美國和日本的電梯抗震標準對我國的啟示[1]

文/歐陽惠卿 金春

（作者單位：上海市特種設備監督檢驗技術研究院）

美國和日本的電梯抗震標準對我國的啟示[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行了統計和分析，并重點研究了美國ASME A17.1－2010《電梯和自動扶梯安全規范》標準第8.4章：關于地震區域電梯抗震安全要求和日本的《電梯抗震設計及施工指南》，為我國電梯抗震標準的完善提供參考和建議。

電梯 抗震 標準

電梯作為重要的建筑設備，在地震中如何保證使用、保護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90年代開始，隨著高層建筑的快速增長，電梯的數量也在快速增長。但在這段時間里使用電梯的主要地區并沒有出現過比較強烈的地震，因此無論是電梯設計人員還是使用者，對于地震可能造成的影響認識不足。近年在我國發生的“5·12”汶川地震和“4·14”玉樹地震，對電梯造成了嚴重的損壞，我們急需增強電梯的抗震技術要求。2012年，我國組織相關技術人員編制并發布了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技術標準。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準，為我國相關標準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構、電梯的運行和物理完整性產生不利的影響。作為高層建筑附屬的交通運輸機械，電梯的抗震能力應該與建筑物相當。由于我國缺乏相關的技術要求，電梯的抗震能力往往低于建筑物的抗震能力。“5·12”汶川大地震后，災區電梯的安全排查、檢驗數據統計結果表明，其中有些安裝電梯的建筑物未發現有影響電梯正常運行的地震損壞，而建筑物所屬電梯的嚴重損壞率已高達27.4%。

“5·12”汶川大地震，對電梯等特種設備造成了極大的破壞。國家質檢總局組織了相關檢驗人員對震區2萬余臺電梯震后的安全和技術狀況進行了排查，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量考核。排查結果表明，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“對重導軌與支架設計”、“對重導靴結構”、“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，得到電梯界廣泛認同、沒有采用抗震設計的電梯，時至今日還在被一如既往地生產著，成千上萬部地運往地震易發城市安裝、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、國內外電梯抗震要求現狀

美國處于環太平洋地震帶，環太平洋地震帶是地球上地震最活躍的地區，其電梯的抗震標準是逐漸發展起來的。1964年，美國阿拉斯加發生地震以后，電梯的抗震能力不足問題得到了關注，在此之后提出了一些增強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軌上脫出。人們開始認識到這一問題的嚴重性，并提出改進技術措施，修訂公共建筑中電梯的相關標準。ASME A17.1－2010對以上地震危險區中使用的電梯提出了詳細的、特殊要求。1987年，Whittier Narrows發生了自1971年San Fernando地震以來的第一次大地震，在這次地震中，地震保護裝置有效地減輕了電梯損壞和人員傷亡。其后發生的兩次大地震——1989年的Loma Prieta和1995年的Northridge地震中，醫院電梯系統體現出良好的性能，人們普遍將其歸功于1973年后相關標準針對醫院電梯系統的修改。

日本也是一個地震多發國家，也是抗震措施最先進的國家之一。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《電梯抗震設計及施工指南》，該指南也相繼進行了3次修訂。

據《國家防震減災規劃（2006－2020年）》統計，我國是世界上地震活動最強烈和地震災害最嚴重的國家之一；我國占全球陸地面積的7%，但20世紀全球大陸35%的7.0級以上地震發生在我國；20世紀全球因地震死亡120萬人，我國占59萬人，居全球之首；我國大陸大部分地區位于地震烈度VI度以上區域；50%的國土面積位于VII度以上的地震高烈度區域，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系到這些城市中電梯乘客的生命安全，關系到這些城市的經濟建設。

為了減輕地震災害造成的損失，我國于1997年頒布了《中華人民共和國防震減災法》，其中第十七條明確規定：“新建、擴建、改建建設工程，必須達到抗震設防要求”，但是沒有明確規定建筑物所屬設施電梯的抗震要求。

“5·12”汶川大地震，對電梯等特種設備造成了極大的破壞，受損的設備總量達20 918臺。國家質檢總局發布了《關于指導地震災區特種設備檢驗和修復工作的意見》，為震后電梯的安全檢查提出了指導性意見。受國家質檢總局特種設備局委托，中國特種設備檢驗協會于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計分析，交流地震后電梯檢測檢驗經驗，以及研討電梯抗震安全技術要求相關標準的制定。

三、國外電梯抗震標準主要涉及內容

根據可能發生的地震強度，美國將國土劃分為6個地震風險區域，依次是0區、1區、2區、3區、4區、5區。ASME A17.1－2010是美國主要電梯標準，該標準的8.4章給出了2區及以上地震風險區域內建筑物中電梯設計和安裝的抗震要求。A17.1的8.4在滿足一般設計和安全要求的基礎上，提出了額外的電梯抗震要求。其主要內容包括：

①為了防止地震時轎廂和對重裝置發生碰撞，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準。

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

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措施、突出點（勾絆點）的保護、補償繩和張緊輪的設計和安裝要求都作了詳細的定量規定。

④為了方便地震時電梯被困人員的救援，對轎廂安全窗的設置作了額外的規定。

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

⑥為了防止地震時對重和轎廂脫離導軌，對地震引起導軌及其加強部分的應力、導軌支架及其連接和支撐、導軌接頭型式的設計與制造、導軌支架和支撐的設計及強度、導軌的緊固型式，以及電梯的設計布局都作了詳細要求。

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，并給出了達到此目標的措施和手段。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行；對于極為罕見的地震，要求電梯即使有設備出現損傷，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力及同等的設計，用震度作評價時，設備產生的應力應在使用材料的許用應力以內，構造部位的變形應在許用值以內，才能保證電梯的運行極限應力。

②電梯在受到安全極限設計范圍內的地震影響時，應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力，并以能救出乘客為目標。

·曳引機、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；

·無機房電梯的導軌及其支撐材料應具有支撐懸掛轎廂的極限應力。對于罕見的地震，為保證導軌不會變形、轎廂與對重不會脫離導軌，導軌與導軌支撐材料應選用合適的強度與結構。對于極罕見的地震，為保證轎廂與對重不會立即脫離導軌，應保證導軌導向部分的搭接尺寸。

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的突出物，應針對突出物采取保護措施，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，盡快出臺強制性的電梯抗震安全要求顯得尤為重要。可以借鑒歐美、日本等發達國家的經驗并結合我國的具體國情，盡快完善我國電梯抗震技術規范與標準。

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準的研究，我國的電梯抗震技術要求的制定可以從下述幾個方面進行考慮：首先，應根據不同強度的地震區域設定不同的抗震技術標準，實現安全與經濟的協調。其次，應根據地震中典型的損傷形式以及美國和日本的標準，采用一些有效的預防技術措施，最大程度地降低電梯在地震中的損傷，譬如：在地震多發區的電梯加裝地震感應裝置；在地震多發區對重導軌采用T型實心導軌；適當增加對重導靴與對重架的有效嚙合尺寸；適當減小導軌支架間的間距；對重塊的固定采用全貫通的對重塊拉桿形式等。最后，應加強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：上海市特種設備監督檢驗技術研究院）

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