步骤四：对展藏品（7）的安全性进行判别；根据步骤二计算机数值模型计算的A23，以通柜内展台（3）上展藏品（7）的惯性力不大于限定值、展藏品（7）底面各部位支撑力不为零为原则，进行展藏品安全性判别；
步骤五：根据步骤四的判断结果对通柜的展台（3）和底座结构作调整；若判断结果为展藏品（7）安全，设计完毕；若判断结果为展藏品（7）不安全，对通柜结构作出调整，循环判断与调整的过程，直至判断结果为展藏品（7）安全，设计完毕；若判断结果为展藏品（7）较安全，对展藏品（7）的固定方式作调整，直至判断结果为展藏品（7）安全，设计完毕；
其中，防震的博物馆展陈通柜中的通柜整体为立体矩形、且紧靠博物馆的墙体（6）放置，由下向上依次包括设置在地面（5）上的底座（1）、与底座（1）连接的支撑骨架（2）、水平连接在支撑骨架（2）上的展台（3）以及罩在展台（3）上的围护结构（4）；
所述支撑骨架（2）是由一组框架单元水平拼合而成的立体框架结构；
所述展台（3）与围护结构（4）形成封闭空间，其中围护结构（4）至少有一个侧面是透明的；所述底座（1）为隔震底座（12），所述隔震底座（12）刚性连接在地面（5）上；所述支撑骨架（2）中每个框架单元侧面沿对角线设置有阻尼器（22），所述支撑骨架（2）与设置的阻尼器（22）构成一个复合支撑骨架。
5.根据权利要求4所述的一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，其特征在于：
步骤三中对通柜与墙体（6）之间的展陈净距D1的安全性进行判定及调整的
方法如下：当D1≥1.5(U1+U22)，通柜与墙体（6）的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品（7）安全性判别；
当D1＜1.5(U1+U22)，通柜与墙体（6）的展陈净距是不安全的，则先将通柜与地面（5）固定，重新按照步骤二的过程计算U1和U22，再比较D1与新得到的1.5(U1+U22)的大小；
若D1≥1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是安全的；接下来进行展藏品（7）安全性判别；
若D1＜1.5(U1+U22)时，通柜与墙体（6）的展陈净距是不安全的；将通柜与墙体（6）可靠固定，再进行展藏品（7）安全性判别。
6.根据权利要求4所述的一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法，其特征在于：
步骤四中展藏品（7）安全性判别的具体方法如下：
根据步骤三中的情况，按步骤二中计算机数值模型重新计算A23；
当A23≤g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks时，判定为该通柜内展藏品（7）是安全的；
当满足如下三个条件之一时：(1) A23>1.2*g/(k0*hc/bc)且A23>1.2*μ0*g/ks，(2)A23>1.5*g/(k0*hc/bc)且A23≤μ0*g/ks，(3) A23≤g/(k0*hc/bc)且A23>1.5*μ0*g/ks时，判定为通柜内展台（3）上展藏品（7）不安全；
当A23 不属于以上任何一种情况，判定为通柜内展台（3）上展藏品（7）较为安全；
步骤五中对展藏品（7）或者通柜结构作出的调整具体方法如下：
当对通柜内展藏品（7）的判断结果是安全的时，通柜设计完毕；
当对展藏品（7）的判断结果是不安全时，然后在单层刚性平板展台（31）上安装隔震设备（32）构成复合展台，再利用“博物馆结构+墙体+含复合展台的通柜+展藏品”的整体计算机数值模型，进行墙体（6）及通柜的地震效应时程分析计算，得到采用复合展台时的A23；
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若采用复合展台时的A23与单层刚性平板展台情况下的A23之比小于0.2时，重新设计通柜底部的隔震底座（12），依次循环步骤二、步骤三、步骤四和步骤五，直至判定通柜内展藏品（7）是安全的，通柜设计完毕；
当展藏品（7）的判断结果是较安全时，对展藏品（7）进行粘、卡、固、绑的防震措施，通柜设计完毕；
其中，g为重力加速度，hc是浮置展藏品（7）的质心至支承底面的垂直高度，bc为浮置展藏品（7）的质心至支承底面边缘最小距离，k0为抗倾覆安全系数，ks为抗滑动安全系数，
μ0为展藏品（7）与展台（3）支承面之间的静摩擦系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |