柜類家具震害預(yù)防評(píng)價(jià)研究

羅 珊

(武夷學(xué)院 藝術(shù)學(xué)院，福建 武夷山354300)

0 引言

我國大部分地區(qū)處于6度烈度以上區(qū)域，其中25個(gè)重要城市處于7度的烈度范圍，家具震害具有普及性[1].研究表明室內(nèi)柜類家具品種多、數(shù)量多、體量大，是室內(nèi)震害的主要來源[2].但是我國對(duì)震害的研究主要集中在建筑方面，對(duì)于地震中室內(nèi)家具傷人的情況還沒能夠引起足夠的關(guān)注.人們對(duì)待室內(nèi)家具引發(fā)的地震災(zāi)害沒有日常防范意識(shí)，在一般家庭內(nèi)，裝修、購置家具等方面根本不會(huì)考慮防震防災(zāi)因素[3].在這樣的情況下對(duì)室內(nèi)柜類家具進(jìn)行有效的震害預(yù)防評(píng)價(jià)，可以讓民眾清楚認(rèn)識(shí)家中不同柜類家具的主要震害形式以及需要預(yù)防的等級(jí)，采取更便捷有針對(duì)性的防災(zāi)措施，以達(dá)到有效預(yù)防震害減少災(zāi)后損失的目的.

1 基于層次分析法的模糊綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

模糊綜合評(píng)價(jià)是對(duì)綜合某種事物確定.層次分析法簡稱AHP，其基本思路是通過兩兩對(duì)比得出個(gè)因素的權(quán)重.它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法.模糊層次分析法(FAHP)是綜合了層次分析法的全面性和模糊綜合評(píng)價(jià)法的廣泛性，從而得到的更加廣泛適用的先進(jìn)方法，既能夠簡便的對(duì)非定量事件做出定量分析和比較，也能夠客觀有效的描述難以測(cè)量的主觀因素[4].

針對(duì)住宅室內(nèi)柜類家具在地震中震害傾向及程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)分越高即需要預(yù)防的優(yōu)先度越高.在柜類家具震害研究機(jī)理和影響因素研究的基礎(chǔ)上，從柜體自身?xiàng)l件以及住宅室內(nèi)條件等客觀因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)定評(píng)價(jià)量表.

1.1 建立因素集

根據(jù)對(duì)柜類家具震害影響因素的研究分析結(jié)果，確定評(píng)價(jià)使用的因素有：最大靜摩擦系數(shù)、抽屜深高比、抽屜中心高度、通道寬度與柜體高度尺寸比、柜體高度、玻璃門面積比、無門擱架高度、無門擱架面積比、通道寬度.

1.2 層次分析法建立權(quán)重集

權(quán)重，是指用某些數(shù)學(xué)或者可量化的形式進(jìn)行對(duì)比、量化出比較對(duì)象之間的相對(duì)重要程度并且表示出來.建立以下的層次結(jié)構(gòu)，如表1所示.

表1 柜類家具震害預(yù)防優(yōu)先度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2.1 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定

經(jīng)研究柜類家具預(yù)防震害的主要目標(biāo)有：震滑、搖晃傾翻、物品飛落(材料破碎)，震害的程度越大，則預(yù)防的等級(jí)越高.因此將其作為評(píng)價(jià)的二級(jí)因素集，構(gòu)造判別矩陣，對(duì)三元素進(jìn)行兩兩比較分析，參考表對(duì)重要性賦值，得到如下判別矩陣：

MATLAB計(jì)算得到：CI＝0.0429，RI＝0.5800，CR＝0.0739，且CR＜0.1該矩陣滿足一致性檢驗(yàn)；權(quán)重系數(shù)為：W＝(0.1007 0.6738 0.2255)

1.2.2 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重確定

(1)柜體傾翻震害的影響因子u1j(j＝1，2，3)

柜體傾翻震害u1的影響因素有柜體的深高比、抽屜中心高度與柜體高度比、通道寬度與柜體高度尺寸比、柜體高度分別標(biāo)記為u11，u12，u13，u14，參考表對(duì)重要性賦值，得到判別矩陣：

