醫(yī)院數(shù)據(jù)中心設(shè)備支架結(jié)構(gòu)及樓板結(jié)構(gòu)承載力有限元分析

李海霞，梁應(yīng)濤，劉 歡

(湖北醫(yī)藥學(xué)院 附屬太和醫(yī)院 ，湖北 十堰 442000)

?

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心設(shè)備支架結(jié)構(gòu)及樓板結(jié)構(gòu)承載力有限元分析

李海霞，梁應(yīng)濤，劉 歡

(湖北醫(yī)藥學(xué)院 附屬太和醫(yī)院 ，湖北 十堰 442000)

基于醫(yī)院數(shù)據(jù)中心設(shè)備支架及樓板承載力分析，為機(jī)房設(shè)備支架的選型及樓板結(jié)構(gòu)承載力的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持. 借助有限元建模計(jì)算與分析，完成設(shè)備支架及樓板結(jié)構(gòu)承載力模型的設(shè)計(jì). 該設(shè)計(jì)達(dá)到了模板及支架應(yīng)具有足夠的承載力、 剛度和穩(wěn)定性，應(yīng)能可靠地承載機(jī)房設(shè)備及其它附加荷載的要求. 該設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)與設(shè)備的安裝，以及類似工程分析及控制設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù).

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心； 設(shè)備支架； 樓板結(jié)構(gòu)承載力； 有限元分析

隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的不斷向前發(fā)展，對(duì)醫(yī)院信息系統(tǒng)配置要求越來(lái)越高. 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心機(jī)房作為信息化系統(tǒng)的“心臟”，是保證醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備、 服務(wù)器、 存儲(chǔ)設(shè)備正常、 不間斷運(yùn)行的基礎(chǔ)[1]. 因此，機(jī)房的設(shè)計(jì)和建設(shè)，環(huán)境條件必須滿足醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各項(xiàng)需求. 對(duì)于個(gè)別機(jī)房功能區(qū)間需考慮做樓板的承重能力分析，特別是UPS及電池、 精密儀器、 空調(diào)等設(shè)備設(shè)施，應(yīng)考慮安裝設(shè)備承重支架或加固處理才能達(dá)到功能要求，使各種設(shè)備不受環(huán)境的破壞影響，保證計(jì)算機(jī)中心機(jī)房?jī)?nèi)所有設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保醫(yī)院信息流傳輸?shù)馁|(zhì)量，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、 可靠性[2].

本文通過(guò)對(duì)湖北省某醫(yī)院數(shù)據(jù)中心設(shè)備支架及樓板承載力有限元分析，為機(jī)房樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及設(shè)備支架設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)支持. 該設(shè)計(jì)為機(jī)房前期建設(shè)與設(shè)備的安裝提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路，避免了后期對(duì)機(jī)房承重結(jié)構(gòu)的加固改造造成的額外資金投入，可有效減少醫(yī)院建設(shè)成本[3]. 同時(shí)對(duì)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也具有一定的參考價(jià)值.

1 工程概況

該工程位于湖北省十堰市某醫(yī)院數(shù)據(jù)中心機(jī)房，該工程采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式. 現(xiàn)為了解該工程設(shè)備支架和樓板結(jié)構(gòu)承載力，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的有限元分析. 本工程設(shè)備支架均用140槽鋼制作，按照支架的外形尺寸及結(jié)構(gòu)形式可分為3大類： 第1類為外形尺寸1 460 mm×1 060 mm，有P595-1, P595-3和P595-4設(shè)備支架； 第2類為外形尺寸1 460 mm×1 200 mm，有P595-2設(shè)備支架，第3類為1 460 mm×2 000 mm，有P595-5設(shè)備支架. 各類設(shè)備支架如圖 1～圖 3 所示. 主設(shè)備重約1.5 T，擴(kuò)展柜0.8 T，考慮設(shè)備與支架接觸面均布載荷分別進(jìn)行驗(yàn)算.

