通信机房楼中走线桥架的承载方案分析研究
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【摘要】针对通信机房楼竖井走线梯和水平槽道承载能力严重不足、缺少统一的建设标准等问题，从新建机房楼关于水平走线架和竖井走线梯结构设计的荷载取值、构造措施、设计思路方面进行了详细分析，在确保新建机房楼的结构设计更加安全、准确和经济的同时，保证水平走线架、竖井走线梯的承载能力能够满足网络发展的需求，促进移动事业的健康发展。
【关键词】新建机房 承载安全 水平走线架 竖井走线梯 荷载取值
中图分类号：TU392.5 文献标识码：B 文章编号：1006-1010（2013）-14-
1 前言
随着移动通信事业的蓬勃发展和移动通信设施的不断更新、扩容，通信机房的线缆也在不断增加，通信机房竖井走线梯和水平槽道的承载能力严重不足，将直接影响网络发展的需求。同时，现有机房的水平槽道、竖井走线梯缺少统一的建设标准，在安装和施工上有很大的随意性，并且在设计、制作和安装等环节中对机房的水平槽道和竖井走线梯的冗余空间考虑不足，在工程的管理上也存在着麻痹大意的思想，致使机房内水平槽道和竖井走线梯存在着不同程度的安全质量缺陷。
线缆的承载安全事关重大，一旦机房竖井走线梯和水平槽道发生损毁、坍塌等事故，会给社会生产、生活带来了极大的阻碍和不便，其对网络运行的破坏更是巨大的。为了使通信设备运行及网络安全得到保障，必须采取合理、可靠的措施保证竖井走线梯和机房水平槽道的承载能力，确保其安全和稳定。因此，对新建局址机房的竖井走线梯和水平槽道设计形成统一的标准势在必行。
2 新建机房楼关于水平走线架、竖井走线梯的荷载取值分析
目前在做新建机房楼结构设计确定楼面活荷载时采用的规范分别是《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）和通信行业标准《电信专用房屋设计规范》YD/T5003-2005这两部规范。其中，关于机房楼面活荷载标准值的规定中明确是不包括设备吊挂荷载的，也就是说如果结构设计者在设计时没有把走线架的吊挂荷载考虑进去是不安全的，但是如何考虑还没有一个统一的标准。
通常的情况是土建大楼的设计在先，其它相关专业的配套工程在后，这样不同专业对设备走线槽道的布设就具有不确定性，也给结构设计者到底如何考虑设备的吊挂荷载带来了困难，经常是不同的设计人员依据各自的理解，从1～5kN/m2不等。
根据上述分析，提出建议如下：
（1）在土建大楼设计时，其它相关专业的配套设计同步跟上，即使相关的配套工程建设单位还没有立项，但只有提供实际的荷载要求，才能保证新建机房楼的结构设计更加安全、准确和经济。
（2）此荷载在荷载计算时一定不要忽略。由于办公的楼面活荷载标准值为2kN/m2、上人屋面的楼面活荷载标准值为2kN/m2，如果将来设备吊挂荷载达到5kN/m2时，可能造成实际的使用荷载就达到设计的两三倍，这不但限制了未来的发展需求，还为结构承重留下了严重的安全隐患。
（3）此荷载对不同的专业机房是有区别的，根据相关工程的设计经验，笔者认为水平走线架所增加的荷载折算成楼板面荷载取值在2.5～4.5kN/m2为宜。若取值太小则限制了机房楼将来上设备的发展需求；取值过大也不经济。
（4）竖井走线梯荷载原则上也是应该以不同专业实际的荷载要求为依据，根据相关工程的设计经验，垂直走线梯宽度一般为500～800mm，分单侧绑扎和双侧绑扎，允许荷载一般为400～600kg/m。竖井走线梯所增加的荷载，根据竖井周边的结构布置方案增加相关的梁、墙荷载。
3 新建机房楼关于水平走线架、竖井走线梯设计的结构构造措施
（1）结构梁格、楼板布置
为了便于水平走线架的安装，在新建机房的结构设计中可以考虑采用较密梁格的结构布置方案，如一个标准柱距内布放两道梁，这样可以为将来走线槽道的安装提供方便，使梁尽可能地成为水平走线槽道吊挂件的承重构件。
（2）竖井
为了便于竖井中垂直走线梯的安装，在新建机房的结构设计中可以考虑在竖井周边的墙体中预留垂直走线梯的承重点，如在墙体中增设水平圈梁及构造柱等。
4 水平走线架的结构设计思路
4.1 槽道次梁
（1）计算要点
槽道次梁直接承受水平走线的均部荷载，按照均部荷载作用下的受弯构件进行强度、整体稳定验算，抗剪计算此处省略。
（2）标准化设计
以800mm宽、单位长度的承重要求q=400kg/m的水平槽道为例来进行槽道次梁的设计。槽道采用U棒结构，厚度为3mm冷轧钢板轧制，U棒的截面尺寸为35*35*35mm，间距为250mm，其Wx=2313mm3。则：
水平槽道单位长度的线荷载q=400kg/m=4kN/m（次梁自重可忽略不计）；
槽道次梁所受到的单位长度的线荷载q=4×0.25/0.8=1.25kN/m；
槽道次梁所受到的跨中弯矩设计值Mx=0.12kN*m。
根据抗弯强度计算公式：
其中，Mx为绕x轴的弯矩；Wnx为对x轴的净截面模量；γs为截面塑性发展系数，对槽形截面，γs=1.05；f为钢材的抗弯强度设计值，对于Q235钢，f=215N/mm2。代入公式（1）可得：
因此，槽道次梁的抗弯强度计算满足要求。
根据整体稳定计算公式：
