Centra danych odgrywają kluczową rolę we współczesnej infrastrukturze cyfrowej. Wspierają szybki rozwój usług chmurowych, technologii sztucznej inteligencji i globalnych potrzeb w zakresie przechowywania danych. W związku z tym projekt konstrukcyjny centrów danych musi spełniać bardzo specyficzne wymagania techniczne i operacyjne. System konstrukcyjny centrum danych musi odpowiadać złożoności technicznej znajdującego się w nim sprzętu oraz konieczności zapewnienia nieprzerwanej niezawodności operacyjnej. Układy muszą wspierać wydajny przepływ powietrza, zarządzanie kablami i integrację instalacji mechanicznych, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności i trwałości konstrukcji.
Efektywność kosztowa i szybka realizacja projektów stały się również kluczowe na dzisiejszym konkurencyjnym rynku. Inwestorzy i operatorzy wymagają szybkiego oddawania obiektów do użytku, aby jak najszybciej rozpocząć działalność. W rezultacie wybór odpowiedniego systemu konstrukcyjnego ma decydujące znaczenie dla sukcesu projektu, wpływając zarówno na harmonogram budowy, jak i długoterminową efektywność operacyjną.
W tym artykule przedstawiamy systemy konstrukcyjne powszechnie stosowane we współczesnej budowie centrów danych oraz kluczowe zagadnienia projektowe oparte na doświadczeniu gbc engineers w Europie i Azji Południowo-Wschodniej.
Wymagania konstrukcyjne centrum danych
Centra danych nakładają specyficzne wymagania konstrukcyjne, które odróżniają je od tradycyjnych budynków komercyjnych. Jednym z najważniejszych wyzwań jest konieczność przenoszenia ciężkich obciążeń wynikających z infrastruktury krytycznej, w tym:
- Szaf serwerowych z bardzo dużymi obciążeniami punktowymi
- Systemów zasilania awaryjnego (generatorów i jednostek UPS)
- Dużych instalacji chłodniczych, takich jak agregaty wody lodowej, wieże chłodnicze i urządzenia HVAC
- Systemów dystrybucji, takich jak kominy, duże kanały, trasy kablowe i sieci rur
- Systemów elektrycznych i przeciwpożarowych (baterie, transformatory, zbiorniki tryskaczowe itp.)
Poza obciążeniami pionowymi obiekty te często wymagają układów o średnich i dużych rozpiętościach, aby stworzyć otwarte, nieprzerwane przestrzenie. Takie układy ułatwiają przyszłe modyfikacje i pozwalają na efektywną integrację systemów mechanicznych i elektrycznych w architekturze centrum danych. Konstrukcja musi także zapewniać wysoką elastyczność, umożliwiającą rekonfiguracje wewnętrzne, modernizacje sprzętu lub redystrybucję obciążeń w trakcie cyklu życia obiektu.
Kolejnym kluczowym czynnikiem jest szybkość budowy. Właściciele i deweloperzy chcą jak najszybciej oddawać nowe centra danych do eksploatacji, aby sprostać zapotrzebowaniu i generować przychody. Dlatego preferowane są systemy konstrukcyjne minimalizujące pracochłonność na budowie i umożliwiające równoległą prefabrykację poza placem, co pozwala zoptymalizować zasoby i przyspieszyć harmonogram realizacji.
Biorąc pod uwagę ciężkie obciążenia, duże rozpiętości, elastyczność i konieczność szybkiej budowy, systemy prefabrykowane, szczególnie oparte na technologii betonu prefabrykowanego, stały się wyjątkowo korzystnym rozwiązaniem. Zapewniają doskonałą wydajność konstrukcyjną, stałą jakość i znacznie skracają czas realizacji na placu budowy. Dzięki temu są idealnie dopasowane do nowoczesnych inwestycji w centra danych. Prefabrykacja nie tylko przyspiesza harmonogram i poprawia time-to-market, ale także zwiększa kontrolę kosztów i jakość, oferując kluczowe korzyści dla interesariuszy.
