戴东鹰，廖君
上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335)
摘要：本文介绍了某集控中心机房新增机电设备荷载的改造加固设计过程，结合国内现行相关规范，提出了对原建筑结构加固设计和承载能力复核的具体解决方法，使其达到改变局部使用功能的目的。
关键词：机房；结构加固；新增荷载
为了对区域新能源电站进行远方集中监视与控制，目前新能源行业普遍租用民用或工业房屋建设区域集控中心[1]。已有建筑的设计活荷载一般小于新增机电设备荷载，为了满足原建筑的结构安全性和集控中心的正常运行，需对原建筑进行结构改造加固。
一、工程概况
某结构为钢筋混凝土框架结构，原建筑高度约为230m，现于第23层新建机房，用于安装蓄电池和机柜设备，该层梁板混凝土强度等级为C40,楼板厚度为150mm。现在机房布置两组蓄电池，每组蓄电池重9.3t，同时在蓄电池下侧布置16面重500kg的机柜、右侧布置4面700kg的机柜，机房设备布置方式如图1。
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二、机房结构加固方案
1组蓄电池重量按照93kN考虑，承担蓄电池重量的钢梁采Q235B材质的20a槽钢，并在20a槽钢间布置Q235B材质的8#槽钢，将整个加固钢梁连接成整体，主要承担蓄电池重量的20a槽钢通过设置的支座搁置在原混凝土结构梁上；蓄电池下侧布置有16面500kg的机柜，其总重量为16×5=80kN。承担机柜重量的钢梁采用Q235B材质的16a槽钢，并在16a槽钢间布置Q235B材质的10#槽钢，将整个加固钢梁连接成整体，主要承担机柜重量的16a槽钢通过设置的支座搁置在原混凝土结构梁上；蓄电池右侧布置有4面700kg的机柜，其总重量为4×7=28kN。承担机柜重量的钢梁采用Q235B材质的16a槽钢，并在16a槽钢间布置Q235B材质的10#槽钢，将整个加固钢梁连接成整体，主要承担机柜重量的16a槽钢通过设置的支座搁置在原混凝土结构梁上。蓄电池和机柜的加固钢梁布置图见图2。
槽钢支座采用现浇混凝土墩植筋的方式生根在原混凝土结构梁上，拆除原有地板装饰，在新旧混凝土结合处进行凿毛处理，槽钢与混凝土支墩中的埋件通过焊接连接，并采用加劲板进行加强，混凝土支墩的做法见图3。
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三、新增槽钢梁加固计算
1.蓄电池槽钢梁加固计算
一组蓄电池分为两个蓄电池组件，其重量分别为85kN和8kN。一组蓄电池由2根20a槽钢承担，蓄电池放置在电池架上，通过集中荷载作用在槽钢梁上。每根槽钢承载的蓄电池载荷为集中荷载：85/4=21.25kN、8/4=2kN，按照《建筑结构荷载规范》[2]的要求对变形计算采用标准组合荷载值，强度验算采用基本组合荷载值。通过SAP2000结构分析软件建立计算模型，将混凝土支座简化为竖向约束，并在钢梁端部施加水平双向弹性约束，结构计算模型如下：
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由新增槽钢梁在蓄电池荷载下的变形图和杆件应力比图可以看出，在蓄电池荷载作用下，杆件最大变形为3.08mm，满足《钢结构设计标准》[3]中l/400的挠度容许值要求；杆件的最大应力比为0.534，小于1.0，杆件承载力及刚度均满足规范要求。
2.机柜槽钢梁加固计算
两排重达8t的机柜由4根10#槽钢承担，单根槽钢长度为7.1m，每根槽钢承载的机柜载荷为：80/（4×7.1）=2.81kN/m（实际取3.0kN/m）；一排重量2.8t的机柜由2根10#槽钢承担，单根槽钢长度为3.5m，每根槽钢承载的机柜载荷为：28/（2×3.5）=4kN/m（实际取4.0kN/m）。通过SAP2000结构分析软件建立计算模型，将混凝土支座简化为竖向约束，并在钢梁端部施加水平双向弹性约束，结构计算模型如下：
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由新增槽钢梁在机柜荷载下的变形图和杆件应力比图可以看出，在机柜荷载作用下，杆件最大变形为3.12mm，小于l/400的挠度容许值；杆件的最大应力比为0.492，小于1.0，杆件承载力及刚度均满足规范要求。
四、原建筑混凝土梁强度校核
新增加的蓄电池重量主要支承在截面尺寸300×700mm的次梁上，此次梁同时承担三根机柜槽钢梁的端部反力，这根次梁受到额外新增7个集中载荷，其值分别为21.83kN、21.83kN、21.83kN、21.83kN、0.49kN、1.45kN、0.7kN，每个载荷距离左端轴线的间距为1.45m、1.95m、3.385m、3.885m、4.650m、6.250m、8.195m，结构其他次梁载荷均按照上述计算结果输入到结构模型中。此根次梁结构稳定性较差，需特别对其进行荷载复核，其余梁所受载荷较小，截面尺寸较大、配筋也较多，相对安全。
采用PKPM工程结构计算软件对原建筑结构梁进行复核，该层楼板厚度为150mm，该自重由PKPM软件自动考虑，房间装修载荷按照1.0kN/m2考虑，活荷载按2.0kN/m2考虑。通过PKPM软件建立包括此次梁的局部模型，计算在新增的载荷作用下结构次梁配筋。
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新增加蓄电池和机柜重量后，次梁底部计算配筋最大11.41cm2，而原结构次梁底部配筋为4根直径20mm的钢筋，其面积为12.56cm2，其纵向配筋满足新增载荷的要求[4]。其它支座配筋也满足新增载荷的要求。
五、结语
本文对某机房改造的加固设计提出整体钢梁和混凝土支座组合传力的解决方案，通过SAP2000建立新增钢梁结构模型对蓄电池和机柜荷载下钢梁的强度、稳定进行计算，满足规范要求。同时提取支座反力，将其作为荷载导入PKPM混凝土梁板结构模型中，复核原有结构梁的配筋，保证原建筑的稳定安全运行，可为相似工程的设计施工提供一定的参考。
参考文献：
[1]洪飞. 通信机房楼板承重评估探讨[J]. 福建建材, 2013, 000(005):27-28.
[2]GB50009-2012, 建筑结构荷载规范[S].
[3]GB50017-2017, 钢结构设计标准[S].
[4]GB50010-2010, 混凝土结构设计规范（2015年版）[S].
作者简介：戴东鹰，男，助理工程师，主要从事土建结构设计方面的工作。