圖 1 第1類設(shè)備支架(P595-1, 3, 4)Fig.1 The first type of equipment bracket (P595-1, 3, 4)

圖 2 第2類支架(P595-2)Fig.2 The second type of equipment bracket (P595-2)

圖 3 第3類支架(P595-5)Fig.3 The third style bracket(P595-5)

2 設(shè)備支架有限元建模計(jì)算

采用有限元軟件，對(duì)該工程設(shè)備支架進(jìn)行建模計(jì)算，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖 4～圖 11.

圖 4 支架P595-3變形云圖 Fig.4 Bracket P595-3 deformed shape

圖 5 支架P595-3應(yīng)力云圖Fig.5 Bracket P595-3 stress nephogram

圖 6 支架P595-3變形云圖 Fig.6 Bracket P595-3 deformed nephogram

圖 7 支架P595-3應(yīng)力云圖Fig.7 Bracket P595-3 stress nephogram

圖 8 支架P595-2變形云圖Fig.8 Bracket P595-2 deformed nephogram

圖 9 支架P595-2應(yīng)力云圖Fig.9 Bracket P595-2 stress nephogram

1) 第1類設(shè)備，支架P595-3與P595-4相比缺少一豎向槽鋼支撐，取結(jié)構(gòu)較為薄弱的P595-3作為校核對(duì)象，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 4～圖 7 所示.

從上述計(jì)算云圖結(jié)果得出，支架承載設(shè)備時(shí)，支架P595-3最大變形為0.12 mm； 最大應(yīng)力為12.8 MPa，小于215 MPa的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，設(shè)備支架結(jié)構(gòu)安全. 支架P595-1計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 6～圖 7 所示，最大變形為 0.34 mm； 最大應(yīng)力為88.9 MPa，小于設(shè)計(jì)許用應(yīng)力215 MPa，設(shè)備支架結(jié)構(gòu)安全.

圖 10 支架P595-5變形云圖Fig.10 Bracket P595-5 deformed nephogram

圖 11 支架P595-1應(yīng)力云圖Fig.11 Bracket P595-1 stress nephogram

2) 第2類設(shè)備，支架P595-2計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 8～圖 9 所示，其最大變形為1.35 mm； 最大應(yīng)力為141.5 MPa，小于設(shè)計(jì)許用應(yīng)力215 MPa，設(shè)備支架安全.

圖 12 機(jī)房設(shè)備布置圖Fig.12 Room devices layout

3) 第3類設(shè)備，支架P595-5計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 10～圖 11，支架最大變形為2.54 mm； 最大應(yīng)力為235 MPa，已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)許用應(yīng)力215 MPa，接近甚至超過(guò)槽鋼235.4 MPa的屈服應(yīng)力，設(shè)備支架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性變形，不利于承載.

3 機(jī)房樓板結(jié)構(gòu)承載力有限元分析

按照設(shè)備活荷載不利布置原則，擬裝設(shè)備布置如圖 12 所示.

依據(jù)機(jī)房設(shè)備實(shí)際荷載分布、 混凝土實(shí)際設(shè)計(jì)強(qiáng)度，考慮結(jié)構(gòu)自重、 面層自重等荷載最不利作用下，建立樓板有限元模型，樓板邊界條件為四邊固定[4,5]，對(duì)樓板進(jìn)行有限元分析.

根據(jù)設(shè)計(jì)師提供的施工圖紙，設(shè)備布置情況下樓板計(jì)算配筋與實(shí)際配筋面積如表 1 所示.

按國(guó)家現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)規(guī)范核算分析，表 1 計(jì)算結(jié)果表明該樓板結(jié)構(gòu)抗彎、 沖切承載力及剛度滿足規(guī)范要求.

表 1 設(shè)備布置區(qū)域樓板配筋面積

圖 13 第3類設(shè)備(P595-5)改造示意圖Fig.13 The third type equipment(P595-5) transformation diagram

4 第3類設(shè)備(P595-5)處理建議

考慮到P595-5最大應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，設(shè)備支架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性變形，不利于承載. 建議在橫梁的中間添加三根槽鋼立柱，如圖13所示. 增加槽鋼立柱后P595-5最大應(yīng)力與最大變形均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求.

