Akwarium w mieszkaniu a żelbetonowy strop

0
665

Akwarystyka to wspaniałe hobby – relaksuje, uspokaja a z czasem coraz bardziej wciąga. Najczęściej wraz z rozwojem naszej pasji rośnie apetyt na większy zbiornik lub kilka następnych zbiorników i stajemy przed trudnym dylematem – jak duży zbiornik mogę postawić w swoim mieszkaniu? Czy akwarium 200,300 czy nawet 600litrowe zagraża innym użytkownikom mojego bloku? Czy jest możliwość, że pewnego dnia wpadnę wraz z akwarium do sąsiada mieszkającego poniżej?  Dla przeciętnego akwarysty są to pytania dość trudne ale postaram się udzielić na nie odpowiedzi.

Poniższy artykuł dotyczy przede wszystkim współczesnego budownictwa mieszkaniowego i należy go traktować jako pewien zarys problemu a nie PEWNIK. Każda konstrukcja ma osobny schemat statyczny, może różnić się użytymi materiałami (zarówno betonem jak i stalą), zbrojeniem oraz jakością wykonania dlatego jeżeli ktoś chce w domu postawić jakiś większy zbiornik należy dokładnie zaznajomić się z konstrukcją budynku a niekiedy przeprowadzić osobne obliczenia.

We współczesnym budownictwie mieszkaniowym (zwłaszcza na terenie Warszawy) konstruuje się budynki o stropach monolitycznych grubości 20-25cm opartych na słupach i ścianach żelbetowych. Niekiedy jako elementy nośne stosuje się dodatkowo ściany murowane jednak układ słupowo-płytowy pozwala na znacznie więcej możliwości aranżowania przestrzeni mieszkaniowej przez architektów dlatego jest przez nich preferowany. Przy takich założeniach budynek można wznieść stosunkowo szybko a wiadomo, że w dzisiejszych czasach każdy chce budować szybko bo to obniża koszty. Niestety budynki o stropach monolitycznych w polskim budownictwie są stosowane w zasadzie od powiedzmy 30lat dlatego większość budynków (szczególnie powstałych w latach 70 i 80tych) to konstrukcje prefabrykowane wielkopłytowe o różnej wytrzymałości i słabym spasowaniu elementów.

Poniżej przedstawię kilka przykładów obliczeń dla przeciętnego budynku mieszkalnego. Jest to strop nad 2gim piętrem, wysokość kondygnacji 2.8m, grubość płyty żelbetowej 24cm (beton B37), zróżnicowana siatka słupów z trzonem klatki schodowej i szachtów windowych, stal A-IIIN (RB500W), siatka zbrojenia podstawowego dołem #10/20 w obu kierunkach, siatka zbrojenia podstawowego górą #10/20. Strop w schemacie podstawowym jest obciążony ciężarem własnym, warstwami posadzkowymi (2kN/m2 w mieszkaniach, 3.2kN/m2 na balkonach i loggiach), ciężarem użytkowym wraz z obciążeniem zastępczym od ścianek działowych (łącznie 2.87kN/m2), siłami liniowymi od ścian z cegły kratówki gr. 24cm (10.44kN/mb).

Dla schematu podstawowego opisanego powyżej założone zbrojenie, grubość płyty oraz materiały są wystarczające aby spełnić warunki nośności (naprężenia, przebicie) oraz użytkowania (zarysowanie, ugięcie).

Strop obciążono wirtualnym akwarium 180x60x60 o wadze 850kg (szkło+wnętrze+szafka) dającym miejscowe obciążenie 8.5kN/m2. Przy tak małym obciążeniu nie ma znaczenia czy siła jest rozłożona równomiernie na powierzchni 180x60cm czy też na np. 6nóg od stelaża. Dla przykładu mogę napisać, że o tego rodzaju strop należałoby zacząć się martwić przy sile skupionej od 100-150kN (czyli 10-15ton) co jest wielkością nieosiągalną przy akwarium. Takie siły występują np. przy obciążeniu od słupa, który podpiera strop antresoli i schodzi bezpośrednio na płytę stropową.

