无谓的错误？

许多电梯比其文档中指出的要重。

理查德·布拉斯卡

随着电梯系统老化，出于多种原因，包括系统性能、可靠性、安全性、能源效率和美观性，对现代化的需求变得迫切。 系统老化问题的常见解决方案是升级和更换各种系统组件，而不是完全更换电梯。 ASME A17.1-2016/CSA B44-16 将更改定义为“对设备的任何更改，包括其零件、组件和/或子系统，但维护、修理或更换除外。” 该代码的第 8.7 节提供了更改的标准。 本文重点讨论在执行更改时系统权重的问题，涉及代码、电梯操作和安全。

当前运行的电梯中有相当大比例的电梯轿厢自重比其原始安装文档和 AHJ 文件以及十字头铭牌上显示的要重。 发生这种情况的逻辑原因有以下三个：

1. 工程中错误说明的自重：标准做法是电梯系统制造商将轿厢自重估计为产品销售和工程的函数。 对于许多制造商而言，此过程具有不同程度的准确性，根据系统类型、额定载荷、汽车尺寸和高度、一般饰面选择等使用广泛的指导方针。除非有纪律的程序来总结所有主要和次要组件使用电梯轿厢，到达载重只是一个粗略的估计过程。 因此，某些电梯的实际轿厢安装自重从未被正确识别，并且可能误报多达 10%。
2. 自重占比低于整车：对于某些安装，原始设备制造商不知道要安装的驾驶室内部饰面。 这种现象在高端市场更为常见，因为那里选择了更精细的饰面，以及电梯承包商不提供或安装饰面的项目。 项目规划可能会将有关美学的决定留给流程的稍后部分，直到设备安装时。 因此，工程、系统文档甚至十字头铭牌可能会显示汽车自重，但不包括最终的内部装饰，包括地板、墙板、装饰、天花板/照明和扶手。 许多早期安装的十字头铭牌有两个条目：一个是车架、平台和安全装置的重量，另一个是外壳的重量。 在其中许多方面，后一个条目从未完成，只留下前一个条目来歪曲无谓。 这种现象的另一个方面是在建筑过程的早期安装、检查和允许施工使用电梯，目的是拆除临时施工升降机。 电梯与空车壳一起翻转，以免损坏稍后安装的最终昂贵饰面。 十字头铭牌汽车自重代表施工使用的实际周转重量。 随着建筑物的竣工，可能会添加多达 1,000 磅的内部饰面，这可能不会反映在 AHJ 文件或之前完成的十字头铭牌中。
3. 改装导致的自重增加：在准确表示最初安装的汽车自重的情况下，随着时间的推移，汽车内部饰面可能会更换为新的、更重的饰面。 可能会安装新的控制设备和安全功能（净重增加）。 在某些司法管辖区，更换汽车内饰的工作可能由非电梯人员执行。 （除了可能会导致超重之外，这可能会导致其他违规行为。）升级可能包括更精细的饰面，例如天然石材、抛光钢或重木，从而导致汽车自重增加。

汽车重量变化或过大的问题通常被称为“5% 规则”，参考 A17.1/B44，要求 8.7.2.15.2 — 汽车自重的增加或减少，其中部分说明：

“如果改动导致轿厢自重的增加或减少，足以使原始安装的自重与额定载荷之和增加或减少 5% 以上，则安装应符合：（见代码 部分）。”

这是一个简单的计算来验证缓冲器额定载荷或多个缓冲器的额定值总和是否仍然满足增加汽车自重和更重的重新平衡配重的范围标准。

新安装和更改代码部分的列表如下。 这些参考了可能受系统重量影响的所有主要电梯系统组件的规定标准。 为了符合 8.7.2.15.2，有必要用兼容产品替换参考组件，或者执行工程分析和组件或系统重新认证，因为它与列出的每个部分相关。 实现这种重新认证的手段和方法没有在规范中明确定义，可能会受到 AHJ 的解释。 经过验证的工程原理和实践以及应用代码设计标准是典型的方法。

