【奥森知识分(fēn)享】UPS電(diàn)源及電(diàn)池承重问题解决方案

当今，UPS電(diàn)源系统被广泛应用(yòng)在数据机房、電(diàn)力设施、医疗设备、工业等场景。同时我们要注意UPS電(diàn)源及配套铅酸蓄電(diàn)池重量密度是比较高的，房间或楼层是否能(néng)够承受重量？困扰着广大UPS電(diàn)源从业人员和電(diàn)力工程商(shāng)。如果安装不当，会损坏楼层建筑结构，带来安全隐患。為(wèi)此，奥森電(diàn)气就為(wèi)大家梳理(lǐ)一下具體(tǐ)安装细节，并参考國(guó)家标准《数据中心设计规范》、《建筑结构荷载规范》和《民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定标准》相关规范，确保安装電(diàn)池架（箱柜）的楼层结构不被破坏，推荐几种安全有(yǒu)效的施工方法：

一、UPS電(diàn)源及電(diàn)池承重验算的情况

1、当房间或者楼板在建筑时是按照实际的使用(yòng)用(yòng)途建造的，可(kě)以不用(yòng)对此房间或者楼板进行承重验算，比如《数据中心设计规范》中对UPS電(diàn)源室和UPS電(diàn)源電(diàn)池室的活荷载要求分(fēn)别為(wèi)：8～10kN/m2和16kN/m2。凡是满足此要求的设备间，房间内的设备可(kě)以自由布置在其中的任何位置而不受限制。

2、大多(duō)数情况都是利用(yòng)现有(yǒu)的办公楼的房间做電(diàn)源室，根据《建筑结构荷载规范》对办公楼的设计要求，办公楼的活荷载要求為(wèi):2kN/m2，相比《数据中心设计规范》对UPS電(diàn)源室和UPS電(diàn)源電(diàn)池室的要求小(xiǎo)了近4～8倍，所以為(wèi)了安全，必须对房间或楼板的承重能(néng)力进行验算。如果不能(néng)满足承重需要，就需要进行优化，比如增加散力架、设备布局进行调整、楼板加固等办法。

二、UPS電(diàn)源及電(diàn)池承重验算方法

1、等效均布荷载法

根据《建筑结构荷载规范》，建筑楼面在生产使用(yòng)或安装检修时，由设备、管道、运输工具及可(kě)能(néng)拆移的隔墙产生的局部荷载，均应按实际情况考虑。可(kě)采用(yòng)等效均布活荷载代替。在实际工作中，可(kě)以根据这个规定，进行简化等效均布荷载法分(fēn)析。

确定楼面等效均布活荷载的方法规定如下：

楼面(板、次梁及主梁)的等效均布活荷载，应在其设计控制部位上，根据需要按内力、变形及裂缝的等值要求来确定。在一般情况下，可(kě)仅按内力的等值来确定。

连续梁、板的等效均布活荷载，可(kě)按单跨简支计算；但计算内力时，仍应按连续考虑。

由于生产、检修、安装工艺以及结构布置的不同，楼面活荷载差别较大时，应划分(fēn)區(qū)域分(fēn)别确定等效均布活荷载。

单向板上局部荷载(包括集中荷载)的等效均布活荷载可(kě)按下列规定计算：等效均布活荷载qe為(wèi)

等效均布活荷载

l——板的跨度 b——板上荷载的有(yǒu)效分(fēn)布宽度 Mmax——简支单向板的绝对最大弯矩，按设备的最不利布置确定。计算Mmax时，设备荷载应乘以动力系数，并扣去设备在该板跨内所占面积上由操作荷载引起的弯矩。 具體(tǐ)参数要求请参考《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录C的要求。

