Eine Feldstudie über die Schäden an Aufzügen nach den Zwillingserdbeben

Ein Blick auf die Schäden und was getan werden muss, um dies in Zukunft zu verhindern

von Ferhat Çelik, C. Erdem İmrak und Sefa Targıt

Dieses Papier wurde auf der Elevcon 2023 in Prag, Tschechische Republik, vorgestellt.

Schlüsselwörter: Erdbeben, Aufzug, Gefahr, Norm EN 81-77

Abstract 

Aufzüge werden häufig für den vertikalen Transport von Personen und Gütern in Gebäuden eingesetzt. Bei vielen aufgezeichneten Erdbebenereignissen in der Vergangenheit wurden erhebliche Schäden an Aufzügen beobachtet. In den erdbebengefährdeten Gebieten der Türkei gibt es einen beträchtlichen Bestand an Aufzügen. Jedes Gebäude in einem erdbebengefährdeten Gebiet sollte so ausgelegt sein, dass es den Erdbebenschocks standhält. In diese Studie wurde nach einer eintägigen Feldstudie der AYSAD (Turkish Elevator and Escalator Association) in und um Malatya nach den Zwillingsbeben eine Bewertung der festgestellten Schäden an den untersuchten Aufzügen und der aktuellen Situation einbezogen.

1. Zwillingserdbeben in Türkiye

Aufzugsanlagen werden durch Erdbeben beeinträchtigt. Bei Aufzügen und Aufzügen in erdbebengefährdeten Zonen sind im Vergleich zu normalen Installationspraktiken bestimmte zusätzliche Überlegungen erforderlich, wie in der Norm EN 81-77:2013 angegeben. 

Türkiye ist ein seismisch aktives Gebiet innerhalb der komplexen Kollisionszone zwischen der Eurasischen Platte und der Afrikanischen und Arabischen Platte. Die bekannteste und wichtigste seismische Gefahr in Türkiye ist die Nordanatolische Verwerfung. Die Ostanatolische Verwerfung, die südwestlich von Ost-Türkiye bis zum Mittelmeer verläuft, ist eine weitere bekannte Quelle großer Erdbeben.

Große Verluste an Leben und Eigentum durch zerstörerische Erdbeben haben den Weg für die Entwicklung erdbebensicherer Gebäudekonstruktionsprinzipien geebnet. Die seismische Gefahrenkarte von Türkiye ist in Abbildung 1 dargestellt (AFAD, 2018).

1.1 Das Izmit-Erdbeben 1999 in der Nähe von Istanbul 

Eines der stärksten Erdbeben des Jahrhunderts tötete etwa 20,000 Menschen, zerstörte etwa 15,500 Gebäude, verursachte Schäden in Höhe von fast 10 bis 25 Milliarden US-Dollar und ereignete sich am 17. August 1999 im Nordwesten Türkiyes an der östlichen Ausdehnung des Marmarameeres. Das Epizentrum des Erdbebens war liegt etwa 105 km östlich von Istanbul, einem urbanen Zentrum mit mehr als 10 Millionen Einwohnern in der Nähe der Stadt Izmit an der Nordanatolischen Verwerfung. Das Erdbeben hatte eine Momentenstärke von 7.5 (Mw) auf der modifizierten Richterskala. Dem Erdbeben folgten Hunderte Nachbeben (Ozkirim & İmrak, 2004). Da nach dem Erdbeben in Izmir 1999 keine Feldstudien in der Erdbebenzone durchgeführt wurden, wurde der Schaden an den Aufzügen in der Region leider nicht bewertet.