一个简单但可能很昂贵的解决方案是用制造商对新负载完全评估的新产品替换电梯组件或子系统。 选择更换新产品与重新认证现有产品的示例是第 2.15 节 — 车架和平台。 大多数 AHJ 将接受来自信誉良好的制造商的工厂制造的系统，例如车架和平台，无需正式工程（图纸和计算）。 为了保留现有的轿厢框架和平台，AHJ 可能会接受 OEM 提供的有关设备最初额定用于更高负载的文件。 例如，制造商的工作表显示了驱动机器或高架滑轮模型的最大滑轮轴负载，通常是可以接受的，以证明符合 8.7.2.15.2 对第 2.24 节的引用。 但是，对于许多组件，尤其是较旧的系统，可能难以获得此类证明。 在这种情况下，设备的保留需要由合格的工程师进行全面的结构分析。 许多 AHJ 将要求工程由在司法管辖区获得许可的专业工程师执行。

8.7.2.15.2 — 参考章节

2.15 : 车架和平台

20 世纪早期的许多牵引式和卷筒式电梯的轿厢框架由结构钢构件制成，但其平台由木料和木板制成。 钢结构车架的计算和重新认证相当简单，但木制平台需要大量的工作才能做到这一点。 这些产品的制造图纸通常无法获得，因此需要进行现场逆向工程。 需要评估木材构件的尺寸和数量，以及这些构件的连接、连接和加载方式。 可能存在不易看到的腐烂或破裂。

回到汽车自重增加的第三个常见原因，这些早期电梯中的许多都配备了带有开放式格栅和最少内饰的轻型鸟笼式轿厢、可折叠的门或根本没有门。 其中一些随着安装全钢壳驾驶室、内饰板、带多速门的汽车前部和电动操作器而改变。 结果通常会增加 600 磅或更多的自重 - 原始平台从未设计用于承载的重量。 旧金山（可能还有其他美国老城市）有几部地下室卷筒电梯在运行，由于旧系统无法承载由增加的负载造成的超载，因此标牌将乘客限制为最多 XNUMX 人。自重。 这些迹象应该是 AHJ 的一个危险信号，表明存在合规问题。

2.16 : 容量和负载

包含此部分可能看起来很奇怪或不适用，但一些仍在运行的非常早期的电梯的轿厢内部区域超过 2.16.1 — 乘客电梯的最小额定载荷。 符合 8.7.2.15.2 将需要通过添加假墙或安装新驾驶室来减少面积——可能会增加更多的自重超额。 如果这个问题存在，那么关于一辆全新汽车（和其他系统组件）的论点就会变得更有说服力。

2.17: 汽车和配重安全

根据 20(c)，从 2.17.14 世纪中叶开始安装的大多数电动电梯都安装在标牌上，其中列出了安全的最大额定重量。 一些原始设备制造商安装的电梯的安全等级略高于自重加额定负载，其中自重的增加将超过安全等级。 如果要保留安全装置，则缺少标记牌的旧系统将需要文件证明安全装置的额定自重增加。 如果车架和平台符合标准并且可以通过认证，但安全装置的品牌或型号可疑，来自过时的制造商或非常古老的年份（例如许多鼓式安全装置），则通常是最好安装新的安全装置。 最常见的新安全装置是螺栓固定类型，这将需要良好的现场测量才能将新装置与现有的支撑通道结合起来。 除非原来的保险装置可以部分或全部从车架上拆卸下来，否则新保险装置可能会增加重量。 一些原始安全装置包括铸件，这些铸件也用作支撑通道、竖框和/或平台之间的结构连接构件。 如果要拆除这些，则必须设计和认证结构解决方案，以确保车架和平台的完整性。 在许多此类情况下，更好的决定是更换整车和安全装置。

2.20: 悬挂装置及其连接

根据 2.20.3 和表 2.20.3 中的公式，提升绳索安全系数 (FoS) 的计算非常简单。 如果 FoS 太接近最小值，则其他考虑因素包括乘坐质量（有弹性的乘坐）。 当增加汽车自重时，驱动滑轮牵引力以及绳索和滑轮磨损也会影响悬架装置的计算。

2.21：配重

这可能是最具挑战性的要求之一，并且经常被忽视或错误地解决。 所有电动电梯，包括有齿轮和无齿轮牵引以及有齿轮卷筒，都需要配重（大多数卷筒需要两个）来抵消电梯轿厢的重量和部分额定载荷。 配重重量的计算是汽车自重（平衡）加上额定负载的百分比——通常称为“过平衡”。 传统上，大多数装置的过平衡值为 40-42.5%。 对于较新的系统，尤其是那些使用永磁交流无齿轮电机的系统，过平衡通常为 45-50%。 例如，额定负载为 2,500 lb、自重为 3,500 lb 且设计超平衡为 42% 的牵引电梯将导致配重为 4,550 lb (2,500 * 0.42 + 3,500)。 因此，为轿厢自重增加重量需要向配重增加等量，以保持相同的过平衡。