2、可(kě)靠性鉴定

根据《民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定标准》规定：建筑物(wù)改变用(yòng)途或使用(yòng)条件时，应该进行可(kě)靠性鉴定。在计算出原设计楼面活荷载作用(yòng)下的结构构件的弯矩值与机房设备布置情况下的弯矩值后，结合结构重要性系数γ0可(kě)以求出比值R/(γ0S)，根据该比值并进行等级判断即可(kě)确认基站的可(kě)靠性等级。

l可(kě)靠性评级為(wèi)“a”级，表示安装设备后，结构的使用(yòng)荷载仍能(néng)达到原设计的要求，机房不需进行调整设备或加固。

l可(kě)靠性评级為(wèi)“b”级，表示安装设备后，结构的现有(yǒu)使用(yòng)荷载比其原设计荷载要高出一些，可(kě)靠度比原设计的要求略有(yǒu)降低，但不显著影响承载功能(néng)，机房不需进行调整设备或加固;

l可(kě)靠性评级為(wèi)“c”、“d”级，安装设备后，产生的荷载效应较大幅度超过了原设计要求，显著影响承载功能(néng)，存在安全隐患，需要进行整改。经整改后，能(néng)够达到“a”级或“b”级标准的基站，可(kě)按整改后的设备布置图进行设备安装;对于无法通过整改达到“a”级或“b”级标准的，应进行搬迁、扩大等处理(lǐ)。

以下是鉴定标准规范具體(tǐ)要求:

建筑领域中所要求的民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定，可(kě)分(fēn)為(wèi)安全性鉴定和正常使用(yòng)性鉴定两个组成部分(fēn)。

建筑领域中所要求的民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定

图1表示建筑结构构件的基本功能(néng)要求，由此图可(kě)见，可(kě)靠性鉴定中的“安全性鉴定”部分(fēn)，面向的是图中的“安全性”要求；“正常使用(yòng)性鉴定”部分(fēn)则面向图中的“适用(yòng)性”和“耐久性”要求

安全性鉴定

安全性鉴定考察的是结构构件的承载能(néng)力、构造以及不适于继续承载的位移(或变形)和裂缝等四个方面，对于钢结构构件只需要考虑前三个方面。

承载能(néng)力方面是通过计算结构抗力R与结构上作用(yòng)的荷载效应S进行比较，结合结构重要性系数γ0，评定结构的安全等级。构造方面是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，构造有(yǒu)严重缺陷，已导致焊缝或螺栓等发生明显变形、滑移、局部拉脱、剪坏或裂缝等情况。

位移和变形方面是对桁架(屋架、托架)及其他(tā)受弯构件的挠度或施工偏差造成的侧向弯曲以及柱顶的水平位移(或倾斜)等方面进行评定，当其在限值之内时可(kě)以认為(wèi)满足安全要求。裂缝方面是对受力主筋处的弯曲(含一般弯剪)裂缝和轴拉裂缝宽度斜拉裂缝以及集中荷载靠近支座处出现的或深梁中出现的斜压裂缝宽度进行评定，当其在限值之内时可(kě)以认為(wèi)满足安全要求。

民(mín)用(yòng)建筑安全性鉴定评级的各层次分(fēn)级标准，应按《民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定标准》GB50292-2015的表3.3.1的规定采用(yòng)。

当按承载能(néng)力评定混凝土结构构件的安全性等级时，应按该标准表5.2.2的规定分(fēn)别评定每一验算项目的等级，并应取其中最低等级作為(wèi)该构件承载能(néng)力的安全性等级。混凝土结构倾覆、滑移、疲劳的验算，应按國(guó)家现行相关规范进行。

《民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定标准》GB50292-2015的表3.3.1的规定

《民(mín)用(yòng)建筑可(kě)靠性鉴定标准》GB50292-2015的表3.3.1的规定

三、UPS電(diàn)源及電(diàn)池承重验算举例说明

1、等效均布荷载法举例

在工业厂房办公區(qū)的房间里设置UPS電(diàn)源的電(diàn)池室，楼板结构為(wèi)单向板。房间宽為(wèi)3m、長(cháng)為(wèi)6m，放置1组12V/100AH的40块100AH铅酸蓄電(diàn)池，单只電(diàn)池重量為(wèi)28kG，電(diàn)池柜尺寸為(wèi)950×880×1190mm。假设楼板活荷载為(wèi)2kN/m2，楼板厚為(wèi)100mm，问楼板承重是否满足安装要求?

