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很多居住在旧金山湾区的人们可能参加过加利福尼亚州开展的大地震演习,其演习目的是通过培训人们可以在地震期间更好地保护人身安全的求生方法。这对人们来说是一种很好的防护措施,而实施关键任务的IT硬件却无法在坚固的桌子下躲避。对于位于地震高发地带的硅谷地区的数据中心而言,提高承受地震破坏的主动保护水平至关重要。

为此,数据中心运营商RagingWire 公司最近宣布将在硅谷建立一个具有复杂地震保护系统的数据中心设施,以减少地震引起的振动。而这种数据中心首次在硅谷数据中心市场亮相。

RagingWire公司计划建设的四层SV1数据中心高度超过70英尺,其防震设计可以经受高强度的地震,并且不会中断数据中心的电力容量为16兆瓦的可扩展关键IT负载正常运行。

RagingWire公司的母公司NTT公司之前曾使用这种弹性建筑设计帮助多层数据中心成功抵御了日本发生的大地震。

旨在保护人员和计算机安全

抵御地震灾害的传统建筑设计理念允许建筑物结构件屈服和变形作为一种能量耗散的手段。其目标是在地震发生时,即使建筑物受损,也能保证建筑物内人员的人身安全。这对办公结构的建筑物来说通常是提供充分的保护,可以让办公者保持业务连续性,而对建筑物的损害对其支持的核心业务来说是次要的。

对于像数据中心这样实施关键任务的建筑来说,关键设备和服务器的安全运行也很重要,因为这些设备和服务器不易更换。在地震多发地区,数据中心的设计是在地震期间减少建筑物损坏或减少重新占用建筑物所需的时间。然而,对于数据中心来说,保护内部设施可能和建筑本身结构一样重要。

在处理重要IT业务的数据中心设施中,保持IT设备、机械设备、电源等的正常运行非常重要。NTT公司在日本的数据中心采用了高性能的地震基础隔离系统,该系统可以大幅降低地震带来的位移加速度,以保护建筑结构和关键设备的安全。

这一设计理念和技术在2011年日本东部9.1级大地震期间达到了预期的性能目标。 NTT通信公司(RagingWire的母公司)的东京数据中心经受住了此次重大地震而没有受到任何损害。

基础隔离系统是什么?

建筑物的基础隔离系统是很多结构件的集合,在相互隔离的“上部结构”和固定到地面的“下部结构”之间形成一个灵活柔性的界面。这些结构件通常由允许滑动的特殊轴承装置组成。这些系统的组合可以减少在地震灾害期间施加到上部结构及其内容物的加速度和拉力。

在地震期间,建筑物下部结构(或基础)刚性地附着在地面上,因此可以随着地面震动。然而,由于在建筑物基础上方和上部结构下方之间存在隔离系统,可以使建筑物上部结构的震动显著减小,并且基本上保持在其原来位置,而固定的建筑物下部结构将随着地震而移动。

现实情况是,建筑上部结构仍有自身的动态运动。然而,与这种震动相关的加速度比等效的非隔离或“固定基础”建筑物的加速度要低60%。

增加这种灵活性的目的是建筑物上下结构之间的隔离界面必须承受更大的位移。根据系统设计和预期的地震活动性,建筑物基础隔离结构可以承受从2英尺到5英尺的位移。而应对这种位移是一项挑战,必须通过设计团队之间的认真协调来解决,以使建筑物及其基础设施连接到固定建筑物基础上方的隔离结构上而不会受到损坏。

在RagingWire公司的SV1数据中心,其基础隔离系统将由三重摩擦摆(TFP)轴承和流体粘滞阻尼器(FVD)组成,可以进一步消散地震带来的能量,并减少整体建筑物的位移。

底座隔离装置:三摩擦摆轴承

摆锤轴承是一种弯曲滑动型隔离装置。当地震力克服内部装置部件之间的摩擦时,装置的滑动被激活。

摆锤轴承的弯曲特性使建筑物能够在地震后恢复到原来的位置。三摩擦摆轴承由五个滑动部件组成,这五个滑动部件组合在一起以产生摆锤行为。内滑块夹在两个凹板之间,两个凹板也夹在两个较大的外凹板之间。凹板接口具有不同的摩擦水平以促进阶段性运动。

其结果是,在等级较小的地震期间,该装置将表现出高刚度以防止建筑物的过度移动。该刚度将逐渐减小并转变为低刚度区域,以减小地震期间的最大加速度。

在等级较大的地震中,三重摩擦摆(TFP)将转换回高刚度行为,以限制可能对隔离系统和上层建筑造成重大损害的过度位移。

附加能量耗散:流体粘性阻尼器

流体粘滞阻尼器(FVD)是一种遏制震动速度的装置,其通过使多孔的活塞头穿过充满粘性流体的腔室来实现能量耗散。它类似于汽车减震器,但只适用于建筑结构。

这些装置可以作为非隔离建筑物的一部分实施,以减少地震或大风期间基础侧向建筑物的位移和加速度(实际上,阻尼器经常用于高层建筑物中,以减少大风引起的建筑震动)。在隔离建筑中,流体粘滞阻尼器(FVD)装置一端与隔离上部结构相连,另一端与固定下部结构相连。

在地震期间,建筑上部结构移动时,活塞头会被一种粘性流体所拉动。当活塞移动得更快时,装置的阻力就会相应增大。

RagingWire公司的SV1数据中心的流体粘滞阻尼器(FVD将用于将建筑物移动降低到最低水平,同时降低隔离系统的位移加速度。

将它们放在RagingWire的SV1数据中心

对于SV1数据中心项目,PARADIGM Structural Engineers和NTT公司与RagingWire公司合作设计了一个基础隔离系统,可以满足RagingWire公司在易受地震影响的硅谷数据中心的性能要求。

SV1数据中心将用于减少建筑物上部结构的加速度和位移,以最大限度地减少建筑物和设备损坏,从而使数据中心设施能够在地震事件后快速恢复运行,甚至可以不间断地维持运行。

由于硅谷地区处在地震活动多发区,SV1数据中心的非隔离结构可能经历更大的位移加速度,而这种加速度随着建筑物的高度增加而增加。这些加速度意味着非隔离建筑物中的设备比隔离结构中的设备具有更大的损坏风险。在建筑物内部,服务器机架可能会倒塌,而屋顶系泊的设备可能会脱落,并破坏冷却回路。然而,地震隔离结构可以显著地减少震动对建筑物、居住者及其所包含的所有关键基础设施的影响。

这种先进的设计将减少附近或远距离地震造成的影响,并显著减少对服务器机架和基础设施的影响,使建筑结构在地震事件之后保持正常功能。

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