浅谈抗震电梯标准中设计加速度的计算与应用

王泽伟

摘要：我国是电梯在有量最大的国家，考虑到我国地震灾害频发，电梯市场越来越关注电梯产品的抗震技术水平，但各电梯产品的技术水平参差不齐，为此，国家标委会编制了标准《地震情况下的电梯要求》，预计2014年正式发布。标准中提出了基于设计加速度（ad）的电梯抗震等级和抗震电梯设计要求。本论文主要论述设计加速度的概念、计算和其与震烈度等参数的对应关系，以及应用设计加速度进行电梯部件受力计算的方法，并针对设计加速的电梯开发和销售提出建议。

关键词：电梯抗震设计 设计加速度抗震电梯等级 地震动峰值 地震烈度

中图分类号：TU229文献标识码： A

1.我国电梯采用抗震设计的重要性

08年汶川地震造成重大灾难。在此次地震中仅成都市及周边地区就有20000余台电梯出现不同程度的损坏，并造成一定的人员伤亡，特别是一些没有采用抗震设计的电梯受损情况极为严重。因此，国家标准化委员编制了电梯标准《地震情况下的电梯要求》（以下简称“抗震电梯标准”），并于2014年2月正式提交报批稿，预计2014年内标准正式发布。 该标准以设计加速度（ad）为基础，对电梯抗震设计提出明确要求。

2.设计加速度的解读与计算

2.1 设计加速度的概念

设计加速度（ad）是抗震电梯标准的基础概念，定义是：用于计算地震发生时作用于电梯系统上的力（力矩）的水平加速度。

对于设计加速度（ad），标准中的主要说明如下：

1)假设客户与电梯供应商签订的合同中已经对需考虑的设计加速度（ad）进行了协商，建筑设计者或电梯业主需提供设计加速度（ad），并列入制造商提供给电梯业主的相关信息中。

2)设计加速度（ad）是重力加速度、土层情况、非结构件的重要性系数和其他参数的函数。

3)设计加速度（ad）可用下列公式计算：

2.2.设计加速度的计算

设计加速度（ad）是抗震电梯等级分类的依据，如何计算设计加速度（ad）关系到电梯产品的抗震设计和选型要求，也影响了电梯订单合同的签订。按标准的要求，建筑设计者或电梯业主需提供设计加速度（ad），但在中国，由建筑设计者或电梯业主提供设计加速度（ad），预计难度较大，因为他们不一定了解设计加速度（ad）的计算方法，且设计加速度（ad）概念只在电梯标准中出现。

考虑中国电梯市场的实际，在电梯销售过程中，电梯制造商应根据实际情况灵活应对。对于不能提供设计加速的建筑设计者或电梯业主，电梯制造商可要求其提供当地的地震动峰值加速度、土层情况和建筑物固有振动周期（其中地震动峰值加速度可由GB18306-2001《中国地震动参数区划图》查得），再计算确定设计加速度（ad），并将结果交由建筑设计者或电梯业主确认。或者直接协助其进行设计加速度（ad）计算并共同确认结果，并列入制造商提供给电梯业主的相关信息中。

下表1以安装在广州市番禺区大石镇的一般电梯（提升高50m）为例，说明设计加速度（ad）的计算方法和参数取值要求。

首先，根据业主提供的建筑物土层情况：密实的砂砾深层沉积层，厚度约为50数，对照下表土层放大系数S表，可知土层类型为C类，放大系数为1.15。

表 1设计加速度（ad）的计算示例

符号 数值 单位 描述

ag 0.1 g 根据GB 18306查得在番禺区大石镇的地震地震动峰值加速度

α 0.1 － ag /g的值

S 1.15 － 土层放大系数，已选取C类土层放大系数

z 50 m 根据提升高50m取值50。

H 50 m 根据提升高50m取值50。

Ta 0 s 电梯为非结构件，一般情况下不影响建筑物的固有振动周期。

T1 1 s 建筑物沿相应方向的固有振动周期，由建筑设计方提供。

γa 1 － 非结构件的重要性系数（一般取1，对于特殊安全用途的电梯，应增大该值，比如可取值为1.5）

qa 2 － 非结构件的性能系数（应取值为2，固定值）

g 9.8 m/s2 重力加速度

Sa 0.29

ad 1.41 m/s2

3 设计加速度与抗震电梯等级、地震动峰值、基本烈度的关系

标准根据设计加速度（ad），将抗震电梯分成不同的等级，分类见下表2。

表2抗震电梯等级分类

设计加速度（m/s2） 抗震电梯等级 备注

ad < 1 0 适用GB 7588－2003及GB 21240－2007，不需要采取额外防护措施

1 ≤ ad< 2. 5 1 采取较少的防护措施

2. 5 ≤ ad< 4 2 采取较多的防护措施

ad≥ 4 3 要采取比2级更进一步的防护措施

设计加速度（ad）为GB18306-2001《中国地震动参数区划图》的地震动峰值加速度和土层情况、非结构件的重要性系数等参数的函数，因此可计算设计加速度（ad）与地震动峰值加速度的对应关系。又由GB18306中地震动峰值加速度与地震基本烈度的对照关系，见下表3，可进一步了解四者之间的对应关系。

