Loading class development for high-rise goods passenger elevators

Abstract

Thesis was done for a Finnish elevator manufacturer KONE and the goal was to have comparison between the elevator loading cases presented in the elevator standards and forces and stresses caused by actual examples of different load handling devices. Based on the results from the comparison, proposals were presented how the loading class definitions could be improved especially considering light load handling devices.

Elevators are commonly categorized for passenger or goods use and the structural design of the elevator is based on the use scenario. However, especially in commercial buildings, like hotels and offices the use of goods passenger elevators designed to carry both passengers and goods are common. It is important to understand the loads and stresses caused by the different scenarios to design compliant and cost-efficient structures. Therefore, the components are analysed against specific load cases which are defined based on the use of the elevator and elevator standard requirements.

Elevator standards identifies mainly the forklift as the load handling device to be used. In practice though, the use of a forklift is often not feasible due to the space restrictions or structure of the building. In commercial buildings loading of elevators is mostly done using lighter load handling devices. Elevator engineering is based on the requirements given in the standards, and the use of load cases which does not correspond to the actual use of an elevator might lead to a suboptimal solution. Either by generating unnecessarily expensive solutions by overestimating the loads or too weak solutions by underestimating the loads. This thesis studied the elevator loading especially from a high-rise elevator point of view and concentrated on lighter load handling devices. Finite Element Method (FEM) was utilized in analysing the elevator behaviour under the loading from different load handling devices and comparing these with elevator standard load cases.

Diplomityö tehtiin suomalaiselle hissiyritys KONEelle. Tavoitteena oli saada vertailua hissistandardeissa esitettyjen lastaus-kuormitustapausten sekä esimerkkinä tutkittujen kuormankäsittelylaitteiden aiheuttamien rasitusten välillä. Vertailusta saatavien tulosten avulla pystyttiin esittämään, kuinka nykyisiä lastausluokkia voitaisiin parantaa etenkin kevyiden kuormankäsittelylaitteiden osalta. Hissit jaetaan yleisesti henkilö- tai tavarakäyttöön ja hissin rakennesuunnittelu tehdään hissistandardeissa esitettyjen vaatimusten mukaan. Monissa rakennuksissa, kuten hotelleissa tai toimistoissa on yleisesti käytössä henkilötavarahissejä, jotka on suunniteltu kuljettamaan niin henkilöitä kuin tavaroitakin. On tärkeää ymmärtää erilaisten käyttötapausten hissille aiheuttamat kuormitukset, jotta pystytään suunnittelemaan kustannustehokkaita ratkaisuja. Tästä syystä hissin komponentteja tarkastellaan määritettyjen kuormitustapausten avulla, jotka perustuvat hissin käyttöön sekä standardien vaatimuksiin.

Hissistandardit tunnistavat yleisesti haarukkatrukin käytettävänä lastauslaitteena. Käytännössä haarukkatrukin käyttö ei monessa tapauksessa ole mahdollista rakennuksen tilan tai rakenteen vuoksi ja näissä tapauksissa monesti käytetään haarukkatrukkia kevyempiä lastauslaitteita. Koska hissisuunnittelu perustuu standardien vaatimuksiin niin kuormitustapausten käyttö mikä ei vastaa hissin todellista käyttöä saattaa johtaa turhan kalliisiin ratkaisuihin, jos kuormitukset yliarvioidaan tai liian heikkoihin ratkaisuihin, jos kuormitukset aliarvioidaan. Tämä diplomityö tarkasteli hissin lastausta keskittyen korkean noston hisseihin sekä kevyisiin kuormankäsittelylaitteisiin. Elementtimenetelmää (FEM) hyödynnettiin analysoitaessa eri kuormankäsittelylaitteiden hissille aiheuttamia rasituksia sekä vertaillessa näitä hissistandardeissa määritettyihin kuormitustilanteisiin.