Содержание
Сейсмостойкость и защита от землетрясений
Раздел рассматривает воздействие землетрясений на здания ЦОД, типовые сценарии разрушений, требования к проектированию в сейсмоопасных районах и подходы к обеспечению устойчивости. Материал объединяет международный подход (ASCE, FEMA) и требования российских нормативных документов (СП 14.13330, СП 20.13330, СП 385.1325800 и др.).
Общие положения
Землетрясения относятся к опасностям низкой вероятности, но крайне высокой последствий, особенно для объектов с высокой стоимостью оборудования и требуемой непрерывностью работы — таких как ЦОД.
Основные угрозы:
- горизонтальные и вертикальные сейсмические ускорения вызывают колебания конструкций;
- смещение фундамента, просадки и разрывы грунта;
- потеря работоспособности инженерных систем: электроснабжение, охлаждение, пожаротушение;
- опрокидывание или смещение ИТ-оборудования при недостаточном анкеровании;
- вторичные повреждения (пожар, разрыв трубопроводов, затопление).
Российская нормативная база строится на обязательном учёте сейсмических воздействий по СП 14.13330.2018, которые задают проектную интенсивность района и спектр реакций для зданий различной ответственности.
Сейсмическая опасность
Характеристики сейсмической опасности включают:
- максимальную расчётную интенсивность (баллы MSK-64);
- спектры отклика для расчёта горизонтальных и вертикальных ускорений (СП 14.13330, Прил. Ж);
- тип грунтов, глубину залегания твёрдых слоёв, наличие разломов;
- вероятность крупных, но редких землетрясений и более частых, но умеренных.
Российские нормы используют районирование территории РФ (карты РДС), на основании которого допускается:
- классификация района по сейсмической интенсивности;
- применение коэффициентов условий площадки;
- учёт вертикальной составляющей ускорений для зданий повышенной ответственности.
Для ЦОД даже умеренная сейсмичность функционально опаснее, чем для обычных зданий: оборудование может выйти из строя задолго до разрушения конструкций.
Типовые эффекты землетрясений на здания ЦОД
- смещение несущих элементов, потеря геометрической устойчивости;
- хрупкие разрушения элементов, не рассчитанных на пластичность;
- разгерметизация инженерных систем (холодоснабжение, пожаротушение);
- повреждение кабельных трасс;
- отрыв оборудования от пола или полок;
- повреждение серверных стоек при резонансных частотах колебаний.
Российские нормы требуют (СП 14.13330, СП 20.13330):
- расчёт конструкций в нелинейной постановке для зданий повышенной ответственности;
- обеспечение пластичности и энергоёмкости конструктивных элементов;
- проверку устойчивости инженерных систем к проектным ускорениям.
Проектирование новых зданий
СП 14.13330 и СП 385.1325800 предъявляют строгие требования к новым зданиям:
- использование Maximum Considered Earthquake (МСР) — эквивалент МРЗ по российской норме;
- проектирование на контролируемые повреждения без потери несущей способности;
- обеспечение предотвращения прогрессирующего обрушения (СП 385.1325800);
- учёт всех сочетаний нагрузок по СП 20.13330 с учётом сейсмических коэффициентов;
- обязательное анкерование оборудования, кабельных конструкций и инженерных систем.
Уровни эксплуатационной пригодности по аналогии с ASCE 7 и FEMA (адаптация к РФ):
- Полная работоспособность — редкий случай в обычных зданиях; желательный уровень для ЦОД Tier IV.
- Ограниченная работоспособность (Immediate Occupancy) — здание безопасно, оборудование требует минимальной проверки.
- Безопасность жизни (Life Safety) — базовый уровень для новых зданий без требований непрерывности.
- Предотвращение обрушения (Collapse Prevention) — минимальный допустимый уровень по нормам.
Для ЦОД следует ориентироваться минимум на уровень Immediate Occupancy, даже если нормы для объекта формально требуют только Life Safety.
Работа с существующими зданиями
При размещении ЦОД в существующих зданиях ключевые требования:
- оценка сейсмической стойкости в соответствии с СП 14.13330 и СП 385.1325800;
- обследование конструкций по СП 13.13330, СП 255.1325800;
- определение фактического уровня безопасности: Life Safety, Immediate Occupancy;
- выявление слабых элементов: стыки, узлы, связи, диафрагмы жёсткости;
- оценка оборудования: наличие сейсмического крепления, устойчивость стоек, виброзащита.
Методы усиления:
- добавление диафрагм и жёстких стен;
- усиление колонн композитными материалами (СП 164.1325800.2014);
- устройство внешних рам и связей (не вмешиваясь в машинный зал);
- установка сейсмоизоляционных платформ для оборудования.
Работы внутри действующего ЦОД желательно минимизировать — усиление часто выполняют снаружи, на фасаде или крыше.
Анкерование и защита оборудования
Российские нормы (СП 14.13330, СП 385.1325800):
- требуют анкерования инженерных систем, стоек, шкафов, тяжёлого оборудования;
- допускают применение сейсмоизолирующих платформ;
- требуют проверки крепления при вертикальной составляющей ускорений.
Особенности для ЦОД:
- серверные стойки необходимо крепить к полу или устанавливать на виброизолирующие рамы;
- ИБП, щиты и батарейные шкафы должны иметь сертифицированные узлы крепления;
- фальшпол должен обладать расчётной сейсмостойкостью и проверяться на опрокидывание шкафов;
- трубопроводы охлаждения и пожаротушения — проектировать с компенсацией перемещений.
Рекомендации по проектированию ЦОД в сейсмических районах
Краткие практические положения:
- Проектировать ЦОД как объект повышенной ответственности (аналог Risk Category IV).
- Выполнять расчёт на землетрясение по СП 14.13330 и СП 385.1325800.
- Оценивать функциональную стойкость: способность оборудования работать после толчков.
- Применять performance-based design для объектов с высокими SLA.
- Учитывать сейсмические воздействия при проектировании инженерных систем: охлаждение, электроснабжение, пожаротушение.
- Избегать хрупких конструктивных схем.
- Использовать сейсмоизоляцию оборудования и стоек.
- При реконструкции — проводить детальное обследование и выполнять усиление конструкций перед монтажом ИТ-оборудования.
Ключевые идеи
- ЦОД критичен для бизнеса: даже умеренные землетрясения могут привести к потере работоспособности без разрушения здания.
- Российские нормы требуют расчёт по СП 14.13330 и предусматривют меры против прогрессирующего обрушения (СП 385.1325800).
- Минимальный уровень проектирования для ЦОД — Immediate Occupancy.
- Существующие здания необходимо обследовать и усиливать ещё до установки инженерных систем.
- Защита оборудования (анкерование, сейсмоизоляция) критична не меньше, чем защита конструкций.
