文/歐陽惠卿 金春

（作者單位：上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

美國和日本的電梯抗震標(biāo)準(zhǔn)對我國的啟示[1]

文/歐陽惠卿 金春

本文就針對電梯在地震情況下的損壞形式進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，并重點(diǎn)研究了美國ASME A17.1－2010《電梯和自動扶梯安全規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)第8.4章：關(guān)于地震區(qū)域電梯抗震安全要求和日本的《電梯抗震設(shè)計及施工指南》，為我國電梯抗震標(biāo)準(zhǔn)的完善提供參考和建議。

電梯 抗震 標(biāo)準(zhǔn)

電梯作為重要的建筑設(shè)備，在地震中如何保證使用、保護(hù)操作人員的安全是公共安全需要思考的一個重要課題。從上世紀(jì)90年代開始，隨著高層建筑的快速增長，電梯的數(shù)量也在快速增長。但在這段時間里使用電梯的主要地區(qū)并沒有出現(xiàn)過比較強(qiáng)烈的地震，因此無論是電梯設(shè)計人員還是使用者，對于地震可能造成的影響認(rèn)識不足。近年在我國發(fā)生的“5·12”汶川地震和“4·14”玉樹地震，對電梯造成了嚴(yán)重的損壞，我們急需增強(qiáng)電梯的抗震技術(shù)要求。2012年，我國組織相關(guān)技術(shù)人員編制并發(fā)布了GB/Z 28597－2012《地震情況下的電梯和自動扶梯要求匯編報告》，該報告介紹了美國、日本和新西蘭等國家的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文通過分析地震對電梯的影響，研究美國和日本的電梯抗震標(biāo)準(zhǔn)，為我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善提供一些建議。

一、地震對電梯的影響

地震引起的地面振動可能會對建筑物支撐結(jié)構(gòu)、電梯的運(yùn)行和物理完整性產(chǎn)生不利的影響。作為高層建筑附屬的交通運(yùn)輸機(jī)械，電梯的抗震能力應(yīng)該與建筑物相當(dāng)。由于我國缺乏相關(guān)的技術(shù)要求，電梯的抗震能力往往低于建筑物的抗震能力?！?·12”汶川大地震后，災(zāi)區(qū)電梯的安全排查、檢驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明，其中有些安裝電梯的建筑物未發(fā)現(xiàn)有影響電梯正常運(yùn)行的地震損壞，而建筑物所屬電梯的嚴(yán)重?fù)p壞率已高達(dá)27.4%。

“5·12”汶川大地震，對電梯等特種設(shè)備造成了極大的破壞。國家質(zhì)檢總局組織了相關(guān)檢驗人員對震區(qū)2萬余臺電梯震后的安全和技術(shù)狀況進(jìn)行了排查，此次排查是一次最客觀、最實際、最廣泛的在用電梯震后安全質(zhì)量考核。排查結(jié)果表明，各種品牌、各種類型電梯在此次地震中均有不同程度的損壞，某些電梯在“對重導(dǎo)軌與支架設(shè)計”、“對重導(dǎo)靴結(jié)構(gòu)”、“對重塊壓緊”等方面存在一個或多個明顯的缺陷。遺憾的是，這些已經(jīng)被地震波考驗與震后電梯安全檢驗所證實，得到電梯界廣泛認(rèn)同、沒有采用抗震設(shè)計的電梯，時至今日還在被一如既往地生產(chǎn)著，成千上萬部地運(yùn)往地震易發(fā)城市安裝、使用。

“5·12”地震后，筆者對成都市25家單位的218臺電梯進(jìn)行了震后檢驗，其中震損電梯為24臺，約占檢驗電梯的11%（詳見表1）。

表1 汶川地震中成都部分電梯的損壞形式

二、國內(nèi)外電梯抗震要求現(xiàn)狀

美國處于環(huán)太平洋地震帶，環(huán)太平洋地震帶是地球上地震最活躍的地區(qū)，其電梯的抗震標(biāo)準(zhǔn)是逐漸發(fā)展起來的。1964年，美國阿拉斯加發(fā)生地震以后，電梯的抗震能力不足問題得到了關(guān)注，在此之后提出了一些增強(qiáng)地震中電梯安全性的措施，但這些措施很少被采用。1971年，洛杉磯北部的San Fernando發(fā)生了地震，9 000臺電梯中有7 000臺遭受損壞，其中700臺電梯的對重塊從其導(dǎo)軌上脫出。人們開始認(rèn)識到這一問題的嚴(yán)重性，并提出改進(jìn)技術(shù)措施，修訂公共建筑中電梯的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。ASME A17.1－2010對以上地震危險區(qū)中使用的電梯提出了詳細(xì)的、特殊要求。1987年，Whittier Narrows發(fā)生了自1971年San Fernando地震以來的第一次大地震，在這次地震中，地震保護(hù)裝置有效地減輕了電梯損壞和人員傷亡。其后發(fā)生的兩次大地震——1989年的Loma Prieta和1995年的Northridge地震中，醫(yī)院電梯系統(tǒng)體現(xiàn)出良好的性能，人們普遍將其歸功于1973年后相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)針對醫(yī)院電梯系統(tǒng)的修改。

