엘리베이터 - 주행안내 레일 계산
주행안내 레일(가이드레일, Guide rails)은 열차의 레일과 같이 엘리베이터의 카를 양측에서 지지하며 수직방향으로 가이드해 주는 역할을 한다. 카와 균형추의 승강로 평면내의 위치이탈을 방지하고, 카의 자중이나 화물이 반드시 카의 중심에 없기 때문에 기울어짐을 막아내고 비상시 추락방지안전장치(비상정지장치)가 작동한 때의 수직하중을 지탱하기 위해 가이드 레일을 설치하게 된다. 이런 목적에서 T자형의 것이 일반적으로 사용되고 균형추측등 비상시 제동의 필요가 없는 경우에는 포밍타입(forming type)의 레일을 쓰기도 한다.
적용되는 레일의 치수를 결정하는데는 다음 세가지 요소를 체크하여야 한다.
1) 비상정지장치가 작동했을 때에 긴기둥 형태의 레일에 좌굴하중이 걸리기 때문에 좌굴하지 않는 것에 대한 점검
2) 지진발생시 건물의 수평진동에 의해서 카나 균형추가 흔들리게 되어 레일과 가이드 슈 사이에서 수평진동력을 받게 되어 레일의 휨이 한도를 넘거나 레일의 응력이 탄성한계를 넘으면 카나 균형추가 레일에서 벗어나는 것에 대한 점검
3) 불균형한 큰 하중이 적재 되었을때라든지 그 하중을 내리고 올릴때에 카에 큰 회전모멘트가 발생하는데 그때 레일이 지탱해 낼 수 있는지에 대한 점검.
1)번과 3)번은 엘리베이터 안전기준에 계산 방법에 대해서 상세히 설명이 되어 있다. 여기에서는 대략적인 내용을 설명하고 상세 내용은 첨부자료(별표22중 관련부분)로 대신한다.
주행안내 레일에 작용하는 힘은 수평힘과 수직힘으로 나눌 수 있고 수평힘은,1) 카의 질량 및 정격하중, 보상수단, 이동케이블 등 또는 균형추/평형추 하중, 현수지점 및 동적충격계수 고려 2) 반-밀폐식 승강로의 엘리베이터가 건물 외부에 있는 경우, 풍하중 그리고 수직힘은, 1) 주행안내 레일에 고정된 멈춤 쇠 장치 및 추락방지안전장치의 제동력, 2) 주행안내 레일에 고정된 보조부품, 3) 주행안내 레일의 무게, 4) 레일클립의 가해지는 힘 (Fp: 주1참조) 및 기타 동적 충격 계수를 포함한 보조 부품으로 인한 토크가 있다.
하중과 힘을 조합하고 추락방지안전장치가 작동했을 경우 충격계수 k1 및 운행시의 k2 계수를 반영하고 부속서 VIII에 따라 실제응력과 휨을 계산하여 이를 허용응력과 허용휨 이하인지를 확인한다. 주행안내 레일의 허용안전율은 하중조건(정상운행, 적재 및 하역, 안전장치 작동)과 재료의 연신율에 따라 달리 적용하며 8%미만의 연신율을 가진 재료는 취성이 강하여 사용하지 못하도록 하고 있다.
2)번 지진발생시에 대해서는 레일에 가해지는 수평하중을 계산하고 이에 대한 가이드레일의 응력과 휨을 계산해야 한다.
참고1) 저감률 (a) 대한 설명
a) 승객용, 침대용의 저감률 0.25에 관해서, 지진의 주요한 주파수는 대략 1내지 5Hz의 범위이다. 문헌에 의하면 이 주파수 범위에 있어서 인간의 머리, 어깨, 허리의 진동가속도는 평균하여 바닥면의 약 0.2배가 된다. 그리고 인체 각부의 운동에는 위상차가 있어서 바닥면에 전해지는 힘은 (전체중량)x0.2보다는 훨씬 적은 것으로 생각된다. 이상에 의하여 저감율은 0.25로 하면 충분히 안전하다고 생각된다.
b) 화물용의 저감률 0.5에 관해서, 화물과 바닥 사이에서는 보통 미끄럼이 발생하므로 동마찰력에 상당하는 힘이 지진력에 가해진다. 동마찰계수는 통상 0.3정도(물결 무늬철판과 연강사이)이므로 여유를 두어 0.5로 한다.