Czytaj więcej: Jakie są prawdziwe wyzwania przy projektowaniu centrum danych? - gbc engineers
Typowe rozwiązania konstrukcyjne
System stropów
Wybór systemu stropowego to kluczowy czynnik w projektowaniu centrów danych, ponieważ wpływa na nośność konstrukcji, szybkość budowy, elastyczność i koszty. Poniżej przedstawiamy cztery popularne rodzaje stropów stosowane we współczesnych projektach centrów danych wraz z ich zaletami i wadami:
Strop monolityczny (cast in situ)
W tej metodzie w pełni zbrojony strop żelbetowy jest wylewany i dojrzewa na budowie przy użyciu tradycyjnego deskowania.
Zalety:
- Wysoka elastyczność w projektowaniu i detalach
- Doskonała praca monolityczna (ciągłość i sztywność)
- Łatwość integracji ze skomplikowanymi układami lub lokalnymi pogrubieniami
Wady:
- Długi czas budowy z powodu dojrzewania betonu na budowie
- Wysoka pracochłonność i zapotrzebowanie na deskowanie
- Kontrola jakości zależna od warunków pogodowych
Strop filigranowy
System hybrydowy, w którym cienki prefabrykowany panel betonowy z dolnym zbrojeniem jest układany na placu budowy i uzupełniany warstwą nadbetonu.
Zalety:
- Szybszy niż strop monolityczny dzięki ograniczeniu deskowania
- Dobra jakość powierzchni dzięki produkcji fabrycznej
- Zintegrowane zbrojenie upraszcza prace na budowie
Wady:
- Nadal wymaga betonowania i dojrzewania na miejscu
- Detale połączeń mają kluczowe znaczenie dla pracy konstrukcji
- Umiarkowane przyspieszenie realizacji
Strop kanałowy (hollow slab)
Prefabrykowane, sprężone elementy betonowe z pustkami wewnętrznymi zmniejszającymi ciężar przy zachowaniu nośności.
Zalety:
- Szybki montaż i skrócony czas budowy
- Lekkość i dobra efektywność rozpiętości
- Kontrolowana jakość w fabryce
Wady:
- Ograniczona elastyczność w wykonywaniu otworów (np. dla instalacji MEP)
- Konieczność starannego projektowania połączeń i odporności ogniowej
- Nieidealny przy dużych obciążeniach skupionych, chyba że dodatkowo wzmocniony
Strop TT (pi slab)
Prefabrykowane płyty betonowe w kształcie podwójnych belek T („TT”) często stosowane w konstrukcjach o dużych rozpiętościach i obciążeniach.
Zalety:
- Wysoka nośność przy dużych rozpiętościach
- Doskonałe do powtarzalnych, modułowych układów
- Ograniczają potrzebę stosowania belek drugorzędnych
Wady:
- Ciężkie elementy wymagają dużego sprzętu dźwigowego
- Ograniczenia transportowe i montażowe
- Wykonywanie otworów dla instalacji MEP wymaga dodatkowej koordynacji
Czytaj więcej: Dlaczego nowoczesne centra danych potrzebują inteligentnego projektu architektonicznego - gbc engineers
Belki
Dobór odpowiedniego systemu belek w centrum danych zależy od kilku czynników, takich jak przewidywane obciążenia, długości rozpiętości, ograniczenia wysokości kondygnacji oraz wymagania dotyczące szybkości budowy. Belki pełnią kluczową rolę, przenosząc obciążenia stropów na elementy pionowe (słupy lub ściany). Przy dużych rozpiętościach lub wysokich obciążeniach często preferowane są belki sprężone lub pełnej głębokości prefabrykowane, ponieważ minimalizują ugięcia, efektywnie wykorzystują materiał i przyspieszają budowę. Z kolei tam, gdzie priorytetem jest elastyczność konstrukcyjna lub integracja z instalacjami, bardziej odpowiednie mogą być belki półprefabrykowane (zespolone) lub monolityczne. Ostateczny wybór rozwiązania powinien być zgodny z ogólną strategią konstrukcyjną, równoważącą wydajność, wykonalność i koordynację z systemami MEP.
