美国和日本的电梯抗震标准对我国的启示[1]

文/欧阳惠卿 金春

（作者单位：上海市特种设备监督检验技术研究院）

美国和日本的电梯抗震标准对我国的启示[1]

文/欧阳惠卿 金春

本文就针对电梯在地震情况下的损坏形式进行了统计和分析，并重点研究了美国ASME A17.1－2010《电梯和自动扶梯安全规范》标准第8.4章：关于地震区域电梯抗震安全要求和日本的《电梯抗震设计及施工指南》，为我国电梯抗震标准的完善提供参考和建议。

电梯 抗震 标准

电梯作为重要的建筑设备，在地震中如何保证使用、保护操作人员的安全是公共安全需要思考的一个重要课题。从上世纪90年代开始，随着高层建筑的快速增长，电梯的数量也在快速增长。但在这段时间里使用电梯的主要地区并没有出现过比较强烈的地震，因此无论是电梯设计人员还是使用者，对于地震可能造成的影响认识不足。近年在我国发生的“5·12”汶川地震和“4·14”玉树地震，对电梯造成了严重的损坏，我们急需增强电梯的抗震技术要求。2012年，我国组织相关技术人员编制并发布了GB/Z 28597－2012《地震情况下的电梯和自动扶梯要求汇编报告》，该报告介绍了美国、日本和新西兰等国家的相关技术标准。本文通过分析地震对电梯的影响，研究美国和日本的电梯抗震标准，为我国相关标准的完善提供一些建议。

一、地震对电梯的影响

地震引起的地面振动可能会对建筑物支撑结构、电梯的运行和物理完整性产生不利的影响。作为高层建筑附属的交通运输机械，电梯的抗震能力应该与建筑物相当。由于我国缺乏相关的技术要求，电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，灾区电梯的安全排查、检验数据统计结果表明，其中有些安装电梯的建筑物未发现有影响电梯正常运行的地震损坏，而建筑物所属电梯的严重损坏率已高达27.4%。

“5·12”汶川大地震，对电梯等特种设备造成了极大的破坏。国家质检总局组织了相关检验人员对震区2万余台电梯震后的安全和技术状况进行了排查，此次排查是一次最客观、最实际、最广泛的在用电梯震后安全质量考核。排查结果表明，各种品牌、各种类型电梯在此次地震中均有不同程度的损坏，某些电梯在“对重导轨与支架设计”、“对重导靴结构”、“对重块压紧”等方面存在一个或多个明显的缺陷。遗憾的是，这些已经被地震波考验与震后电梯安全检验所证实，得到电梯界广泛认同、没有采用抗震设计的电梯，时至今日还在被一如既往地生产着，成千上万部地运往地震易发城市安装、使用。

“5·12”地震后，笔者对成都市25家单位的218台电梯进行了震后检验，其中震损电梯为24台，约占检验电梯的11%（详见表1）。

表1 汶川地震中成都部分电梯的损坏形式

二、国内外电梯抗震要求现状

美国处于环太平洋地震带，环太平洋地震带是地球上地震最活跃的地区，其电梯的抗震标准是逐渐发展起来的。1964年，美国阿拉斯加发生地震以后，电梯的抗震能力不足问题得到了关注，在此之后提出了一些增强地震中电梯安全性的措施，但这些措施很少被采用。1971年，洛杉矶北部的San Fernando发生了地震，9 000台电梯中有7 000台遭受损坏，其中700台电梯的对重块从其导轨上脱出。人们开始认识到这一问题的严重性，并提出改进技术措施，修订公共建筑中电梯的相关标准。ASME A17.1－2010对以上地震危险区中使用的电梯提出了详细的、特殊要求。1987年，Whittier Narrows发生了自1971年San Fernando地震以来的第一次大地震，在这次地震中，地震保护装置有效地减轻了电梯损坏和人员伤亡。其后发生的两次大地震——1989年的Loma Prieta和1995年的Northridge地震中，医院电梯系统体现出良好的性能，人们普遍将其归功于1973年后相关标准针对医院电梯系统的修改。

日本也是一个地震多发国家，也是抗震措施最先进的国家之一。1978年的宫城大地震所造成的电梯损坏，敲响了建筑物内电梯抗震安全的警钟。日本电梯安全中心前后用了10多年时间，在1980年完成了日本《电梯抗震设计及施工指南》，该指南也相继进行了3次修订。

据《国家防震减灾规划（2006－2020年）》统计，我国是世界上地震活动最强烈和地震灾害最严重的国家之一；我国占全球陆地面积的7%，但20世纪全球大陆35%的7.0级以上地震发生在我国；20世纪全球因地震死亡120万人，我国占59万人，居全球之首；我国大陆大部分地区位于地震烈度VI度以上区域；50%的国土面积位于VII度以上的地震高烈度区域，包括23个省会城市和2/3的百万人口以上大城市。电梯在地震中的安全性能直接关系到这些城市中电梯乘客的生命安全，关系到这些城市的经济建设。

为了减轻地震灾害造成的损失，我国于1997年颁布了《中华人民共和国防震减灾法》，其中第十七条明确规定：“新建、扩建、改建建设工程，必须达到抗震设防要求”，但是没有明确规定建筑物所属设施电梯的抗震要求。

