Aufzüge und Erdbeben: EN 81-77

Eine Überprüfung der Schutzmaßnahmen der Anforderung in Aufzügen

Abstract

Am 6. Februar 2023 ereigneten sich in Türkiye zwei schwere Erdbeben. Die Erdbebenstärken betrugen 7.8 MW und 7.5 MW und sie waren sehr zerstörerisch. Mehr als 40,000 Menschen starben, Städte und Dörfer wurden völlig zerstört. 

Ich besuchte das Erdbebengebiet kurz nach den Erdbeben und sah, dass die meisten Gebäude vollständig eingestürzt waren. Aber was passierte mit den Aufzügen in den Gebäuden, die noch standen? In den meisten Situationen wurden von den Führungsschienen getrennte Gegengewichtsrahmen, von den Seilrollen getrennte Tragseile und Laufkabel beschädigt. 

Der Inhalt dieses Dokuments beschreibt die Schutzmaßnahmen der EN 81-77-Anforderung in Aufzügen. Was ist Designbeschleunigung (a_d) und wie wird es berechnet? Wir werden die Informationen aus EN 1998-1 überprüfen, die für die Berechnung von a erforderlich sind_d. Wie seismische Zonen definiert werden, basierend auf a_d Wird man sehen. Schutzmaßnahmen für Aufzüge in jeder seismischen Zone werden überprüft. 

1. Einleitung

Erdbeben sind für viele Länder und Städte auf der ganzen Welt eine schwere Naturkatastrophe, beispielsweise an der Westküste der USA und Kanadas, Italien, Island, dem Balkan, der Türkei, der Ostküste des Mittelmeers, Iran, Pakistan, Zentralasien und Südosten Asien, ganz Mittelamerika und die Westküste Südamerikas. Weltweit leben etwa 1.6 Milliarden Menschen in Gebieten mit hoher Erdbebengefahr.

Über Hunderte von Jahren hat die Menschheit Maßnahmen entwickelt, um erdbebensichere Bauwerke zu errichten. Auch die Vertikaltransportbranche (VT) hat Maßnahmen entwickelt, um Aufzüge und Rolltreppen im Falle eines Erdbebens sicher zu halten. Bei den Bemühungen, die Sicherheit von Aufzügen während eines Erdbebens zu verbessern, sind vor allem europäische, nordamerikanische und japanische Vorschriften führend.

EN 81-77 ist die europäische Norm und beschreibt Sicherheitsregeln und Anforderungen für Personen- und Lastenaufzüge, um Erdbebenbedingungen gemäß EN 1998-1 standzuhalten. EN 81-77 zielt darauf ab, Todesfälle zu vermeiden, Verletzungen zu reduzieren, Einklemmungen im Auto zu verhindern, Schäden und Umweltprobleme zu verhindern und die Anzahl der Aufzüge zu reduzieren, die nach einem Erdbeben nicht mehr funktionieren.

2. Designbeschleunigung

Designbeschleunigung (a_d) ist die horizontale Beschleunigung, die durch seismische Ereignisse entsteht, und wird zur Berechnung der auf Aufzugsanlagen wirkenden Kräfte verwendet. Es ist eine Funktion der Bodenbeschleunigung, des Bodenverhaltens, der Bedeutung nichtstruktureller Elemente und einiger anderer Parameter. Aufzüge sind nichttragende Elemente gemäß EN 1998-1. EN 1998-1 ist Eurocode8 und befasst sich mit der Bemessung von Bauwerken im Hinblick auf Erdbebensicherheit. Die Formel von a_d ist unterhalb:

S_a in der Formel ist der seismische Koeffizient, der für nichttragende Elemente gilt und eine dimensionslose Zahl ist. 

g_a ist ein wichtiger Faktor. Für Aufzüge in Wohn- und Bürogebäuden beträgt dieser Faktor 1. Stehen Aufzüge in Krankenhäusern oder werden sie aus besonderen Gründen, z. B. für den Notfalldienst, genutzt, ist in diesem Fall der Wert gemäß EN 1998-1 zu erhöhen. G_a ist dimensionslos. Der Wichtigkeitsfaktor kann von den nationalen Behörden definiert werden und basiert auch auf dem seismischen Verhalten im Land.

q_a ist der Verhaltensfaktor des Elements. Es ist dimensionslos und sollte für Aufzüge gleich 2 sein. 

