机房承重加固技术设计方案.docx
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机房承重加固技术设计方案
机房承重加固工程
设
计
案
设计单位：
莱安智能化系统开发有限公司
欢迎来电索取详细案或来电洽谈机房、机房监控、机房建设、楼宇智能化等各类机房设备业务，免费提供设计案，价格实惠
第一章机房承重加固总述
一、机房承重加固重要性
一般办公用楼在建设时楼板承重在300-500kg每平米；机房由于机柜和设备，以及UPS的重量往往比较大，通常标准己的楼板承重在800-1000kg每平米。
普通办公用楼可以在机房所处的楼层经形承重改造，一般有楼板碳纤维涂层、承重梁附加钢板、楼板上架设钢梁等法来增大结构承重，从而满足机房建设的需要。
而一般的机房在装修上还会在楼板上额外架设不锈钢防静电地板和角钢散力架作为分散承重的手段。
二、机房承重加固设计要求
按照〖GB/T2887-2000〗《电子计算机场地通用规》，计算机机房设备用房的楼板荷重应依设备重量而定，一般应大于或等于800Kg/m2。
所以要求机房空调、UPS及电池组等相关设备都要满足机房楼地面承重的要求，根据设备具体情况进行设计。
若需做钢架承重处理，则要求出详细的案图及说明。
配电柜及新风机等设备设计需采用角钢焊接制作安装固定支架。
三、机房承重加固容
机房设备密度较大，对建筑楼板承重有特殊要求，在机房选址和设计时应该核实机房位置的建筑承重。
对于个别机房功能区间需考虑做楼板的承重加固，特别是UPS及电池、精密空调等大型设备，重量较大，应安装设备承重散力支架或加固处理达到功能要求。
机房布局时要重点考虑大型设备的承重，尽量把重型设备放置在机房的承重梁上。
四、机房地面承重加固要求
计算机机房部有多很重的设备在放置时需要对地面进行加固处理。
比如空调、小型机、存储机柜、网络机柜、服务器机柜等。
这些设备需要制作机架底座，底座要求达到所承载设备的承重。
五、一般标准机房的建筑承重
一般办公用楼在建设时楼板承重在300-500kg每平米；机房由于机柜和设备，以及UPS的重量往往比较大，通常标准己的楼板承重在800-1000kg每平米。
普通办公用楼可以在机房所处的楼层经形承重改造，一般有楼板碳纤维涂层、承重梁附加钢板、楼板上架设钢梁等法来增大结构承重，从而满足机房建设的需要。
而一般的机房在装修上还会在楼板上额外架设不锈钢防静电地板和角钢散力架作为分散承重的手段。
六、机房承重加固法
贴碳纤维一般是加固混凝土结构用的，一般是平面加固，抗弯抗压的，并不直接用于机房加固。
机房承重加固一般用钢梁，根据设备位置加。
比如槽钢，角钢，支撑在两端承重结构梁（墙）上，具体要看实际需要承重情况了。
比如在机列位置贴地加两根横向贯通的50*50角钢，或者100*50槽钢，这列位置承重可以达5000~7000N
如果机房在二楼以上，也可以在楼板下加支撑柱子，只要对楼下原来房子的布局影响不大，都可行，最好当然是建筑设计给出的案
一般民用楼房设计都是250－300kg/m2的负荷，如果要符合机房规，可以考虑在机柜下做散列支架，把底面接触面积增大一倍的式来实现，一般都可以这么做，如果机房的设备很多，则需要加承重柱了。
七、机房承重计算公式
第二章机房规划时建筑承重设计规
随着信息技术的高速发展，企业对数据中心的重视程度越来越高，但机房基础建设时也同样面临着一非常重要的问题，那就是机房的承重问题，这种问题的显现，在一线城市（北京、上海、、等）显得尤其突出，莱安机房公司作为行业的专业公司，服务全国客户，经常会碰到用户在机房建设选址上面临这样的问题。
机房设备密度较大，对建筑楼板承重有特殊要求，在机房选址和设计时应该核实机房位置的建筑承重。
对于个别机房功能区间需考虑做楼板的承重加固，特别是UPS及电池、精密空调等大型设备，重量较大，应安装设备承重散力支架或加固处理达到功能要求。
机房布局时要重点考虑大型设备的承重，尽量把重型设备放置在机房的承重梁上。
机房规划时建筑承重可参照以下标准规设计：
项 目
技术要求
备注
A级
B级
C级
抗震设防分类
不应低于乙类
不应低于丙类
不应低于丙类
主机房活荷载标准值
组合值系数Ψ=0.9
8～10KN/m2 组合值系数Ψ=0.9
组合值系数Ψ=0.8
