上海UPS不间断电源系统为关键设备提供高质量、不间断的供电设备,应用场景**,如比如数据中心、医疗设备、工业设备等重要场合。UPS的员工都是电力相关的专业,不了解建筑结构和相关的力学知识。因此,在UPS系统的设计和实施过程中,由于UPS系统的UPS主机或电池组较重,安装UPS系统的房间或楼层的承重能力是否满足承重需求?UPS员工一直困扰,因为没有相关的参考量来评估承载能力。在了解国家规范《建筑结构荷载规范》和《民用建筑可靠性鉴定标准》的基础上,结合相关设计文件,推荐UPS系统设计和实施中地板承载力是否满足承载要求的两种检查方法。
1承重计算。
首先,我们需要知道在什么情况下不需要检查?什么情况下需要检查负载?
我们的房间或楼层在施工时,是根据实际使用情况来建造的,所以我们不需要检查这个房间或楼层的负荷。比如《数据中心设计规范》 UPS室和电池室的活载要求分别为8 ~ 10kN/m2和16kN/m2。在任何满足这一要求的设备间,室内的设备可以不受限制地自由布置在任何位置。
在实际应用中,现有办公楼的房间大多数情况下都是作为供电用房。根据《建筑结构荷载规范》对办公楼的设计要求,办公楼的活载要求为:2kN/m2,比《数据中心设计规范》对UPS室和电池室的要求小近4 ~ 8倍。因此,为了安全,必须检查房间或地板的承载能力。如果不能满足承重需求,则需要进行优化,如在比如,增设传力器,调整设备布局,加强楼板。
2承重检查方法。
(1)方法1。
根据《建筑结构荷载规范》,应根据实际情况考虑生产、使用或安装维护建筑楼板时,设备、管道、运输工具以及可能拆除的隔墙所产生的局部荷载。可以用等效均布活荷载代替。在实际工作中,简化的等效均布活荷载法可按此规定进行分析。
楼板等效均布活荷载的确定方法规定如下:
(1)楼板(板、次梁、主梁)的等效均布活荷载应根据设计控制部分内力、变形、裂缝的等效要求确定。正常情况下,只能由内力的当量来确定;
(2)连续梁、板的等效均布活荷载可用简支单跨计算。但是在计算内力时,还是要连续考虑。
(3)由于生产、维修、安装工艺和结构布置的差异,当楼面活荷载差异较大时,应通过划分区域确定等效均布活荷载;单向板局部荷载(包括集中荷载)的等效均布活荷载可按以下规定计算:
等效活载qe为:
(1)
:l——型板跨度;
B——板荷载有效分布宽度;
Mmax——简支单向板的****弯矩应根据设备*不利布置确定。计算Mmax时,应将设备荷载乘以动力系数,并扣除运行荷载对板跨内设备所占面积产生的弯矩。
具体参数要求见《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012附录c。
(2)方法2。
根据《民用建筑可靠性鉴定标准》和:当建筑物改变用途或使用条件时,应进行可靠性鉴定。
计算结构构件在原设计楼层活载下的弯矩值和机房设备布置下的弯矩值后,结合结构重要系数 0可计算比值r/(0s),根据比值判断等级可确定基站的可靠性等级。
可靠性等级为“A”,即设备安装后,结构的使用荷载仍能满足原设计要求,设备间无需调整或加固;
可靠度等级为“B”,即设备安装后,结构现有使用荷载高于其原设计荷载,可靠度略低于原设计要求,但对承载功能无明显影响,设备间无需调整或加固;
可靠性评级为“C”和“D”。设备安装后,荷载效应**超过原设计要求,**影响承载功能,存在安全隐患,需整改。整改后,能够达到“A”或“B”标准的基站可以按照整改后的设备布局进行安装;对整改达不到“A”或“B”标准的,要搬迁扩建。
以下是鉴定标准规范:的具体要求。
建筑领域要求的民用建筑可靠性评估可分为两部分:安全性评估和正常使用性评估。
图1显示了建筑结构组件的基本功能要求。从该图可以看出,可靠性鉴定的“安全鉴定”部分是面向图中的“安全”要求;“正常可用性评估”部分面对图中“适用性”和“耐久性”的要求。
安全鉴定。
安全评估检查结构构件的四个方面,如承载力、结构以及不适合继续承载的位移(或变形)和裂缝。对于钢结构构件,只需要考虑**个方面。