S_a muss wie folgt berechnet werden:

a ist dimensionslos und das Verhältnis der geplanten Bodenbeschleunigung (a)._g) auf Boden vom Typ A zur Schwerkraft (g). 

α=a_g/g

a_g= gl.a_gR

ag: Bemessungsbodenbeschleunigung

g1: Wichtigkeitsfaktor

a_gR: Referenz-Spitzenbodenbeschleunigung auf Boden vom Typ A

g1 Der Wichtigkeitsfaktor wird anhand der Wichtigkeitsklassen von Gebäuden definiert und liegt zwischen 0.8 und 1.4. Die Bedeutungsklassen von Gebäuden beziehen sich auf die unten definierten Gebäudetypen:

Klasse – I (g1=0.8): Gebäude haben eine untergeordnete Bedeutung für die öffentliche Sicherheit, wie landwirtschaftliche Gebäude usw.  

Klasse – II (g1=1.0): Gewöhnliche Gebäude, die nicht zu den anderen Kategorien gehören.

Klasse – III (g1=1.2): Gebäude, deren Erdbebensicherheit im Hinblick auf die Folgen eines Einsturzes von Bedeutung ist, z. B. Schulen, Aula, Kultureinrichtungen usw.

Klasse – IV (g1=1.4): Gebäude, deren Integrität bei Erdbeben für den Bevölkerungsschutz von entscheidender Bedeutung ist, z. B. Krankenhäuser, Feuerwachen, Kraftwerke usw.

a_gR ist die Referenz-Spitzenbodenbeschleunigung auf Boden vom Typ A, a_gR zur Verwendung in einem Land oder Teilen des Landes kann aus Zonenkarten abgeleitet werden, die in entsprechenden nationalen Anhängen zu finden sind.

S in der Formel ist der Bodenfaktor nach EN 1998-1 und ist dimensionslos. S beträgt 1.0 für Bodentyp A, 1.2 für Typ B, 1.15 für Typ C, 1.35 für Typ D und 1.4 für Typ E. Wir empfehlen Ihnen, den Bodentyp des Projekts immer vom Statikplaner des Projekts zu erfragen. 

T_a ist die Grundschwingungsperiode eines nichtstrukturellen Elements und wird in Sekunden angegeben. Wenn der Aufzug die Grundschwingung des Gebäudes nicht beeinflusst, T_a ist 0.

T₁ ist die Grundschwingungsperiode und wird in Sekunden angegeben.

z ist die Höhe des höchsten Teils des Aufzugs über dem Fundament oder starren Keller. Die Angabe erfolgt in Metern.

H ist die Höhe des Gebäudes über dem Boden und wird in Metern angegeben.

3. Seismische Auftriebskategorien

Die seismische Kategorie eines Aufzugs wird nach a bestimmt_d. 

Wenn 1 < a_d  ≤ 2.5, die seismische Kategorie des Aufzugs ist 1;

2.5 < a_d  ≤ 4, die seismische Kategorie des Aufzugs ist 2;

a_d4, die seismische Kategorie des Aufzugs ist 3>. 

4. Anforderungen für Kategorie 1

Tragseile, Geschwindigkeitsbegrenzerseile, Hängeseile, Ausgleichsseile und Ketten können bei einem Erdbeben im Aufzugsschacht schwanken und sich mit feststehenden Geräten und Fangpunkten verfangen. Diese Störstellen entstehen durch im Aufzugsschacht befestigte Konsolen, Schweller und Vorrichtungen. Bei Schachthöhen über 20 m müssen Störstellen geschützt werden.  