5 結(jié) 論

混泥土結(jié)構(gòu)是按照建筑物的使用要求和受力及承載情況確定的，所以模板的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物樓板各部分位置、 形狀、 尺寸等條件，合理地選用模板及支架[6]. 與此同時(shí)，還要根據(jù)建筑裝飾設(shè)計(jì)的要求，選擇合適的模板材料，確定組合方法、 規(guī)定制作及安裝要求，并根據(jù)具體荷載情況計(jì)算出模板及支架應(yīng)確定的規(guī)格大小，只有這樣，才只能做到盡量發(fā)揮模板的作用，才能做到因地制宜，減少不必要的加工程序.

建立安全、 穩(wěn)定、 標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)房環(huán)境是醫(yī)院數(shù)據(jù)中心風(fēng)險(xiǎn)防范工作的基礎(chǔ). 機(jī)房建設(shè)要通過(guò)高安全性、 高可用性、 高靈活性、 支架化、 節(jié)能性等方面的綜合考慮. 要能夠保證隨需應(yīng)變，擴(kuò)展、 升級(jí)容易，并且占地面積小. 支架的使用，需要事先確定控制中心可以支持多少設(shè)備，以及是否有能力來(lái)支持這些設(shè)備等. 這是依據(jù)控制中心每個(gè)支架的運(yùn)行需求才能得出的數(shù)字. 應(yīng)具備擴(kuò)展性，能滿足醫(yī)院的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，最好具有10年的生命周期，避免后期對(duì)機(jī)房承重結(jié)構(gòu)的加固和設(shè)備支架荷載不符造成額外的改造工程.

[1] 張榮幟. 計(jì)算機(jī)機(jī)房維護(hù)與管理的探析[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015(16)： 206-210. Zhang Rongzhi. The maintenance and management of computer room[J]. Science and Technology Innovation Herald, 2015(16): 206-210. (in Chinese)

[2] 李阿玲. 淺析院校機(jī)房的管理維護(hù)與網(wǎng)絡(luò)安全[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015(15)： 49-55. Li Aling. Analysis on the management and maintenance of college computer room and network security[J]. Science and Technology Innovation Herald, 2015(15): 49-55. (in Chinese)

[3] 丁學(xué)英. 企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)探討[J]. 電力信息化，2007(9)： 24-27. Ding Xueying. Study on the construction of enterprise data center[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2007(9): 24-27. (in Chinese)

[4] 劉紅梅，李敬熠. 既有建筑加固改造技術(shù)淺談[J]. 河南建材，2015(3)： 138-141. Liu Hongmei, Li Jingyi. Discussion on existing building retrofit technology[J]. Henan Building Materials, 2015(3): 138-141. (in Chinese)

[5] 王衛(wèi)東，張帥. 淺析混凝土加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用[J]. 企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015，34(14)： 155-157. Wang Weidong, Zhang Shuai. The application of concrete reinforcement technology in the construction engineering[J]. Enterprise Technology Development, 2015, 34(14): 155-157. (in Chinese)

[6] 齊建民. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 科技資訊，2015(11)： 73-79. Qi Jianmin. Application of building structure design optimization method in building structure design[J]. Science & Technology Information, 2015(11): 73-79. (in Chinese)

Finite Element Analysis of Hospital Data Center Devices Support Structure and Floor Bearing Capacity

LI Haixia, LIANG Yingtao, LIU Huan

(Taihe Hospital, Hubei University of Medicine, Shiyan 442000, China)

Based on the analysis of hospital data center equipment bracket and the bearing capability of floor, the data support is provided for equipment support choice and the design of floor bearing capability. With calculation and analysis of the finite element, accomplish the equipment bracket and floor bearing capability model's design. The design of the template and the bracket should have enough bearing capacity, rigidity and stability, should be able to carry equipment and other additional load reliably.The design provides reference for the construction of the data center and the installation of equipment, as well as the similar engineering analysis and control design.

hospital data center； equipment bracket； floor bearing capability； finite element analysis

1671-7449(2016)06-0496-05

2016-04-12

李海霞(1976-)，女，工程師，主要從事醫(yī)院管理方面的研究.

TU312

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2016.06.007