CN108364119B - 一种博物馆文物防震安全评估方法 - Google Patents

一种博物馆文物防震安全评估方法 Download PDF

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Abstract

一种博物馆文物防震安全评估方法包括步骤如下：步骤一，对博物馆建筑的历史抗震符合性进行检验；步骤二，若博物馆建筑的历史抗震符合性满足要求，对博物馆建筑的当前抗震符合性进行校验；步骤三，若博物馆建筑的抗震性能满足当前的设计规范，对各楼层文物进行动力响应计算；步骤四，对博物馆建筑内各珍贵文物进行地震效应及安全性分级；步骤五，对各个防震安全级别的珍贵文物的数量进行统计；步骤六，将得出的珍贵文物的数量与总数量进行进一步的比较，并且根据比较结果判断是否需要采取防震措施。本发明解决了传统博物馆防震安全评估与量化分级困难以及采取的应对措施不匹配的技术问题。

Description

一种博物馆文物防震安全评估方法
技术领域
本发明涉及防震减灾技术领域，尤其是一种针对博物馆及馆藏文物的防震安全性评估的方法。
背景技术
目前我国博物馆近5000座，多数博物馆处在强震多发带上。大陆百余座国家一级博物馆中，90座以上位于地震区，其中69座位于7度以上高烈度地震区，地震灾害造成了诸多珍贵文物损坏，比如，汶川地震中，四川全省至少有68处全国重点文物保护单位和142处省级文件保护单位遭受损失，北川县文管所馆藏文物全部被毁，馆藏文物损毁众多。目前我国博物馆数量多、种类差异大，防震专项实施难度巨大，必须先进行各馆防震安全评估分级，才能保证后续有条件去有针对性的提出防震能力提升计划。
发明内容
本发明涉及一种博物馆文物防震安全评估方法，要解决基于传统博物馆防震安全评估与量化分级困难以及采取的应对措施不匹配的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案。
一种博物馆文物防震安全评估方法，包括步骤如下。
步骤一，收集博物馆建筑的设计资料，按现行《建筑抗震设计规范》，当博物馆所在地抗震设防烈度不低于7度时，对博物馆建筑的历史抗震符合性进行检验。
步骤二，若博物馆建筑的历史抗震符合性满足要求，对博物馆建筑的当前抗震符合性进行校验：利用博物馆建筑建设期的设计资料进行结构设计校验，判断博物馆建筑的抗震性能是否满足当前的设计规范。
步骤三，若博物馆建筑的抗震性能满足当前的设计规范，对各楼层文物进行动力响应计算：利用博物馆建筑建设期的设计资料建立博物馆建筑的结构力学分析模型，得出罕遇地震作用下各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R，再根据各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R得出各楼层中各个文物的加速度响应Ri；i表示被统计的文物的序号。
步骤四，对博物馆建筑内各珍贵文物进行地震效应及安全性分级：按照规范中的规定得出各展陈珍贵文物和库藏珍贵文物的抗倾覆加速度限值[Ri]，将得出的珍贵文物的抗倾覆加速度限值[Ri]与加速度响应Ri进行比较，判断珍贵文物的防震安全级别。
步骤五，对各个防震安全级别的珍贵文物的数量进行统计，分别得出I级防震需求的珍贵文物的数量[I]n、II级防震需求的珍贵文物的数量[II]n、III级防震需求的珍贵文物的数量[III]n、IV级防震需求的珍贵文物的数量[IV]n以及V级防震需求的珍贵文物的数量[V]n，然后得出总数量[T]n，并得出[I]n/[T]n的结果；其中，[T]n＝[I]n+[II]n+[III]n+[IV]n+[V]n。
步骤六，若步骤五中的[I]n/[T]n＜20％时，将得出的珍贵文物的数量与总数量[T]n进行进一步的比较，并且根据比较结果判断是否需要采取防震措施。