Bei einer Fahrhöhe zwischen 20 und 60 m sind folgende Schutzmaßnahmen zu treffen:

• Wenn ein Störpunkt im Schacht wie Halterungen, Schweller usw. näher als 900 mm von der Schlaufe des Hängekabels entfernt ist, ist ein Schutz durch einen Draht zwischen den Störpunkten erforderlich. 

• Für Ausgleichsseile, Ketten und CWT-Geschwindigkeitsbegrenzerseile ist während der gesamten Hubhöhe ein Drahtschutz zwischen Halterungen und ähnlichen Haken erforderlich, wenn die Hakenpunkte näher als 750 mm an der entsprechenden Ausrüstung liegen. Dies ist während der gesamten Förderhöhe erforderlich, wenn das Geschwindigkeitsbegrenzerseil näher als 500 mm und das Tragseil näher als an einem Fangpunkt im Schacht liegt. 

Beträgt die Förderhöhe der Hebebühne mehr als 60 m, müssen die oben genannten Fangschutzmaßnahmen für die gesamte Förderhöhe getroffen werden. 

Wenn das Gebäude durch Dehnungsfugen in unabhängige Einheiten unterteilt ist, sollte sich der Maschinenraum des Aufzugs in derselben unabhängigen Einheit des Gebäudes befinden. 

Das Gegengewicht sollte über eine Haltevorrichtung wie in Abbildung 2 oben und unten am Rahmen und so nah wie möglich an den Führungsschuhen verfügen. D₁D₂ und d₃ Die Abmessungen in der Abbildung sollten maximal 5 mm betragen. Die Rückhaltevorrichtung darf nicht dazu führen, dass die Fangvorrichtung auf der Gegengewichtsseite unbeabsichtigt aktiviert wird. Die Haltevorrichtung sollte so gestaltet und befestigt sein, dass z₃ in Abbildung 2 sollte mindestens 5 mm betragen.

Es sind Halterungen für Zug- und Umlenkrollen für Zug- und Ausgleichsseile erforderlich. Die Halterungen sollten 15° vom Ein- und Ausgang der Seile und alle 90° der Seilumschlingung entfernt sein. Die Halterungen sollten im Verhältnis zum Seildurchmesser ausreichend wirksam sein. Auch für Kette und Ritzel sind Halterungen erforderlich. 

Ausgleichsmittel müssen in der Grube geführt werden, um ein Schwanken und ein Verhaken mit etwaigen Fangstellen zu verhindern. 

Bei hydraulischen Aufzügen sollten die Aufzüge über Berstventile verfügen, um das Austreten von Öl im Falle eines Erdbebens zu verhindern. 

Führungsschienen, Schienenverbindungen und Halterungen müssen den Kräften standhalten, die durch die berechnete Auslegungsbeschleunigung entstehen (a_d). Wenn eine Haltevorrichtung vorhanden ist, kann diese als Stütze für den Rahmen verwendet werden. Die durch a erzeugte Durchbiegung_d kann nicht zu einem unsicheren Betrieb von Aufzügen führen. Türverriegelungen sollten aktiv bleiben, Sicherheitsvorrichtungen sollten ordnungsgemäß funktionieren und bewegliche Teile sollten sich nicht berühren. Im Falle einer Haltevorrichtung sollte die Durchbiegung maximal zu einer Überlappung von Haltevorrichtung und Lamelle der Führungsschiene von weniger als 5 mm führen.

Maschinen, Aufhängungsmittel, Geschwindigkeitsbegrenzer, Ausgleichsmittel und deren Anbauteile sollten so konstruiert und befestigt sein, dass die durch a_d sollte nicht zum Umkippen und Verschieben führen. Bei starren Rohren für hydraulische Aufzüge sollte jedes starre Rohr mit einem flexiblen Rohr enden. 

Alle elektrischen Geräte und Schalter im Aufzugsschacht müssen den durch a verursachten Kräften standhalten_d.