其中，Mx为绕x轴的弯矩；Wx为对x轴的毛截面模量；φb为绕x轴弯曲所确定的梁整体稳定系数，φb=0.95；f为钢材的抗弯强度设计值，对于Q235钢，f=215N/mm2。代入公式（2）可得：
因此，槽道次梁的整体稳定计算满足要求。
4.2 槽道主梁
（1）计算要点
槽道主梁承受槽道次梁传来的集中荷载，按照集中力作用下的受弯构件进行强度、整体稳定验算。
（2）标准化设计
以800mm宽、每层单位长度的承重q=400kg/m的水平槽道为例来进行槽道主梁的设计。槽道采用U棒结构，厚度为4mm冷轧钢板轧制，U棒的截面尺寸为40*40*40mm，吊挂间距为1000mm，其Wx=4314mm3。则：
槽道主梁在每1000mm吊挂范围内共受3个槽道次梁传来的集中力P作用，P=1.25×0.8/2=0.50kN/m；
槽道主梁所受到的跨中弯矩设计值Mx=1.2×0.5×（0.25×0.75×2+0.5×0.5）=0.38kN*m。
代入公式（1）可得：
因此，槽道主梁的抗弯强度计算满足要求。
因此，槽道主梁的整体稳定计算满足要求。
4.3 吊杆
（1）计算要点
槽道吊挂采用为￠16mm镀锌圆钢，吊挂间距为1000mm，承受1000mm范围内槽道主梁（具体层数根据排列形式确定）传来的荷载，为轴心受力构件，需要进行轴心受力下的强度验算。
（2）标准化设计
以800mm宽、每层单位长度的承重要求为q=400kg/m、排列形式为三层的水平槽道为例来进行槽道吊挂的设计，设计过程如下：
吊挂所受到的轴心拉力设计值为：N=1.2×0.5×3×3=5.4kN
根据强度计算公式：
其中，N为吊挂受到的轴心拉力；An为吊挂的截面面积，￠16mm圆钢的截面面积An=200.96mm2；f为钢材的抗弯强度设计值，对于Q235钢，f=215N/mm2。代入公式（3）可得：
σ=5.4×103/200.96≈30N/mm2
因此，吊挂的强度计算满足要求。
4.4 加固吊点
（1）计算要点
考虑加固吊点受力的重要性，需要有一定的结构安全储备，吊挂与顶梁（或板）的加固吊点为2点，采用Φ12的膨胀螺栓，需要进行螺栓的抗拉强度验算及楼板混凝土的冲切计算。
（2）标准化设计
1）螺栓的抗拉强度验算
1个加固吊点的膨胀螺栓受到的拉力为：N=5.4/2=2.7kN。经查表，1个Φ12的膨胀螺栓的抗拉强度为10.6kN，能够满足受到的拉力要求。
2）楼板混凝土的冲切计算
根据楼板受冲切承载力计算公式：
其中：
?h为截面高度影响系数，当梁或板厚度不大于800mm时，取值为1.0；
ft为混凝土抗拉强度设计值，C30混凝土取值为1.43N/mm2；
um为计算截面的周长，取距离局部荷载周边h0/2处板垂直截面的最不利周长，按楼板厚度为120mm考虑，则um=4×h0=4×105=420mm。
h0为截面有效高度，按楼板厚度为120mm考虑，取值为105mm；
η为按照以下两个公式分别计算取较小值：
（3）吊挂的加固要求
吊挂与顶加固点不少于2点，吊挂与走线架加固点不少于3个点。两端可调；列端必须吊挂，当列端吊挂间距在1米之间时，可只吊挂1次；机房的吊挂前后左右对齐，不准随意吊挂；吊挂方式根据承重要求，可以选择采用直接加固在走线架上和托起走线架两种吊挂方式，如图2所示。但是必须保证能够满足所给出的结构承重要求。
图2 吊挂直接加固在走线架上的加固方式（左）和托起走线架式的加固方式（右）
5 竖井走线梯的结构设计思路
按照宽度为500mm、承重要求为500kg/m的竖井走线梯，爬梯竖径采用4mm厚的冷轧钢板折成U型槽，U棒的截面尺寸为40*40*40mm，横档采用3mm厚的冷轧钢板折成U型槽，U棒的截面尺寸为35*35*35mm，竖径与横挡用螺帽固定，横档间距为250mm。经验算，能够满足计算要求。
锚固要求：采用膨胀螺栓与混凝土梁或承重墙加固，具体构造依照主体结构形式和具体荷载要求，再根据计算、经验确定。
6 结束语
机房楼中通信走线桥架的承载能力直接影响着网络运行的安全。因此，不要忽视结构设计的细微之处，看似小问题却是实际生产中大的安全隐患，结构设计者应在确保新建机房楼安全、适用和经济的同时，必须保证水平走线架、竖井走线梯的承载能力满足网络发展的需求，为促进移动事业的健康发展提供有力的安全保障。
参考文献：
[1] GB 50009-2012. 建筑结构荷载规范[S]. 2012.
[2] YD/T5003-2005. 电信专用房屋设计规范[S]. 2005.
[3] GB 50017-2003. 钢结构设计规范[S]. 2003.
[4] GB 50010-2010. 混凝土结构设计规范[S]. 2010.
[5] GB 50367-2006. 混凝土结构加固设计规范[S]. 2006.
作者简介
张宏伟：高级工程师，国家一级注册结构工程师，国家注册咨询工程师（投资），硕士毕业哈尔滨工业大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司，从事结构设计工作。
马宇：高级工程师，国家一级注册结构工程师，结构专业副总工程师，学士毕业于同济大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司，从事结构设计工作。