Dlaczego Płyta TT Coraz Częściej Wygrywa W Stropach Centrów Danych

autor: Dipl.-Ing. Daniel Bacon

Jeszcze kilka lat temu odpowiedź na pytanie, jaki system stropowy będzie dominował w centrach danych, wydawała się oczywista: sprężona płyta kanałowa. To jeden z najbardziej efektywnych produktów konstrukcyjnych. Jest lekka, oszczędna materiałowo i wiąże się z relatywnie niską emisją CO₂.

Dziś projektuje się ją coraz rzadziej. Nie dlatego, że sama płyta ma wadę, lecz dlatego, że zmienił się budynek wokół niej. Dostępne przekroje po prostu nie osiągają już rozpiętości i nośności wymaganych przez nowoczesne centra danych.

Szafa rackowa stała się cięższa, a siatka słupów szersza. System stropowy, który coraz częściej przenosi tę kombinację, pochodzi z budownictwa przemysłowego i parkingowego: płyta TT. W tym artykule gbc engineers wyjaśnia, dlaczego płyty TT zyskują znaczenie w nowoczesnych stropach centrów danych i na co powinni zwrócić uwagę deweloperzy, projektanci oraz wykonawcy.

Co zmieniło się na stropie centrum danych

Geometrii stropu centrum danych nie wyznacza najpierw konstrukcja. Wyznacza ją szafa serwerowa.

Standardowa szafa rackowa zajmuje w rzucie około 600 × 1200 mm. Szafy ustawia się w gęstych rzędach, aby zmaksymalizować moc obliczeniową na metr kwadratowy powierzchni. Każdy słup w hali rackowej zakłóca tę logikę. Zabiera miejsce, utrudnia komunikację i komplikuje planowanie fit-outu.

Ta presja ekonomiczna wypycha siatkę słupów na zewnątrz. Kilka lat temu projektowano siatki około 8 m. Dziś oczekiwanie częściej wynosi 10 do 12 m, zazwyczaj asymetrycznie: jedna rozpiętość jest dłuższa, druga krótsza.

Jednocześnie wzrosły obciążenia. Wartość 12 kN/m², którą często przyjmowano wcześniej, wzrosła do około 17 do 20 kN/m² obciążenia stałego wraz ze wzrostem gęstości racków, mocy, chłodzenia i masy samego wyposażenia.

Szersza siatka i znacznie większe obciążenie. To właśnie ta kombinacja po cichu zmieniła problem konstrukcyjny i przesunęła strop centrum danych poza praktyczny zakres stosowania płyt kanałowych.

Dlaczego belki rozpinają się krótko, a płyty długo

W siatce z jednym długim i jednym krótkim kierunkiem najbardziej efektywna ścieżka obciążenia jest zwykle jasna: belki główne pracują w krótszym kierunku, a płyta przekrywa dłuższy kierunek.

Belki zbierają większość obciążenia i przekazują je na słupy. Gdy pozostają krótkie, łatwiej opanować dwa najtrudniejsze zagadnienia. Po pierwsze ugięcia: długie, mocno obciążone belki trudno utrzymać w wąskich granicach ugięć. Po drugie połączenia: krótsze belki zmniejszają siły, które muszą zostać bezpiecznie przekazane w węzłach i elementach wbudowanych.

Pozostaje więc jedno zasadnicze pytanie. Jaki system płytowy może, przy belkach pracujących w krótkim kierunku, przekryć długą rozpiętość 10 do 12 m przy obciążeniu 17 do 20 kN/m² i jednocześnie utrzymać ugięcia na tyle małe, aby szafy serwerowe, podłogi techniczne i chłodzenie działały prawidłowo?

Czytaj więcej: Projektowanie konstrukcji centrum danych: Zrozumienie wymagań dotyczących obciążeń użytkowych

Dlaczego oczywiste systemy odpadają

Dwa systemy, po które sięgnęlibyśmy najpierw, odpadają z przeciwnych powodów.

Płyta kanałowa, zwykle naturalny punkt wyjścia, nie jest w stanie przenieść tej kombinacji rozpiętości i obciążenia przy dostępnych dziś przekrojach. W swoim zakresie zastosowania jest bardzo efektywnym produktem. Poza tym zakresem jej głębokość i nośność nie wystarczają.

Monolityczna płyta płaska idzie w drugą stronę. Można ją zaprojektować niemal na każde wymaganie, ale przy takich rozpiętościach i obciążeniach staje się bardzo gruba, ciężka i kosztowna w wykonaniu: pełne deskowanie, zbrojenie, podparcie, czas dojrzewania betonu i duże zaangażowanie zasobów budowy.

Pomiędzy efektywnym systemem, który nie osiąga wymaganej rozpiętości, a elastycznym systemem, który staje się nieekonomiczny, znajduje się płyta TT. To ona odpowiada na problem techniczny.

Czym jest płyta TT i dlaczego pasuje do centrum danych

Patrząc od czoła, płyta TT jest dokładnie tym, co sugeruje nazwa: płaską górną płytą z dwoma żebrami skierowanymi w dół. Przekrój przypomina podwójne T. Żebra nadają elementowi dużą wysokość konstrukcyjną bez wypełniania całej przestrzeni betonem.