根据机柜的摆放密度确定荷载值
主机房吊挂荷载
1.2KN/m2
UPS室使用荷载标准值
8～10KN/m2
电池室使用荷载标准值
16KN/m2
监控中心活荷载标准值
6KN/m2
钢瓶间使用荷载标准值
8KN/m2
电磁屏蔽室使用荷载标准值
8～10KN/m2
主机房外墙设采光墙
不宜
——
防静电活动地板的高度
不宜小于400mm
作为空调静压箱时
备注：
重力学（牛顿定律）换算的关系，1Kg=9.8N1000N=1KN；因此，1KN=1000÷9.8≈102.04Kg。
第三章机房承重加固标准
一、机房楼面均布活荷载原则计算
机房建筑楼面等铲均布活荷载的标准值，应根据工艺提供的机房设备的重量、底面尺寸、安装排列式以及建筑结构梁板布置等条件，按力等值的原则计算确定。
根据当前有代表性机房设备的重量、排列式及各种梁板布置计算确定的机房建筑楼面等效均布活荷载值列于本规附录A。
工程建设时，结合机房设备密集安装和分散供电等发展趋势，考虑到将来可能发生的变化，应对各类机房楼面均布活荷载值进行协调统一，以提高机房的应变能力。
工程设计时，机房建筑机房楼面均布活荷载的取值，应符合下列原则：
同一楼层，应选取该楼层中占用面积最大的主要机房的楼面均布活荷载值，作为该层楼面活荷载的标准值。
但楼面活荷载大于该标准值的机房，应另行计算。
机房建筑楼面均布活荷载的标准值，可按表6.2.2.2采用。
对于利用旧机房进行改造的工程，机房楼面活荷载可不受表6.2.2.2或附录A表列荷载的限制，设计时，可根据所采用的机房设置的重量、底面尺寸、排列式及原有机房建筑结构的梁板布置和配筋情况进行核算后确定。
二、机房建筑楼面均布活荷载值
表6.2.2.2 机房建筑楼面均布活荷载值
序号
房 间 名 称
标准值（KN/m2）
准永久
值系数
ψq
板
次梁
主梁
1
电力室（有不间断电源的开间），阀控式密闭电池室（48V电池组四层双列摆放GM—3045）
16.0
13.0
10.0
0.8
2
电力室（无不间断电源的开间），蓄电池室（一般电池48V单层双列摆放GFD—3000），数字传输设备室（背靠背排列），地球站机房
13.0
11.0
7.0
3
阀控式密闭电池室（48V电池组四层单列摆放GM—3045），长市话程控机房，测量室（MDF每直列1000线以上），数字传输设备（单列排列），数字微波室
10.0
8.0
7.0
4
高低压配电室，测量室（MDF每直列800线以下）
8.0
6.0
6.0
5
传真机室，模拟微波室，自动转报室，载波电报室，电传报房，纵横制机房，移动通信机房
6.0
6.0
6.0
6
楼梯
3.5
0.4
注：
（1）表列荷载适用于按单向板配筋的现浇板及板跨向与机架排列向（荷载作用面的长边）相垂直的预制板等楼面结构，按双向板配筋的现浇板亦可参照使用；
（2）表列荷载不包括隔墙、吊顶荷载；
（3）由于不间断电源设备较重，设计时也可按照该设备的重量、底面尺寸、排列式等对设备作用处的楼面进行结构处理；
（4）设计墙、柱、基础时，楼面活荷载值可采用本表中主梁的荷载值；
（5）移动通信机房的荷载，没有考虑分散供电时蓄电池进入机房增加的荷重。
三、机房建筑楼面等效均布活荷载
附录A 机房建筑楼面等效均布活荷载
机房建筑楼面等效均布活荷载值，系根据目前已有的有代表性的通信设备的重量、排列式及建筑结构的不同梁板布置，按力（弯矩、剪力）等值的原则计算确定。
表A中的移动通信机房的数值，也适用于无线寻呼机房。
表A 机房建筑楼面等效均布活荷载
序号
房 间 名 称
标准值（KN/m2）
准永久值系数ψq
板
次 梁
主梁
板跨
≥1.9m
板跨
≥2.5m
板跨
≥3.0m
次梁间距
≥1.9m
次梁间距
≥2.5m
次梁间距
≥3.0m
1
电力室
有不间断电源开间
16.00
15.00
13.00
11.00
9.00
8.00
6.00
0.80
无不间断电源开间（单机重量大于10KN时）
13.00
11.00
9.00
8.00
7.00
7.00
6.00
无不间断电源开间（单机重量小于10KN时）
9.00
7.00
6.00
5.00
4.00
4.00
4.00
2
蓄电池室
一般电池（48V电池组单层双列摆放GFD-3000）
13.00
12.00