优选的，步骤一中当博物馆建筑的历史抗震符合性不满足要求时；先对博物馆建筑采取加固或者减震或者隔震的措施，以降低各楼层的加速度响应R，直至加固后博物馆建筑的历史抗震符合性满足要求后，再进行步骤二。
优选的，步骤二中当判断博物馆建筑的抗震性能不满足当前的设计规范时，对珍贵文物所在区域的博物馆建筑设置能够抵抗房屋构件坠落的钢构架或者对珍贵文物所在的柜架设置刚性构件。
优选的，步骤三中，在得出罕遇地震作用下各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R后，对R进行放大得到各个文物的加速度响应Ri，然后进行步骤四；其中对各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R进行放大的具体方法如下：若博物馆建筑的结构为钢筋砼剪力墙结构，将R乘以1.05；若博物馆建筑的结构为砌体剪力墙结构，将R乘以1.1；若博物馆建筑的结构为钢筋砼框架结构或者钢结构或者砖木结构或者砖石结构，将R乘以1.2。
优选的，步骤三中，在得出罕遇地震作用下各楼层中各个文物的加速度响应Ri时，罕遇地震输入时依据的地震烈度不低于当前的设计规范中所规定的博物馆建筑所在地的地震烈度。
优选的，步骤三中，当博物馆是国家一级博物馆且采取防震措施的文物数量不足20％时或者博物馆中的珍贵文物为一级文物且地震下易损时，罕遇地震输入依据的地震烈度比《建筑抗震设计规范》中所规定的地震烈度增加一度；
当文物置于展柜内时，在得出各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R后，考虑展柜对各个文物加速度响应的动力放大效应，对R进行放大得到各个文物的加速度响应Ri，然后进行步骤四；其中对各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R进行放大的具体方法如下：若博物馆建筑的结构为钢筋砼剪力墙结构，将R乘以1.05；若博物馆建筑的结构为砌体剪力墙结构，将R乘以1.1；若博物馆建筑的结构为钢筋砼框架结构或者钢结构或者砖木结构或者砖石结构，将R乘以1.2。
优选的，步骤四中所述的珍贵文物包括国家认定的一级、二级和三级文物；判断珍贵文物的防震安全级别的方法具体为：当珍贵文物Ri≥3[Ri]时，记为I级；当珍贵文物3[Ri]＞Ri≥1.5[Ri]时，记为II级；当珍贵文物的1.5[Ri]＞Ri≥[Ri]时，记为III级；当珍贵文物的[Ri]＞Ri≥[Ri]/2时，记为IV级；当珍贵文物的Ri＜[Ri]/2时，记为V级。
优选的，当步骤五中的[I]n/[T]n≥20％时，先对博物馆建筑采取加固或者减震或者隔震的措施，降低楼层的地震响应加速度；再重复步骤三至步骤五的过程，直至[I]n/[T]n＜20％时，进行步骤六。
优选的，步骤六中对得出的珍贵文物的数量与总数量[T]n进行进一步的比较的具体方法以及对应采取的防震措施为：
当([I]n+[II]n)/[T]n≥20％时，进行展陈防震措施改造；即对博物馆建筑内的珍贵文物及影响文物防震安全的展陈进行防震措施改造，并且提升处于[I]级、[II]级、[III]级和[IV]n级珍贵文物的防震安全性；
当([I]n+[II]n+[III]n)/[T]n≥20％、且([I]n+[II]n)/[T]n＜20％时，对每个珍贵文物器型、材质和损伤状况，设计采用降低重心法或者增设支架法或者鱼线绑扎法或者增设软垫层保护法的防震措施改造。
优选的，当([I]n+[II]n+[III]n)/[T]n≥20％、且([I]n+[II]n)/[T]n＜20％时，对于存在重大安全隐患的珍贵文物进行展陈防震措施改造。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明提出了博物馆文物防震安全量化分级方法，通过模糊逻辑理论解决不同博物馆防震安全评估的具体问题，也解决了“以前针对博物馆要不要采取建筑防震措施、要不要针对馆藏珍贵文物确立防震预防性保护专项经费支持等均无量化评价依据，只能通过‘长官意志’和‘谁报谁得’的方式下拨经费”的不合理现象。
