某錯層框架機房設計探討

魏文豪 韓寶權(quán)

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(diào)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(diào)冷量的較大浪費。相比空調(diào)上送風形式，采用下送風形式的空調(diào)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(diào)下送風，保持機房內(nèi)與機房外建筑標高一致，需要降低IDC/EDC機房內(nèi)結(jié)構(gòu)標高800～900mm，IDC/EDC機房面積在整個平面內(nèi)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(jié)構(gòu)抗震性能較差。為在通信機房內(nèi)合理應用空調(diào)下送風，做到安全、經(jīng)濟、適用、合理，這里以中國聯(lián)通的某數(shù)據(jù)中心建筑為研究對象，對錯層結(jié)構(gòu)的設計作如下探索。

1 錯層結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

1.1 錯層結(jié)構(gòu)的定義

《高層建筑混凝土技術規(guī)范》雖針對錯層結(jié)構(gòu)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(jù)相關資料可按以下原則確定錯層結(jié)構(gòu)[1]。

1）樓面錯層高度大于相鄰高側(cè)梁高時。

2）兩側(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)的特點

1）錯層結(jié)構(gòu)的錯層處形成長短柱混合的豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的錯層處豎向構(gòu)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(jié)構(gòu)中，為了保證結(jié)構(gòu)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(diào)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(gòu)件定義菜單設置為彈性膜。

2.2 注重概念設計，重視結(jié)構(gòu)選型

在布置框架柱等抗側(cè)力構(gòu)件時要盡量減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應。試驗表明，錯層框架結(jié)構(gòu)加上扭轉(zhuǎn)效應較僅為錯層而平面布置的框架結(jié)構(gòu)破壞更為嚴重。樓層兩側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度及結(jié)構(gòu)平面、豎向布置差別要小，盡量設計成錯層兩側(cè)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及變形性能接近的結(jié)構(gòu)，以降低扭轉(zhuǎn)效應，減小錯層處框架柱內(nèi)力。

為降低樓板局部高低錯置不連續(xù)對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)不易得到比較精確的結(jié)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(gòu)件應構(gòu)造加強

錯層結(jié)構(gòu)的樓板被分成數(shù)塊，相互高低錯置，樓板協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)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(cè)加腋；同時錯層兩側(cè)各一個柱距內(nèi)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(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)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(cè)力構(gòu)件應構(gòu)造加強

錯層結(jié)構(gòu)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(jié)

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(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應，對抗震十分不利。針對中國聯(lián)通某數(shù)據(jù)中心建筑局部錯層框架結(jié)構(gòu)，采取了多種加強措施。首先，錯層兩側(cè)采用側(cè)向剛度和變形性能相近的結(jié)構(gòu)方案，從而降低整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)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(gòu)造加強措施。

[1]北京市建筑設計研究院.建筑結(jié)構(gòu)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(gòu)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.