1.2 Die Van-Erdbeben 2011 

In der Provinz Van in Osttürkei ereignete sich ein sehr schweres Erdbeben mit einer Stärke von 7.2 MW, das in allen Nachbarländern zu spüren war. Das Erdbeben in Van, das sich am 23. Oktober 2011 um 13:41 Uhr Ortszeit ereignete, wurde anhand von Fernfeldwellenaufzeichnungen modelliert. In der Provinz wurden 8,321 Häuser mit einer durchschnittlichen Bevölkerung von etwa 7.6 Haushalten unbewohnbar; das heißt, etwa 63,000 Menschen wurden obdachlos. Die Zahl der Todesopfer war hauptsächlich auf Gebäudeeinstürze in städtischen Gebieten zurückzuführen (Imrak & Çelik, 2014). Nach einer dreitägigen Untersuchung (25.-27. Dezember 2011) der Aufzüge in Erciş, Edremit und der Innenstadt von Van wurde ein Untersuchungsbericht veröffentlicht, der die Aufzugstypen, die Art der Schäden und fotografische Beweise enthält (Imrak, 2012a, 2012b, 2013). Insgesamt wurden 25 Aufzüge untersucht und gemeldet.

1.3 Die Zwillingserdbeben 2023 in der Nähe von Kahramanmaraş

Ein Erdbeben mit einer Stärke von 7.8 MW erschütterte am 6. Februar 2023 Süd- und Zentraltürkiye. Das Epizentrum lag 37 km westnordwestlich von Gaziantep. Es folgte ein Erdbeben mit einer Stärke von 7.7 MW. Der Schwerpunkt dieses Erdbebens lag 95 km nordnordöstlich vom ersten Erdbeben entfernt. 

Es kam zu weitreichenden Schäden und Zehntausenden Todesopfern. Auf einer Fläche von etwa 350,000 km²Die beiden verheerenden Erdbeben erschütterten Türkiye und forderten mehr als 50,000 Todesopfer und Tausende Verletzte. Die Erdbeben der Stärke 7.8 und 7.5 zerstörten auch wichtige Infrastruktur, sodass die Gemeinden in der Region dringend humanitäre Hilfe benötigen. Die schweren Zwillingsbeben, die am 6. Februar den Süden Türkiyes erschütterten, richteten in einem Gebiet der Provinz Kahramanmaras große Zerstörungen an.

Schätzungsweise 14 Millionen Menschen oder 16 % der Bevölkerung Türkiyes waren betroffen. Es ist das tödlichste Erdbeben im heutigen Türkiye seit dem Erdbeben in Antiochia im Jahr 526. Nach Angaben des Kandilli-Observatoriums wurde geschätzt, dass der maximale MMI des Hauptbebens MMI XI–XII (Extrem) in Antakya und in der Nähe des Epizentrums erreicht hatte.

2. Feldstudie und Ergebnisse in Malatya

Am 6. Februar 2023 hatte Ekinözü-Kahramanmaraş (11 N, 38.0818 W) um 37.1773:7.5 Uhr Ortszeit eine instrumentelle Helligkeit von Ml=7.7 (Mw=04), von der insgesamt 17 Provinzen in den südöstlichen und ostanatolischen Regionen betroffen waren das Epizentrum und dann Sofalaca-Şehitkamil-Gaziantep (37.1757 N, 37.085 W) um 13:24 Uhr Ortszeit am Epizentrum, die instrumentelle Stärke von Ml=7.4 (Mw=7.6) nach zwei sehr schweren Erdbeben. Eine Feldstudie wurde von AYSAD in der Provinz Malatya durchgeführt. 

In Malatya, einer der vom Erdbeben betroffenen Provinzen, war es ein vorrangiges Ziel, den Zustand und die Schäden von leicht beschädigten und begehbaren Aufzügen und Komponenten in Krankenhäusern, Wohngebäuden und Fabrikgebäuden zu ermitteln, zu dokumentieren und zu übermitteln in Form eines Berichts an die relevanten Institutionen und Organisationen weitergegeben.

Die AYSAD-Delegation überprüfte die Aufzugsschächte, Schienenverbindungen, Maschinenräume, Maschinen, Wagen und Gegengewichtskomponenten in den Gebäuden und ermittelte das Verhalten dieser Komponenten während des Erdbebens.

Aufgrund der anhaltenden Nachbeben in der Region, der anhaltenden intensiven Rettungs- und Hilfsmaßnahmen und der eingeschränkten Zugangsgenehmigungen zu den Gebäuden wurde während einer eintägigen Besichtigung vor Ort eine begrenzte Anzahl von Gebäuden und Aufzügen untersucht.