Słupy
W centrach danych słupy są w większości prefabrykowane, co daje znaczące korzyści w zakresie szybkości budowy, precyzji i kontroli jakości. Wybór typu słupa zależy od wymagań konstrukcyjnych projektu, układu architektonicznego i preferencji klienta. Powszechnie stosuje się dwa główne rozwiązania:
Słupy wahadłowe (pendular columns)
Te słupy rozciągają się od jednego stropu do następnego. Belki spoczywają bezpośrednio na szczycie każdego słupa na danej kondygnacji. System ten upraszcza sekwencję montażu i zapewnia elastyczność w rozmieszczeniu belek, ale wymaga starannego projektowania i bezpiecznych połączeń na każdym poziomie w celu zapewnienia ciągłości konstrukcyjnej.
Słupy wielokondygnacyjne z konsolami
W tej konfiguracji słupy przechodzą przez wiele kondygnacji, a belki są podparte na konsolach zintegrowanych z elementami słupa. Metoda ta zmniejsza liczbę połączeń między piętrami i poprawia przekazywanie obciążeń pionowych. Zazwyczaj wymaga mechanicznego połączenia podstawy słupa (np. buty słupowej Peikko) z fundamentem w celu zapewnienia stabilności i łatwego montażu.
Czytaj więcej: Jak osiągnąć certyfikację Tier 4 dla centrum danych - gbc engineers
System ścian
Ściany konstrukcyjne w centrach danych pełnią zarówno funkcje nośne, jak i obudowy. Muszą przenosić duże obciążenia pionowe, zapewniać stateczność boczną wobec działania wiatru lub sił sejsmicznych, integrować się z systemami MEP oraz często spełniać rygorystyczne wymagania dotyczące odporności ogniowej i izolacyjności cieplnej. Wybór rodzaju ściany może w znacznym stopniu wpływać na szybkość budowy, elastyczność projektową oraz stopień koordynacji ścian z innymi systemami budynku. Najczęściej stosowane systemy ścian to:
Ściana monolityczna (cast in situ)
Betonowe ściany w pełni wykonywane i zbrojone na placu budowy.
Zalety:
- Wysoka elastyczność w układzie i detalach
- Doskonała praca monolityczna i sztywność
- Łatwiejsza integracja z otworami i instalacjami podczas budowy
Wady:
- Pracochłonna i czasochłonna realizacja
- Jakość i dojrzewanie zależne od warunków pogodowych
- Wymaga dużej ilości deskowań i czasu dojrzewania
Ściana kanałowa (hollow wall)
Ściana kanałowa to system półprefabrykowany składający się z dwóch cienkich prefabrykowanych płyt betonowych (często nazywanych warstwami), które są połączone kratownicami stalowymi lub kratownicami kratowymi. Pusta przestrzeń pomiędzy tymi prefabrykowanymi warstwami jest następnie wypełniana betonem na placu budowy, tworząc solidną ścianę konstrukcyjną po związaniu betonu.
Zalety:
- Szybsza budowa niż w pełni monolitycznej ściany
- Łączy jakość prefabrykacji z solidnością konstrukcji monolitycznej
- Może oferować dobre parametry termiczne i akustyczne
Wady:
- Nadal wymaga betonowania na miejscu
- Panele prefabrykowane mogą być trudne w transporcie i montażu
- Połączenia i zbrojenie muszą być starannie zaprojektowane i wykonane
Ściana pełnoprefabrykowana
Ściana pełnoprefabrykowana jest w całości wytwarzana w fabryce jako duży panel betonowy, który następnie transportuje się na plac budowy i montuje bez konieczności dodatkowego betonowania na miejscu.
