Seismic Protection of Museum Objects: Comparative Analysis of International Seismic Codes

Abstract

This study conducts a systematic comparative analysis of nine principal international seismic codes, focusing on their provisions for non-structural elements and their adequacy for protecting museum artifacts housed within buildings. While these standards share a consistent force-based framework for general non-structural components, they rarely address the distinct vulnerabilities of museum objects, such as low fragility thresholds, irreplaceability, and conservation constraints that often prohibit invasive anchoring. The results indicate that, although fundamental parameters (e.g., component weight and spectral acceleration) are universally included, advanced modifying factors, such as response reduction, resonance, and strength-related terms, are incorporated in only a limited number of codes, with overall parameter coverage ranging from 4 to 11. Even in the most parameter-rich formulations, the added complexity primarily refines inertial force scaling rather than governing artifact-specific stability mechanisms, including sliding, rocking, and overturning. The findings demonstrate that current seismic codes provide limited reliability for protecting museum objects when applied without adaptation. This research highlights the need for mechanism-aware extensions to existing code frameworks. It provides a foundation for the development of museum-specific seismic provisions to safeguard irreplaceable cultural heritage from earthquake hazards.

Keywords

• Artifacts
• museum objects
• non-structural elements
• seismic risk
• risk mitigation
• seismic codes

Yapısal Olmayan Elemanların Korunması İçin Sismik Kodların Karşılaştırmalı Analizi: Müze Nesneleri İçin Uyum Potansiyeli

Abstract

Bu çalışma, özellikle binalarda bulunan müze nesnelerine odaklanarak, yapısal olmayan unsurların korunmasına yönelik deprem yönetmeliklerindeki hükümleri karşılaştırmayı amaçlamaktadır. Mevcut standart ve yönetmelikler, yapısal olmayan bileşenlerin sismik davranışını genel olarak ele alsa da, değerli ve hassas müze eserlerinin korunmasına yönelik doğrudan bir değerlendirme içermemektedir. Araştırma, sismik kodlarda verilen yöntem ve yaklaşımları analiz ederek, müze nesnelerini korumak için uygulanabilirliklerini ve yeterliliklerini irdelemektedir. Bu çerçevede çalışma kapsamında karşılaştırmalı bir yaklaşım kullanılarak mevcut kod hesap yaklaşımları ile müze eserlerinin gerçek sismik tepkisi arasındaki uyum değerlendirilmektedir. Araştırma, vaka özelindeki verilere dayanmadan genel teorik değerlendirmeleri incelemektedir. Önemli bulgular arasında, mevcut yönetmeliklerin uyumluluğu ve sınırlamaları hakkında kritik değerlendirmelerle birlikte, müze nesnelerinin sismik korunmasında minimum düzeyde güvenilirlik sağlayıp sağlamadıkları yer almaktadır. Çoğu sismik standartta müze eserlerine yönelik özel hükümlerin bulunmaması nedeniyle, bu araştırma mevcut kılavuzların uyarlanması veya genişletilmesinin önemini göstermektedir. Çalışma, kültürel mirası daha iyi korumak için sismik yönetmelik formülasyonlarının uyarlanmasına ilişkin yeni bir bakış açısı sunarak, müzeleri deprem risklerine karşı korumak için daha kapsamlı bir yaklaşımı teşvik etmektedir.

Keywords

• kültürel objeler
• yapısal olmayan elemanlar
• sismik risk
• risk azaltma
• deprem yönetmelikleri
• müze nesneleri