Akwarium ustawiono w kilku potencjalnych miejscach sugerowanych przez architekturę w kilku mieszkaniach:

Wariant 1. Akwarium ustawiono między salonem a przedpokojem prostopadle do ściany nośnej przy jej uciętym narożniku (wariant niekorzystny).

Wariant 2. Akwarium ustawiono w salonie przy ścianie zewnętrznej budynku na lewo od słupa na którym opiera się belka krawędziowa stropu (wariant niekorzystny)

Wariant 3. Akwarium ustawiono w pokoju przy ścianie działowej międzylokalowej mniej więcej w środku rozpiętości stropu w obszarze o największych rozpiętościach (wariant niekorzystny).

Wariant 4. Akwarium ustawiono tak jak w wariancie 2 ale powiększono je do 220x60x70, założono masę 1300kg co daje miejscowe obciążenie 10kN/m2. Uwaga: założona masa zakłada, że pod zbiornikiem nie ma np. 200l sumpa a jedynie np. 2kubły.

Obliczenia wykonano w programie ABC Płyta 6.4 opierającym się na metodzie elementów skończonych (MES) wg aktualnych norm żelbetowych PN-B-03264:2002 (pominięto Eurokod gdyż dla naszego zagadnienia jest on nieistotny i tak naprawdę to wprowadza więcej zamieszania wśród inżynierów niż to warte). Założono współczynniki bezpieczeństwa wg normy a dla samego akwarium dano współczynnik 1.3 (zwiększenie obciążenia obliczeniowego o 30%). Obostrzenia projektowe dla SGN (stan graniczny nośności) i SGU (stan graniczny użytkowania) to ograniczenie szerokości rozwarcia rysy do 0.3mm, ugięcie maksymalne 30mm w środku rozpiętości przęsła, 1/150L (L-wysięg) dla wspornika oraz zadano wymuszenie wewnętrzne.

Nie będę tu zamieszczał szczegółowych wyników z obliczeń gdyż człowiekowi nie związanemu z budownictwem niewiele powiedzą więc skupię się na meritum zagadnienia.

Obliczenia dla wariantu 1,2,3 wykazały, że założone pierwotne zbrojenie w stropie (zarówno ze względu na zginanie jak i ścinanie w strefie podporowej) jest wystarczające do bezpiecznego przeniesienia ciężaru akwarium. Co prawda nastąpił wzrost niektórych wartości sił wewnętrznych ale zmiany te sięgały góra 1% i nie miały znaczenia dla zbrojenia a co za tym idzie warunki SGN i SGU zostały spełnione. Wpływ wariantu 2 na belkę krawędziową był znikomy – najbardziej zmieniła się siła ścinająca (V) ale jest to zmiana rzędu 3% więc można założyć, że pierwotne zbrojenie było wystarczające gdyż nigdy nie projektuje się przekrojów na 100% wykorzystania. Na poniższych dwóch grafikach widać wykresy sił w belce (siła ścinająca V, moment skręcający T i moment zginający M ) dla wariantu drugiego bez akwarium (2A) i ze zbiornikiem (2B).

Obliczenia dla wariantu 4 wykazały podobne zależności jak w przypadku wariantu 2 przy czym siła ścinająca wzrosła względem zaprojektowanej o 5% a moment zginający o 2% (przęsłowy) i o 4% (podporowy). Tu również można założyć, że projektowane zbrojenie jest wystarczające aby przenieść nadliczbowe siły w stropie.

Przeprowadziłem jeszcze kilka wariantów obliczeniowych dla zbiornika 180x60x60 ale dały one podobne wyniki jak dla wariantów 1 i 3 więc nie będę ich opisywał.