在承载力方面,通过计算结构的抗力系数R并与作用在结构上的荷载效应S进行比较,结合结构重要系数0,对结构的安全等级进行评估。结构方面,根据连接节点和受力预埋件的完好程度和工作状态进行评定,应排除连接方式不当和结构存在严重缺陷导致焊缝或螺栓出现明显变形、滑移、局部拉脱、剪切或裂纹的情况。而位移是评价桁架(屋架和支架)等受弯构件的挠度或施工偏差以及柱顶水平位移(或倾斜度)等引起的侧向弯曲。当在限值内时,可认为满足安全要求。在裂缝方面,评估了主筋处的弯曲(包括一般弯曲和剪切)裂缝和轴向拉伸裂缝的宽度,以及集中荷载下支座附近或深梁中的对角压缩裂缝的宽度。当它们在极限内时,可以认为它们满足安全要求。
评价和评级标准。
民用建筑安全鉴定等级的分级标准按GB 50292-2015 《民用建筑可靠性鉴定标准》表3.3.1执行。
根据承载力评定混凝土结构构件的安全等级时,各验算项目的等级应按标准表5.2.2的规定评定,**等级作为构件承载力的安全等级。混凝土倾覆、滑移和疲劳的验算应按现行国家相关规范进行。
3承重计算实例。
(1)方法1。
案例:如图2所示,UPS的电池室设置在工业厂房的办公区,地板结构为单向板。房间宽3m,长6m,内放置一组山特城堡C12V系列C12-100的40节100Ah电池,每节电池重28kG,电池柜采用山特SBC系列SBC-40100,电池柜尺寸为950 880 1190mm,假设地板活载为2kN/m2,地板厚度为100mm,询问地板荷载是否满足安装要求。
计算过程见公式(1)。
其中,l为3m.b,为上部荷载的有效分布宽度,按《建筑结构荷载规范》gb5009-2012附录C.0.5确定;经计算,3.08m.Mmax为简支单向板的****弯矩,按设备*不利布置确定。*不利布置在楼板中间,按6.24 kn计算。MQE=8, 6.243.0832=1.82 kn/m2,小于楼面设计活荷载。
结论电池组等效活载小于地板设计活载,可随意放置。
案例扩展:客户需要两套电池放在这个房间,能满足承重要求吗?参见图3。其中,l为3m.b,为上部荷载的有效分布宽度,按GB50009-2012附录C.0.5确定;按3.52m计算,Mmax为简支单向板的****弯矩,按设备*不利布置确定。*不利布置在楼层中间,计算为12.66 kn。MQE=8, 12.663.5232=3.19 kn/m2,大于楼面设计活荷载。结论:电池组等效活载大于楼板设计活载,电池组不满足承载要求,需要优化。
经计算,当散流器尺寸为2.51.5m时,qe=2kN/m2=楼板设计活载。
结论:增加一个散热架(2.51.5m)后,可以满足电池组的承载要求。如图4所示。
(2)方法2。
(1)案例:某工业厂房办公区设置UPS的一个电池室,楼层结构为双向板。房间宽5米,长6米。它装有一组40节山特城堡C12V系列C12-100的100Ah电池,每节重28公斤。电池柜采用山特, SBC系列SBC-40100,电池柜尺寸为9508801190mm。假设楼板活荷载为2kN/m2,楼板厚度为100mm,询问楼板承载力是否满足要求。
计算说明:由于双向板弯矩计算复杂,建议使用计算机软件《理正工具箱》辅助计算。采用计算机软件,不仅可以计算单个设备,还可以计算多个设备。根据我的计算,手工计算的等效均布活荷载的计算结果与计算机软件的计算结果大致相同。由于UPS的员工不是建筑结构方面的专业人员,所以不需要一个准确的数值作为参考。因此,采用该软件后,难度**降低。
计算过程。
计算结构构件在原设计楼板活载下的弯矩值;
计算电池组布置时的弯矩;
根据比值和等级判断,可以确定基站的可靠性等级。如图5所示。
原设计楼板的跨中弯矩,水平弯矩Mxmax为7.84,垂直弯矩Mymax为10.37;
电池组放置时地板的跨中弯矩,水平弯矩Mxmax为7.05,垂直弯矩Mymax为8.37;
Mxmax/"mxmax=1.11,安全等级为a;my max/“my max=1.23,安全等级为a。
结论:评定为甲级,满足承载要求。电池组可以放在房间的任何地方。根据方法一,的计算方法采用《建筑结构荷载设计手册》上双向板楼板特殊效应荷载的计算方法,水平和垂直方向的等效荷载分别为:1.46kn/m2和1.81kn/m2。
结论经复检,结果与计算机软件结果一致,满足承载要求。
Case Extension :客户部分房间需要放置两套电池。它们能满足承载要求吗?