现代电动电梯通常包括柔顺的钢架型配重，其设计为足够坚固且具有足够的开放空间以允许根据需要增加重量。 最常见的配重包括钢板填料配重。 由于空间限制，某些应用需要使用重量为 0.41 lb/in.3 的部分或全部铅填料，而钢的重量为 0.28 lb/in3。 将填充重量添加到其他完整配重可能需要用铅替换一些钢填充板。 一些制造商在他们的配重中使用混凝土，或者倒入平底锅（一个凌乱且通常不精确的过程）或预制块。 为这些配重增加重量可能很困难，使它们成为替代品。

大多数 20 世纪中叶之前的牵引和鼓式电梯都配备了无框架的杆式配重，通常称为窗框配重。 改装要求 8.7.2.22.2 允许保留杆式配重，前提是它们至少配备两根吊杆和两根拉杆。 许多早期的杆式配重只配备了两个悬挂杆，因此不能改变，包括增加重量。 此外，一些 AHJ 会注意到要求 8.7.2.15.2 没有引用 8.7.2.22.2，而是引用了第 2.21 节。 注意

在 2.21.1.1 中，框架需要结构或成型金属框架。 因此，这些 AHJ 认为，向任何杆式配重增加重量不符合 8.7.2.15.2 的要求，这可能是正确的。 此外，如果 AHJ 允许保留和更改包含悬架和拉杆的杆式配重，则需要经过认证的工程来证明更改后的配重组件满足强度要求，包括冲击载荷。 在这种情况下，尤其是在地震活跃的地区，最好用现代、柔顺的框架式配重代替杆式配重。

2.22: 缓冲器和保险杠

20 世纪中叶后的电梯应具有符合要求的缓冲器，并带有标有额定载荷的标牌。 这是一个简单的计算来验证缓冲器额定载荷或多个缓冲器的额定值总和是否仍然满足增加汽车自重和更重的重新平衡配重的范围标准。 然而，对于大多数 20 世纪中叶之前的电梯，缓冲器上的标记牌很少见。 许多非常早期的电梯都有用于轿厢的保险杠，但既没有用于对重的保险杠也没有缓冲器。 对于这些，必须安装新的缓冲区大小和标记为新的装载。

需要安装新缓冲器和/或新汽车吊索和平台的改造通常会出现原始坑深度的问题。 许多早期电梯的地坑深度低至 2-3 英尺。其中一些电梯的地坑地板在结构上不足以承受缓冲和安全负载反应。 解决方案是充分加深底坑，以满足轿厢和配重滑行和缓冲行程的间隙要求。 改变坑，包括加深，包括根据要求 2.15.9 对平台防护装置的要求，以及根据第 2.4 节获得避难空间。 加深电梯坑还需要加长导轨，增加新坑梯、照明、服务口、洒水装置等。新坑的设计和安装不属于电梯工作范围，必须以适当的方式进行。工程和安装。

2.23：轿厢和配重导轨

这可能是最难满足的重新认证标准，尤其是在需要遵守更严格的第 8.4 节 — 电梯抗震要求的地震区。 在现行抗震标准之前安装的电梯通常在导轨的尺寸和支架方面存在强度不足。 配重导轨的情况尤其如此，其中几乎没有对横向载荷的设计考虑。 轿厢导轨工程一直考虑不平衡载荷，尤其是在轿厢装卸过程中。 配重导轨及其建筑连接件的设计只是为了在垂直行程中引导配重质量。

确实，配重导轨永远不会承受横向载荷——直到发生地震！ 地震前代码配重导轨几乎普遍采用重量较轻的 8 lb/ft（ISO T89/B 和 Otis），但有些使用重量轻至 6 lb/ft (ISO T70/B) 的导轨。 这些导轨的建筑连接支架通常是简单的“L”形 1/2 英寸。 X 2 英寸。 甚至 3/8 英寸。 X 1-1/2 英寸。 带有单个螺栓或锚栓的钢筋。 这些旧系统上的轿厢导轨支架通常使用类似的弯杆尺寸，这在成型箍中也缺乏横向完整性。