等效均布荷载法举例

l為(wèi)3m；b為(wèi)上荷载的有(yǒu)效分(fēn)布宽度，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录C.0.5确定；经过计算為(wèi)3.08m。Mmax為(wèi)简支单向板的绝对最大弯矩，按设备的最不利布置确定。最不利的布置就是放置在楼板中间，经过计算為(wèi)6.24kN.mqe=8×6.24÷3.08÷32=1.82kN/m2<楼板设计活荷载。

由于電(diàn)池组的等效活荷载小(xiǎo)于楼板设计活荷载，所以電(diàn)池组可(kě)以任意放置。

案例拓展：客户需要两组電(diàn)池放置在该房间，是否可(kě)以满足承重要求？

1）计算：

l為(wèi)3m；b為(wèi)上荷载的有(yǒu)效分(fēn)布宽度，按GB50009-2012附录C.0.5确定;经过计算為(wèi)3.52m。Mmax為(wèi)简支单向板的绝对最大弯矩，按设备的最不利布置确定。最不利的布置就是放置在楼板中间，经过计算為(wèi)12.66kN.mqe=8×12.66÷3.52÷32=3.19kN/m2>楼板设计活荷载。

等效均布荷载法拓展举例

2）结论:由于電(diàn)池组的等效活荷载大于楼板设计活荷载，所以電(diàn)池组不满足承重要求，需要进行优化。

3）优化:增加散力架经过测算，当散力架尺寸為(wèi)2.5×1.5m时，qe=2kN/m2=楼板设计活荷载。增加散力架(2.5×1.5m)后，满足電(diàn)池组的承重要求。

2、可(kě)靠性鉴定举例

在工业厂房办公區(qū)的房间里设置UPS電(diàn)源電(diàn)池室，楼板结构為(wèi)双向板。房间宽為(wèi)5m，長(cháng)為(wèi)6m，放置1组12V/100AH的40块100Ah電(diàn)池，单只電(diàn)池重量為(wèi)28kG，電(diàn)池柜尺寸為(wèi)950×880×1190mm。假设楼板活荷载為(wèi)2kN/m2，楼板厚為(wèi)100mm，问楼板承重是否满足要求?

1）计算

由于双向板的弯矩计算复杂，建议采用(yòng)计算机软件《理(lǐ)正工具箱》帮助计算。采用(yòng)了计算机软件后，不仅对单个设备可(kě)以计算，对于多(duō)个设备也可(kě)以快算计算。经过本人测算，采用(yòng)手算的等效均布荷载和计算机软件的计算结果大體(tǐ)相同，由于UPS電(diàn)源的从业人员不是建筑结构专业人士，不需要一个精确的数值进行参考。所以采用(yòng)软件后难度大大降低。

2）计算过程

计算出原设计楼面活荷载作用(yòng)下的结构构件的弯矩值；

计算電(diàn)池组布置情况下的弯矩值；

根据该比值并进行等级判断即可(kě)确认基站的可(kě)靠性等级。

原设计楼板跨中弯矩，水平弯矩Mxmax為(wèi)7.84，垂直弯矩“Mymax為(wèi)10.37；

放置電(diàn)池组时的楼板跨中弯矩，水平弯矩Mxmax為(wèi)7.05，垂直弯矩”Mymax為(wèi)8.37；

Mxmax/”Mxmax=1.11，安全等级為(wèi)A;Mymax/”Mymax=1.23，安全等级為(wèi)A。

可(kě)靠性鉴定举例

鉴定為(wèi)A级，满足承重要求，電(diàn)池组可(kě)以放置房间里任意位置。按方法一验算评估:计算方法采用(yòng)《建筑结构荷载设计手册》上的双向板楼面特效荷载计算方式，查表法得出水平和垂直方向等效荷载分(fēn)别為(wèi):1.46kN/m2，1.81kN/m2。