日本也是一個地震多發(fā)國家，也是抗震措施最先進(jìn)的國家之一。1978年的宮城大地震所造成的電梯損壞，敲響了建筑物內(nèi)電梯抗震安全的警鐘。日本電梯安全中心前后用了10多年時間，在1980年完成了日本《電梯抗震設(shè)計及施工指南》，該指南也相繼進(jìn)行了3次修訂。

據(jù)《國家防震減災(zāi)規(guī)劃（2006－2020年）》統(tǒng)計，我國是世界上地震活動最強(qiáng)烈和地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一；我國占全球陸地面積的7%，但20世紀(jì)全球大陸35%的7.0級以上地震發(fā)生在我國；20世紀(jì)全球因地震死亡120萬人，我國占59萬人，居全球之首；我國大陸大部分地區(qū)位于地震烈度VI度以上區(qū)域；50%的國土面積位于VII度以上的地震高烈度區(qū)域，包括23個省會城市和2/3的百萬人口以上大城市。電梯在地震中的安全性能直接關(guān)系到這些城市中電梯乘客的生命安全，關(guān)系到這些城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

為了減輕地震災(zāi)害造成的損失，我國于1997年頒布了《中華人民共和國防震減災(zāi)法》，其中第十七條明確規(guī)定：“新建、擴(kuò)建、改建建設(shè)工程，必須達(dá)到抗震設(shè)防要求”，但是沒有明確規(guī)定建筑物所屬設(shè)施電梯的抗震要求。

“5·12”汶川大地震，對電梯等特種設(shè)備造成了極大的破壞，受損的設(shè)備總量達(dá)20 918臺。國家質(zhì)檢總局發(fā)布了《關(guān)于指導(dǎo)地震災(zāi)區(qū)特種設(shè)備檢驗和修復(fù)工作的意見》，為震后電梯的安全檢查提出了指導(dǎo)性意見。受國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備局委托，中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會于2008在北京組織召開了地震后電梯安全狀況研討會，主要討論了地震中電梯受損情況及典型案例統(tǒng)計分析，交流地震后電梯檢測檢驗經(jīng)驗，以及研討電梯抗震安全技術(shù)要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

三、國外電梯抗震標(biāo)準(zhǔn)主要涉及內(nèi)容

根據(jù)可能發(fā)生的地震強(qiáng)度，美國將國土劃分為6個地震風(fēng)險區(qū)域，依次是0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)、4區(qū)、5區(qū)。ASME A17.1－2010是美國主要電梯標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的8.4章給出了2區(qū)及以上地震風(fēng)險區(qū)域內(nèi)建筑物中電梯設(shè)計和安裝的抗震要求。A17.1的8.4在滿足一般設(shè)計和安全要求的基礎(chǔ)上，提出了額外的電梯抗震要求。其主要內(nèi)容包括：

①為了防止地震時轎廂和對重裝置發(fā)生碰撞，要求轎廂與對重裝置之間、對重裝置與井道壁之間、對重裝置與離其最近的障礙物之間的距離要求都高于普通的電梯標(biāo)準(zhǔn)。

②為了防止地震時電梯主機(jī)的傾覆和位移，對承載主機(jī)和控制柜等設(shè)備的大梁、地板以及其他建筑基礎(chǔ)的固定方式、能承受的最小沖擊都作了相應(yīng)的要求。

③為了防止地震時懸掛裝置（鋼絲繩、鏈條等）脫落，對懸掛裝置的防跳保護(hù)措施、突出點(diǎn)（勾絆點(diǎn)）的保護(hù)、補(bǔ)償繩和張緊輪的設(shè)計和安裝要求都作了詳細(xì)的定量規(guī)定。

④為了方便地震時電梯被困人員的救援，對轎廂安全窗的設(shè)置作了額外的規(guī)定。

⑤為了防止地震時電梯突破運(yùn)行空間，要求轎廂架上應(yīng)裝設(shè)上、下位置止擋裝置，對重架應(yīng)裝設(shè)下位置止擋裝置，并對止擋裝置所能承受的載荷、安裝位置作了詳細(xì)的定量要求。

