某錯層框架機房設計探討

魏文豪 韓寶權

中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司（450007）

IDC/EDC機房每年需要耗費大量的電能，其中機房環(huán)境控制設備是耗電量較大的。對于傳統(tǒng)的通信機房，其空調形式常采用上送風，不符合“先冷設備、后冷環(huán)境”的原則，會導致空調冷量的較大浪費。相比空調上送風形式，采用下送風形式的空調在節(jié)能效果和適應通信設備更新?lián)Q代的要求方面，具有顯著優(yōu)勢。尤其是對于高密度和中密度的通信機房來說，下送風方式是最優(yōu)的選擇。為實現(xiàn)空調下送風，保持機房內與機房外建筑標高一致，需要降低IDC/EDC機房內結構標高800～900mm，IDC/EDC機房面積在整個平面內占比較大，將形成較大面積錯層。

通信機房抗震設防類別為重點設防類（乙類），但錯層結構抗震性能較差。為在通信機房內合理應用空調下送風，做到安全、經濟、適用、合理，這里以中國聯(lián)通的某數據中心建筑為研究對象，對錯層結構的設計作如下探索。

1 錯層結構研究現(xiàn)狀

1.1 錯層結構的定義

《高層建筑混凝土技術規(guī)范》雖針對錯層結構有專門章節(jié)進行闡述,但實際的工程中錯層形式很多，情況非常復雜,根據相關資料可按以下原則確定錯層結構[1]。

1）樓面錯層高度大于相鄰高側梁高時。

2）兩側樓板橫向用同一鋼筋混凝土梁相連，但樓板間垂直凈距大于支撐梁寬的1.5倍時。

3）當兩側橫板橫向用同一根梁相連，雖然樓板間垂直凈距小于支撐梁寬的1.5倍，但縱向梁凈距大于梁寬時，此時仍作為錯層；當錯層面積大于該層總面積的30%時，應視為樓層錯層。

1.2 錯層結構的特點

1）錯層結構的錯層處形成長短柱混合的豎向不規(guī)則結構，豎向構件因計算高度不同引起剛度突變，對抗震特別不利。

2）錯層結構因為錯開的樓板相當于樓板開大洞，樓板的整體性會受到削弱，從而造成平面不規(guī)則。

3）錯層結構的錯層處豎向構件受力非常復雜，易形成多處應力集中部位，且目前常規(guī)的計算軟件很難精準分析。

2 設計過程中需注意的事項及措施

2.1 計算模型應能反應錯層的影響

錯層結構中，為了保證結構分析的可靠性，相鄰錯開的樓層不應歸并為一個剛性樓層計算。當在PKPM中對錯層平面按整體輸入，然后通過調整樓面標高的辦法形成錯層平面布置時，PKPM可區(qū)分標高自動形成不同的剛性板號。當在PKPM中對錯層平面按統(tǒng)一標高輸入時，應將降標高房間（IDC/EDC機房）的樓板通過特殊構件定義菜單設置為彈性膜。

2.2 注重概念設計，重視結構選型

在布置框架柱等抗側力構件時要盡量減小結構的扭轉效應。試驗表明，錯層框架結構加上扭轉效應較僅為錯層而平面布置的框架結構破壞更為嚴重。樓層兩側的結構剛度及結構平面、豎向布置差別要小，盡量設計成錯層兩側結構抗側剛度及變形性能接近的結構，以降低扭轉效應，減小錯層處框架柱內力。

為降低樓板局部高低錯置不連續(xù)對結構的不利影響，應在一些樓層設貫通層，即每隔若干錯層樓層設置一層不錯層樓層。此種方案在中國聯(lián)通標準化機房中使用。應對貫通層進行特別加強，如增大板厚，提高配筋率，設貫通鋼筋，體現(xiàn)貫通層的重要作用。受限于計算軟件，錯層結構不易得到比較精確的結果，在條件允許的情況下可按錯層與非錯層分別計算，合理配筋。

2.3 水平力傳力途徑中水平構件應構造加強

錯層結構的樓板被分成數塊，相互高低錯置，樓板協(xié)調結構整體受力的能力受到極大削弱。為改善水平力傳力途徑，滿足傳力需要，可考慮設置梁側加腋；同時錯層兩側各一個柱距內樓板應雙層雙向通長配筋，截面厚度不宜小于130mm。連接錯層樓板的框架梁可能產生較大的扭轉效應，此框架梁應設置抗扭縱筋，抗扭縱筋直徑不宜小于14mm，截面面積不宜小于腹板截面面積的0.15%。

2.4 豎向抗側力構件應構造加強

錯層結構豎向不規(guī)則，錯層部位的框架柱受力復雜，容易形成長柱、短柱沿豎向交替布置的不規(guī)則體系。因此應將抗震設計時的錯層處框架柱的抗震等級提高一級，框架柱截面高度不應小于600mm，箍筋應沿柱全段加密配置，體積配箍率不宜小于1.2%，以提高其抗震承載力和延性[2]。

3 小結

由于樓板錯層，錯層部位受力非常復雜，易形成多處應力集中部位，發(fā)生短柱受剪破壞，同時連接錯層樓板的框架梁產生較大的扭轉效應，對抗震十分不利。針對中國聯(lián)通某數據中心建筑局部錯層框架結構，采取了多種加強措施。首先，錯層兩側采用側向剛度和變形性能相近的結構方案，從而降低整體結構的扭轉效應。其次，對連接錯層樓板的框架梁采用加腋處理，改善水平力的傳力途徑。再次對錯層部位框架柱、框架梁及樓板在截面及配筋等方面也采取了構造加強措施。

[1]北京市建筑設計研究院.建筑結構專業(yè)技術措施[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2]建筑物抗震構造詳圖(多層和高層鋼筋混凝土房屋)[S].北京:中國計劃出版社,2011.