當今，UPS電源系統被廣泛應用在數據機房、電力設施、醫療設備、工業等場景。同時我們要注意UPS電源及配套鉛酸蓄電池重量密度是比較高的，房間或樓層是否能夠承受重量？困擾着廣大UPS電源從業人員和電力工程商。如果安裝不當，會損壞樓層建築結構，帶來安全隐患。為此，奧森電氣就為大家梳理一下具體安裝細節，并參考國家标準《數據中心設計規範》、《建築結構荷載規範》和《民用建築可靠性鑒定标準》相關規範，确保安裝電池架（箱櫃）的樓層結構不被破壞，推薦幾種安全有效的施工方法：

一、UPS電源及電池承重驗算的情況

1、當房間或者樓闆在建築時是按照實際的使用用途建造的，可以不用對此房間或者樓闆進行承重驗算，比如《數據中心設計規範》中對UPS電源室和UPS電源電池室的活荷載要求分别為：8～10kN/m2和16kN/m2。凡是滿足此要求的設備間，房間内的設備可以自由布置在其中的任何位置而不受限制。

2、大多數情況都是利用現有的辦公樓的房間做電源室，根據《建築結構荷載規範》對辦公樓的設計要求，辦公樓的活荷載要求為:2kN/m2，相比《數據中心設計規範》對UPS電源室和UPS電源電池室的要求小了近4～8倍，所以為了安全，必須對房間或樓闆的承重能力進行驗算。如果不能滿足承重需要，就需要進行優化，比如增加散力架、設備布局進行調整、樓闆加固等辦法。

二、UPS電源及電池承重驗算方法

1、等效均布荷載法

根據《建築結構荷載規範》，建築樓面在生産使用或安裝檢修時，由設備、管道、運輸工具及可能拆移的隔牆産生的局部荷載，均應按實際情況考慮。可采用等效均布活荷載代替。在實際工作中，可以根據這個規定，進行簡化等效均布荷載法分析。

确定樓面等效均布活荷載的方法規定如下：

樓面(闆、次梁及主梁)的等效均布活荷載，應在其設計控制部位上，根據需要按内力、變形及裂縫的等值要求來确定。在一般情況下，可僅按内力的等值來确定。

連續梁、闆的等效均布活荷載，可按單跨簡支計算；但計算内力時，仍應按連續考慮。

由于生産、檢修、安裝工藝以及結構布置的不同，樓面活荷載差别較大時，應劃分區域分别确定等效均布活荷載。

單向闆上局部荷載(包括集中荷載)的等效均布活荷載可按下列規定計算：等效均布活荷載qe為

等效均布活荷載

l——闆的跨度 b——闆上荷載的有效分布寬度 Mmax——簡支單向闆的絕對最大彎矩，按設備的最不利布置确定。計算Mmax時，設備荷載應乘以動力系數，并扣去設備在該闆跨内所占面積上由操作荷載引起的彎矩。 具體參數要求請參考《建築結構荷載規範》GB50009-2012附錄C的要求。

2、可靠性鑒定

根據《民用建築可靠性鑒定标準》規定：建築物改變用途或使用條件時，應該進行可靠性鑒定。在計算出原設計樓面活荷載作用下的結構構件的彎矩值與機房設備布置情況下的彎矩值後，結合結構重要性系數γ0可以求出比值R/(γ0S)，根據該比值并進行等級判斷即可确認基站的可靠性等級。

l可靠性評級為“a”級，表示安裝設備後，結構的使用荷載仍能達到原設計的要求，機房不需進行調整設備或加固。

l可靠性評級為“b”級，表示安裝設備後，結構的現有使用荷載比其原設計荷載要高出一些，可靠度比原設計的要求略有降低，但不顯著影響承載功能，機房不需進行調整設備或加固;

l可靠性評級為“c”、“d”級，安裝設備後，産生的荷載效應較大幅度超過了原設計要求，顯著影響承載功能，存在安全隐患，需要進行整改。經整改後，能夠達到“a”級或“b”級标準的基站，可按整改後的設備布置圖進行設備安裝;對于無法通過整改達到“a”級或“b”級标準的，應進行搬遷、擴大等處理。

以下是鑒定标準規範具體要求:

建築領域中所要求的民用建築可靠性鑒定，可分為安全性鑒定和正常使用性鑒定兩個組成部分。

建築領域中所要求的民用建築可靠性鑒定

圖1表示建築結構構件的基本功能要求，由此圖可見，可靠性鑒定中的“安全性鑒定”部分，面向的是圖中的“安全性”要求；“正常使用性鑒定”部分則面向圖中的“适用性”和“耐久性”要求

安全性鑒定

安全性鑒定考察的是結構構件的承載能力、構造以及不适于繼續承載的位移(或變形)和裂縫等四個方面，對于鋼結構構件隻需要考慮前三個方面。

承載能力方面是通過計算結構抗力R與結構上作用的荷載效應S進行比較，結合結構重要性系數γ0，評定結構的安全等級。構造方面是根據連接節點和受力預埋件的完好程度和工作狀态進行評定，應排除連接方式不當，構造有嚴重缺陷，已導緻焊縫或螺栓等發生明顯變形、滑移、局部拉脫、剪壞或裂縫等情況。

位移和變形方面是對桁架(屋架、托架)及其他受彎構件的撓度或施工偏差造成的側向彎曲以及柱頂的水平位移(或傾斜)等方面進行評定，當其在限值之内時可以認為滿足安全要求。裂縫方面是對受力主筋處的彎曲(含一般彎剪)裂縫和軸拉裂縫寬度斜拉裂縫以及集中荷載靠近支座處出現的或深梁中出現的斜壓裂縫寬度進行評定，當其在限值之内時可以認為滿足安全要求。

民用建築安全性鑒定評級的各層次分級标準，應按《民用建築可靠性鑒定标準》GB50292-2015的表3.3.1的規定采用。

當按承載能力評定混凝土結構構件的安全性等級時，應按該标準表5.2.2的規定分别評定每一驗算項目的等級，并應取其中最低等級作為該構件承載能力的安全性等級。混凝土結構傾覆、滑移、疲勞的驗算，應按國家現行相關規範進行。

《民用建築可靠性鑒定标準》GB50292-2015的表3.3.1的規定

《民用建築可靠性鑒定标準》GB50292-2015的表3.3.1的規定

三、UPS電源及電池承重驗算舉例說明

1、等效均布荷載法舉例

在工業廠房辦公區的房間裡設置UPS電源的電池室，樓闆結構為單向闆。房間寬為3m、長為6m，放置1組12V/100AH的40塊100AH鉛酸蓄電池，單隻電池重量為28kG，電池櫃尺寸為950×880×1190mm。假設樓闆活荷載為2kN/m2，樓闆厚為100mm，問樓闆承重是否滿足安裝要求?

等效均布荷載法舉例

l為3m；b為上荷載的有效分布寬度，按《建築結構荷載規範》GB50009-2012附錄C.0.5确定；經過計算為3.08m。Mmax為簡支單向闆的絕對最大彎矩，按設備的最不利布置确定。最不利的布置就是放置在樓闆中間，經過計算為6.24kN.mqe=8×6.24÷3.08÷32=1.82kN/m2<樓闆設計活荷載。

由于電池組的等效活荷載小于樓闆設計活荷載，所以電池組可以任意放置。

案例拓展：客戶需要兩組電池放置在該房間，是否可以滿足承重要求？

1）計算：

l為3m；b為上荷載的有效分布寬度，按GB50009-2012附錄C.0.5确定;經過計算為3.52m。Mmax為簡支單向闆的絕對最大彎矩，按設備的最不利布置确定。最不利的布置就是放置在樓闆中間，經過計算為12.66kN.mqe=8×12.66÷3.52÷32=3.19kN/m2>樓闆設計活荷載。

等效均布荷載法拓展舉例

2）結論:由于電池組的等效活荷載大于樓闆設計活荷載，所以電池組不滿足承重要求，需要進行優化。

3）優化:增加散力架經過測算，當散力架尺寸為2.5×1.5m時，qe=2kN/m2=樓闆設計活荷載。增加散力架(2.5×1.5m)後，滿足電池組的承重要求。

2、可靠性鑒定舉例

在工業廠房辦公區的房間裡設置UPS電源電池室，樓闆結構為雙向闆。房間寬為5m，長為6m，放置1組12V/100AH的40塊100Ah電池，單隻電池重量為28kG，電池櫃尺寸為950×880×1190mm。假設樓闆活荷載為2kN/m2，樓闆厚為100mm，問樓闆承重是否滿足要求?