⑥為了防止地震時對重和轎廂脫離導(dǎo)軌，對地震引起導(dǎo)軌及其加強(qiáng)部分的應(yīng)力、導(dǎo)軌支架及其連接和支撐、導(dǎo)軌接頭型式的設(shè)計與制造、導(dǎo)軌支架和支撐的設(shè)計及強(qiáng)度、導(dǎo)軌的緊固型式，以及電梯的設(shè)計布局都作了詳細(xì)要求。

該指南提出了電梯的抗震性能要與建筑物的抗震性能相融合的目標(biāo)，并給出了達(dá)到此目標(biāo)的措施和手段。日本建筑物的抗震性能要求是，對于罕見的地震，建筑能維持其功能；對于極為罕見的地震，建筑物即使出現(xiàn)損傷，也能確保人身安全。所以電梯的抗震要求與建筑物抗震要求相一致，即，對于罕見的地震，要求電梯能夠在地震后無故障運(yùn)行；對于極為罕見的地震，要求電梯即使有設(shè)備出現(xiàn)損傷，也能夠支撐懸掛的轎廂。

該指南的主要抗震要求有：

①對建筑物的損傷極限應(yīng)力及同等的設(shè)計，用震度作評價時，設(shè)備產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)在使用材料的許用應(yīng)力以內(nèi)，構(gòu)造部位的變形應(yīng)在許用值以內(nèi)，才能保證電梯的運(yùn)行極限應(yīng)力。

②電梯在受到安全極限設(shè)計范圍內(nèi)的地震影響時，應(yīng)采取以下措施保證乘客的生命安全。電梯能夠保持轎廂的懸掛極限應(yīng)力，并以能救出乘客為目標(biāo)。

·曳引機(jī)、控制柜不會傾倒、移位；

·懸掛轎廂的懸掛鋼絲繩不會從曳引輪上脫落；

·無機(jī)房電梯的導(dǎo)軌及其支撐材料應(yīng)具有支撐懸掛轎廂的極限應(yīng)力。對于罕見的地震，為保證導(dǎo)軌不會變形、轎廂與對重不會脫離導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與導(dǎo)軌支撐材料應(yīng)選用合適的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)。對于極罕見的地震，為保證轎廂與對重不會立即脫離導(dǎo)軌，應(yīng)保證導(dǎo)軌導(dǎo)向部分的搭接尺寸。

③為防止懸掛鋼絲繩、限速器鋼絲繩和電纜等由于地震時的振動而鉤住井道內(nèi)的突出物，應(yīng)針對突出物采取保護(hù)措施，防止鋼絲繩及電纜被鉤住的危險。

四、一些建議

我國雖然出臺了GB/Z 28597－2012，但還缺乏電梯抗地震方面強(qiáng)制性的安全要求，這實為我國電梯界的一大憾事。面對震后的教訓(xùn)，盡快出臺強(qiáng)制性的電梯抗震安全要求顯得尤為重要?？梢越梃b歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗并結(jié)合我國的具體國情，盡快完善我國電梯抗震技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

通過對電梯在地震中損壞形式的分析、美國和日本電梯抗震標(biāo)準(zhǔn)的研究，我國的電梯抗震技術(shù)要求的制定可以從下述幾個方面進(jìn)行考慮：首先，應(yīng)根據(jù)不同強(qiáng)度的地震區(qū)域設(shè)定不同的抗震技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)。其次，應(yīng)根據(jù)地震中典型的損傷形式以及美國和日本的標(biāo)準(zhǔn)，采用一些有效的預(yù)防技術(shù)措施，最大程度地降低電梯在地震中的損傷，譬如：在地震多發(fā)區(qū)的電梯加裝地震感應(yīng)裝置；在地震多發(fā)區(qū)對重導(dǎo)軌采用T型實心導(dǎo)軌；適當(dāng)增加對重導(dǎo)靴與對重架的有效嚙合尺寸；適當(dāng)減小導(dǎo)軌支架間的間距；對重塊的固定采用全貫通的對重塊拉桿形式等。最后，應(yīng)加強(qiáng)電梯抗震安全管理和使用。

This paper analyzes the types of damages to elevators in earthquake,and focus on Section 8.4“safety requirements for elevator earthquake resistance in earthquake region”in U.S.ASME Standard A17.1-2010“Safety Code for Elevators and Escalators”as well as Japan’s“Guide for Earthquake Resistant Design&Construction of Vertical Transportation”. Furthermore,some advices are given for elevator seismic standard of our country.

Elevator；Seismic;Standard

（作者單位：上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

注：[1]基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃06課題研究任務(wù)《安全技術(shù)規(guī)范的基本安全技術(shù)要求優(yōu)化研究》（2011BAK06B06-27）