11.00
11.00
10.00
9.00
7.00
阀控式密闭电池（48V电池组四层单列摆放GM-3045）
10.00
8.00
8.00
8.00
8.00
8.00
7.00
阀控式密闭电池（48V电池组四层双列摆放GM-3045）
16.00
14.00
13.00
13.00
13.00
13.00
10.00
3
高压配电室
7.00
7.00
6.00
5.00
5.00
5.00
4.00
4
低压配电室
8.00
7.00
6.00
6.00
6.00
6.00
4.00
5
载波机室
10.00
8.00
7.00
7.00
7.00
7.00
6.00
续表
序号
房 间 名 称
标准值（KN/m2）
准永久值系数ψq
板
次 梁
主梁
板跨
≥1.9m
板跨
≥2.5m
板跨
≥3.0m
次梁间距
≥1.9m
次梁间距
≥2.5m
次梁间距
≥3.0m
6
数字传输设备室
单面排列
10.00
9.00
8.00
8.00
7.00
7.00
6.00
0.80
背靠背排列
13.00
12.00
10.00
9.00
9.00
9.00
7.00
7
数字微波室
10.00
8.00
7.00
7.00
7.00
7.00
6.00
8
模拟微波机房
4.00
4.00
4.00
4.00
4.00
4.00
4.00
9
自动转报室
4.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
10
载波电报机室
5.00
4.00
4.00
4.00
4.00
4.00
3.00
11
模拟半自动交换台室，人工有绳台室，电传报房
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
3.00
12
程控机房
程控交
换机室
机架高度
2.4m以下
6.00
计算机室，话务员座席室，半自动业务监控室
4.50
13
测量室
303总配线架室
7.00
6.00
5.00
5.00
4.00
4.00
4.00
202总配线架室
5.00
4.50
4.50
4.00
4.00
4.00
4.00
6000回线总配线架室
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
4.00
4000回线总配线架室
7.00
6.00
5.00
5.00
4.00
4.00
4.00
14
地球站机房
GCE室
13.00
13.00
13.00
10.00
10.00
10.00
6.00
HPA室（高功放室）
13.00
12.00
10.00
6.00
6.00
6.00
6.00
15
移动通信机房
有阀控式密闭电池时
10.00
8.00
8.00
8.00
8.00
8.00
6.00
无阀控式密闭电池时
5.00
4.00
4.00
4.00
4.00
4.00
4.00
16
楼 梯
3.50
0.40
注：
（1）表列荷载适用于按单向板配筋的现浇板及板跨向与机架排列向[荷载作用面的长边]相垂直的预制板等楼面结构，按双向板配筋的现浇板亦可参照使用；
（2）表列荷载不包括隔墙、吊顶荷载；
（3）由于不间断电源设备的重量较重，设计时也可按照电源设备的重量、底面尺寸、排列式等对设备作用处的楼面进行结构处理；
（4）搬运单件重量较重的机器时，应验算沿途的楼板结构强度；
（5）设计墙、柱、基础时，表列楼面活荷载可采用与设计主梁相同的荷载。
第三章机房承重加固设计
一、机房承重加固案项目背景
根据现场勘查，结合新设计机房平面图纸及机柜设备摆放，体现出机房设备密度较大，承重要求较高，对建筑楼板承重也有特殊要求，考虑到现在的楼板有效载荷不满足机房要求，建议对机房做承重加固措施
二、机房承重加固案案介绍
1.通过加固补强可以提高结构安全度、减少事故隐患、延长结构使用寿命。
2.在对建筑物进行承重评估鉴定后，应根据建筑物实际情况进行加固案选择和加固设计。
3.加固设计的原则是在保证结构安全的前提下尽可能不损伤原构件并发挥原有构件的能力，尽可能减少附加的荷载，尽可能不影响建筑的使用功能。
4.加固计算原则有下述几点：
（a）原构件与新加部分协同工作，同时达到承载能力的极限状态；
