現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

郭海峰 中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

近年來，大數(shù)據(jù)已經(jīng)走進(jìn)人們生活，目前，與大數(shù)據(jù)相關(guān)的現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房由于有較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)率，在各地爭相建設(shè)，由于現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房的工藝有一定的特殊性，與普通民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有差異，因此有必要將現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)作重點(diǎn)介紹。

2 現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

民用建筑的設(shè)計(jì)通常以建筑功能作為主導(dǎo)，以建筑為龍頭，各專業(yè)進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，但現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)更類似于工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)，以工藝專業(yè)為龍頭，其他各專業(yè)配合設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)專業(yè)無論是設(shè)計(jì)依據(jù)和荷載取值等，均與普通的民用建筑設(shè)計(jì)有所差異，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)除了要滿足常規(guī)的國家和地方設(shè)計(jì)規(guī)范，還要滿足行業(yè)幾本常用的規(guī)范，如GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》、YD 5054—2010《通信建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》、YD 5003—2014《通信建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、YD 5193—2014《互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，以及各集團(tuán)（電信、移動(dòng)）的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。

GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》將數(shù)據(jù)機(jī)房分為A、B、C三類，并給出不同功能房間對(duì)應(yīng)的荷載取值。YD 5054—2010《通信建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》將不同規(guī)模的數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行了抗震設(shè)防分類，如省級(jí)重點(diǎn)的數(shù)據(jù)機(jī)房為重點(diǎn)設(shè)防類。YD 5003—2014《通信建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)范》給出了數(shù)據(jù)機(jī)房不同功能荷載取值、同時(shí)也給出了活荷載重力荷載代表值組合系數(shù)、荷載組合系數(shù)及荷載準(zhǔn)永久組合系數(shù)。

各集團(tuán)（如電信）的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)給出了集團(tuán)內(nèi)部數(shù)據(jù)機(jī)房的星級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)要求，以及星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與國際認(rèn)證對(duì)應(yīng)關(guān)系，并給出了不同功能房間荷載最小取值。現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)行業(yè)規(guī)范和對(duì)應(yīng)集團(tuán)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)有充分認(rèn)識(shí)才行。

2.2 數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)選型

現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房有其自身的特點(diǎn)：（1）盡可能多的機(jī)架數(shù)量，在一定空間內(nèi)盡可能的多排布機(jī)架數(shù)，機(jī)架數(shù)越多收益越高，因此豎向構(gòu)件截面盡可能小，目前常用的柱網(wǎng)尺寸以8.7m～11m為主；（2）建筑凈高要求高，由于樓蓋走道處下吊各種管線，如暖通專業(yè)制冷機(jī)房的水管、電專業(yè)電纜及消防水管，走道凈高通常較小，需用BIM專業(yè)進(jìn)行將專業(yè)管線合理安排，同時(shí)增加樓層高度，目前常用標(biāo)準(zhǔn)層高為5.1m～5.3m；（3）大屋面的設(shè)備數(shù)量多且重量大，屋面除了放置空調(diào)設(shè)備、風(fēng)機(jī)，屋頂還要放置重量較大的冷卻塔；（4）由于場(chǎng)地限制部分機(jī)房還要考慮將動(dòng)力中心（大型油機(jī)）整合到數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)。

根據(jù)數(shù)據(jù)機(jī)房的工藝特點(diǎn)，且數(shù)據(jù)機(jī)房為重點(diǎn)設(shè)防類建筑，考慮經(jīng)濟(jì)性，通常在設(shè)防烈度6°或7°區(qū)且建筑高度在40m以內(nèi)，在設(shè)防烈度8°區(qū)且建筑高度不超過24m，結(jié)構(gòu)形式盡可能選擇框架結(jié)構(gòu)體系，框架結(jié)構(gòu)可以滿足工藝區(qū)域靈活的劃分要求；當(dāng)設(shè)防烈度6°或7°區(qū)且建筑高度超過40m，8°區(qū)且建筑高度超過24m，通常采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。由于數(shù)據(jù)機(jī)房荷載較大且后期工藝開洞口較多，不宜采用裝配式結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)數(shù)據(jù)機(jī)房采用裝配式結(jié)構(gòu)極少，可事先與裝配式產(chǎn)業(yè)辦進(jìn)行溝通。屋頂?shù)闹亓枯^大的冷卻塔，可將框架柱升上去做成小框架（通常不設(shè)樓板），便于走管線，同時(shí)減少對(duì)大屋面的影響。

