浅析欧洲标准对自动扶梯和自动人行道的防地震设计要求

付春平

（苏州市职业大学机电工程学院，江苏 苏州 215104）

自动扶梯和自动人行道作为一种常用的交通工具，已被广泛应用于商场、机场、地铁、医院、火车站等公共场所，目前中国已经成为世界上最大的自动扶梯生产制造国和最大的自动扶梯使用国[1]。中国最新版本的自动扶梯生产制造标准GB 16899—2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》[2]是2011年发布的，而欧洲最新的相关标准EN 115-1：2017 于2017 年发布。一直以来，2 个标准在内容及章节布局上都基本一致，但仍有些区别。这次欧洲标准EN 115-1：2017 较以前的版本，区别较大，其中对于自动扶梯或自动人行道产品的防地震要求有了明确的要求，而国内标准GB 16899—2011 却未提出防地震方面的具体要求。也许接下来的GB 16899 升级换版时将加入防地震方面的要求。无论如何，有必要分析研究欧洲标准EN 115-1：2017 关于自动扶梯或自动人行道的防地震设计要求。

1 EN 115-1：2017 对安装于地震环境的自动扶梯和自动人行道的相关规定

根据EN 115-1：2017 中附录M 的规定，安装于地震环境的自动扶梯和自动人行道应符合EN 1998-1：2004 的特殊规定及安全规程，其所受地震作用的影响应根据EN 1998-1：2013 的规定进行计算[3]。

EN 1998-1：2013 条款4.3.5 中给出了建筑物中非结构性部件（包含自动扶梯和自动人行道）的设计验证公式，其中指出地震作用的影响可定义为作用于非结构性部件的一个水平力，计算方式如下：

式（1）中：Fa为水平地震力；Sa为地震系数；Wa为自动扶梯质量；γa为重要性系数，根据EN 115-1：2017中M.3.4，选值0.85；qa为特性系数。

地震系数Sa通过下列公式计算：

式（2）中：α为A 类地面等级的设计对地加速度ag与重力加速度g的比值；S为土壤因素；Z为非结构性部件超出地震作用层（刚性地基）的高度；H为从地基开始测量的建筑物高度；Ta为非结构性部件基本振动周期；T1为在相关方向上的建筑物基本振动周期。

上述数据中，根据EN 115-1：2017 中附录M 中规定，对地加速度ag需要由建筑物设计方设计或由客户约定给出，特性系数qa则可根据对地加速度进行选择。

同时，土壤因素、建筑物基本振动周期以及建筑物高度等因素都会随项目的不同而不同，需由自动扶梯和自动人行道安装建筑物设计方或自动扶梯和自动人行道的具体用户提供。

2 自动扶梯和自动人行道的常见抗地震结构设计

2.1 桁架与建筑物间的支撑结构及满足楼层漂移量的设计

根据EN 115-1：2017 中M.2.2 的规定，自动扶梯和自动人行道与建筑之间的支撑条件应确保在地震作用下自动扶梯和自动人行道不受限制。其中一个支撑应设计为固定支撑，其他支撑应在水平方向是可移动的。自动扶梯和自动人行道应通过适当措施垂直固定到支撑上，以防其在地震作用下从支撑上掉落。同时，根据EN 115-1：2017 中M.2.3 的规定，自动扶梯和自动人行道的可移动支撑的最小允许补偿长度须为建筑物的最大允许楼层漂移量。

因此，根据上述要求，为了应对地震情况下的固定支撑和可移动支撑，并针对需要满足的漂移量的不同，设计了2 种不同的可移动支撑，具体如下。

2.1.1 端部支撑的设计

按照标准要求，需要有一个固定支撑，在无中间支撑情况下，一般将自动扶梯或自动人行道上端进行固定。将此固定支撑定义为A 类支撑，具体结构如图1 所示。其中件3 和件4 通过螺栓（件5）与大角钢（件2）连接，现场安装时，将件1 和件3 进行焊接，以使得自动扶梯或自动人行道与土建处于完全焊接固定状态。

图1 A 类端部支撑（单位：mm）

另一个端部支撑则需要在水平方向上可以移动，根据地震时对楼层的漂移量大小的不同，这里设计了2种可移动支撑方式，一般情况下，楼层漂移量的多少应该由客户提供。当客户给定最大漂移量不大于40 mm 时，选择图2 所示支撑，将此类支撑定义为B类支撑。其中件4 与件5 连接在一起，件6 与件7 连接在一起，相对运动发生在2 块尼龙板（件5、6）之间。图2 中x代表楼板漂移量（由客户给出），考虑到惯性作用，自动扶梯可以有最大2x的相对位移。