Przy dużych rozpiętościach elementy są zwykle sprężane. Wysokowytrzymałe sploty naciąga się przed betonowaniem, a następnie zwalnia po związaniu betonu. W ten sposób przekrój zostaje ściśnięty i otrzymuje niewielkie wygięcie wstępne, które przeciwdziała późniejszemu ugięciu.

To wygięcie trzeba kontrolować, a nie tylko traktować jako zaletę. Jeżeli ugięcie ku górze nie zostanie właściwie przewidziane i opanowane, nadbeton wykonany na elemencie może być zbyt cienki w środku rozpiętości, czyli tam, gdzie wygięcie jest największe.

Ugięcie jest również miejscem, w którym płyta TT pokazuje swoją wartość. Strop, który ugina się pod długotrwałym obciążeniem, nie tylko wygląda źle. Może przechylać szafy serwerowe, deformować podłogi techniczne i zaburzać dystrybucję chłodzenia. Żebra zapewniają płycie TT głębokość potrzebną do ograniczenia ugięć przy wysokich obciążeniach stałych.

Jest to także dobrze znany produkt. Płyta TT od dziesięcioleci jest sprawdzonym przekrojem przemysłowym, wykonywanym w standardowych formach, ze sprężeniem lub bez. Nie jest to system eksperymentalny. Został jedynie zastosowany do nowego i bardzo wymagającego zadania konstrukcyjnego.

Czytaj więcej:  Prefabrykowane płyty kanałowe do centrów danych

Dlaczego wykonawcy lubią płyty TT na budowie

Dopasowanie konstrukcyjne to tylko połowa powodu, dla którego płyta TT zyskuje przewagę. Druga połowa to harmonogram.

• Mało elementów, duża powierzchnia. Każdy element pokrywa dużą powierzchnię stropu, więc montaż wymaga relatywnie niewielu podniesień.
• Zbrojenie fabryczne. Większość zbrojenia znajduje się już w prefabrykacie. Na budowie dodaje się tylko umiarkowaną siatkę w warstwie nadbetonu konstrukcyjnego.
• Samonośne deskowanie. Elementy pełnią funkcję trwałego deskowania dla nadbetonu. Nie potrzeba tymczasowego deskowania ani dodatkowej platformy roboczej.
• Brak podpór montażowych. Przy prawidłowym zaprojektowaniu elementy nie wymagają podpór. To zmienia budowę: po wykonaniu nadbetonu prace fit-out poniżej mogą rozpocząć się od razu, ponieważ nie ma lasu podpór blokującego przestrzeń.
• Równoległa produkcja. Elementy są wytwarzane poza placem budowy, podczas gdy trwają roboty ziemne i fundamentowe. Po dostawie można je szybko zamontować.
• Standardowe dźwigi. Masa elementów jest umiarkowana, więc nie jest potrzebny specjalny sprzęt do podnoszenia.
• Wbudowane szyny. Szyny można zatopić w żebrach, dzięki czemu instalacje MEP można podwieszać bezpośrednio do konstrukcji bez wiercenia.

 W sektorze, w którym data otwarcia jest raczej zobowiązaniem umownym niż ambicją, a moc jest często sprzedana zanim konstrukcja osiągnie najwyższy poziom, połączenie równoległej produkcji, szybkiego montażu i wczesnego dostępu staje się realnym czynnikiem kosztowym.

Gdzie płyta TT wymaga czegoś w zamian

 Żaden system nie jest wolny od ograniczeń. Dobry inżynier wskaże ograniczenia płyty TT przed podjęciem decyzji, a nie po fakcie.

 Kluczową kwestią jest spód stropu. W przeciwieństwie do płyty kanałowej płyta TT nie ma płaskiego spodu. Dwa żebra schodzą w przestrzeń poniżej. Ma to dwie konsekwencje, które trzeba rozumieć od początku.

 Chłodzenie i przepływ powietrza. W zależności od strategii chłodzenia żebra mogą zakłócać ruch powietrza pod stropem. Należy to sprawdzić względem projektu instalacji, a nie zakładać, że problem nie istnieje.

 Prowadzenie instalacji MEP. Wszystkie instalacje biegną pod żebrami, a nie przez nie. Kuszące może być projektowanie otworów w żebrach, aby odzyskać wysokość. Należy się temu oprzeć. Przebicia przez żebra komplikują prefabrykację, zmniejszają nośność i osłabiają część zalet systemu.

 Detalowanie wbudowanych szyn. Kanały kotwiące typu HTA zatopione w spodzie żeber pozwalają podwieszać instalacje MEP bez wiercenia w konstrukcji. To realna zaleta. Jeżeli jednak żebra przecinają trasy instalacji, układ szyn musi zostać wcześnie skoordynowany z projektem MEP.

 Zakupy. Płyty TT są zwykle opierane na stalowych elementach wbudowanych w belki. Produkuje je ograniczona liczba dostawców. Koszt i czas dostawy tych elementów połączeniowych muszą zostać ujęte w harmonogramie.

