基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法技術(shù)

為了避免地震作用下館藏文物的損失及破壞，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提出了一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，涉及結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域與文物保護(hù)領(lǐng)域。主要步驟包括確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)、建立主體結(jié)構(gòu)有限元模型、對(duì)有限元模型進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)及動(dòng)力時(shí)程分析、依據(jù)抗震性能化指標(biāo)的量值與抗震性能化指標(biāo)限值的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整使?jié)M足要求以及相關(guān)抗震施工工序如結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震施工、展廳的抗震布置和館藏文物保存微環(huán)境施工等。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)從地震傳播的全過(guò)程對(duì)館藏文物的地震作用進(jìn)行了有效控制，大大減小了地震對(duì)館藏文物造成大規(guī)模損壞的風(fēng)險(xiǎn)，有效降低了博物館建筑的全壽命費(fèi)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)工程
與文物保護(hù)
，具體涉及一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法。?
技術(shù)介紹
博物館、紀(jì)念館、文物保護(hù)與文物管理單位作為展現(xiàn)城市文明和歷史發(fā)展全過(guò)程的窗口，收藏著歷史各時(shí)代的代表性實(shí)物、藝術(shù)品、文獻(xiàn)、手稿、圖書(shū)資料等館藏文物，該類(lèi)型建筑結(jié)構(gòu)承擔(dān)著館藏文物的修復(fù)儲(chǔ)存和日常防護(hù)管理的責(zé)任，對(duì)于文明傳承和文化傳播有著重要意義，是城市文化建設(shè)不可或缺的一部分。歷史文物及重要展品的集中存放與管理也增加了在突發(fā)災(zāi)害（如地震）下館藏文物大規(guī)模損毀的可能，如2008年5.12汶川特大地震，四川、甘肅、陜西及重慶災(zāi)區(qū)共計(jì)481件珍貴文物、3710件一般文物受損，受損嚴(yán)重的館藏文物或完全破碎，或殘破斷裂，受損輕者亦出現(xiàn)裂縫及局部殘壞，造成了極大的物質(zhì)文化遺產(chǎn)損失。究其原因，首先文物館所房屋建筑的破壞勢(shì)必造成館藏文物的嚴(yán)重?fù)p壞，其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)缺乏對(duì)文物的存放安全需求的量化考量也是造成損毀的重要原因，因此，結(jié)合文物防震安全需求提高文物館舍結(jié)構(gòu)的抗震性能對(duì)于歷史文物的保護(hù)與傳承具有重要意義。?目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及研究成果中雖涉及文物館舍結(jié)構(gòu)與館藏文物地震防護(hù)設(shè)計(jì)考慮，但現(xiàn)有館藏文物防震研究成果大多是以文物館舍結(jié)構(gòu)自身安全為前提的，而文物館舍結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并未充分考慮地震動(dòng)傳播全過(guò)程中館舍主體結(jié)構(gòu)、樓層、展柜及其與文物結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合等因素對(duì)文物安全的影響，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法難以滿足文物防震安全的需求。同時(shí)，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和相關(guān)研究成果并未就館藏文物抗震安全性控制給出量化指標(biāo)，尚不能保證館藏文物在地震作用下的安全，存在很大的安全隱患。?