（b）原构件能充分发挥作用，后加部分的承载能力进行折减；
（c）原构件承载能力折减，后加部分充分发挥作用；
（d）按材料的本构关系、构件受力形式和原构件的应力水平，从理论上计算构件加固后的极限承载能力；
（e）当原构件承载能力较小时，不考虑其承载能力；
（f）当原构件承载能力与设计荷载值相差不多时，不考虑后加部分直接受力，仅移虑其辅助作用（如增加刚度，减小长细比、高厚比等）。
三、机房承重加固案图
图1机柜加固设计平面图
从以上设计图可以看出最长距离20号槽钢为5.8米，以最长跨度槽钢作为计算承重重量，计算公式如下：
1、查查20b槽钢的一些基本参数（单位长度重g、截面模量W），查《机械设计手册》g=25.77kg/m=0.2577kg/cm，W=191.4cm³
2、查普通槽钢的容应力b（即限制槽钢材料最大只能承受多大的力，这个是规定的），因为普通槽钢是Q235型号的碳素钢，结构容应力[b]=1400kg/c㎡
3、列出承受弯矩最大计算公式：
M=1/8GL²-1/8gL²，（L=580cm，G：
计算最大均布荷载，g：
同前）
4、因为M/W=b，所以：
W×b=M=1/8L²（G-g）×b：
则：
G-g=191.4×1400×8/580²=6.3724kg/cm
G=6.3724-0.2577=6.1147kg/cm=611.47 kg/m
即在5.8米跨度，上面可以放611.47×5.8=3.546吨
新增设备重量：
计划新增加30台服务器（40KG/台），6台机柜（100KG/台）合计重量为1.8吨。
考虑到一定的冗余，以上设计完全满足承重要求。
第四章机房地板承重荷载能力计算法
一、机房地面产生的荷载估算及处理
1、设备对机房地面产生的荷载估算
设备对机房地面产生的荷载，可根据（GR-63-CORE）提供的法进行估算：
1、机房墙壁
2、边设备
3、待安装设备
图1设备布置计算用图
q＝P/A
A＝（W+c/2+d/2）×（D+e/2+f/2）
式中
q——设备对地面产生的等效均布荷载，单位：
牛顿/平米（N/m2）；
P——设备的重量，单位：
牛顿（N）；
A——设备的作用面积，单位：
平米（m2）；
W——设备的宽度，单位：
米（m）；
D——设备的深度，单位：
米（m）；
c、d、e、f——设备边走道的宽度,单位：
米（m）。
例：
一台设备重量380公斤，机柜外形尺寸：
高×宽×深＝2200mm×600mm×800mm，机柜四均有走道，走道宽度均为800mm，计算该设备边的对地面产生的等效均布荷载。
P=380kg＝380×9.8＝3724N
A=（0.6＋0.8/2＋0.8/2）×（0.8＋0.8/2＋0.8/2）＝2.24m2
设备对地面产生的等效均布荷载q＝P/A＝3724/2.24＝1662.5N/m2＝1.66kN/m2
2、机房承载能力的判断与处理
如果机房的承载可荷载是Q（单位：
牛顿/平米），把计算得到的q与Q进行比较：
1）q<＝Q，设备可以安全安装。
2）q>Q，机房承载能力不够。
机房承载能力不够的解决法：
（1）调整机房布置，增大走道宽度，降低设备对地面产生的等效均布荷载。
（2）与专业的建筑设计单位合作，提出机房加固案，由专业的建筑施工单位施工，对机房进行加固。
二、机房承重详细计算
1、电池组钢梁计算：
钢梁两端置于框架梁上，，电池柜电池每台500Kg，钢梁跨度3m，选用冷弯薄壁型钢2C160X70X20X3.0背对背截面。
钢梁底面离楼板面高度40mm。
A、几数据及计算参数
跨中弯矩调整系数:
1.00
支座弯矩调整系数:
1.00
由永久荷载控制时永久荷载分项系数G1:
1.35
由可变荷载控制时永久荷载分项系数G2:
1.20
可变荷载分项系数Q:
1.40
可变荷载组合值系数c:
0.70
可变荷载准永久值系数q:
0.40
B、荷载数据
活载示意图
C、力及配筋
1．剪力包络图
2．弯矩包络图
D、钢梁计算
|冷弯薄壁型钢纯弯构件设计|
||
|构件：
GL1|
|日期：
2011/02/15|
|时间：
17:
07:
49|
-------------------------------
-----设计信息-----
钢材等级：
235
构件长度（m）：
3.000
构件截面：
冷弯薄壁型钢2C160X70X20X3.0背对背截面