5% 规则几乎总是要求纠正导轨中的强度不足。 对于符合 2.23 标准的非抗震应用，这可能是正确的，但在抗震符合第 8.4 节的情况下尤其如此。 关于第 8.7 节和第 8.4 节之间的联系，AHJ 对代码进行了不同的应用。 加利福尼亚州在其代码参考语言中明确添加了一个连接，要求更改触发地震合规性（3000(h)(2) 和 3141.2(b)），而之前不存在连接。 您的作者认为，无论是否需要（触发）规范，导轨系统中的结构和地震缺陷都应该得到纠正，尤其是在地震活跃地区，以确保电梯运行的完整性并保护乘坐的公众。

请注意，此规定可能会被误解为仅适用于轿厢导轨。 错误的逻辑是轿厢自重增加超过 5% 的公式只会影响轿厢导轨。 如果更改方错误地未能重新平衡配重，这确实是正确的。 添加到配重的重量及其对导轨的影响由单独的 5% 规则规定，要求 8.7.2.24 — 导轨、支撑和紧固件。 由于配重的增加与其导轨上增加的应力成比例，配重增加 5% 会触发这个额外的 5% 规则。

修复导轨和其他承重系统中的结构和抗震缺陷，通常需要对现有系统进行有效的逆向工程，然后进行强度分析、新的载荷计算、改造设计、部件制造详图和安装图纸。 这种工程工作越来越多地外包给专业顾问。 正确地，许多 AHJ 要求这项工作由专业工程师进行认证。

2.24: 驱动机器和滑轮

大多数发生的汽车自重增加和配重重新平衡都不会对这些部件造成问题。 但是，AHJ 应该需要机器和滑轮强度的证明才能满足新的负载。 对于压缩负载的典型高架机器，要认证的 FoS 机器元件将是驱动滑轮轴。 对于许多较旧的、通常安装的驱动机器，仍然可以找到列出每个机器型号的最大滑轮轴负载的设计手册。 一些工程师已经使用并且 AHJ 已经接受了基于滑轮轴的测量和冶金的认证计算。 相同的原则和做法适用于高架滑轮及其安装部件。 以张力（向上推力）安装的机器有额外的强度考虑，以正确证明增加的负载。 对于某些应用，新机器和滑轮是正确的解决方案。

8.7.2.9：机械和滑轮梁、支架和基础

与上一项相关，要求 8.7.2.15.2 中列出的最终参考标准来自变更部分。 同样，根据第 2.9 节的标准，大多数系统的设计和安装都具有足够坚固的机器/滑轮梁或基础，以处理增加的系统负载。

然而，笔者曾遇到过一些机械梁，其挠度不符合规范 L/1666 中规定的原始荷载要求。笔者还多次发现，支撑这些机械梁或滑轮梁的建筑结构在安装时存在缺陷。这种情况在老旧的五层和六层木结构建筑中更为常见。请注意，规范 8.7.2.9 明确规定：“如果改建使原始建筑设计反力增加超过 5%……则受影响的建筑结构是否足以支撑荷载，应由注册专业工程师进行验证。” 如果能够获得原始建筑结构图纸，则此项验证相对容易。否则，则需要进行现场勘察，这可能需要移除防火材料。

结论与建议

在要求 8.7.2.15.2 的措辞中经常被忽视的一个重要点是“如最初安装的那样”这个短语。 一些司法管辖区允许在改造工作之前对电梯轿厢进行现场称重，以确定现有轿厢自重。 然后，就 8.7.2.15.2% 的计算，该权重被接受为 5 的执行标准。 这显然是对代码的误读，而且随着时间的推移，这种做法可能会加剧超重问题。 想象一下每五年更新一次的电梯。 每隔一段时间，都会安装新的室内装饰、固定装置和控制装置。 在每次出现时，增加最后一个空车重量加上额定容量之和的 5%。 这将使汽车自重在 88 年内增加 40%，并产生明显的负面影响。 见表 1。

