D-CEA0018.1-2019《电梯设计计算 第1部分-承载构件》

ICS91.140.90

Q78

中国电梯协会标准

D/CEA0018.1—2019

电梯设计计算规范第1部分：承载构件

SpecificationforDesignandCalculationofElevatorsPart1:HoistwayHeador

MachineRoomCalculation

(征求意见稿)

20××-××-××发布20××-××-××实施

中国电梯协会发布

电梯设计计算规范第1部分：承载构件

1范围

本文件规定了电梯承载构件的术语，定义和计算准则。

本文件适用于电力驱动的曳引式或强制式乘客电梯和载货电梯。

本文件仅规定井道内上置或机房内的驱动主机、悬挂装置固定处的承载构件的要求。

在特殊情况下(如：火灾情况、潜在的爆炸环境、极端的气候条件、地震情况等)，除本部分外，应

考虑附加要求。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T7024电梯、自动扶梯、自动人行道术语

GB/T7588电梯制造与安装安全规范（所有部分）

GB/T10058电梯技术条件

GB/T31095地震情况下的电梯要求

GB50017钢结构设计规范

3术语和定义

GB/T7024、GB/T7588界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

工况loadcase

定义临界操作条件和适当的最大载荷。对于每种载荷情况，必须考虑外力的大小，方向和分布。

3.2

载荷系数loadfactor

在电梯运行过程中，附加负载会增加或减少电梯的净负载。附加负载量取决于电梯系统的状况，

其大小根据载荷系数来衡量。载荷系数是一个乘数，它根据重量和静力定义负载。

3.3

安全系数safetyfactor

安全系数是一个因素，旨在说明制造质量和细节、内部结构载荷分布和行为以及可能因每个结构项

目在使用中的实际处理历史而导致的强度未考虑的不确定性。

3.4

刚度stiffness

材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。

3.5

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疲劳fatigue

金属零部件在周期性载荷的作用下，在局部应力最大处，形成裂纹并继续扩展，最终导致零部件失

效的过程。

3.6

强度strength

工程材料抵抗断裂和过度变形的力学性能之一。

4通则

驱动主机，滑轮和绳头组合固定装置应由承重梁、结构地板、结构墙或导轨支撑。

驱动主机，滑轮的支撑和维护应防止任何部件在使用条件下松动或移位。

本文件仅规定井道内上置或机房内的驱动主机、悬挂装置固定处的承载构件的要求。

本文件给出了支反力，梁的刚度和强度计算方法，并结合电梯各种工况给出了评判标准。

4.1载荷和外力

这里所描述的载荷和外力，是特指作用在承载构件上的力。

计算承载构件允许的应力和变形时，应考虑以下作用在承载构件上的力：

a)驱动主机、滑轮、控制器、限速器以及其他设备

b)额定载重量，轿厢空载与由轿厢支承的零部件，如部分随行电缆、补偿绳或链(如果有)等的质

量和，悬挂钢丝绳，对重(包括滑轮)的质量等部件的质量。

4.2工况和载荷系数

应考虑轿厢在井道的不同位置的最不利情况下的以下载荷工况：

a)稳态工况：静止或匀速运行；

b)正常运行和紧急制动（抱闸）：轿厢满载加速或空载减速；

c)弹跳工况：最大扭矩和最大曳引力。

表1计算工况和载荷系数

额定载重%载荷系数

载荷工况具体描述

轿厢侧k1对重侧k2

稳态静止或匀速运行10011

轿厢满载加速阶段100(g+a)/g(g-a)/g

正常运行

轿厢空载减速阶段0(g-a)/g(g+a)/g

轿厢满载加速阶段1251+（0.2~0.5）1-（0.2~0.5）

紧急制动

轿厢空载减速阶段01-（0.2~0.5）1+（0.2~0.5）

考虑最大扭矩10021

弹跳

考虑最大曳引力10022

如有地震要求的电梯，需要考虑地震工况，但对于承载机构而言，强度并不是考察的点，重点在于

防倾覆的设计。

4.3安全系数

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计算遵循“良好的工程实践”的方法和原则，考虑到各种工况发生的概率不同，作用的部件部位不