2、本发明提出了基于博物馆文物防震安全的个性化的评估步骤和应对措施，解决了不同博物馆防震安全目标差异化解决方法和经费支持方向不明确的问题，面对我国近5000家博物馆来说具有普遍推广价值。
3、本发明中依据博物馆珍贵文物等级和数量来确定博物馆防震分级标准，目标更为明确，可操作性更强。
具体实施方式
这种博物馆文物防震安全评估方法，包括步骤如下。
步骤一，收集博物馆建筑的设计资料，按现行《建筑抗震设计规范》，当博物馆所在地抗震设防烈度不低于7度时，对博物馆建筑的历史抗震符合性进行检验；判断博物馆建筑建设期采用的《建筑抗震设计规范》与建设期最新版的《建筑抗震设计规范》是否相吻合；目前《建筑抗震设计规范》共有1987年、1989年、2000年、2008年、2010年和2016年6个版本；在进行博物馆文物防震安全评估应先查阅博物馆当初的设计资料，检查该建筑当初是否按当时最新的抗震规范进行了抗震设计。比如，若某博物馆项目设计建设于1990年，采用了1989年版规范，则称其吻合，则可以进入下一步的步骤二；若某博物馆项目设计建设于2008年，采用了2000年版规范，则称其不吻合，应对博物馆建筑进行加固，再进行步骤二的内容；某博物馆项目设计建设于1978年前，尚无抗震规范，应对博物馆建筑进行加固，再进行步骤二的内容。
步骤二，若博物馆建筑建设期采用的《建筑抗震设计规范》与建设期最新版的《建筑抗震设计规范》规范相吻合，对博物馆建筑的当前抗震符合性进行校验：利用博物馆建筑建设期的设计资料在计算机结构设计软件中进行结构设计校验，按照设计资料上描述的具体结构参数建立分析模型进行分析，验算整体结构的刚度、强度和变形等抗震性能指标，以及影响文物安全的关键构件的结构抗震设计指标是否满足评估当前的《建筑抗震设计规范》，对于一般性结构构件的抗震设计指标可以不校验；当前应按2016年版抗震规范进行检验，后续如果颁布更新的抗震规范，评估校验应基于更新版本开展；如果校验结果为合格，或博物馆结构经过加固后校验合格，则进行步骤三；其中，设计资料包括设计图纸、设计说明和计算书等；关键构件包括框架柱、剪力墙等主要承重竖向构件，一般性结构构件包括连梁和框架梁等。
步骤三，若博物馆建筑的抗震性能满足当前的《建筑抗震设计规范》，对各楼层文物进行动力响应计算：利用博物馆建筑建设期的设计资料建立博物馆建筑的结构力学分析模型，计算罕遇地震作用下各楼层中各个文物的加速度响应Ri；通常情况下，每个楼层和各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R不同；当文物直接放置于楼板上时，文物的加速度响应Ri应采用文物安放处的博物馆建筑的加速度响应R；当文物放置于展柜中时，应考虑不同展柜对柜内文物的加速度响应Ri的动力放大效应，文物的加速度响应Ri应采用经过展柜动力放大后的各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R；罕遇地震输入依据的地震烈度不低于《建筑抗震设计规范》中所规定的博物馆所在地地震烈度，当该博物馆所在地被国家地震局评估的7度以上地震重现期不大于500年，或者该博物馆是国家一级博物馆且采取防震措施的文物数量不足20％，或者改博物馆内镇馆之宝、国家认定的一级文物且地震下易损时，应比《建筑抗震设计规范》中所规定的地震烈度增加一度。