References

1. [1] R. M. Azzara, A. D’Ambrisi, M. Tanganelli, F. Trovatelli, N. Vettori, and S. Viti, "Vulnerability Assessment of Art Collections: The National Archaeological Museum “Gaio Cilnio Mecenate” in Arezzo (Italy)," Buildings, vol. 13, no. 11, 2023, doi: 10.3390/buildings13112701.
2. [2] A. Tarmigh, Ö. Dabanlı, and F. Pakdamar, "State of the Art in Seismic Vulnerability and Protection Strategies for Museum Artifacts: Innovations and Insights," Studies in Conservation, pp. 1-20, 2025, doi: 10.1080/00393630.2024.2443343.
3. [3] J. Podany, "Contents fragile! Earthquake damage mitigation for museum collections and the role of science academies in advancing this effort," presented at the International conference Florence 1966-2016 resilience of art cities to natural catastrophes: the role of academies, Roma, 2016.
4. [4] R. Jamal and B. Yüksel, "TBDY 2018 ve ASCE 41-17’e Göre Doğrusal Olmayan Hesap Yöntemleri İle Yapı Sistemlerinin Performans Analizin Elde Edilmesi ve Karşılaştırması," (in tr), El-Cezeri, vol. 8, no. 1, pp. 432-444, January 2021, doi: 10.31202/ecjse.808585.
5. [5] Ö. Özer and B. Yüksel, "Deprem Yüklerinin Tamamının Betonarme Perde Duvarlarla Karşılandığı Binalarda Bağ Kirişi Modellerinin Yapı Performansına Etkisi," (in tr), El-Cezeri, vol. 8, no. 1, pp. 346-362, January 2021, doi: 10.31202/ecjse.807608.
6. [6] M. Özgür and K. B. Bozdoğan, "Betonarme Binalarda Zemin-Yapı Etkileşiminin Sismik Tasarım Parametrelerine Etkileri," (in tr), El-Cezeri, vol. 9, no. 2, pp. 507-521, May 2022, doi: 10.31202/ecjse.966259.
7. [7] M. V. K. Johnson, K. Bayliss, C. Brooks, S. Chandrasekhar, T. Chartier, Y. Chen, J. Garcia-Pelaez, R. Gee, R. Styron, A. Rood, M. Simionato, M. Pagani, "Global Earthquake Model (GEM) Seismic Hazard Map (version 2023.1 - June 2023)," 2023, doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.8409647.
8. [8] Turkish Building Earthquake Code 2018. Ankara, Türkiye: Republic of Türkiye Ministry of Environment and Urbanization, 2018.

9. [9] Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (Standard No. 2800), Building and Housing Research Center (BHRC), Tehran, Iran, 2014.
10. [10] National Building Code of Canada (NBC 2020), Canadian Commission on Building and Fire Codes, Ottawa, Canada, 2020.
11. [11] Seismic Building Code for Mexico (NTC-SISMO 2023), Government of Mexico, Mexico City, Mexico, 2023.
12. [12] Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018), Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, Rome, Italy, 2018.
13. [13] Code for Seismic Design of Buildings (GB 50011-2010), Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the PRC, Beijing, China, 2010.
14. [14] Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake Resistance, European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium, 2004.
15. [15] Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE/SEI 7-22), American Society of Civil Engineers (ASCE), Reston, VA, USA, 2022.
16. [16] Structural Design Actions Part 5: Earthquake Actions (NZS 1170.5:2004), Standards New Zealand, Wellington, New Zealand, 2004.
17. [17] Y. Ishiyama, "Motions of rigid bodies and criteria for overturning by earthquake excitations," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 10, no. 5, pp. 635-650, 1982/09/01 1982, doi: 10.1002/eqe.4290100502.
18. [18] M. Hoseyni, Ö. Dabanli, and M. Hejazi, "Comparison of the structural behaviour of monolithic and masonry obelisks: Obelisk of Theodosius and Walled Obelisk in Istanbul," Engineering Failure Analysis, vol. 142, p. 106744, 2022/12/01/ 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106744.
19. [19] M. Aslam, W. G. Godden, and D. T. Scalise, "Rocking and Overturning Response of Rigid Bodies to Earthquake Motions," Lawrence Berkeley National Laboratory, United States, 1978-11-01 1978.
20. [20] G. W. Housner, "The behavior of inverted pendulum structures during earthquakes," Bulletin of the Seismological Society of America, vol. 53, no. 2, pp. 403-417, 1963, doi: 10.1785/BSSA0530020403.
21. [21] Q. Zhou and K. Yang, "Collision Between a Falling-Down Museum Artwork and Floor By Simulation," in Third International Conference on Information and Computing, Wuxi, China, 2010, vol. 4: IEEE, pp. 204-207, doi: 10.1109/ICIC.2010.322. [Online]. Available: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5514054&isnumber=5513829
22. [22] A. Pompei, A. Scalia, and M. A. Sumbatyan, "Dynamics of Rigid Block due to Horizontal Ground Motion," Journal of Engineering Mechanics, vol. 124, no. 7, pp. 713-717, 1998/07/01 1998, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9399(1998)124:7(713).
23. [23] I. I. I. H. W. Shenton, "Criteria for Initiation of Slide, Rock, and Slide-Rock Rigid-Body Modes," Journal of Engineering Mechanics, vol. 122, no. 7, pp. 690-693, 1996/07/01 1996, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9399(1996)122:7(690).
24. [24] I. Caliò and M. Marletta, "On the mitigation of the seismic risk of art objects: case-studies," in Proceedings 13th world conference on earthquake engineering, August, Vancouver, Canada, 2004, pp. 1-6.
25. [25] S. J. Hogan, "Slender Rigid Block Motion," Journal of Engineering Mechanics, vol. 120, no. 1, pp. 11-24, 1994/01/01 1994, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9399(1994)120:1(11).