同，以及即使发生损坏后的后果也不同，给出了推荐的安全系数。

承载构件主体结构用应采用具有明显塑性的钢材或合金材料，因此下表只依据塑性材料来定义安全

系数。

表2安全系数

指标检验项目

工况刚度疲劳强度

稳态1/1000--

正常运行-1.5-

1）

紧急制动--屈服1.15–1.5

弹跳--屈服1.15–1.51）

1）特殊的工况，发生概率很低时，且材料符合性比较好时，可以采用安全系数的下限。推荐值

为1.3。

上述表格定义的安全系数更多的适用于名义应力的判断，对于局部应力（由有限元方法获取），建

议参考相关强度评估规范。

4.4计算

由于设计上的差异，无法给出与现有结构完全一致的结构示例。然而，根据以下的示例可以引导完

成其余结构分析。

4.4.1无机房电梯承载构件受力计算

在无机房配置的情况下，作用在轨道顶部的载荷应根据电梯系统载荷包含轿厢侧和对重侧，以及相

应部件（例如驱动主机、驱动主机支座、轿厢导轨、对重导轨等）的设计来进行计算。

如图1所示，驱动主机支座将负载（轿厢侧的载荷），（对重侧的载荷）和绳头固定点

（对重绳头侧的载荷），以及驱动主机和支座质量和FM分配到导轨上。这些载荷沿垂直方向作用并

在轨道中产生压应力。产生的负载命名为（轿厢导轨）和（对重导轨），如图1所示，分配

系数主要取决于布局位置，忽略导轨刚度。

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图1受力分析简图

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4.4.1.1导轨受力计算

轿厢侧的载荷按公式（1）计算：

…………………（1）

对重侧的载荷和对重头固定点按公式（2）计算：

…………………（2）

轿厢和对重导轨受到的垂直力，根据理论力学空间任意力系的平衡方程，取如图1所示坐标系Oxyz

按公式（3）-公式（5）计算：

…………………（3）

…………………（4）

…………………（5）

式中：

P——空轿厢和由轿厢支承的零部件的质量，如部分随行电缆、补偿绳或链(如果有)等的质量和，kg；

Q——额定载重量，kg；

FM——驱动主机和支座质量和，N；

2

gn——标准重力加速度，取gn=9.81m/s；

k1——根据表1确定的冲击系数；

q——平衡系数，即额定载重量及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量。

4.4.1.2主机支座

该种结构计算应力和变形很难用力学公式求解，建议采用有限元分析方法。

4.4.2有机房电梯承载构件受力计算

4.4.2.1适用结构

机房主机承重结构主要是指主机承重梁，在实际结构中，常用的承重梁的一般布置有如下三种方式：

a）双承重梁布置，每根承重梁单独受力：如图2所示，承重梁1承受由主机侧钢丝绳拉力T1,T2

及对重侧钢丝绳拉力T2产生的压力，承重梁2则只承受由轿厢一侧钢丝绳的拉力T1产生的压力；

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图2双承重梁布置，单独承重

b）双承重梁布置，两根承重梁共同受力：如图3所示，由两根承重梁共同承受由主机侧钢丝绳的

拉力T1和T2产生的压力；

图3双承重梁布置，共同承重

c）三根承重梁：如图4所示，由承重梁1和2共同承受由主机侧钢丝绳的拉力T1和T2产生的压力，

承重梁3则作为副梁，承受一部分或全部承受由轿厢及对重一侧钢丝绳的拉力产生的压力。

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图4三根承重梁布置，两根共同承重

4.4.2.2梁受力计算

本着计算保守，振动和舒适度的影响，以下计算假定支撑端为简支。对于特定的设计，如果两端有

牢固可靠的连接，可考虑固定支撑。

a）单根承重梁受力计算

承重梁两端简化为简支梁结构，可将承重梁简化成如图5简支梁结构，根据主机的具体布置，将各

垂直力折算到单根承重梁上：

图5第i根承重梁受力分析