1）計算

由于雙向闆的彎矩計算複雜，建議采用計算機軟件《理正工具箱》幫助計算。采用了計算機軟件後，不僅對單個設備可以計算，對于多個設備也可以快算計算。經過本人測算，采用手算的等效均布荷載和計算機軟件的計算結果大體相同，由于UPS電源的從業人員不是建築結構專業人士，不需要一個精确的數值進行參考。所以采用軟件後難度大大降低。

2）計算過程

計算出原設計樓面活荷載作用下的結構構件的彎矩值；

計算電池組布置情況下的彎矩值；

根據該比值并進行等級判斷即可确認基站的可靠性等級。

原設計樓闆跨中彎矩，水平彎矩Mxmax為7.84，垂直彎矩“Mymax為10.37；

放置電池組時的樓闆跨中彎矩，水平彎矩Mxmax為7.05，垂直彎矩”Mymax為8.37；

Mxmax/”Mxmax=1.11，安全等級為A;Mymax/”Mymax=1.23，安全等級為A。

可靠性鑒定舉例

鑒定為A級，滿足承重要求，電池組可以放置房間裡任意位置。按方法一驗算評估:計算方法采用《建築結構荷載設計手冊》上的雙向闆樓面特效荷載計算方式，查表法得出水平和垂直方向等效荷載分别為:1.46kN/m2，1.81kN/m2。

3）結論:複驗後，和計算機軟件結果一緻，滿足承重要求。

案例拓展:客戶需要2組電池放置在些房間，是否可以滿足承重要求？

1）計算

原設計樓闆跨中彎矩，水平彎矩Mxmax為7.84，垂直彎矩Mymax為10.37；

l 放置2組電池組時的樓闆跨中彎矩，水平彎矩”Mxmax為8.47，垂直彎矩”Mymax為10.91；

Mxmax/”Mxmax=0.92安全等級為B，Mymax/”Mymax=0.95安全等級為B。

可靠性鑒定舉例2

鑒定為B級，樓闆結構的現有使用荷載比其原設計荷載要高出一些，可靠度比原設計的要求略有降低，但不顯著影響承載功能，按照規範可以不需要進行調整設備或加固。按方法一驗算評估:計算方法采用《建築結構荷載設計手冊》上的雙向闆樓面特效荷載計算方式，查表法得出水平和垂直方向等效荷載分别為:2.61kN/m2和2.58kN/m2。

2）結論:略大于承重要求，和計算機軟件結果一緻，可以進行優化，也可以不做處理。

四、UPS電源及電池常用承重驗算方式分析

目前UPS電源工程商常用的兩種承重驗算方法:

1.房間面積估算法:房間的總面積×活荷載的80%≤設備的總重量；

2.設備重量÷底面積≤活荷載。

用上面案例(3×6房間放置電池組對比)數據進行分析對比。

第一種方法:電源間面積為3×6=18m2，總荷載為18×1.6=28.8kN=2938kG，電池總重量為2400kG，估算結果是可以放置到房間裡。當采用2組電池時，如果電池放置到樓闆中間，樓闆承重已經不滿足了。所以此種方法沒有充分考慮設備的布局位置。雖然考慮了安全系數(80%)，但是放置樓闆中間後，将會造成永久的損壞。

第二種方法設備重量1200÷0.836=1435kG/m2≈14kN/m2>活荷載2kN/m2，所以設備需要增加散力架面積為7m2，上面案例我們已經計算出當采用一組電池時，房間承重滿足要求，可以任意放置。放置2組電池組增加散力架面積為3.75m2。采用這種方式計算的散力架是實際的約2倍，當放置2組時散力架已接近整個房間面積。所以現場應用中，這種方法隻适合重量較小設備。

經過對比發現，在設計和實施應用中，采用以上兩種方法均會出現弊端。而且當設備數量較多，設備布局複雜時，就無法進行估算。

奧森電氣從事電力設備配套産品設計生産12年，經衆多客戶的信息反饋，結合相關的國家規範及建築結構設計标準，并參考相關承重驗算文件，總結出兩種相比常用的UPS電源及電池承重估算方法較為精确的驗算方法。分享給UPS電源從業人士，方便大家在UPS設計和實施過程有所參考。若有出入，請各位大神指點，提出您的寶貴意見。

奧森電氣願與每一位客戶一起成長，提高自身能力，組建專業工程師團隊，運用先進的生産及檢驗檢測設備，隻為用戶提供高效優質的電源電力配套産品和專業服務，是我們奧森人不變的追求。

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