(2)柜體落物震害的影響因子u2j(j＝1，2，3，4)

柜體落物震害u2的影響因素有：玻璃門面積、無門擱架的面積、無門擱架的高度、通道與柜體的尺寸，分別標(biāo)記為u21，u22，u23，u24，得到判別矩陣：

最終通過MATLAB計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)即因素集的權(quán)重設(shè)計(jì)結(jié)果如表2：

表2 柜類家具震害預(yù)防優(yōu)先度評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)權(quán)重

1.3 隸屬度函數(shù)的確定

1)最大靜摩擦系數(shù)

通過試驗(yàn)實(shí)測(cè)的幾類柜腳材料與不同地面之間的靜摩擦系數(shù)范圍在0.270 9～0.585 7，系數(shù)越大越不利于柜體滑動(dòng)，且初始的瞬間滑動(dòng)位移與靜摩擦系數(shù)成反比，摩擦系數(shù)越小，滑動(dòng)位移越大.

2)柜體深高比

如表3所示，對(duì)各項(xiàng)柜類家具常用設(shè)計(jì)尺寸的統(tǒng)計(jì)，深高比值在0.08～1.53之間.柜體起始搖晃運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判別公式：搖晃W/H＜a/g＜μs、搖晃滑動(dòng)W/H＜μs＜a/g，由于常用μs的范圍是0.2～0.6，a/g最大值為0.7，所以當(dāng)W/H＞0.6搖晃傾翻的震害不會(huì)發(fā)生，安全度最高.在滿足搖晃的初始條件下，深高比越小，柜體的搖晃越劇烈，越容易產(chǎn)生傾翻的震害，反之搖晃反應(yīng)小.

表3 住宅柜類家具深高比統(tǒng)計(jì)表

3)抽屜中心高度與柜體高度比

根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，柜體中抽屜的高度最上沿距離地面的距離≤1 250 mm，最下沿距離地面距離≥50 mm.則抽屜中心距離地面的高度應(yīng)該是1 250-h/2≤H2≤50+h/2，抽屜厚度常用尺寸為100～160 mm，所以0.08≤H2/H1≤0.96.

根據(jù)抽屜部件對(duì)柜體傾翻的影響研究，對(duì)于同一柜體，抽屜中心離地面高度H2與柜體高度H1比值越大，柜體越容易傾翻.

(2)

4)通道寬度與柜體高度尺寸比

柜體擺放位置的前方通道的寬窄影響柜體傾翻的程度，當(dāng)前方通道大于柜體高度時(shí)，柜體完全翻倒在地面，柜體尺寸越大，越阻礙通道；當(dāng)通道小于柜體高度時(shí)，當(dāng)柜體傾翻一定完全阻礙交通，但是柜體由于前方其他物體的阻礙，不能完全翻倒，一定程度上減小了柜體自身的損壞程度；對(duì)于高柜來說可以和前方的物體形成一個(gè)三角的穩(wěn)固空間，如果空間足夠大，且有一定的強(qiáng)度可以成為人們臨時(shí)的避險(xiǎn)空間，此時(shí)通道與柜體高度的比值越小危險(xiǎn)度越小，反之危險(xiǎn)度越大.通道≥550 mm，柜體高度范圍：500～2 100 mm，最小的尺寸比為550/2 100＝0.25，室內(nèi)住宅最大的進(jìn)深4 500 mm，最大比值為4 500/500＝9.

因此，當(dāng)x＞1值越小越危險(xiǎn)，當(dāng)x＜1值越大越危險(xiǎn)，取上限1，下限0.25，采用線性隸屬函數(shù)：

(3)

5)柜體重心高度

根據(jù)對(duì)柜體搖晃傾倒的數(shù)值模擬研究結(jié)論，當(dāng)柜體深高比一致時(shí)，重心高的柜體穩(wěn)定性更高，反之，容易傾翻.柜體的最大高度為2 400 mm，最低高度為400 mm，即柜體重心高度為200～1 200 mm.