肢背间距（mm）:
0
平面外计算长度：
3.000
强度计算净截面系数：
1.000
是否进行抗震设计：
不进行抗震设计
设计力：
绕X轴弯矩设计值Mx（kN.m）：
10.130
绕Y轴弯矩设计值My（kN.m）：
0.000
剪力设计值V（kN）：
7.500
-----设计依据-----
《冷弯薄壁型钢结构技术规》（GB50018-2002）
-----构件验算-----
1、截面特性计算
△ 全截面特性
A=1.8900e-003;Xc=7.0000e-002;Yc=8.0000e-002;
Ix=7.4728e-006;Iy=2.1432e-006;
ix=6.2880e-002;iy=3.3675e-002;
W1x=9.3420e-005;W2x=9.3420e-005;
W1y=3.0618e-005;W2y=3.0618e-005;
△ 有效截面特性
全截面有效。
2、纯弯构件抗弯强度验算结果
考虑冷弯效应强度设计值（N/mm2）：
222.493
构件强度计算最大应力（N/mm2）:
108.447构件强度验算满足。
3、纯弯构件抗剪强度验算结果
计算点（形心点）以上对中和轴面积矩（m3）:
Sx=5.7744e-005
梁构件计算最大剪应力（N/mm2）:
9.659梁构件抗剪验算满足。
4、纯弯构件整体稳定验算结果
平面外计算长度（m）：
3.000
平面外长细比λy：
89
受弯整体稳定系数φb：
0.977
构件整体稳定计算最大应力（N/mm2）:
111.043构件整体稳定验算满足。
******构件验算满足。
******
2、网络机柜钢梁计算：
钢梁两端置于框架梁上，网络机柜共7台重1500Kg，钢梁跨度3m和4m，选用冷弯薄壁型钢2C160X70X20X3.0背对背截面。
钢梁底面离楼板面高度40mm。
左跨：
A、几数据及计算参数
跨中弯矩调整系数:
1.00
支座弯矩调整系数:
1.00
由永久荷载控制时永久荷载分项系数G1:
1.35
由可变荷载控制时永久荷载分项系数G2:
1.20
可变荷载分项系数Q:
1.40
可变荷载组合值系数c:
0.70
可变荷载准永久值系数q:
0.40
B、荷载数据
活载示意图
C、力及配筋
1．剪力包络图
2．弯矩包络图
D、钢梁计算
--------------------------
|冷弯薄壁型钢纯弯构件设计|
||
|构件：
GL1|
|日期：
2011/02/16|
|时间：
9:
20:
40|
-------------------------------
-----设计信息-----
钢材等级：
235
构件长度（m）：
3.000
构件截面：
冷弯薄壁型钢2C160X70X20X3.0背对背截面
肢背间距（mm）:
0
平面外计算长度：
3.000
强度计算净截面系数：
1.000
是否进行抗震设计：
不进行抗震设计
设计力：
绕X轴弯矩设计值Mx（kN.m）：
5.400
绕Y轴弯矩设计值My（kN.m）：
0.000
剪力设计值V（kN）：
8.2800
-----设计依据-----
《冷弯薄壁型钢结构技术规》（GB50018-2002）
-----构件验算-----
1、截面特性计算
△ 全截面特性
A=1.8900e-003;Xc=7.0000e-002;Yc=8.0000e-002;
Ix=7.4728e-006;Iy=2.1432e-006;
ix=6.2880e-002;iy=3.3675e-002;
W1x=9.3420e-005;W2x=9.3420e-005;
W1y=3.0618e-005;W2y=3.0618e-005;
△ 有效截面特性
全截面有效。
2、纯弯构件抗弯强度验算结果
考虑冷弯效应强度设计值（N/mm2）：
222.493
构件强度计算最大应力（N/mm2）:
74.938构件强度验算满足。
3、纯弯构件抗剪强度验算结果
计算点（形心点）以上对中和轴面积矩（m3）:
Sx=5.7744e-005
梁构件计算最大剪应力（N/mm2）:
8.371梁构件抗剪验算满足。
4、纯弯构件整体稳定验算结果
平
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