柜类家具震害预防评价研究

罗 珊

(武夷学院 艺术学院，福建 武夷山354300)

0 引言

我国大部分地区处于6度烈度以上区域，其中25个重要城市处于7度的烈度范围，家具震害具有普及性[1].研究表明室内柜类家具品种多、数量多、体量大，是室内震害的主要来源[2].但是我国对震害的研究主要集中在建筑方面，对于地震中室内家具伤人的情况还没能够引起足够的关注.人们对待室内家具引发的地震灾害没有日常防范意识，在一般家庭内，装修、购置家具等方面根本不会考虑防震防灾因素[3].在这样的情况下对室内柜类家具进行有效的震害预防评价，可以让民众清楚认识家中不同柜类家具的主要震害形式以及需要预防的等级，采取更便捷有针对性的防灾措施，以达到有效预防震害减少灾后损失的目的.

1 基于层次分析法的模糊综合评价模型构建

模糊综合评价是对综合某种事物确定.层次分析法简称AHP，其基本思路是通过两两对比得出个因素的权重.它是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法.模糊层次分析法(FAHP)是综合了层次分析法的全面性和模糊综合评价法的广泛性，从而得到的更加广泛适用的先进方法，既能够简便的对非定量事件做出定量分析和比较，也能够客观有效的描述难以测量的主观因素[4].

针对住宅室内柜类家具在地震中震害倾向及程度进行评价，评分越高即需要预防的优先度越高.在柜类家具震害研究机理和影响因素研究的基础上，从柜体自身条件以及住宅室内条件等客观因素作为评价指标，设定评价量表.

1.1 建立因素集

根据对柜类家具震害影响因素的研究分析结果，确定评价使用的因素有：最大静摩擦系数、抽屉深高比、抽屉中心高度、通道宽度与柜体高度尺寸比、柜体高度、玻璃门面积比、无门搁架高度、无门搁架面积比、通道宽度.

1.2 层次分析法建立权重集

权重，是指用某些数学或者可量化的形式进行对比、量化出比较对象之间的相对重要程度并且表示出来.建立以下的层次结构，如表1所示.

表1 柜类家具震害预防优先度评价指标体系

1.2.1 一级指标权重确定

经研究柜类家具预防震害的主要目标有：震滑、摇晃倾翻、物品飞落(材料破碎)，震害的程度越大，则预防的等级越高.因此将其作为评价的二级因素集，构造判别矩阵，对三元素进行两两比较分析，参考表对重要性赋值，得到如下判别矩阵：

MATLAB计算得到：CI＝0.0429，RI＝0.5800，CR＝0.0739，且CR＜0.1该矩阵满足一致性检验；权重系数为：W＝(0.1007 0.6738 0.2255)

1.2.2 二级指标权重确定

(1)柜体倾翻震害的影响因子u1j(j＝1，2，3)

柜体倾翻震害u1的影响因素有柜体的深高比、抽屉中心高度与柜体高度比、通道宽度与柜体高度尺寸比、柜体高度分别标记为u11，u12，u13，u14，参考表对重要性赋值，得到判别矩阵：

(2)柜体落物震害的影响因子u2j(j＝1，2，3，4)

柜体落物震害u2的影响因素有：玻璃门面积、无门搁架的面积、无门搁架的高度、通道与柜体的尺寸，分别标记为u21，u22，u23，u24，得到判别矩阵：

最终通过MATLAB计算得到二级指标即因素集的权重设计结果如表2：

表2 柜类家具震害预防优先度评价综合指标权重

1.3 隶属度函数的确定

1)最大静摩擦系数

通过试验实测的几类柜脚材料与不同地面之间的静摩擦系数范围在0.270 9～0.585 7，系数越大越不利于柜体滑动，且初始的瞬间滑动位移与静摩擦系数成反比，摩擦系数越小，滑动位移越大.