承重梁i支撑端A和B受的力和力矩采用叠加法计算可得：

——支撑端A：

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…………………（6）

——支撑端B：

…………………（7）

式中：

FiA——第i根承重梁支撑端A的支反力；

FiB——第i根承重梁支撑端B的支反力；

Fij——第i根承重梁上第j个垂直力的作用点；

Lij——第i根承重梁第j个垂直力支撑点到支撑端A的距离；

L——第i根承重梁支撑端A,B之间的距离。

b）对于两根承重梁共同受力的情况，承重梁1和承重梁2共同承受由主机，轿厢，对重产生的多

个垂直力，要单独分析每根承重梁的受力，需先将这些垂直力折算到每根承重梁上，然后再按照公式（6）

和（7）计算出单根承重梁的支反力。

每根承重梁受力分析如图6所示。

图6承重梁共同受力分析

——承重梁1受力：

…………………（8）

——承重梁2受力：

…………………（9）

式中：

8

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F——由主机、轿厢、对重产生的垂直力；

F1——折算到承重梁1的力；

F2——折算到承重梁2的力；

b——承重梁1和承重梁2中线距离；

b1——垂直力F作用点到承重梁1中线距离。

4.4.2.3挠度计算

根据叠加法来计算承重梁i最大挠度。

先分别计算承重梁i在单个作用力Fij（j=1,2,3...n）下的挠度方程，如图7所示：

图7承重梁挠度分析

——第j个作用力引起的挠度按公式（10）和（11）计算：

当0≤x≤Lij(j=1,2,3...n)

…………………（10）

当Lij≤x≤L(j=1,2,3...n)

…………………（11）

——最大挠度计算：

将各作用力作用下的扰度方程进行叠加，公式（12），

…………………（12）

令

…………………（13）

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求出叠加后的挠度方程的最大值

式中：

——距离支撑端Ax处，承重梁i在Fij作用下的挠度；

——承重梁i的最大挠度；

E——承重梁i弹性模量；

I——承重梁截面的惯性矩。

4.4.2.4应力计算

作梁的受力及弯矩图，可求出承重梁i的最大力矩

…………………（14）

式中：

——第i根承重梁最大弯矩；

imax——第i根承重梁最大应力;

Wi——第i根承重梁的抗弯截面系数

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附录A

（资料性）

计算示例

以曳引比2:1,对重后置梯型为例，受力分析如图A.1所示：

图A.1承重梁结构受力分析

示例中的布置，两根承重梁共同承受主机侧T1和T2作用，承重梁2还承受轿厢侧T1和对重侧T2作用，

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主机在承重梁2的T1作用点与轿厢侧绳头装置T1作用点近似当做重合，主机在承重梁2的T2作用点与

对重侧绳头装置T2作用点近似当做重合，因此：

对于承重梁1和承重梁2单独受力分析如图A.2

图A.2承重梁单独受力图

A.1承重梁1

由轿厢侧T1引起的垂直载荷为：

Tbb

Fk11

111b

由对重侧T2引起的垂直载荷为：

Tbb

Fk21

122b

承重梁1在支撑端A和B处的支反力分别为：

2

FijLLijFLLFLL

F11111212

1A

j1LL

2FLFLFL

Fijij11111212

1B

j1LL

A.1.1挠度计算

——当0≤x≤L11

——当L11≤x≤L12

——当L12≤x≤L

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令求出叠加后的挠度方程的最大值

A.1.2应力计算

作梁的受力及弯矩图，可求出承重梁1的最大力矩

A.2承重梁2

由轿厢侧T1和绳头固定端引起的垂直载荷为：

Tb

Fk11kT

211b