计算过程如下(图6)。
原设计楼板跨度内的弯矩,水平弯矩Mxmax为7.84,垂直弯矩Mymax为10.37;两组电池组放置时地板跨中弯矩,水平弯矩“Mxmax”为8.47,垂直弯矩“Mymax”为10.91;
Mxmax/"mxmax=0.92安全等级为b,mymax/"mymax=0.95安全等级为b。
结论:鉴定为B类,该楼盖结构现有使用荷载高于其原设计荷载,可靠度略低于原设计要求,但对承载功能影响不大,无需按规范调整设备或加固。
根据方法一,的计算方法采用《建筑结构荷载设计手册》上双向板楼板特殊效应荷载的计算方法,水平和垂直方向的等效荷载分别为:2.61kN/m2和2.58kN/m2。
结论:略大于承载要求,与计算机软件结果一致。可以优化,也可以不处理。
4常见承载验算方法分析。
目前UPS员工常用的承重检查方法有两种。
(1)房间面积估算方法:房间总面积: 活载的80%设备总重量;
(2)设备重量底部面积活载。
利用上述案例的数据(放置在36房间的电池组对比)进行分析比较。
第一种方法,供电间面积为36=18m2,总负荷为181.6=28.8kN=2938kG,电池总重量为2400kG。估计结果是可以放在房间里。使用两套电池时,如果电池放在地板中间,地板的承重能力不够。因此,这种方法没有充分考虑设备的布局位置。虽然考虑了安全系数(80%),但放在地板中间会造成**性损伤。
第二种方法,设备重量为12000.836=1435kg/m214kn/m2,大于2kN/m2的活载,因此设备需要将力分散架的面积增加到7m2。在上述情况下,我们计算过,当使用一组电池时,房间负荷符合要求,可以随意放置。放置两组电池组,使散热架面积增加3.75m2,用这种方法计算出的力耗散架大约是实际的两倍大。两组放置时,力耗散框架接近整个房间面积。因此,在现场应用中,这种方法只适用于重量较小的设备。
通过比较发现,上述两种方法在设计和实现上都存在不足。而且当设备数量多,设备布局复杂时,是无法估计的。
5结束语
上海UPS不间断电源从事从业十余年,在UPS系统的设计、安装和实施方面有着丰富的实践经验。在设计安装过程中,采用了大家常用的两种方法。虽然我心里经常打鼓,但没有发现地板有任何塌陷。在了解了结构力学的知识后,我发现地板的损坏并不是坍塌的标准。当楼板超重时,墙体和承重梁会出现裂缝,整个建筑的寿命会降低。如果建筑的设计寿命是50年,那么超重后就会损坏。建筑物的寿命会被破坏。在研究了相关国家规范和建筑结构设计手册后,参考相关的承载力验算文件,总结出两种比常用估算方法更为准确的验算方法。与UPS行业从业者分享,便于在UPS设计和实施过程中参考。如果你对这种计算方法有异议,欢迎大家一起讨论,如果您有更好的计算方法也可以共同分享。