比如，某博物馆地处8度抗震设防区，综合评价本工程为一般级，设防烈度仍按8度选取，罕遇地震的水平地震加速度最大值为400cm/s2，五层结构，计算算得第二层某文物安放处的加速度响应为600cm/s2，直接放置于楼板上的文物的加速度响应取为600cm/s2；上述位置处，如果文物放置于800mm×800mm×2300mm尺寸的独立展柜内，展台面会产生大概1.15的动力放大效应，此文物的加速度响应取为690cm/s2；如果该博物馆为国家一级博物馆、处于7度及以上抗震设防区、采取防震措施的文物数量不足20％或者针对馆内镇馆之宝、国家认定的一级文物且地震下易损时，论证后设防烈度提升一度按9度选取，罕遇地震的水平地震加速度最大值为620cm/s2，五层结构，计算算得第二层某文物安放处的加速度响应为930cm/s2，直接放置于楼板上的文物的加速度响应取为930cm/s2；上述位置处，如果文物放置于800mm×800mm×2300mm尺寸的独立展柜内，展台面会产生大概1.15的动力放大效应，此文物的加速度响应取为1070cm/s2。
步骤四，对博物馆建筑内各珍贵文物进行地震效应及安全性分级，所述的珍贵文物包括国家认定的一级、二级和三级文物，且不包括字画、布艺等文物，且本发明仅针对博物馆中的上述非柔性和等级文物进行计算：按照《馆藏文物防震规范》评估各展陈珍贵文物和库藏珍贵文物的抗倾覆加速度限值[Ri]，将得出的珍贵文物的抗倾覆加速度限值[Ri]与加速度响应Ri进行比较，判断珍贵文物的级别：当珍贵文物Ri≥3[Ri]时，记为I级；当珍贵文物3[Ri]＞Ri≥1.5[Ri]时，记为II级；当珍贵文物的1.5[Ri]＞Ri≥[Ri]时，记为III级；当珍贵文物的[Ri]＞Ri≥[Ri]/2时，记为IV级；当珍贵文物的Ri＜[Ri]/2时，记为V级；i表示被统计的文物的序号。本实施例中，采用Ri与[Ri]进行比较以及[Ri]前面系数的确定是根据多次试验和经验总结得出：Ri比[Ri]大的越多，说明该文物超出安全限值越多；比如，文物安全常用高宽比作为安全判别指标Ri，当高宽比很大、超出限值过多，自然是很不安全。
步骤五，对各个级别的珍贵文物的数量进行统计，分别得出I级防震需求的珍贵文物的数量[I]n、II级防震需求的珍贵文物的数量[II]n、III级防震需求的珍贵文物的数量[III]n、IV级防震需求的珍贵文物的数量[IV]n以及V级防震需求的珍贵文物的数量[V]n，然后得出总数量[T]n，并得出[I]n/[T]n的结果；其中，[T]n＝[I]n+[II]n+[III]n+[IV]n+[V]n。
步骤六，若步骤五中的[I]n/[T]n＜20％时，将得出的珍贵文物的数量与总数量[T]n进行进一步的比较，并且根据比较结果判断是否需要采取防震措施；
当([I]n+[II]n)/[T]n≥20％、且[I]n/[T]n＜20％时，进行展陈防震措施改造：应申请国家馆藏珍贵文物防震预防性保护专项经费，对博物馆内文物及影响文物防震安全的展陈进行防震措施改造，并采取库房文物安全岛措施，提升处于[I]级、[II]级、[III]级、[IV]n级文物的防震安全性；
当([I]n+[II]n+[III]n)/[T]n≥20％、且([I]n+[II]n)/[T]n＜20％时，传统防震措施改造：应组织馆内文物保护管理人员进行防震理念学习，采用传统防震技术措施对评估出的存在安全隐患的展陈和库藏文物进行加固和稳固处理；但对于存在重大安全隐患的珍贵文物，应进行展陈防震措施改造：应申请国家馆藏珍贵文物防震预防性保护专项经费，对博物馆内文物及影响文物防震安全的展陈进行防震措施改造，并提升处于[I]级、[II]级、[III]级、[IV]n级文物的防震安全性；
当([I]n+[II]n+[III]n+[IV]n)/[T]n≥20％、且([I]n+[II]n+[III]n)/[T]n＜20％时，该博物馆不必进行全面的防震措施处理，仅需在有条件的情况下，积极组织馆内文物保护管理人员进行防震理念学习，适度提升防震措施。
本实施例中，步骤二中当判断博物馆建筑的抗震性能不满足当前的设计规范时，应解决全部非结构物件对文物的防震安全隐患；增设文物抗震安全岛，尤其是应在库房内增设文物抗震安全岛；在采取措施后，对步骤三中得到的文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R进行放大：钢筋砼剪力墙结构乘以1.05，砌体剪力墙结构乘以1.1，当建筑物结构为钢筋砼框架结构或者钢结构或者砖木结构或者砖石结构1.2，R乘以放大系数修正后进行下一步骤计算。