加州职业安全与健康部电梯部电梯高级安全工程师 Dan Barker 提出了一个可能更好的代码系统，以避免 5、8.7.2.9 和 8.7.2.15.2 的 8.7.2.24% 规则中的一些问题.5. 他的建议是为每个安装建立两个汽车自重值，一个最小值和一个最大值，每个值都要记录并在横梁铭牌上有单独的条目。 电梯安装的每个方面，包括建筑结构，都将被设计为在这个值范围内工作。 安装时，平衡重将根据实际轿厢自重适当加载至设计过平衡。 超平衡百分比也将在十字头铭牌上有一个条目，从而消除了有关此值的任何未来问题。 取代 2.16.3% 规则，该系统将允许未来的更改，从而导致汽车自重减少或增加，前提是新重量在原始范围内。 重新平衡配重至关重要，应在检查时进行验证。 重要的是要注意，在考虑可能的牵引力损失、安全设置等时，重量不足的汽车自重可能与超重的汽车一样危险。您的作者赞同巴克的提议，并鼓励规范委员会考虑对要求 2019 的这一更改.XNUMX. XNUMX 年，该规范还将要求在铭牌上注明配重百分比以备将来参考。

前面提到了建立原装汽车自重的问题。 在某些情况下，AHJ 文件中没有横梁数据板、没有可用的文档和静重记录。 假设先前的改动很小并且权重变化是可量化的，那么原始的自重可能是逻辑外推的。 您的作者已经看到了几个 1920 年代装置的例子，在这些装置中，从各方面来看，汽车都没有改变。 在这里，应该拍摄照片来证明汽车和设备的原创性。 经认证的测功机可用于对空车进行称重。 减去任何长度的随行电缆的重量或补偿的结果可用于向 AHJ 证明这是最初安装的汽车自重。

所有涉及轿厢自重变化的电梯改造都应在改造工作前后进行称重和记录。 无论意图是通过将自重、载荷和应力保持在限制范围内来避免触发规范的三个 5% 规则中的任何一个，还是为了超过限制而重新认证，改造工程都应包括计算所有要移除和添加的材料的重量到车上。 这可以包括物理称重或计算材料的重量。

各种新的电子仪器，其中一些用于测量提升绳索的张力以获得悬挂重量，已被用于确定汽车或配重的重量。 这些设备中的大多数是为了单独拉紧绳索而开发的。 认识到这些设备的功能容差很重要。 有些是+/-2%。 当代码标准目标为 2% 时，准确度的 5% 变化范围应被视为不够。 质量测功机具有 +/-0.2% 的认证容差，这是十倍的优势。 一些电梯公司选择仅使用经过认证的测功机来确定轿厢和配重的重量。

必须指出的是，当前的许多电梯设计都利用了技术和先进的工程技术，导致轿厢自重变得更轻——在某些情况下，重量更轻。 一些汽车自重小于其额定容量。 结果是空载和满载之间的增量为 100% 或更多。 许多这些系统的容差不能接受任何增加的重量。

未来不可避免的更换疲劳驾驶室内饰的改造必须非常小心，既要考虑重量，也要注意不要损害汽车结构。 对于某些系统，驾驶室本身是汽车结构的一个组成部分，不得更改。 由于这些电梯与早期电梯系统相比缺乏稳健性，因此必须更加注意轿厢自重、配重超平衡、补偿等的准确性。在某些情况下，即使是规范允许的 5% 偏差也可能存在问题，并且应与原始设备制造商核实。

为了保留现有的轿厢框架和平台，AHJ 可能会接受 OEM 提供的有关设备最初额定用于更高负载的文件。

许多电梯顾问的现代化规范会要求安装物品，似乎没有考虑它们会给轿厢增加的重量。 例子包括车顶护栏、超大三速鼓风机、增加的狗窝、精致的室内饰面和地板、包层前返回和门板和显示面板。 一些汽车已经超重或所需设备和饰面将导致触发 5% 规则的安装——但在汽车吊索、平台和安全装置可行的情况下——用新的、重量更轻的铝制驾驶室外壳替换整个驾驶室可能是解决方案。 考虑到铝大约是钢重量的 34%，可以节省数百磅。 许多驾驶室制造商以合理的成本溢价提供此选项。

总之，在电梯改造中必须仔细考虑电梯轿厢自重、对重、整个系统重量和建筑物负载。 改变这些重量中的任何一个都会影响电梯和建筑物的反应载荷，并可能产生严重的后果。 必须遵守关于三个 5% 规则的代码。 某些系统不得更改其重量和负载。 现有的电梯和建筑结构和地震缺陷应该得到纠正，即使在没有强制要求的地方（“祖父”）。 适当和彻底的工程，包括在授权和谨慎的情况下应该执行的专业工程。 所有原始和更改的条件必须与 AHJ 检查和验收一起记录。 这些都是生命安全、法律责任、运营完整性和良好电梯的潜在因素。