(4)

6)玻璃門面積

玻璃是一種易碎材料，用于柜門，其破碎后會(huì)對(duì)人造成一定的傷害，面積越大傷害的程度越大.玻璃平開柜門的常用寬度是350～450 mm，推拉柜門的寬度在600～800 mm，合頁的承壓能力不如軌道，所以對(duì)于平開柜門的門板不宜太寬太重.柜門的高度最大與柜體同高.玻璃開門的最大尺寸為45×220×2，推拉門的最大尺寸為80×220×2.

(5)

7)無門擱架高度

圖1 擱架層高示意圖

物體在地震中被地震力從不同高度搖晃震落或拋下飛落，高度越高，落下的速度越大，對(duì)人造成的傷害和自身的損壞程度越大.

柜體擱架常用的設(shè)計(jì)高度為350 mm，將最大高度的柜體分層并且給予評(píng)分，一共約分為6層，從下至上依次為1～6層，如圖1所示.設(shè)計(jì)總分為五分制，高度越高分值越大，危險(xiǎn)性越大，如表4所示.擱架的層數(shù)越多震害越嚴(yán)重.評(píng)分時(shí)就近高度的擱架層取值.

表4 擱架危險(xiǎn)度評(píng)分表

(6)

8)無門擱架的立面面積

擱架面積越大意味著可能飛落的物品越多，會(huì)增加物品損失和人員傷亡.對(duì)于常用柜體的擱架面積等于擱架的高度乘以寬度，擱架的最大面積等于柜體面積.根據(jù)常用單體柜體設(shè)計(jì)尺寸，全擱架的最大面積＝800×2 000 mm2.

(7)

9)通道寬度

當(dāng)柜體上或內(nèi)部的物體飛落時(shí)，通道的寬度影響人們受損的面積，通道越寬，人們可躲避的空間越大，對(duì)人造成的損傷可能性越??；反之，損傷越大.

住宅室內(nèi)柜體前方通道寬度≥500 mm

(8)

1.4 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

綜合各項(xiàng)因素，建立模糊綜合評(píng)價(jià)，其中R為單因素評(píng)價(jià)矩陣，W為權(quán)重向量.

B＝W×R，

(9)

2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用

2.1 評(píng)價(jià)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)

評(píng)價(jià)對(duì)象是一套位于四川成都高層住宅內(nèi)的所有非固定式柜類家具，共計(jì)13個(gè)，住宅面積93 m2，是當(dāng)前的主流戶型三室兩廳，如圖2所示.通過資料查得成都抗震設(shè)防烈度為7度，將通過綜合評(píng)價(jià)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)防優(yōu)先度的排名，從而指導(dǎo)使用者進(jìn)行更有目的性的震災(zāi)預(yù)防.

圖2 某住宅內(nèi)非固定式柜類家具分布圖

通過實(shí)地對(duì)柜類家具的拍照、測(cè)量，收集得到以下尺寸、實(shí)物列表，如表5所示.

2.2 單因素評(píng)價(jià)值的確定

該住宅內(nèi)地面以鋪設(shè)光滑面的復(fù)合地板為主，廚房餐廳鋪設(shè)亞光面的瓷磚，衛(wèi)生間鋪設(shè)表面凸起花紋的瓷磚.家具以松木家具和整體板式家具為主，松木衣柜無腳墊，其他柜體均有白色塑料腳墊，其中浴室中的高柜用的滑輪柜腳.通過試驗(yàn)柜類家具腳墊材料與不同地面間靜摩擦系數(shù)的測(cè)定研究，查得具體數(shù)值以及評(píng)價(jià)所需的其他數(shù)據(jù)，如表6所示.

表5 某住宅內(nèi)非固定柜類家具尺寸、實(shí)物總表(以下照片拍攝自該居民家)

續(xù)表

表6 評(píng)價(jià)項(xiàng)目所需數(shù)據(jù)

表7 單因素評(píng)價(jià)值

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)單因素評(píng)價(jià)值的求解，對(duì)單個(gè)柜子的滑移、搖晃傾翻、物體飛落(材料破碎)下屬單因素指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)依次計(jì)算，得到一級(jí)綜合評(píng)價(jià)值，如表8所示.