Basierend auf dieser Erklärung wurden nur 16 Aufzüge untersucht, und die Verteilung der Aufzüge nach Gebäudehöhen (Anzahl der Haltestellen) ist in Tabelle 1 dargestellt. Einschließlich dieser Aufzüge wurde auch eine hydraulisch angetriebene Behindertenplattform untersucht.

Die in Malatya untersuchten Aufzugstypen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Ziel war es, möglichst viele verschiedene Aufzugstypen zu untersuchen, wobei jedoch das Risiko von Nachbeben und dem Eindringen in Gebäude berücksichtigt wurde. Unter den untersuchten Aufzügen befinden sich ein Überführungsaufzug und ein Panoramaaufzug außer im Universitätsklinikum, wo mehrere Aufzugsmaschinen in einem großen Dachgeschoss untersucht wurden und einer der Maschinenräume der Flachbauten nicht inspiziert werden konnte. 

Die Verteilung der untersuchten Aufzüge nach Schachttürtyp und Kapazität ist in Tabelle 3 dargestellt.

Bei der Betrachtung von Aufzügen im Allgemeinen lässt sich feststellen, dass fast alle von ihnen nicht gemäß der Norm EN 81-77 konzipiert und installiert wurden. Insbesondere wurde beobachtet, dass die Blechkombinationshalterungen nicht speziell für Erdbebengebiete konzipiert sind und viele von ihnen strukturelle Schäden durch die Auswirkungen der Erdbeben aufweisen (Abbildung 4).

Bei der Ortsbesichtigung wurde festgestellt, dass sich die Aufzüge, in denen die Brand- und Erdbebensensoren installiert waren, ausschließlich im Gebäude des Universitätsklinikums befanden. Nach dem Erdbeben konnte beobachtet werden, dass die Sensoren aktiviert wurden und ihre Aufgaben erfüllten. Das Zurücksetzen des seismischen Sensors konnte jedoch aufgrund der mangelnden Organisation/Kompetenz des Aufzugswartungsdienstes nicht durchgeführt werden.

Während es bei dem Krankenhausbesuch nach dem Van-Erdbeben zu Schäden an den Schachttüren der MRL-Aufzüge und ihrer Umgebung kam, gab es bei den Besuchen in Malatya keine Schäden an den Schachttüren verschiedener Arbeitsstile.

Obwohl die Gegengewichte der Aufzüge aus Betonblöcken bestehen, kam es zu keinen Schäden, wenn das Gegengewicht verschoben wurde und auf die Oberseite der Aufzugskabine oder den Schacht zwischen den beobachteten Aufzügen fiel. Schäden am Gegengewicht sind jedoch die am häufigsten beobachteten Schäden, bei denen Betonblöcke reißen, sich innerhalb des Stahlrahmens verschieben und Gegengewichtsschuhe beschädigt werden (Abbildung 5).

Die durch dieses Erdbeben beschädigten Komponenten von Aufzugsanlagen werden wie folgt aufgelistet:

• Gegengewichte lösten sich aus ihren Schienen und einige kollidierten mit den Waggons
• Förderseile beschädigt oder aus den Seilrollen herausgerissen
• Schienenhalterungen gebrochen oder beschädigt
• Gouverneurskabel hat aufgelegt
• Rollenführungsschuh gebrochen oder locker
• Ausgleichsleitungen sind aus ihren Nuten herausgefallen oder beschädigt
• Einige Schächte stürzten ein und Autos versenkten sich 

Alle oben aufgeführten Schäden wurden bei Seilaufzügen beobachtet. Lediglich zwei hydraulische Aufzüge konnten vor Ort untersucht werden. Es wurde festgestellt, dass diese Aufzüge unter Spannung reibungslos funktionierten (Abbildung 6). Bei der Untersuchung nach dem Van-Erdbeben wurden keine Schäden an hydraulischen Aufzügen festgestellt.