2.3 數(shù)據(jù)機(jī)房樓面活荷載取值

現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房的樓面活荷載要滿足工藝要求，由工藝提資，同時(shí)需滿足規(guī)范和集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，三者均需滿足。活荷載重力荷載代表值組合系數(shù)取0.8，荷載組合系數(shù)取0.9，荷載準(zhǔn)永久組合系數(shù)取0.8，具體詳見YD 5003—2014《通信建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求。由于是重點(diǎn)設(shè)防類建筑，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)要取1.1。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)YD 5003—2014《通信建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，建議重要的數(shù)據(jù)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。當(dāng)經(jīng)修正過的持力層承載力在200kPa時(shí)以上時(shí)，多層（4層及4層以下）的數(shù)據(jù)機(jī)房可考慮筏板基礎(chǔ)，當(dāng)柱底力較大時(shí)，可考慮采用樁基。由一層設(shè)備通常較重（通常為變配電室、制冷機(jī)房等），當(dāng)?shù)孛鎸硬蛔鰳巧w時(shí)，需地面承載力有一定要求，不滿足時(shí)需進(jìn)行換填，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮地面設(shè)備重量的影響。

2.5 樓蓋設(shè)計(jì)

軸網(wǎng)尺寸較小時(shí)，可采用次梁單向布置形式。目前，軸網(wǎng)尺寸均較大，考慮建筑凈高的要求，通常采用井式樓蓋形式，同時(shí)，當(dāng)后期設(shè)備不均勻擺放時(shí)，井式樓蓋有較好的均勻受力。當(dāng)油機(jī)在樓層處時(shí)，需采用減隔震措施，減少油機(jī)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

2.6 數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)專業(yè)與其他專業(yè)配合要點(diǎn)

工藝的條件是最重要的，對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)較大的有：（1）大機(jī)電專業(yè)，如油機(jī)擺放位置和進(jìn)排風(fēng)口尺寸、UPS電源專業(yè)蓄電池排布；（2）暖通專業(yè)的制冷機(jī)房降板和管線位置；（3）走道處的綜合吊掛；（4）水專業(yè)的鋼瓶間位置；（6）強(qiáng)電專業(yè)的變配電間、首層配電室降板等，結(jié)構(gòu)專業(yè)需提前這些專業(yè)做好協(xié)調(diào)工作。

3 現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

由于現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房開始向大型化、集成化過渡，尤其以BAT（百度、阿里巴巴和騰訊的簡稱）為首的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心提出了更高要求，結(jié)構(gòu)專業(yè)發(fā)展趨勢(shì)歸納總結(jié)如下。

3.1 數(shù)據(jù)中心高度

2015年以前，IDC數(shù)據(jù)機(jī)房通常以多層為主，建筑高度控制在24m以內(nèi)，目前，由于土地較高以及土建成本占總成本的比重較低（土建成本約為10%左右），數(shù)據(jù)機(jī)房已開始向高層發(fā)展，如蘇州太湖電信三期6#樓的建筑高度為45m，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式。

3.2 樓面活荷載

2000年以前的數(shù)據(jù)機(jī)房一般為小型機(jī)房，機(jī)柜區(qū)域及UPS電池室樓面活荷載通常取6kN/m2，目前，一般的機(jī)柜區(qū)域按主梁/次梁/樓板分別取8.5/10/12kN/m2，UPS電池室（4層雙列擺放）按主梁/次梁/樓板分別取12/13/16kN/m2，UPS電池室（6層雙列擺放）按主梁/次梁/樓板分別取16/18/20kN/m2，有部分業(yè)主考慮IDC數(shù)據(jù)機(jī)房后期出租給BAT公司，設(shè)備擺放方便，要求樓面活荷載均按20kN/m2，不再區(qū)分具體區(qū)域。

3.3 材料強(qiáng)度

為節(jié)約鋼材，梁柱的縱筋開始使用HRB500，以減少梁柱中鋼筋數(shù)量，同時(shí)有利于施工?；炷翉?qiáng)度等級(jí)也較高，高層的底層柱也用到C50～C60，以減少豎向構(gòu)件截面尺寸。

3.4 工藝集成化對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)影響

由于場(chǎng)地的限制，動(dòng)力中心也會(huì)集成到數(shù)據(jù)中心樓中，目前還沒有可靠的油機(jī)振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，需做好數(shù)值模擬和實(shí)際測(cè)量工作。

4 結(jié)論

（1）從設(shè)計(jì)依據(jù)、結(jié)構(gòu)選型、荷載取值、基礎(chǔ)和樓蓋等設(shè)計(jì)角度對(duì)現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)作了介紹，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)有所初步了解。（2）本文通過對(duì)現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)介紹，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)發(fā)展有更好的認(rèn)識(shí)，以便在今后更好的關(guān)注數(shù)據(jù)機(jī)房。（3）現(xiàn)代化IDC數(shù)據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有自身的特點(diǎn)，與民用建筑有著根本的差異。