本实施例中，当步骤五中[I]n/[T]n≥20％时，采用建筑加固措施和/或库房文物安全岛措施和/或展陈防震措施和/或传统防震措施改造对博物馆文物防震安全性能进行提升，降低楼层的地震响应加速度；再重复步骤三至步骤五的过程，直至[I]n/[T]n＜20％时，进行步骤六。
本实施例中，步骤六中的建筑加固措施包括：加强措施，即建筑主体构件加固以增加整体刚度；减震措施，即建筑结构增加消能减震部件以降低地震下的振动响应；隔震措施，即建筑基础底部或底部某层间设置柔性隔震层以阻隔地震向上部结构传递；库房文物安全岛措施包括：库房关键区域设置刚性框架，保证地震下具有短时承载大型坠物的能力，防止库房柜架被坠物砸损，为灾后快速抢救提供可能性；库房关键柜架设置刚性构件，保证地震下具有短时承载大型坠物的能力，防止坠物砸毁柜架直接伤及柜内文物展陈防震措施改造包括：非结构物件的防坠落性能提升、高大隔墙的防震构造改进和特殊重型文物的防震性能提升；传统防震措施改造包括：降低重心法、增设支架法、鱼线绑扎法和软垫层保护法。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
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 (7)

1.一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，收集博物馆建筑的设计资料，当博物馆所在地抗震设防烈度不低于7度时，对博物馆建筑的历史抗震符合性进行检验；
步骤二，若博物馆建筑的历史抗震符合性满足要求，对博物馆建筑的当前抗震符合性进行校验：利用博物馆建筑建设期的设计资料进行结构设计校验，判断博物馆建筑的抗震性能是否满足当前的设计规范；当判断博物馆建筑的抗震性能不满足当前的设计规范时，对珍贵文物所在区域的博物馆建筑设置能够抵抗房屋构件坠落的钢构架或者对珍贵文物所在的柜架设置刚性构件；
步骤三，若博物馆建筑的抗震性能满足当前的设计规范，对各楼层文物进行动力响应计算：利用博物馆建筑建设期的设计资料建立博物馆建筑的结构力学分析模型，得出罕遇地震作用下各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R，在得出罕遇地震作用下各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R后，对R进行放大得到各个文物的加速度响应Ri，然后进行步骤四；其中对各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R进行放大的具体方法如下：若博物馆建筑的结构为钢筋砼剪力墙结构，将R乘以1.05；若博物馆建筑的结构为砌体剪力墙结构，将R乘以1.1；若博物馆建筑的结构为钢筋砼框架结构或者钢结构或者砖木结构或者砖石结构，将R乘以1.2；i表示被统计的文物的序号；
步骤四，对博物馆建筑内各珍贵文物进行地震效应及安全性分级：按照规范中的规定得出各展陈珍贵文物和库藏珍贵文物的抗倾覆加速度限值[Ri]，将得出的珍贵文物的抗倾覆加速度限值[Ri]与加速度响应Ri进行比较，判断珍贵文物的防震安全级别；所述的珍贵文物包括国家认定的一级、二级和三级文物；判断珍贵文物的防震安全级别的方法具体为：当珍贵文物Ri≥3[Ri]时，记为I级；当珍贵文物3[Ri]＞Ri≥1.5[Ri]时，记为II级；当珍贵文物的1.5[Ri]＞Ri≥[Ri]时，记为III级；当珍贵文物的[Ri]＞Ri≥[Ri]/2时，记为IV级；当珍贵文物的Ri＜[Ri]/2时，记为V级；