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)目的在于提出一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)未充分考慮地震動(dòng)傳播全過(guò)程中館舍主體結(jié)構(gòu)、樓層、展柜及其與文物結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合等因素對(duì)文物安全的影響、難以滿足文物防震安全的需求的問(wèn)題；同時(shí)，解決現(xiàn)有技術(shù)并未就館藏文物抗震安全性控制給出量化指標(biāo)、不能保證館藏文物在地震作用下的安全、造成館藏文物存在極大安全隱患的問(wèn)題。?為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的主要技術(shù)方案是：?一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，其特征在于：主要包括如下步驟：步驟一、確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)：根據(jù)館舍場(chǎng)地的實(shí)際情況及地震動(dòng)設(shè)計(jì)基本參數(shù)的要求，確定地震動(dòng)實(shí)際輸入?yún)?shù)；步驟二、建立主體結(jié)構(gòu)的有限元模型；步驟三、分析模型得到抗震性能化指標(biāo)的量值：對(duì)主體結(jié)構(gòu)的有限元模型進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)及動(dòng)力時(shí)程分析，得到抗震性能化指標(biāo)的量值，所述抗震性能化指標(biāo)包括地基基礎(chǔ)性能指標(biāo)、主體結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)、展廳或庫(kù)房的樓層性能指標(biāo)、展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)；步驟四、將步驟三中得到的抗震性能化指標(biāo)的量值與預(yù)先確定的相應(yīng)的限值進(jìn)行比較；步驟五、依據(jù)比較結(jié)果調(diào)整主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使抗震性能化指標(biāo)滿足限值要求：若量值大于限值，則采取常規(guī)的隔震、消能減震或增加約束阻尼等調(diào)整措施，或直接調(diào)整主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，重復(fù)步驟二到步驟四，直至量值不大于其限值，即地基、主體結(jié)構(gòu)及樓層結(jié)構(gòu)的性能都滿足抗震強(qiáng)度及變形要求；步驟六、通過(guò)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)獲得展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)的限值：根據(jù)館藏文物存放方式的不同，通過(guò)地震振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及數(shù)值分析，考慮文物安全等級(jí)、材料強(qiáng)度折減等，同時(shí)考慮文物-結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合效應(yīng)，得到展柜、收藏柜及文物安全指標(biāo)的限值；步驟七、比較展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)的實(shí)際量值與限值的大小：將步驟三中展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)量值中的加速度指標(biāo)的量值與步驟六得到的限值進(jìn)行比較；步驟八、依據(jù)加速度響應(yīng)的采取調(diào)整措施使展柜、收藏柜及文物滿足抗震要求：需根據(jù)具體情況采取隔震、消能減震或增加約束阻尼等措施，或調(diào)整主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，重復(fù)步驟六至步驟七，直至展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)滿足要求；步驟九、結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震施工：將結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠連接，滿足在超越概率3%地震作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用金屬防墜網(wǎng)，金屬防墜網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠連接；步驟十、展廳的抗震布置：根據(jù)館藏文物自身動(dòng)力特性及樓層動(dòng)力特性，針對(duì)不同的館藏文物確定不同的存放或陳列區(qū)域，考慮到自下而上樓層加速度存在放大趨勢(shì)，對(duì)于雕塑等高寬比較大的藏品應(yīng)置于較低樓層的展廳；文獻(xiàn)、手稿及圖書(shū)資料置放于較高樓層；步驟十一、館藏文物保存微環(huán)境的施工：在不影響文物保存質(zhì)量的情況下對(duì)文物采取一定的防傾覆、滑移、搖動(dòng)及拋出的措施，該措施不同于臨時(shí)固定措施，應(yīng)能保證在遭遇超越概率3%的地震作用時(shí)不發(fā)生松動(dòng)、脫落或失效。?所述步驟一中，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)采用50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，超越概率3%的地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線及加速度反應(yīng)譜。?所述步驟三中，所述地基基礎(chǔ)性能指標(biāo)、主體結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)、展廳或庫(kù)房的樓層性能指標(biāo)及展柜或底座的指標(biāo)均利用數(shù)值模擬得到。所述地基基礎(chǔ)性能指標(biāo)包括地基變形計(jì)算值和地基抗滑力矩，所述地基變形計(jì)算值不大于地基變形允許值的0.8倍，所述地基抗滑力矩與滑動(dòng)力矩的比值不應(yīng)小于1.5。所述主體結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度指標(biāo)及變形指標(biāo)。