图2 B 类端部支撑（单位：mm）

而当最大漂移量大于40 mm 时，则需采用C 类支撑，具体结构如图3 所示。桁架连接在件6 钢板上，而相对运动发生在件4 与件6 之间。同样的，图3 中x代表楼板漂移量，自动扶梯可以有最大2x的相对位移。

图3 C 类端部支撑（单位：mm）

2.1.2 中间支撑的设计

当土建需要有中间支撑时，情况会发生变化。设计了一种将桁架与土建完全固定起来的中间支撑结构，如图4 所示[4]。该中间支撑结构焊接在桁架上，同时将支撑结构用螺栓固定于预埋钢板上，从而达到完全固定，当然也可以采用焊接的形式。

综上所述，在采用防地震设计时，根据楼板的最大漂移量以及是否采用中支结构，将上下端部支撑的选用情况进行如下总结，具体如表1 所示。

表1 防地震端部支撑处理

2.2 自动扶梯和自动人行道与建筑物连接处的加强设计

2.2.1 金属骨架的加强设计

用于地震条件下的自动扶梯和自动人行道，在金属骨架上、下水平段的端面，焊接2 根交叉放置的角钢，并且将两角钢的相交处也进行焊接固定，如图5所示，以此来加固整个金属骨架的强度和稳定性，防止金属骨架结构在受到横向扭曲时发生变形。

图5 端部加强结构示意图（单位：mm）

同时，为了防止自动扶梯或自动人行道在水平方向上左右摆动，在土建的预埋钢板上，另焊有竖直的钢板（最小厚度不低于20 mm），用于限制金属骨架的横向移动。此竖直的钢板与金属骨架之间贴有橡胶板，能起到减震和缓冲作用，具体结构如图6 所示，图6中示例为两台梯平行排列的情况。

图6 预埋钢板结构示意图（单位：mm）

2.2.2 预埋钢板上竖直钢板的强度计算

对于预埋钢板上焊接的竖直钢板，可以将其简化为如图7 所示的悬臂梁结构进行强度校核。将地震发生时大角钢对单侧钢板的作用力定义为F，根据自动扶梯或自动人行道金属骨架端部的实际结构，可以确定该作用力的作用点距离为90 mm 位置，则钢板上所受最大弯矩Mmax=F×L=0.09F。

图7 预埋钢板受力与弯矩图

竖直钢板材料为Q235，其极限强度σs=235 MPa，则钢板所受最大应力，其中，W为抗弯截面系数，3.33×10-5m3。

由上述可求得F=87 kN，即预埋钢板上焊接的竖板在厚度为20 mm 时，能承受自动扶梯单侧最大87 kN 的摆动力而不发生变形，从而确保自动扶梯和自动人行道不发生水平方向的左右摆动。在实际执行时，可以在土建布置图中进行标注，此处可采用20 mm 钢板，水平支反力不小于85 kN。

3 地震作用力的具体实例计算

假设现有一台自动人行道产品，倾斜角度12°，踏板宽度1 000 mm，提升高度为4 580 mm，跨距24 524 mm，带有一个中间支撑。另外根据以上数据，可大致估出设备质量约为10 580 kg。

同时，该自动人行道所安装地点的土壤环境、地震条件、建筑物因素的参数分别为：对地加速度ag=1.32 m/s2；重力加速度g=9.8 m/s2；土壤因素S=1.6；Ta/T1假设为最差情况，取值1；从地基开始测量的建筑物高度H=10.61 m。

可计算出地震系数：

根据对地加速度ag=1.32，可知特性系数qa≤2，此处取2，则：

即地震作用对自动人行道的影响可定义为一个水平方向的36 kN 的作用力。

而根据2.2 中的计算，已有设计中，在土建预埋钢板上焊接的竖直钢板（20 mm）能承受自动扶梯或自动人行道单侧最大87 kN 的摆动力而不发生变形，因此完全能满足要求。

4 结论

4.1 支撑结构的选择

作为自动扶梯或自动人行道产品的生产厂家，可以根据标准要求，设计出应对地震情况下的固定支撑和可移动支撑，并针对需要满足的漂移量的不同，提供2 种不同的可移动支撑结构。客户根据所需要的不同漂移量，以及是否需要中间支撑等，对照表1，可选择出合适的支撑组合。

4.2 地震作用力的验证

在具体进行防地震计算时，请客户提供自动扶梯或自动人行道安装的对地加速度、重力加速度、土壤因素、在相关方向上的建筑物基本振动周期以及从地基开始测量的建筑物高度等参数。同时，结合设备本身的质量、提升高度等参数，计算出该设备所受的水平地震力。再与上文计算出的87 kN 进行对比，看是否能够满足强度要求。如若不能，则可增加土建预埋钢板上焊接的竖板的厚度。