 Żaden z tych punktów nie jest powodem, aby unikać systemu. To powody, aby wcześnie koordynować projekt instalacji i zakupy, co w centrum danych i tak powinno być standardem.

Jak zakwestionować rozwiązanie projektowe

 Jeżeli jesteś deweloperem lub wykonawcą, nie musisz samodzielnie prowadzić obliczeń. Musisz wiedzieć, czy system stropowy został wybrany na podstawie analizy, czy z przyzwyczajenia. Kilka bezpośrednich pytań szybko to pokaże.

• Uzasadnij system stropowy i pokaż porównanie. Poproś projektanta konstrukcji o uzasadnienie wybranego systemu oraz porównanie go z alternatywami pod względem zużycia materiału, wysokości konstrukcyjnej, ugięć, kosztu i programu budowy.
• Dlaczego belki pracują w tym kierunku? Zasadniczo belki powinny pracować w krótkim kierunku, a płyta w długim, ponieważ w większości przypadków jest to układ bardziej ekonomiczny. Jeśli projekt od tego odbiega, powinien istnieć konkretny powód techniczny.
• Jak system zachowuje się pod obciążeniem użytkowym względem rzeczywistego układu racków? Pytanie o ugięcie nie jest abstrakcyjne. Powinno zostać ocenione względem faktycznie planowanego układu szaf serwerowych, z realistycznymi obciążeniami długotrwałymi i limitami ugięć.
• Gdzie przebiegają instalacje MEP względem żeber? To pytanie chroni harmonogram. Odpowiedź powinna brzmieć: pod żebrami, skoordynowane. Przebicia przez żebra powinny być wyraźnie wykluczone.
• Czy elementy wbudowane dla połączeń są ujęte w harmonogramie zakupów? Jeśli czas dostawy stalowych podpór nie został sprawdzony, przewaga czasowa, za którą płacisz, może nie być realna.

Niejasne odpowiedzi, takie jak „zawsze tego używamy” albo „wykonawca to zalecił”, są sygnałem ostrzegawczym. Właściwy system zależy od projektu. Powinien wynikać z uzasadnienia, a nie z przyzwyczajenia.

Czytaj więcej: Wzmocnienie podłoża czy posadowienie na palach: pytanie o fundamenty centrum danych, które wpływa na CapEx

Podsumowanie

Płyta TT wygrywa w stropach centrów danych z prostego powodu: odpowiada na miejsce, do którego przesunął się sektor. Gdy rozpiętości wzrosły do 10 do 12 m, a obciążenia stałe do 17 do 20 kN/m², płyta kanałowa osiągnęła granicę, a monolityczna płyta płaska stała się zbyt ciężka, zbyt wolna i zbyt droga.

Nie jest to właściwa odpowiedź wszędzie i wymaga wczesnej koordynacji chłodzenia, tras instalacji MEP, wbudowanych szyn oraz dostaw elementów połączeniowych. Dla współczesnego stropu centrum danych oferuje jednak rzadką kombinację: rozpiętość, nośność, kontrolowane ugięcia i szybki program budowy.

gbc engineers wspiera deweloperów i wykonawców centrów danych w projektowaniu konstrukcji, wyborze systemów stropowych, analizie obciążeń i ugięć oraz koordynacji MEP od koncepcji do realizacji. Jeśli projekt wymaga większych siatek słupów, wyższych obciążeń racków lub szybkiego harmonogramu budowy, system stropowy należy sprawdzić wcześnie, zanim trafi na ścieżkę krytyczną.

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego płyty kanałowe są rzadziej stosowane w nowoczesnych centrach danych?

Nie z powodu wady. Są bardzo efektywne materiałowo, niskoemisyjne i pozostają doskonałym rozwiązaniem w swoim zakresie. Dostępne przekroje często nie są jednak w stanie przenieść obecnej kombinacji rozpiętości 10 do 12 m i obciążeń stałych 17 do 20 kN/m².

Dlaczego belki zwykle pracują w krótkim kierunku, a płyta w długim?

Belki zbierają większość obciążenia i przekazują je na słupy, dlatego utrzymanie ich krótkich pomaga opanować dwa najtrudniejsze zagadnienia: utrzymanie ugięć w granicach oraz zaprojektowanie połączeń przenoszących duże siły.

Jaka jest główna wada płyty TT?

Nie ma płaskiego spodu. Dwa żebra skierowane w dół zmniejszają wolną przestrzeń pod płytą, mogą wpływać na przepływ powietrza w zależności od strategii chłodzenia i wymagają prowadzenia wszystkich instalacji MEP pod żebrami, a nie przez płytę.

 

O nas gbc engineers to międzynarodowe biuro inżynierskie z oddziałami w Niemczech, Polsce i Wietnamie, które zrealizowało ponad 10 000 projektów na całym świecie. Świadczymy usługi w zakresie inżynierii konstrukcyjnej, projektowania centrów danych, inżynierii infrastruktury i mostów, BIM & Scan-to-BIM oraz zarządzania budową. Łącząc niemiecką jakość inżynieryjną z międzynarodowym doświadczeniem, dostarczamy klientom zrównoważone, bezpieczne i efektywne rozwiązania.