참고2) 지역계수 Z에 대한 설명
본 계산법은 일본 건축법에서 가져왔다. 일본 전역에 대해 지진의 영향이 가장 큰 지역은 1, 그렇지 않은 지역은 이값을 보다 낮게 지정(0.7)하여 적용한다. 국내에서는 이에 대응한 적정한 자료가 없어 지진을 고려시 초기에는 0.7을 적용하다가 이값을 낮추면서(국내에 지역계수에 해당되는 수치는 0.22(건축물의 구조기준등에 관한 규칙 참조)) 현재는 각제조사별 0.3정도의 값을 적용하고 있다.
참고3) EN81-77(Lifts subject to seismic conditions)에서는 설계 가속도(ad)를 고려하여 승강기를 카테고리(0~3)로 나누고 각각에 적용가능한 설계가속도(m/s^2)를 정하여(예, 카테고리 0: 가속도 1.0미만, 카테고리 3: 가속도 4이상) 적용한다.
※ Px는 승장에서 보았을때 카의 좌우방향을 말한다. 카의 전후방향은 Py로 표기되나 좌우방향보다 하중인 1/2로 부과 (레일 2열이 모두 힘을 받음)됨으로 통상 Px만 계산한다. (별표22 안전기준과는 반대로 되어 있다.ㅠㅠ)
주1) Fp의 해석: Fp (한개의 주행안내 레일에 가해지는 모든 브래킷의 힘(N, 건축물의 정상적인 침하 또는 콘크리트의 수축으로 인한)을 고려하여야 한다. 승강행정이 40m 이하의 경우, 힘 Fp는 공식에서 무시될 수 있다. Fp는 주행안내 레일의 지지방법, 고정장치 및 브래킷의 수, 클립 설계에 따라 달라진다. 짧은 구간을 운행하는 경우 건축물의 침하효과(나무로 만든 경우 제외)는 미미하여, 브래킷의 탄성에 흡수될 수 있다. 이 경우 슬라이딩 클립을 사용하지 않는 것이 일반적이다. 하지만 현장에서는 이에 대한 해석이 분분하다. 한개의 레일이라는 해석(통상 5m 한개)도 있고 한줄의 레일로 해석(전체 승강로에 걸쳐)하는 경우도 있다. 이론상으로는 한줄로 해석하는 것이 맞으나 한개로 해석하는게 현실이다.
※ Fp계산시 nb의 값을 1)한쪽레일에 가해지는 모든 브라켓의 수량으로 하는게 맞는지? 2)한 개의 레일(예를들면 5m짜리)에 부착되어 있는 브라켓의 수량으로 하는게 맞는지? 1)번 한줄의 레일에 하중을 가하는 모든 브라켓의 수량으로 계산하는 것이 맞다. 왜냐하면, Fp의 정의가 “한 개(one guide rail)의 주행안내 레일에 가해지는 모든 브라켓의 힘(N)”으로 규정되어 있기 때문에 Fp를 계산할때는 한줄에 발생하는 모든 하중을 고려해야 한다로 해석해야 맞다. (one guide rail; 하중이 가장 많이 받는 레일을 의미로 해석, 피트에 고정된 레일은 최하단, 매달린 레일은 최상단) 다만, EN81-20에서 사용한 레일에 대한 단어가 혼선을 유발한듯 하여 다음 번 개정본에는 정확히 표현할 필요가 있음. one line of guide rails = a guide rail (?) ; 한 개의 가이드레일이라는 정의가 불분명함. 결국 한줄의 가이드레일로 해석하는 것이 맞을 듯 함.
주2) Mg = "주행안내 레일 1개의 질량, kg"으로 안전기준에는 되어 있으나 EN81-50에서는 주행안내 레일 한줄의 질량, kg으로 되어 있다. 잘못 해석하고 적용하고 있는 부분이다.
2023.2.3.
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