2)柜体深高比

如表3所示，对各项柜类家具常用设计尺寸的统计，深高比值在0.08～1.53之间.柜体起始摇晃运动状态的判别公式：摇晃W/H＜a/g＜μs、摇晃滑动W/H＜μs＜a/g，由于常用μs的范围是0.2～0.6，a/g最大值为0.7，所以当W/H＞0.6摇晃倾翻的震害不会发生，安全度最高.在满足摇晃的初始条件下，深高比越小，柜体的摇晃越剧烈，越容易产生倾翻的震害，反之摇晃反应小.

表3 住宅柜类家具深高比统计表

3)抽屉中心高度与柜体高度比

根据国标规定，柜体中抽屉的高度最上沿距离地面的距离≤1 250 mm，最下沿距离地面距离≥50 mm.则抽屉中心距离地面的高度应该是1 250-h/2≤H2≤50+h/2，抽屉厚度常用尺寸为100～160 mm，所以0.08≤H2/H1≤0.96.

根据抽屉部件对柜体倾翻的影响研究，对于同一柜体，抽屉中心离地面高度H2与柜体高度H1比值越大，柜体越容易倾翻.

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4)通道宽度与柜体高度尺寸比

柜体摆放位置的前方通道的宽窄影响柜体倾翻的程度，当前方通道大于柜体高度时，柜体完全翻倒在地面，柜体尺寸越大，越阻碍通道；当通道小于柜体高度时，当柜体倾翻一定完全阻碍交通，但是柜体由于前方其他物体的阻碍，不能完全翻倒，一定程度上减小了柜体自身的损坏程度；对于高柜来说可以和前方的物体形成一个三角的稳固空间，如果空间足够大，且有一定的强度可以成为人们临时的避险空间，此时通道与柜体高度的比值越小危险度越小，反之危险度越大.通道≥550 mm，柜体高度范围：500～2 100 mm，最小的尺寸比为550/2 100＝0.25，室内住宅最大的进深4 500 mm，最大比值为4 500/500＝9.

因此，当x＞1值越小越危险，当x＜1值越大越危险，取上限1，下限0.25，采用线性隶属函数：

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5)柜体重心高度

根据对柜体摇晃倾倒的数值模拟研究结论，当柜体深高比一致时，重心高的柜体稳定性更高，反之，容易倾翻.柜体的最大高度为2 400 mm，最低高度为400 mm，即柜体重心高度为200～1 200 mm.

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6)玻璃门面积

玻璃是一种易碎材料，用于柜门，其破碎后会对人造成一定的伤害，面积越大伤害的程度越大.玻璃平开柜门的常用宽度是350～450 mm，推拉柜门的宽度在600～800 mm，合页的承压能力不如轨道，所以对于平开柜门的门板不宜太宽太重.柜门的高度最大与柜体同高.玻璃开门的最大尺寸为45×220×2，推拉门的最大尺寸为80×220×2.

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7)无门搁架高度

图1 搁架层高示意图

物体在地震中被地震力从不同高度摇晃震落或抛下飞落，高度越高，落下的速度越大，对人造成的伤害和自身的损坏程度越大.

柜体搁架常用的设计高度为350 mm，将最大高度的柜体分层并且给予评分，一共约分为6层，从下至上依次为1～6层，如图1所示.设计总分为五分制，高度越高分值越大，危险性越大，如表4所示.搁架的层数越多震害越严重.评分时就近高度的搁架层取值.

表4 搁架危险度评分表

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8)无门搁架的立面面积

搁架面积越大意味着可能飞落的物品越多，会增加物品损失和人员伤亡.对于常用柜体的搁架面积等于搁架的高度乘以宽度，搁架的最大面积等于柜体面积.根据常用单体柜体设计尺寸，全搁架的最大面积＝800×2 000 mm2.

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9)通道宽度

当柜体上或内部的物体飞落时，通道的宽度影响人们受损的面积，通道越宽，人们可躲避的空间越大，对人造成的损伤可能性越小；反之，损伤越大.

住宅室内柜体前方通道宽度≥500 mm

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1.4 模糊综合评价模型

综合各项因素，建立模糊综合评价，其中R为单因素评价矩阵，W为权重向量.