Um im Falle eines Erdbebens Schäden an Aufzugsanlagen möglichst gering zu halten, sollten folgende Gegenmaßnahmen ergriffen werden:

• Seismische Schalter, die seismische Energie nutzen, um nützliche Funktionen auszulösen
• Maßnahmen für das Gegengewicht wie Kastenhalterungen, Zugstangen, elektrisch geladener Draht mit Verdrängungsring
• Eine ausreichend große Führungsschiene
• Rollenführungsbaugruppe
• Halteplatte
• Strukturelle Stützrahmen für erdbebenisolierte Gebäude
• Weitere Schutzmaßnahmen wie Seilschutz und Einklemmschutz

3. Diskussionen und Schlussfolgerung

Die EN 81-77 legt die besonderen Bestimmungen und Sicherheitsregeln für Personen- und Lastenaufzüge fest, wenn diese Aufzüge fest in Gebäuden installiert sind, die der EN 1998-1 (Eurocode 8) entsprechen, und legt zusätzliche Anforderungen zu EN 81-20 und EN 81 fest -50. 

Die Anwendung der Norm EN 81-77 in Türkiye begann im Jahr 2014 nach dem Van-Erdbeben im Jahr 2011. Die in dieser Norm erläuterten Berechnungs- und Konstruktionselemente waren in den Aufzügen, die nach dem Van-Erdbeben vor Ort untersucht wurden, nicht vorhanden. Diese Norm wurde 2020 und 2022 überarbeitet und trat in der Türkei in Kraft.

In den Jahren nach dem Erdbeben in Izmir 1999 und dem Van-Erdbeben 2011 wurde erwartet, dass die Norm EN 81-77 für Aufzüge verwendet wird, die in erdbebengefährdeten Gebieten installiert werden. Leider wurden die gleichen strukturellen Mängel und die Nichtanwendung der Norm EN 81-77 bei den Aufzügen festgestellt, die nach den Doppelbeben von 2023 in Gebäuden in der Erdbebenzone installiert wurden.

Hydraulikaufzüge, die kein Gegengewicht haben und mit ihrer erschütterungsabsorbierenden Zylinderstruktur langlebig sind, können bequemer in niedrigen Gebäuden in seismischen Regionen eingesetzt werden. 

Referenzen

1. AFAD (2018). Türkiye Deprem Tehlike Haritaları İnteraktif Web Uygulaması (Interaktive Webanwendung für Türkiye-Erdbebengefahrenkarten). Präsidentschaft des türkischen Innenministeriums für Katastrophen- und Notfallmanagement (AFAD). tdth.afad.gov.tr

2. CEN (2022). Safety rules for the construction and installations of lifts – Particular applications for passenger and goods passenger lifts - Part 77: Lifts subject to seismic conditions. EN 81-77. 

3. İmrak, CE (2012a). Eine Untersuchung über die Auswirkungen der Van-Erdbeben 2011 auf Aufzüge. Elevator World 59 (6), 40-45.

4. İmrak, CE (2012b). Die Auswirkungen der Van-Erdbeben auf Aufzüge. Aufzüge 41 (6), 44-65.

5. İmrak, CE (2013). Eine Untersuchung über die Auswirkungen der Erdbeben in Van, Türkei, 2011 auf Aufzüge. Elevator World India 6 (1), 34-39.

6. İmrak, CE, und Çelik, F. (2014). Auswirkung des Van-Erdbebens 2011 auf die Aufzüge. Tagungsband der ELEVCON 2014, Paris, 114-124.

7. Internationales Sanitätskorps (2023). Erdbebensituation in Syrien/Türkiye Bericht Nr. 7, 8. März 2023.

8. International Blue Crescent Relief and Development Foundation (2023), Erdbeben in Kahramanmaraş, Lagebericht Nr. 20, 6. April 2023.

9. Ozkirim, M und İmrak, CE (2004). Gegenmaßnahmen für Aufzüge in der seismischen Risikozone von Istanbul. Tagungsband der ELEVCON 2004, Istanbul, 18-19.