“5·12”汶川大地震，对电梯等特种设备造成了极大的破坏，受损的设备总量达20 918台。国家质检总局发布了《关于指导地震灾区特种设备检验和修复工作的意见》，为震后电梯的安全检查提出了指导性意见。受国家质检总局特种设备局委托，中国特种设备检验协会于2008在北京组织召开了地震后电梯安全状况研讨会，主要讨论了地震中电梯受损情况及典型案例统计分析，交流地震后电梯检测检验经验，以及研讨电梯抗震安全技术要求相关标准的制定。

三、国外电梯抗震标准主要涉及内容

根据可能发生的地震强度，美国将国土划分为6个地震风险区域，依次是0区、1区、2区、3区、4区、5区。ASME A17.1－2010是美国主要电梯标准，该标准的8.4章给出了2区及以上地震风险区域内建筑物中电梯设计和安装的抗震要求。A17.1的8.4在满足一般设计和安全要求的基础上，提出了额外的电梯抗震要求。其主要内容包括：

①为了防止地震时轿厢和对重装置发生碰撞，要求轿厢与对重装置之间、对重装置与井道壁之间、对重装置与离其最近的障碍物之间的距离要求都高于普通的电梯标准。

②为了防止地震时电梯主机的倾覆和位移，对承载主机和控制柜等设备的大梁、地板以及其他建筑基础的固定方式、能承受的最小冲击都作了相应的要求。

③为了防止地震时悬挂装置（钢丝绳、链条等）脱落，对悬挂装置的防跳保护措施、突出点（勾绊点）的保护、补偿绳和张紧轮的设计和安装要求都作了详细的定量规定。

④为了方便地震时电梯被困人员的救援，对轿厢安全窗的设置作了额外的规定。

⑤为了防止地震时电梯突破运行空间，要求轿厢架上应装设上、下位置止挡装置，对重架应装设下位置止挡装置，并对止挡装置所能承受的载荷、安装位置作了详细的定量要求。

⑥为了防止地震时对重和轿厢脱离导轨，对地震引起导轨及其加强部分的应力、导轨支架及其连接和支撑、导轨接头型式的设计与制造、导轨支架和支撑的设计及强度、导轨的紧固型式，以及电梯的设计布局都作了详细要求。

该指南提出了电梯的抗震性能要与建筑物的抗震性能相融合的目标，并给出了达到此目标的措施和手段。日本建筑物的抗震性能要求是，对于罕见的地震，建筑能维持其功能；对于极为罕见的地震，建筑物即使出现损伤，也能确保人身安全。所以电梯的抗震要求与建筑物抗震要求相一致，即，对于罕见的地震，要求电梯能够在地震后无故障运行；对于极为罕见的地震，要求电梯即使有设备出现损伤，也能够支撑悬挂的轿厢。

该指南的主要抗震要求有：

①对建筑物的损伤极限应力及同等的设计，用震度作评价时，设备产生的应力应在使用材料的许用应力以内，构造部位的变形应在许用值以内，才能保证电梯的运行极限应力。

②电梯在受到安全极限设计范围内的地震影响时，应采取以下措施保证乘客的生命安全。电梯能够保持轿厢的悬挂极限应力，并以能救出乘客为目标。

·曳引机、控制柜不会倾倒、移位；

·悬挂轿厢的悬挂钢丝绳不会从曳引轮上脱落；

·无机房电梯的导轨及其支撑材料应具有支撑悬挂轿厢的极限应力。对于罕见的地震，为保证导轨不会变形、轿厢与对重不会脱离导轨，导轨与导轨支撑材料应选用合适的强度与结构。对于极罕见的地震，为保证轿厢与对重不会立即脱离导轨，应保证导轨导向部分的搭接尺寸。

③为防止悬挂钢丝绳、限速器钢丝绳和电缆等由于地震时的振动而钩住井道内的突出物，应针对突出物采取保护措施，防止钢丝绳及电缆被钩住的危险。

四、一些建议

我国虽然出台了GB/Z 28597－2012，但还缺乏电梯抗地震方面强制性的安全要求，这实为我国电梯界的一大憾事。面对震后的教训，尽快出台强制性的电梯抗震安全要求显得尤为重要。可以借鉴欧美、日本等发达国家的经验并结合我国的具体国情，尽快完善我国电梯抗震技术规范与标准。

通过对电梯在地震中损坏形式的分析、美国和日本电梯抗震标准的研究，我国的电梯抗震技术要求的制定可以从下述几个方面进行考虑：首先，应根据不同强度的地震区域设定不同的抗震技术标准，实现安全与经济的协调。其次，应根据地震中典型的损伤形式以及美国和日本的标准，采用一些有效的预防技术措施，最大程度地降低电梯在地震中的损伤，譬如：在地震多发区的电梯加装地震感应装置；在地震多发区对重导轨采用T型实心导轨；适当增加对重导靴与对重架的有效啮合尺寸；适当减小导轨支架间的间距；对重块的固定采用全贯通的对重块拉杆形式等。最后，应加强电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

（作者单位：上海市特种设备监督检验技术研究院）

注：[1]基金项目：“十二五”国家科技支撑计划06课题研究任务《安全技术规范的基本安全技术要求优化研究》（2011BAK06B06-27）