B＝W×R，

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2 模糊综合评价模型的应用

2.1 评价项目统计

评价对象是一套位于四川成都高层住宅内的所有非固定式柜类家具，共计13个，住宅面积93 m2，是当前的主流户型三室两厅，如图2所示.通过资料查得成都抗震设防烈度为7度，将通过综合评价，对其进行预防优先度的排名，从而指导使用者进行更有目的性的震灾预防.

图2 某住宅内非固定式柜类家具分布图

通过实地对柜类家具的拍照、测量，收集得到以下尺寸、实物列表，如表5所示.

2.2 单因素评价值的确定

该住宅内地面以铺设光滑面的复合地板为主，厨房餐厅铺设亚光面的瓷砖，卫生间铺设表面凸起花纹的瓷砖.家具以松木家具和整体板式家具为主，松木衣柜无脚垫，其他柜体均有白色塑料脚垫，其中浴室中的高柜用的滑轮柜脚.通过试验柜类家具脚垫材料与不同地面间静摩擦系数的测定研究，查得具体数值以及评价所需的其他数据，如表6所示.

表5 某住宅内非固定柜类家具尺寸、实物总表(以下照片拍摄自该居民家)

续表

表6 评价项目所需数据

表7 单因素评价值

2.3 模糊综合评价

根据单因素评价值的求解，对单个柜子的滑移、摇晃倾翻、物体飞落(材料破碎)下属单因素指标进行模糊综合评价依次计算，得到一级综合评价值，如表8所示.

表8 模糊综合评价值

2.4 预防措施设计

依据表8各项指标值以及综合评分得到排名，如表9所示.以此判断该住宅内各种非固定柜类家具的具体震害倾向，进行有目的的专项预防措施的实施.

表9 综合评分排名表

该住宅地处成都，该地地震设防烈度为7度.

根据综合排名可以明确该住宅内震害危险性排名前三的柜类家具依次是2号书柜、9号衣柜、6号酒柜，应该重点实施震害预防措施；陈列柜、玩具柜、床头柜、电视柜排名靠后可以不用实施预防措施.

根据防倾翻为主的家具震害预防原则，从表中得到摇晃倾翻震害排名前三的柜体有儿童房的2号书柜、9号卧室大衣柜以及6号酒柜，且他们的综合排名也在前五之列，所以这三件家具应该重点优先实施预防措施，并且以防止倾覆的措施为主.因此都应该做与墙面固定的预防措施，由于家具放置的位置没有天花吊顶，所以也可以考虑使用顶杆来预防柜体的倾翻.

滑移震害最严重的是带轮子的浴室柜，其次是鞋柜和小衣柜，柜体前方通道窄小也是导致排名靠前的原因之一.带轮子的浴室柜应该更换带止住装置的轮子.结合该住宅所处区域的地震设防烈度是7度，地面材料为光滑面的复合地板，依据对柜类家具常用脚垫材料与柜体滑移倾翻等震害关系的研究[5-7]，鞋柜可以选用橡胶脚垫，小衣柜选用毛毡脚垫或eva脚垫均可；陈列柜和电视柜其倾覆震害排名靠后，可以判定为无倾覆震害，简单的使用橡胶脚垫来防止滑移震害.

物体飞落(材料破碎)震害评分中，2号书柜、酒柜、4号书柜排名靠前，应该将预防目标放在搁架上物品的安全放置以及玻璃门的安全防护上，玻璃门上贴安全防裂贴膜以防止玻璃震碎.

3 总结

实例评价表明：采用基于层次分析的模糊综合评价法，通过建立有效的柜类家具震害预防评价模型，可以根据评价得分及排名科学准确地判断出各柜体的主要震害形式以及需要预防的优先度；结合后期各设防烈度区域柜体安全尺寸及脚垫使用研究即得到具体、有效的预防措施.这个评价模型在一定程度上帮助了震区居民认清现有柜类家具的震害形式，以最简便且经济有效的方式预防家具震害，具有一定的现实意义.后期需要进一步深入试验研究多样化、有效的预防措施，针对不同烈度设防的区域，多从经济性、操作简便性、美观等角度来设计预防措施，使家具防震意识深入人心，最大化减轻我国的震灾损失.