Na koniec zasymulowałem akwarium 200x80x70 z sumpem 150l co odpowiada wadze około 2000kg i daje obciążenie około 12.5kN/m2. Umiejscowiłem je w salonie w pobliżu środka pola o największej rozpiętości (średnio 7-7.2m). W wyniku obliczeń okazało się, że wpływ tego zbiornika na strop w tym rejonie jest niewielki i niewiele różni się od rezultatów z wariantu 4.

Jakie wnioski można wyciągnąć z tej symulacji?

Współczesne budownictwo mieszkaniowe oparte na monolitycznych stropach żelbetowych jest bezpieczne i przygotowane na spore obciążenia zgodne z założeniami normowymi. Obliczenia przeprowadza się ze sporymi zapasami bo zmniejsza się obliczeniowe wytrzymałości stali i betonu a jednocześnie zwiększa obciążenie (najczęściej o 20-30%) czyli w sporym przybliżeniu można założyć, że konstrukcja jest w stanie przenieść minimum 50% więcej niż sugerują to wyniki. Przy obecnych technologiach klasa betonu uzyskana na budowie jest najczęściej wyższa od projektowanej (ale nie jest to regułą) a w warunkach eksploatacyjnych na 99.9% nigdy nie będzie sytuacji, w której obciążenie użytkowe osiągnie wartości obliczeniowe. Wynika to z prostego faktu, że aby to osiągnąć to przez wiele lat użytkowania na każdym metrze kwadratowym obiektu (w łazienkach, kuchniach, balkonach, salonach, klatkach schodowych itp.) musiałoby stać 150-200kg a przecież każdy wie, że to niemożliwe. W przeciętnym salonie o powierzchni 20m2 z kanapą, regałami, fotelami itp. oraz np. 20osobami (impreza) stoi około 2000kg więć sporo jeszcze brakuje do 3000kg (przy obciążeniu użytkowym 1.5kN/m2). Aby konstrukcja osiągnęła granicę 100% obciążenia analogiczna sytuacja musiałaby mieć miejsce w każdym pomieszczeniu budynku.

Nie należy jednak popadać w zachwyt bo wspomniane przeze mnie pozytywne aspekty mają też swoją mroczną stronę. Nigdy nie możemy być w 100% pewni, że projektant założył prawidłowy schemat statyczny i nie pomylił się w obliczeniach. Tak samo nigdy nie możemy być pewni czy budynek został wykonany zgodnie z projektem i jego założeniami tzn. czy otulina w każdym miejscu jest taka sama (zwiększenie otuliny zmniejsza ramię sił wewnętrznych przez co zbrojenie jest w stanie przenieść mniejsze zginanie), czy rozstaw prętów zbrojeniowych jest zgodny z projektem, czy właściwie pielęgnowano beton, czy zrobiono prawidłowe zakłady (uciąglenie zbrojenia), czy warstwy posadzkowe są zgodne z projektem itp. itd. Po to właśnie wprowadza się współczynniki bezpieczeństwa aby zrównoważyć ewentualne błędy w wykonawstwie a błędów najnormalniej w świecie uniknąć się nie da.