步骤五，对各个防震安全级别的珍贵文物的数量进行统计，分别得出I级防震需求的珍贵文物的数量[I]n、II级防震需求的珍贵文物的数量[II]n、III级防震需求的珍贵文物的数量[III]n、IV级防震需求的珍贵文物的数量[IV]n以及V级防震需求的珍贵文物的数量[V]n，然后得出总数量[T]n，并得出[I]n/[T]n的结果；其中，[T]n＝[I]n+[II]n+[III]n+[IV]n+[V]n；
步骤六，若步骤五中的[I]n/[T]n＜20％时，将得出的珍贵文物的数量与总数量[T]n进行进一步的比较，并且根据比较结果判断是否需要采取防震措施。
2.根据权利要求1所述的一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于：步骤一中当博物馆建筑的历史抗震符合性不满足要求时，先对博物馆建筑采取加固或者减震或者隔震的措施，以降低各楼层的加速度响应R，直至加固后博物馆建筑的历史抗震符合性满足要求后，再进行步骤二。
3.根据权利要求1所述的一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于：步骤三中，在得出罕遇地震作用下各楼层中各个文物的加速度响应Ri时，罕遇地震输入时依据的地震烈度不低于当前的设计规范中所规定的博物馆建筑所在地的地震烈度。
4.根据权利要求1所述的一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于，步骤三中，当博物馆是国家一级博物馆且采取防震措施的文物数量不足20％时或者博物馆中的珍贵文物为一级文物且地震下易损时，罕遇地震输入依据的地震烈度比《建筑抗震设计规范》中所规定的地震烈度增加一度；
当文物置于展柜内时，在得出各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R后，考虑展柜对各个文物加速度响应的动力放大效应，对R进行放大得到各个文物的加速度响应Ri，然后进行步骤四；其中对各楼层文物放置位置处的博物馆建筑的加速度响应R进行放大的具体方法如下：若博物馆建筑的结构为钢筋砼剪力墙结构，将R乘以1.05；若博物馆建筑的结构为砌体剪力墙结构，将R乘以1.1；若博物馆建筑的结构为钢筋砼框架结构或者钢结构或者砖木结构或者砖石结构，将R乘以1.2。
5.根据权利要求1所述的一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于，当步骤五中的[I]n/[T]n≥20％时，先对博物馆建筑采取加固或者减震或者隔震的措施，降低楼层的地震响应加速度；再重复步骤三至步骤五的过程，直至[I]n/[T]n＜20％时，进行步骤六。
6.根据权利要求1所述的一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于，步骤六中对得出的珍贵文物的数量与总数量[T]n进行进一步的比较的具体方法以及对应采取的防震措施为：
当([I]n+[II]n)/[T]n≥20％时，进行展陈防震措施改造；即对博物馆建筑内的珍贵文物及影响文物防震安全的展陈进行防震措施改造，并且提升处于[I]级、[II]级、[III]级和[IV]n级珍贵文物的防震安全性；
当([I]n+[II]n+[III]n)/[T]n≥20％、且([I]n+[II]n)/[T]n＜20％时，对每个珍贵文物器型、材质和损伤状况，设计采用降低重心法或者增设支架法或者鱼线绑扎法或者增设软垫层保护法的防震措施改造。
7.根据权利要求6所述的一种博物馆文物防震安全评估方法，其特征在于，当([I]n+[II]n+[III]n)/[T]n≥20％、且([I]n+[II]n)/[T]n＜20％时，对于存在重大安全隐患的珍贵文物进行展陈防震措施改造。
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