3）结论:复验后，和计算机软件结果一致，满足承重要求。

案例拓展:客户需要2组電(diàn)池放置在些房间，是否可(kě)以满足承重要求？

1）计算

原设计楼板跨中弯矩，水平弯矩Mxmax為(wèi)7.84，垂直弯矩Mymax為(wèi)10.37；

l 放置2组電(diàn)池组时的楼板跨中弯矩，水平弯矩”Mxmax為(wèi)8.47，垂直弯矩”Mymax為(wèi)10.91；

Mxmax/”Mxmax=0.92安全等级為(wèi)B，Mymax/”Mymax=0.95安全等级為(wèi)B。

可(kě)靠性鉴定举例2

鉴定為(wèi)B级，楼板结构的现有(yǒu)使用(yòng)荷载比其原设计荷载要高出一些，可(kě)靠度比原设计的要求略有(yǒu)降低，但不显著影响承载功能(néng)，按照规范可(kě)以不需要进行调整设备或加固。按方法一验算评估:计算方法采用(yòng)《建筑结构荷载设计手册》上的双向板楼面特效荷载计算方式，查表法得出水平和垂直方向等效荷载分(fēn)别為(wèi):2.61kN/m2和2.58kN/m2。

2）结论:略大于承重要求，和计算机软件结果一致，可(kě)以进行优化，也可(kě)以不做处理(lǐ)。

四、UPS電(diàn)源及電(diàn)池常用(yòng)承重验算方式分(fēn)析

目前UPS電(diàn)源工程商(shāng)常用(yòng)的两种承重验算方法:

1.房间面积估算法:房间的总面积×活荷载的80%≤设备的总重量；

2.设备重量÷底面积≤活荷载。

用(yòng)上面案例(3×6房间放置電(diàn)池组对比)数据进行分(fēn)析对比。

第一种方法:電(diàn)源间面积為(wèi)3×6=18m2，总荷载為(wèi)18×1.6=28.8kN=2938kG，電(diàn)池总重量為(wèi)2400kG，估算结果是可(kě)以放置到房间里。当采用(yòng)2组電(diàn)池时，如果電(diàn)池放置到楼板中间，楼板承重已经不满足了。所以此种方法没有(yǒu)充分(fēn)考虑设备的布局位置。虽然考虑了安全系数(80%)，但是放置楼板中间后，将会造成永久的损坏。

第二种方法设备重量1200÷0.836=1435kG/m2≈14kN/m2>活荷载2kN/m2，所以设备需要增加散力架面积為(wèi)7m2，上面案例我们已经计算出当采用(yòng)一组電(diàn)池时，房间承重满足要求，可(kě)以任意放置。放置2组電(diàn)池组增加散力架面积為(wèi)3.75m2。采用(yòng)这种方式计算的散力架是实际的约2倍，当放置2组时散力架已接近整个房间面积。所以现场应用(yòng)中，这种方法只适合重量较小(xiǎo)设备。

经过对比发现，在设计和实施应用(yòng)中，采用(yòng)以上两种方法均会出现弊端。而且当设备数量较多(duō)，设备布局复杂时，就无法进行估算。

奥森電(diàn)气从事電(diàn)力设备配套产品设计生产12年，经众多(duō)客户的信息反馈，结合相关的國(guó)家规范及建筑结构设计标准，并参考相关承重验算文(wén)件，总结出两种相比常用(yòng)的UPS電(diàn)源及電(diàn)池承重估算方法较為(wèi)精确的验算方法。分(fēn)享给UPS電(diàn)源从业人士，方便大家在UPS设计和实施过程有(yǒu)所参考。

奥森電(diàn)气愿与每一位客户一起成長(cháng)，提高自身能(néng)力，组建专业工程师团队，运用(yòng)先进的生产及检验检测设备，只為(wèi)用(yòng)户提供高效优质的電(diàn)源電(diàn)力配套产品和专业服務(wù)，是我们奥森人不变的追求。