某错层框架机房设计探讨

魏文豪 韩宝权

中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司（450007）

IDC/EDC机房每年需要耗费大量的电能，其中机房环境控制设备是耗电量较大的。对于传统的通信机房，其空调形式常采用上送风，不符合“先冷设备、后冷环境”的原则，会导致空调冷量的较大浪费。相比空调上送风形式，采用下送风形式的空调在节能效果和适应通信设备更新换代的要求方面，具有显著优势。尤其是对于高密度和中密度的通信机房来说，下送风方式是最优的选择。为实现空调下送风，保持机房内与机房外建筑标高一致，需要降低IDC/EDC机房内结构标高800～900mm，IDC/EDC机房面积在整个平面内占比较大，将形成较大面积错层。

通信机房抗震设防类别为重点设防类（乙类），但错层结构抗震性能较差。为在通信机房内合理应用空调下送风，做到安全、经济、适用、合理，这里以中国联通的某数据中心建筑为研究对象，对错层结构的设计作如下探索。

1 错层结构研究现状

1.1 错层结构的定义

《高层建筑混凝土技术规范》虽针对错层结构有专门章节进行阐述,但实际的工程中错层形式很多，情况非常复杂,根据相关资料可按以下原则确定错层结构[1]。

1）楼面错层高度大于相邻高侧梁高时。

2）两侧楼板横向用同一钢筋混凝土梁相连，但楼板间垂直净距大于支撑梁宽的1.5倍时。

3）当两侧横板横向用同一根梁相连，虽然楼板间垂直净距小于支撑梁宽的1.5倍，但纵向梁净距大于梁宽时，此时仍作为错层；当错层面积大于该层总面积的30%时，应视为楼层错层。

1.2 错层结构的特点

1）错层结构的错层处形成长短柱混合的竖向不规则结构，竖向构件因计算高度不同引起刚度突变，对抗震特别不利。

2）错层结构因为错开的楼板相当于楼板开大洞，楼板的整体性会受到削弱，从而造成平面不规则。

3）错层结构的错层处竖向构件受力非常复杂，易形成多处应力集中部位，且目前常规的计算软件很难精准分析。

2 设计过程中需注意的事项及措施

2.1 计算模型应能反应错层的影响

错层结构中，为了保证结构分析的可靠性，相邻错开的楼层不应归并为一个刚性楼层计算。当在PKPM中对错层平面按整体输入，然后通过调整楼面标高的办法形成错层平面布置时，PKPM可区分标高自动形成不同的刚性板号。当在PKPM中对错层平面按统一标高输入时，应将降标高房间（IDC/EDC机房）的楼板通过特殊构件定义菜单设置为弹性膜。

2.2 注重概念设计，重视结构选型

在布置框架柱等抗侧力构件时要尽量减小结构的扭转效应。试验表明，错层框架结构加上扭转效应较仅为错层而平面布置的框架结构破坏更为严重。楼层两侧的结构刚度及结构平面、竖向布置差别要小，尽量设计成错层两侧结构抗侧刚度及变形性能接近的结构，以降低扭转效应，减小错层处框架柱内力。

为降低楼板局部高低错置不连续对结构的不利影响，应在一些楼层设贯通层，即每隔若干错层楼层设置一层不错层楼层。此种方案在中国联通标准化机房中使用。应对贯通层进行特别加强，如增大板厚，提高配筋率，设贯通钢筋，体现贯通层的重要作用。受限于计算软件，错层结构不易得到比较精确的结果，在条件允许的情况下可按错层与非错层分别计算，合理配筋。

2.3 水平力传力途径中水平构件应构造加强

错层结构的楼板被分成数块，相互高低错置，楼板协调结构整体受力的能力受到极大削弱。为改善水平力传力途径，满足传力需要，可考虑设置梁侧加腋；同时错层两侧各一个柱距内楼板应双层双向通长配筋，截面厚度不宜小于130mm。连接错层楼板的框架梁可能产生较大的扭转效应，此框架梁应设置抗扭纵筋，抗扭纵筋直径不宜小于14mm，截面面积不宜小于腹板截面面积的0.15%。

2.4 竖向抗侧力构件应构造加强

错层结构竖向不规则，错层部位的框架柱受力复杂，容易形成长柱、短柱沿竖向交替布置的不规则体系。因此应将抗震设计时的错层处框架柱的抗震等级提高一级，框架柱截面高度不应小于600mm，箍筋应沿柱全段加密配置，体积配箍率不宜小于1.2%，以提高其抗震承载力和延性[2]。

3 小结

由于楼板错层，错层部位受力非常复杂，易形成多处应力集中部位，发生短柱受剪破坏，同时连接错层楼板的框架梁产生较大的扭转效应，对抗震十分不利。针对中国联通某数据中心建筑局部错层框架结构，采取了多种加强措施。首先，错层两侧采用侧向刚度和变形性能相近的结构方案，从而降低整体结构的扭转效应。其次，对连接错层楼板的框架梁采用加腋处理，改善水平力的传力途径。再次对错层部位框架柱、框架梁及楼板在截面及配筋等方面也采取了构造加强措施。

[1]北京市建筑设计研究院.建筑结构专业技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2]建筑物抗震构造详图(多层和高层钢筋混凝土房屋)[S].北京:中国计划出版社,2011.