现代化IDC数据机房的结构设计要点及发展趋势

2019-12-29 15:43:11郭海峰中通服咨询设计研究院有限公司
门窗 2019年12期
关键词:活荷载设计规范机房

郭海峰 中通服咨询设计研究院有限公司

1 引言

近年来,大数据已经走进人们生活,目前,与大数据相关的现代化IDC数据机房由于有较高的经济回报率,在各地争相建设,由于现代化IDC数据机房的工艺有一定的特殊性,与普通民用建筑结构设计有差异,因此有必要将现代化IDC数据机房结构设计要点和发展趋势作重点介绍。

2 现代化IDC数据机房结构设计要点

民用建筑的设计通常以建筑功能作为主导,以建筑为龙头,各专业进行配合设计,但现代化IDC数据机房设计更类似于工业建筑的设计,以工艺专业为龙头,其他各专业配合设计。结构专业无论是设计依据和荷载取值等,均与普通的民用建筑设计有所差异,主要体现在以下几个方面。

2.1 设计依据

数据机房设计除了要满足常规的国家和地方设计规范,还要满足行业几本常用的规范,如GB 50174—2017《数据中心设计规范》、YD 5054—2010《通信建筑抗震设防分类标准》、YD 5003—2014《通信建筑工程设计规范》、YD 5193—2014《互联网数据中心(IDC)工程设计规范》,以及各集团(电信、移动)的内部标准。

GB 50174—2017《数据中心设计规范》将数据机房分为A、B、C三类,并给出不同功能房间对应的荷载取值。YD 5054—2010《通信建筑抗震设防分类标准》将不同规模的数据机房进行了抗震设防分类,如省级重点的数据机房为重点设防类。YD 5003—2014《通信建筑工程设计规范》给出了数据机房不同功能荷载取值、同时也给出了活荷载重力荷载代表值组合系数、荷载组合系数及荷载准永久组合系数。

各集团(如电信)的内部标准给出了集团内部数据机房的星级评分标准要求,以及星级标准与国际认证对应关系,并给出了不同功能房间荷载最小取值。现代化IDC数据机房结构设计时,需对行业规范和对应集团内部标准有充分认识才行。

2.2 数据机房结构选型

现代化IDC数据机房有其自身的特点:(1)尽可能多的机架数量,在一定空间内尽可能的多排布机架数,机架数越多收益越高,因此竖向构件截面尽可能小,目前常用的柱网尺寸以8.7m~11m为主;(2)建筑净高要求高,由于楼盖走道处下吊各种管线,如暖通专业制冷机房的水管、电专业电缆及消防水管,走道净高通常较小,需用BIM专业进行将专业管线合理安排,同时增加楼层高度,目前常用标准层高为5.1m~5.3m;(3)大屋面的设备数量多且重量大,屋面除了放置空调设备、风机,屋顶还要放置重量较大的冷却塔;(4)由于场地限制部分机房还要考虑将动力中心(大型油机)整合到数据机房内。

根据数据机房的工艺特点,且数据机房为重点设防类建筑,考虑经济性,通常在设防烈度6°或7°区且建筑高度在40m以内,在设防烈度8°区且建筑高度不超过24m,结构形式尽可能选择框架结构体系,框架结构可以满足工艺区域灵活的划分要求;当设防烈度6°或7°区且建筑高度超过40m,8°区且建筑高度超过24m,通常采用框架剪力墙结构。由于数据机房荷载较大且后期工艺开洞口较多,不宜采用装配式结构,目前国内数据机房采用装配式结构极少,可事先与装配式产业办进行沟通。屋顶的重量较大的冷却塔,可将框架柱升上去做成小框架(通常不设楼板),便于走管线,同时减少对大屋面的影响。

2.3 数据机房楼面活荷载取值

现代化IDC数据机房的楼面活荷载要满足工艺要求,由工艺提资,同时需满足规范和集团标准的最低要求,三者均需满足。活荷载重力荷载代表值组合系数取0.8,荷载组合系数取0.9,荷载准永久组合系数取0.8,具体详见YD 5003—2014《通信建筑工程设计规范》相关要求。由于是重点设防类建筑,结构重要性系数要取1.1。

2.4 基础设计

根据YD 5003—2014《通信建筑工程设计规范》要求,建议重要的数据机房基础设计等级为甲级。当经修正过的持力层承载力在200kPa时以上时,多层(4层及4层以下)的数据机房可考虑筏板基础,当柱底力较大时,可考虑采用桩基。由一层设备通常较重(通常为变配电室、制冷机房等),当地面层不做楼盖时,需地面承载力有一定要求,不满足时需进行换填,基础设计时,要考虑地面设备重量的影响。

2.5 楼盖设计

轴网尺寸较小时,可采用次梁单向布置形式。目前,轴网尺寸均较大,考虑建筑净高的要求,通常采用井式楼盖形式,同时,当后期设备不均匀摆放时,井式楼盖有较好的均匀受力。当油机在楼层处时,需采用减隔震措施,减少油机振动对结构的影响。

2.6 数据机房结构专业与其他专业配合要点

工艺的条件是最重要的,对结构专业较大的有:(1)大机电专业,如油机摆放位置和进排风口尺寸、UPS电源专业蓄电池排布;(2)暖通专业的制冷机房降板和管线位置;(3)走道处的综合吊挂;(4)水专业的钢瓶间位置;(6)强电专业的变配电间、首层配电室降板等,结构专业需提前这些专业做好协调工作。

3 现代化IDC数据机房结构发展趋势

由于现代化IDC数据机房开始向大型化、集成化过渡,尤其以BAT(百度、阿里巴巴和腾讯的简称)为首的互联网企业对数据中心提出了更高要求,结构专业发展趋势归纳总结如下。

3.1 数据中心高度

2015年以前,IDC数据机房通常以多层为主,建筑高度控制在24m以内,目前,由于土地较高以及土建成本占总成本的比重较低(土建成本约为10%左右),数据机房已开始向高层发展,如苏州太湖电信三期6#楼的建筑高度为45m,采用框架剪力墙结构形式。

3.2 楼面活荷载

2000年以前的数据机房一般为小型机房,机柜区域及UPS电池室楼面活荷载通常取6kN/m2,目前,一般的机柜区域按主梁/次梁/楼板分别取8.5/10/12kN/m2,UPS电池室(4层双列摆放)按主梁/次梁/楼板分别取12/13/16kN/m2,UPS电池室(6层双列摆放)按主梁/次梁/楼板分别取16/18/20kN/m2,有部分业主考虑IDC数据机房后期出租给BAT公司,设备摆放方便,要求楼面活荷载均按20kN/m2,不再区分具体区域。

3.3 材料强度

为节约钢材,梁柱的纵筋开始使用HRB500,以减少梁柱中钢筋数量,同时有利于施工。混凝土强度等级也较高,高层的底层柱也用到C50~C60,以减少竖向构件截面尺寸。

3.4 工艺集成化对结构专业影响

由于场地的限制,动力中心也会集成到数据中心楼中,目前还没有可靠的油机振动测试数据,需做好数值模拟和实际测量工作。

4 结论

(1)从设计依据、结构选型、荷载取值、基础和楼盖等设计角度对现代化IDC数据机房结构设计要点作了介绍,结构设计人员对现代化IDC数据机房结构设计关注点有所初步了解。(2)本文通过对现代化IDC数据机房结构发展趋势介绍,结构设计人员对现代化IDC数据机房结构发展有更好的认识,以便在今后更好的关注数据机房。(3)现代化IDC数据机房结构设计有自身的特点,与民用建筑有着根本的差异。

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