Podsumowując można powiedzieć, że we współczesnym budynku o ustroju płytowo-słupowym możemy bez problemu postawić zbiornik rzędu 120x60x60 (432litry), 150x50x50 (375litrów) czy nawet 180x60x60 (648litrów), a w większości przypadków również akweny rzędu 200x70x70 (980litrów) nie powinny stanowić problemu. Nie należy jednak popadać w zachwyt gdyż spory wpływ na to jak duży zbiornik możemy postawić ma jego lokalizacja oraz schemat konstrukcyjny budynku. Moje obliczenia przeprowadziłem na konkretnym obiekcie, który może mieć dużo bardziej korzystny ustrój od wielu obiektów, w których planujecie założyć akwarium. Generalnie nie stawiałbym dużego (od 800l wzwyż) zbiornika przy zewnętrznej ścianie budynku chyba że mamy 100% pewności że jest to żelbetowa ściana nośna. Unikałbym też stawiania akwarium przy obudowach pionów wentylacyjnych gdyż zazwyczaj w stropie (w zależności od kondygnacji) w tym rejonie jest kilka otworów, które osłabiają jego nośność. Na pewno należy wystrzegać się stawiania zbiorników na wspornikach gdyż są to najbardziej wytężone rejony (oczywiście wszystko zależy od wysięgu i mam tu na myśli wsporniki o wysięgu conajmniej 2m). Mówiąc ogólnikowo wspornik to wysunięty poza linię podpór fragment stropu, który ma utwierdzenie tylko na jednej krawędzi. Najprostszym wspornikiem jest balkon w postaci prostokąta wystającego z elewacji a utwierdzonego w stropie. Jeżeli przyjrzycie się współczesnym budynkom mieszkaniowym to z pewnością zauważycie, że część z nich ma cechy, które zdradzają konstrukcje wsporczą. W poziomie parteru często pojawiają się lokale usługowe, które znajdują się we wcięciu elewacji a nad tym wcięciem nadwieszone jest całe nadziemie (elewacja mieszkań jest wysunięta do przodu). Niekiedy z racji że w takich usługach są duże wolne przestrzenie to doskonale widać słupy, które cofnięte są z elewacji ku wnętrzu budynku. To właśnie wspornik – innymi słowy jeżeli masz mieszkanie w takiej nadwieszonej części to nie stawiaj w jej obrębie zbiornika… postaw go w innym miejscu.

Jeżeli chcemy postawić zbiornik 500-600litrów o łącznej wadze rzędu 700-900kg nie powinniśmy się zbytnio martwić nośnością stropu. Przy większych zbiornikach moim zdaniem należy bezwzględnie zaznajomić się z planami budynku i ewentualnie poradzić się fachowca. W szczególnych przypadkach (zbiorniki od 1000l w górę) warto przeprowadzić szczegółowe obliczenia dla konkretnego przypadku posługując się planami, które można zdobyć w spółdzielni bądź administracji obiektu – nie da się przeprowadzić szacunkowych obliczeń nieznając klasy betonu oraz zbrojenia płyty stropowej.

Powyższe obliczenie odnoszą się TYLKO do konstrukcji monolitycznych płytowo-słupowych i należy je traktować TYLKO poglądowo. Nie można stosować ŻADNEJ analogi do budynków gdzie głównymi podporami są ściany oraz do konstrukcji prefabrykowanych (stropy ceramiczne, żebrowe). Jednakże w przypadku tzw. wielkiej płyty (budynki z przełomu lat 70-tych i 80-tych) można z bardzo dużym prawdopodobieństwem założyć, że wytrzymałość stropu jest podobna (jednak nie ma pewności co do jakości materiałów i dokładności wykonania kluczowych elementów np. zamków).

Co się stanie gdy postawimy za duży zbiornik?

W początkowej fazie powiększy się ugięcie stropu a co za tym idzie pojawi się zarysowanie na elementach, które szybko reagują na to zjawisko – na pobliskich ścianach (konkretnie na tynkach) pojawią się pęknięcia (rysy) o początkowym rozwarciu szerokości włosa, które wraz ze zwiększającym się ugięciem będzie się rozszerzać. U sąsiada pod wami również zarysują się ściany ale w pierwszej kolejności strop (jego sufit  ). Wraz ze wzrostem ugięcia powiększające się rysy będą prowadzić do odpadania tynków ze ścian/stropu a potem prawdopodobnie strzeli otulina i wszystko nabierze tempa . Nie martwcie się jednak…aby strop na prawdę się zawalił (katastrofa budowlana) obciążenie musiałoby być bardzo duże, a konstruktor i wykonawca musieliby popełnić grube błędy, które nie zostałyby wychwycone w fazie wznoszenia….

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here