一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种防震的博物馆展陈通柜的设计方法
本专利技术涉及博物馆展陈设计和抗震减震
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用如下技术方案。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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（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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛家琪，马伯涛，黄季阳，张玲，管志忠，宋毛毛，
申请(专利权)人：中国航空规划设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11