表8 模糊綜合評(píng)價(jià)值

2.4 預(yù)防措施設(shè)計(jì)

依據(jù)表8各項(xiàng)指標(biāo)值以及綜合評(píng)分得到排名，如表9所示.以此判斷該住宅內(nèi)各種非固定柜類家具的具體震害傾向，進(jìn)行有目的的專項(xiàng)預(yù)防措施的實(shí)施.

表9 綜合評(píng)分排名表

該住宅地處成都，該地地震設(shè)防烈度為7度.

根據(jù)綜合排名可以明確該住宅內(nèi)震害危險(xiǎn)性排名前三的柜類家具依次是2號(hào)書柜、9號(hào)衣柜、6號(hào)酒柜，應(yīng)該重點(diǎn)實(shí)施震害預(yù)防措施；陳列柜、玩具柜、床頭柜、電視柜排名靠后可以不用實(shí)施預(yù)防措施.

根據(jù)防傾翻為主的家具震害預(yù)防原則，從表中得到搖晃傾翻震害排名前三的柜體有兒童房的2號(hào)書柜、9號(hào)臥室大衣柜以及6號(hào)酒柜，且他們的綜合排名也在前五之列，所以這三件家具應(yīng)該重點(diǎn)優(yōu)先實(shí)施預(yù)防措施，并且以防止傾覆的措施為主.因此都應(yīng)該做與墻面固定的預(yù)防措施，由于家具放置的位置沒有天花吊頂，所以也可以考慮使用頂桿來預(yù)防柜體的傾翻.

滑移震害最嚴(yán)重的是帶輪子的浴室柜，其次是鞋柜和小衣柜，柜體前方通道窄小也是導(dǎo)致排名靠前的原因之一.帶輪子的浴室柜應(yīng)該更換帶止住裝置的輪子.結(jié)合該住宅所處區(qū)域的地震設(shè)防烈度是7度，地面材料為光滑面的復(fù)合地板，依據(jù)對(duì)柜類家具常用腳墊材料與柜體滑移傾翻等震害關(guān)系的研究[5-7]，鞋柜可以選用橡膠腳墊，小衣柜選用毛氈腳墊或eva腳墊均可；陳列柜和電視柜其傾覆震害排名靠后，可以判定為無傾覆震害，簡單的使用橡膠腳墊來防止滑移震害.

物體飛落(材料破碎)震害評(píng)分中，2號(hào)書柜、酒柜、4號(hào)書柜排名靠前，應(yīng)該將預(yù)防目標(biāo)放在擱架上物品的安全放置以及玻璃門的安全防護(hù)上，玻璃門上貼安全防裂貼膜以防止玻璃震碎.

3 總結(jié)

實(shí)例評(píng)價(jià)表明：采用基于層次分析的模糊綜合評(píng)價(jià)法，通過建立有效的柜類家具震害預(yù)防評(píng)價(jià)模型，可以根據(jù)評(píng)價(jià)得分及排名科學(xué)準(zhǔn)確地判斷出各柜體的主要震害形式以及需要預(yù)防的優(yōu)先度；結(jié)合后期各設(shè)防烈度區(qū)域柜體安全尺寸及腳墊使用研究即得到具體、有效的預(yù)防措施.這個(gè)評(píng)價(jià)模型在一定程度上幫助了震區(qū)居民認(rèn)清現(xiàn)有柜類家具的震害形式，以最簡便且經(jīng)濟(jì)有效的方式預(yù)防家具震害，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義.后期需要進(jìn)一步深入試驗(yàn)研究多樣化、有效的預(yù)防措施，針對(duì)不同烈度設(shè)防的區(qū)域，多從經(jīng)濟(jì)性、操作簡便性、美觀等角度來設(shè)計(jì)預(yù)防措施，使家具防震意識(shí)深入人心，最大化減輕我國的震災(zāi)損失.