5. Anforderungen für Kategorie 2

Anforderungen an Aufzüge der Kategorie 2 sind eine Kombination aus Anforderungen der Kategorie 1 und den folgenden Schutzmaßnahmen. 

Es ist erforderlich, dass an der Ober- und Unterseite des Fahrzeugrahmens eine Haltevorrichtung vorhanden ist. Auch für Kfz-Rückhaltevorrichtungen sollten die für Kategorie 1 definierten Freiräume eingehalten werden. 

Aufzüge der Kategorien 2 und 3 sollten über Kabinentürverriegelungen verfügen. Eine Türverriegelung ist ein Sicherheitsbauteil und muss nach EN 81-50 geprüft und zertifiziert werden.

Bei einem Stromausfall soll der Aufzug in der Lage sein, nach oben oder unten in die nächste Etage zu fahren und ein Einklemmen von Personen in der Kabine soll verhindert werden. Der Aufzug sollte seine Tür öffnen und geöffnet bleiben, wenn er am Treppenabsatz ankommt. Wenn der Aufzug über eine halbautomatische Tür verfügt, sollte die Tür entriegelt werden, wenn der Aufzug am Treppenabsatz anhält. Kommt es zu einem Stromausfall, während sich der Aufzug an der Haltestelle befindet, sollten die Türen geöffnet sein, um eventuell eingeschlossene Passagiere zu retten.

6. Anforderungen für Kategorie 3

Anforderungen für Aufzüge der Kategorie 3 sind eine Kombination aus Anforderungen der Kategorien 1 und 2 und den folgenden Schutzmaßnahmen. 

Wenn der Aufzug über ein Gegengewicht oder Ausgleichsgewicht verfügt, sollte der Aufzug mit einem seismischen Erkennungssystem ausgestattet sein. Das Erkennungssystem sollte sich in der untersten Schachtebene der Aufzüge im Gebäude oder an einer tieferen Stelle als die Aufzugsschächte befinden. Es sollte möglich sein, eine dreiachsige Beschleunigung zu erfassen. Jede Beschleunigung kleiner oder gleich 1 m/s² sollte das seismische System aktivieren. Die Reaktionszeit sollte maximal 3 s betragen. Das seismische Erkennungssystem sollte mindestens alle 24 Stunden überprüft werden. Wenn es nicht funktioniert, sollte der Aufzug außer Betrieb genommen werden. Das Erdbebenerkennungssystem sollte über eine Stromversorgungsreserve von mindestens 24 Stunden verfügen und ein Zurücksetzen des Erkennungssystems sollte nur manuell möglich sein. 

Wenn das seismische Erkennungssystem aktiv wird, sollte der Aufzug alle Hallen- und Kabinenrufe abbrechen und sich mit einer Höchstgeschwindigkeit von 0.3 m/s zum nächstgelegenen Stockwerk bewegen. Autos sollten das Gegengewicht oder das Ausgleichsgewicht nicht passieren, während sie sich zur nächstgelegenen Landeebene bewegen. Wenn ein seismisches Erkennungssystem aktiv ist, während sich ein Aufzug an der Haltestelle befindet, sollten geschlossene Türen geöffnet sein und der Aufzug sollte den Betrieb verlassen. Wenn die Türen halbautomatisch sind, sollten sie entriegelt sein. Der seismische Modus darf keine Sicherheitsvorrichtungen, Inspektionsvorgänge, elektrischen Notbetrieb oder Phase 2 des Feuerwehrmodus gemäß EN 81-72 außer Kraft setzen.

7. Fazit

Wir haben versucht, die Berechnung von a zu erklären_d und Anforderungen an die Aufzüge, wenn diese in die Erdbebenkategorie gemäß a fallen_d. Unser Hauptleitfaden für dieses Dokument waren die Normen EN 81-77 und EN 1998-1. Wir empfehlen dringend, a zu berechnen_d bei jedem Projekt und nimmt die erforderlichen Messungen für den Aufzug auf der Grundlage der berechneten seismischen Kategorie vor.