所述展廳或庫(kù)房的樓層性能指標(biāo)為樓層加速度，所述樓層加速度的指標(biāo)量值結(jié)合展廳或庫(kù)房?jī)?nèi)文物特性進(jìn)行確定。所述展柜或底座指標(biāo)為展柜臺(tái)面或底座頂面的動(dòng)力放大系數(shù)，即地震作用下展柜臺(tái)面或底座頂面的加速度與展廳樓層樓面加速度的比值。所述文物安全指標(biāo)需考慮文物與館舍結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合效應(yīng)得到，為結(jié)合館藏文物特性由振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及數(shù)值分析確定的文物發(fā)生滑移、傾覆、撕裂或拋出的判定條件。?所述步驟六中展柜、收藏柜及文物的加速度指標(biāo)限值時(shí)，分以下兩種情況：?（1）陳列的文物：對(duì)文物及陳列展柜或底座的組合體進(jìn)行地震振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及數(shù)值模擬分析，得到文物發(fā)生滑移、傾覆、撕裂或拋出的振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的加速度指標(biāo)限值，同時(shí)分析計(jì)算得到展柜臺(tái)面相對(duì)于振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的動(dòng)力放大系數(shù)；（2）庫(kù)藏的文物：對(duì)文物及收藏柜的組合體進(jìn)行地震振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及數(shù)值分析，得到組合體發(fā)生滑移、傾覆的振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的加速度指標(biāo)限值。所述步驟七中若不滿足加速度指標(biāo)限值時(shí)的具體調(diào)整方法如下：?（1）對(duì)于陳列的文物，若不滿足加速度指標(biāo)限值，可采用展廳樓層隔震、展柜或底座隔震、消能減震展柜或底座、半主動(dòng)智能控制展柜等措施，直至滿足要求；若采用上述措施仍未能滿足性能要求，則需要重新確定地震動(dòng)實(shí)際輸入?yún)?shù)并建模分析；（2）對(duì)于庫(kù)藏的文物，若不滿足加速度指標(biāo)限值，可采用措施對(duì)庫(kù)房樓層進(jìn)行隔震或?qū)κ詹毓襁M(jìn)行隔震，直至滿足要求；若采用上述措施仍未能滿足性能要求，則則需要重新確定地震動(dòng)實(shí)際輸入?yún)?shù)并建模分析。本專(zhuān)利技術(shù)立足于館藏文物的地震安全性能，提出了一套完整的抗震性能化指標(biāo)，包括設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)、地基基礎(chǔ)性能指標(biāo)、主體結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)、展廳或庫(kù)房的樓層性能指標(biāo)、展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)，解決現(xiàn)有技術(shù)并未就館藏文物抗震安全性控制給出量化指標(biāo)、不能保證館藏文物在地震作用下的安全、造成館藏文物存在極大本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，其特征在于：主要包括如下步驟：步驟一、確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)：根據(jù)館舍場(chǎng)地的實(shí)際情況及地震動(dòng)設(shè)計(jì)基本參數(shù)的要求，確定地震動(dòng)實(shí)際輸入?yún)?shù)；步驟二、建立主體結(jié)構(gòu)的有限元模型；步驟三、分析模型得到抗震性能化指標(biāo)的量值：對(duì)主體結(jié)構(gòu)的有限元模型進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)及動(dòng)力時(shí)程分析，得到抗震性能化指標(biāo)的量值，所述抗震性能化指標(biāo)包括地基基礎(chǔ)性能指標(biāo)、主體結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)、展廳或庫(kù)房的樓層性能指標(biāo)、展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)；步驟四、將步驟三中得到的抗震性能化指標(biāo)的量值與預(yù)先確定的相應(yīng)的限值進(jìn)行比較；步驟五、依據(jù)比較結(jié)果調(diào)整主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使抗震性能化指標(biāo)滿足限值要求：若量值大于限值，則采取常規(guī)的隔震、消能減震或增加約束阻尼等調(diào)整措施，或直接調(diào)整主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，重復(fù)步驟二到步驟四，直至量值不大于其限值，即地基、主體結(jié)構(gòu)及樓層結(jié)構(gòu)的性能都滿足抗震強(qiáng)度及變形要求；步驟六、通過(guò)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)獲得展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)的限值：根據(jù)館藏文物存放方式的不同，通過(guò)地震振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及數(shù)值分析，考慮文物安全等級(jí)、材料強(qiáng)度折減等，同時(shí)考慮文物?