现代化IDC数据机房的结构设计要点及发展趋势

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。