表3地震动峰值加速度分区与地震基本烈度的对照关系

地震动峰值加速度分区（g） <0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3 ≥0.4

地震基本烈度值 <Ⅵ Ⅵ Ⅶ Ⅶ Ⅷ Ⅷ ≥Ⅸ

注： GB18306中的地震基本烈度即为GB5001《建筑抗震设计规范》中的地震设防烈度。

对于建筑物所安装的一般电梯，基于普通C类型的土层结构，通过设计加速度的计算可得抗震电梯等级与设计加速度、地震动峰值加速度、地震基本烈度的对应关系，如下表4 所示。

表 4抗震电梯等级（一般电梯）对照表

地震基本烈度值 地震动峰值加速度（g） 设计加速度（m/s2） 抗震电梯等级

≤Ⅵ ≤0.05 ad < 1 0

Ⅶ 0.10和0.15 1 ≤ ad< 2. 5 1

Ⅷ 0.2 2. 5 ≤ ad< 4 2

Ⅷ和≥Ⅸ 0.3和≥0.4 ad≥ 4 3

对于特殊用途的电梯，基于普通C类土层结构，通过设计加速度的计算，可分析抗震电梯等级与设计加速度、地震动峰值加速度、地震基本烈度的对应关系，如下表5所示。

表 5 抗震电梯等级（特殊用途的电梯）对照表

地震基本烈度值 地震动峰值加速度（g） 设计加速度（m/s2） 抗震电梯等级

<Ⅵ <0.05 ad < 1 0

Ⅵ和Ⅶ 0.05和0.10 1 ≤ ad< 2. 5 1

Ⅶ 0.15 2. 5 ≤ ad< 4 2

Ⅷ和≥Ⅸ 0.2、0.3和≥0.4 ad≥ 4 3

4. 设计加速度对电梯地震力的影响

考虑轿厢和对重（或平衡重）的设计加速度产生的冲击，轿厢和对重产生的地震力应分别按以下公式计算：

轿厢：

对重：

式中：P—— 空轿厢以及由轿厢支撑的部件质量，kg；

Q—— 额定载重量，kg；

q—— 平衡系数；

—— 地震载荷系数(乘客电梯kSE= 0.4；载货电梯kSE= 0.8)；

Q —— 电梯额定载重量，kg。

5.基于设计加速度的电梯开发和销售建议

5.1 对电梯开发的建议

从GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》可以看出，中国近90%国土面积的地震动峰值加速度≤0.2g，抗震基本烈度≤Ⅷ度。参考本文抗震电梯等级对照表：对于一般电梯，地震动峰值加速度0.2g对应抗震电梯等级2级；对于病床电梯和应急服务电梯，则对应抗震电梯等级3级。因此，从电梯安全性和实用性的角度，建议一般电梯产品按抗震电梯等级2级进行设计，而相应的病床电梯，则按抗震电梯等级3级进行设计。

对于低档电梯，建议按抗震电梯等级1级设计，不过该电梯仅适用于地震动峰值加速度≤0.15g的低风险区域，对于地震动峰值加速度≥0.2g的区域，则应推荐客户按相应地震动峰值加速度，购买抗震电梯等级为2级或3级的电梯。

5.2对电梯产品销售的建议

当客户对电梯抗震等级要求时，电梯制造商仍需与其说明电梯的抗震电梯等级，并将相关信息列入合同中，避免后续因电梯抗震能力与实际需求不符所造成的纠纷。对于地震动峰值≥0.2g的区域，应推荐客户选用相应的抗震电梯等级。

对于抗震电梯等级3级的电梯，应推荐客户安装地震感应器，同时电梯配置地震管制功能。

6.结束语

随着抗震电梯标准的发布，基于设计加速度的电梯抗震技术要求将以标准的形式贯彻于各电梯厂家的抗震电梯产品上，能有效解决中国电梯市场电梯产品抗震技术水平良莠不齐的现状，相信在不久的将来，客户对电梯抗震水平的要求会越来越高，抗震水平较高的2级和3级抗震电梯产品将市场的主流。

参考文献：

[1] 国家标准《地震情况下的电梯要求》报批稿；

[2] GB7588—2003《电梯制造与安装安全规范》中国标准出版社；

[3] GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》中国标准出版社。