結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合效應(yīng)，得到展柜、收藏柜及文物安全指標(biāo)的限值；步驟七、比較展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)的實(shí)際量值與限值的大小：將步驟三中展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)量值中的加速度指標(biāo)的量值與步驟六得到的限值進(jìn)行比較；步驟八、依據(jù)加速度響應(yīng)的采取調(diào)整措施使展柜、收藏柜及文物滿足抗震要求：需根據(jù)具體情況采取隔震、消能減震或增加約束阻尼等措施，或調(diào)整主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，重復(fù)步驟六至步驟七，直至展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)滿足要求；步驟九、結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震施工：將結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠連接，滿足在超越概率3%地震作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用金屬防墜網(wǎng)，金屬防墜網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠連接；步驟十、展廳的抗震布置：根據(jù)館藏文物自身動(dòng)力特性及樓層動(dòng)力特性，針對(duì)不同的館藏文物確定不同的存放或陳列區(qū)域，考慮到自下而上樓層加速度存在放大趨勢(shì)，對(duì)于雕塑等高寬比較大的藏品應(yīng)置于較低樓層的展廳；文獻(xiàn)、手稿及圖書(shū)資料置放于較高樓層；步驟十一、館藏文物保存微環(huán)境的施工：在不影響文物保存質(zhì)量的情況下對(duì)文物采取一定的防傾覆、滑移、搖動(dòng)及拋出的措施，該措施不同于臨時(shí)固定措施，應(yīng)能保證在遭遇超越概率3%的地震作用時(shí)不發(fā)生松動(dòng)、脫落或失效。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，其特征在于：主要包括如下步驟：
步驟一、確定地震動(dòng)輸入?yún)?shù)：根據(jù)館舍場(chǎng)地的實(shí)際情況及地震動(dòng)設(shè)計(jì)基本參數(shù)的要求，確定地震動(dòng)實(shí)際輸入?yún)?shù)；
步驟二、建立主體結(jié)構(gòu)的有限元模型；
步驟三、分析模型得到抗震性能化指標(biāo)的量值：對(duì)主體結(jié)構(gòu)的有限元模型進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)及動(dòng)力時(shí)程分析，得到抗震性能化指標(biāo)的量值，所述抗震性能化指標(biāo)包括地基基礎(chǔ)性能指標(biāo)、主體結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)、展廳或庫(kù)房的樓層性能指標(biāo)、展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)；
步驟四、將步驟三中得到的抗震性能化指標(biāo)的量值與預(yù)先確定的相應(yīng)的限值進(jìn)行比較；
步驟五、依據(jù)比較結(jié)果調(diào)整主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使抗震性能化指標(biāo)滿足限值要求：若量值大于限值，則采取常規(guī)的隔震、消能減震或增加約束阻尼等調(diào)整措施，或直接調(diào)整主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，重復(fù)步驟二到步驟四，直至量值不大于其限值，即地基、主體結(jié)構(gòu)及樓層結(jié)構(gòu)的性能都滿足抗震強(qiáng)度及變形要求；
步驟六、通過(guò)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)獲得展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)的限值：根據(jù)館藏文物存放方式的不同，通過(guò)地震振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)及數(shù)值分析，考慮文物安全等級(jí)、材料強(qiáng)度折減等，同時(shí)考慮文物-結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合效應(yīng)，得到展柜、收藏柜及文物安全指標(biāo)的限值；
步驟七、比較展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)的實(shí)際量值與限值的大小：將步驟三中展柜或底座的指標(biāo)及文物安全指標(biāo)量值中的加速度指標(biāo)的量值與步驟六得到的限值進(jìn)行比較；
步驟八、依據(jù)加速度響應(yīng)的采取調(diào)整措施使展柜、收藏柜及文物滿足抗震要求：需根據(jù)具體情況采取隔震、消能減震或增加約束阻尼等措施，或調(diào)整主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，重復(fù)步驟六至步驟七，直至展廳或庫(kù)房的樓層加速度指標(biāo)滿足要求；
步驟九、結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震施工：將結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠連接，滿足在超越概率3%地震作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用金屬防墜網(wǎng)，金屬防墜網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠連接；
步驟十、展廳的抗震布置：根據(jù)館藏文物自身動(dòng)力特性及樓層動(dòng)力特性，針對(duì)不同的館藏文物確定不同的存放或陳列區(qū)域，考慮到自下而上樓層加速度存在放大趨勢(shì)，對(duì)于雕塑等高寬比較大的藏品應(yīng)置于較低樓層的展廳；文獻(xiàn)、手稿及圖書(shū)資料置放于較高樓層；
步驟十一、館藏文物保存微環(huán)境的施工：在不影響文物保存質(zhì)量的情況下對(duì)文物采取一定的防傾覆、滑移、搖動(dòng)及拋出的措施，該措施不同于臨時(shí)固定措施，應(yīng)能保證在遭遇超越概率3%的地震作用時(shí)不發(fā)生松動(dòng)、脫落或失效。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，其特征在于：所述步驟一中，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)采用50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，超越概率3%的地震動(dòng)加速度時(shí)程曲線及加速度反應(yīng)譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于文物安全的館舍結(jié)構(gòu)抗震性能提升方法，...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葛家琪，馬伯濤，張玲，張國(guó)軍，付仰強(qiáng)，王樹(shù)，管志忠，王明珠，張曼生，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11