Zalety:
- Bardzo szybki montaż i skrócony czas budowy
- Wysoka jakość wykończenia dzięki produkcji fabrycznej
- Minimalne zapotrzebowanie na pracę na miejscu
Wady:
- Ograniczona elastyczność projektowa
- Ograniczenia transportowe i dźwigowe
- Wymaga dokładnej koordynacji już na etapie projektowym
Czytaj więcej: Jakie są główne elementy centrum danych definiowanego programowo? - gbc engineers
Fundament
Jak w przypadku każdego budynku, projekt fundamentów centrum danych jest przede wszystkim determinowany warunkami geotechnicznymi terenu. Projekty realizowane na gruntach słabych lub silnie ściśliwych zazwyczaj wymagają fundamentów głębokich (takich jak pale wbijane lub wiercone), aby zapewnić odpowiednią nośność i kontrolować osiadanie. Z kolei lokalizacje o mocnym, stabilnym podłożu mogą pozwalać na fundamenty płytkie, takie jak stopy fundamentowe lub płyta fundamentowa, w zależności od układu słupów i całkowitego rozkładu obciążeń.
Przy umiarkowanych obciążeniach słupów efektyczną techniką jest wykonanie podstawy słupa i jego stopy jako jednego monolitycznego elementu. Takie rozwiązanie skraca czas budowy i upraszcza ustawienie na placu budowy. To zintegrowane podejście jest szczególnie korzystne w przypadku stosowania słupów prefabrykowanych, ponieważ zapewnia dokładne pozycjonowanie i zakotwienie słupów podczas montażu.
Gotowy na zabezpieczenie swojego centrum danych na przyszłość?
Nawiąż współpracę z gbc engineers, aby zaprojektować obiekt zapewniający wydajność, niezawodność i długoterminową wartość.
🌐 Odwiedź: www.gbc-engineers.com
🏗️ Poznaj nasze usługi: Services - gbc engineers
Podsumowanie
Projekt konstrukcji centrów danych wymaga starannego uwzględnienia szerokiego zakresu wymagań technicznych, logistycznych i operacyjnych. Wysokie obciążenia, duże otwarte rozpiętości, elastyczność pod przyszłą rozbudowę oraz szybkie harmonogramy budowy (speed-to-market) należą do najważniejszych czynników wpływających na decyzje projektowe w tego typu przedsięwzięciach.
W niniejszym dokumencie przedstawiono różne systemy stropów, ścian i słupów powszechnie stosowane w budowie centrów danych, podkreślając ich zalety, ograniczenia i odpowiednie zastosowania. Zaznaczono, że wybór systemu konstrukcyjnego musi być oparty na kryteriach specyficznych dla projektu – w tym geometrii budynku, warunkach obciążeń, ograniczeniach transportowych i montażowych, potrzebach integracji z instalacjami MEP oraz celach architektonicznych – a nie na uniwersalnym podejściu.
W wielu przypadkach podejście mieszane lub hybrydowe oferuje najlepszy balans pomiędzy wydajnością, kosztami i efektywnością budowy. Systemy prefabrykowane i półprefabrykowane są szczególnie dobrze dostosowane do nowoczesnych centrów danych, oferując szybsze wdrożenie, lepszą kontrolę jakości i mniejsze zapotrzebowanie na pracę na placu budowy – kluczowe zalety na dzisiejszym konkurencyjnym rynku dla deweloperów i operatorów.
Ostatecznie wybór systemu konstrukcyjnego powinien być dokonywany przez wykwalifikowanych inżynierów konstruktorów w ścisłej współpracy z architektami, projektantami instalacji MEP i producentami prefabrykatów. Dobrze skoordynowana, specyficzna dla projektu koncepcja konstrukcyjna jest niezbędna do realizacji wydajnego, opłacalnego i gotowego na przyszłość centrum danych.