poniedziałek, maj 29, 2017
Witamy w pawiookie.pl!

Wpływ akwarium na nośność stropów żelbetowych

Artykuł udostępniony dzięki uprzejmości Norberta Sabata, www.aquadesign.pl

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. W takim układzie dodatkowym elementem usztywniającym przenoszącym siły poziome ze stropów są ściany. Niestety budynki o stropach monolitycznych w polskim budownictwie są stosowane w zasadzie od kilkunastu lat dlatego większość budynków (powstałych w latach 70 i 80tych) to konstrukcje prefabrykowane wielkopłytowe o mniejszej wytrzymałości i słabym spasowaniu elementów.
Poniżej przedstawię kilka przykładów obliczeń dla przeciętnego budynku mieszkalnego. Jest to strop nad 2gim piętrem, wysokość kondygnacji 2.7m, grubość płyty żelbetowej 24cm (beton B37), rozpiętość między słupami od 6 do 7.8m, słupy 60x25cm oraz 30x30cm, stal RB500W, siatka zbrojenia podstawowego dołem #12/20 w obu kierunkach, siatka zbrojenia podstawowego górą #8/20. Strop w schemacie podstawowym jest obciążony ciężarem własnym, warstwami posadzkowymi (1.65kPa/m2), ciężarem użytkowym wraz z obciążeniem zastępczym od ścianek działowych (2.75kPa/m2), siłami liniowymi od ścian z pustaka gr 24cm (7.5kN/m, 8.3kN/m).
 
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 w kilku wariantach: przy krawędzi stropu, w okolicy pasma słupowego, w środku rozpiętości stropu zarówno zakładając że obciążenie jest przekazywane w sposób ciągły (za pośrednictwem np płaskiej spodniej płyty szafki) lub punktowy (zakładając, że obciążenie jest przekazywane na strop za pośrednictwem np 4-6nóżek stelaża). W modelu założono akwarium 200x60x60cm czyli 720l ważące wraz z sumpem 100l około 1200kg co przekłada się na obciążenie rzędu 10kN/m2 lub 2kN/nogę (przy założeniu 6nóżek stelaża).
 
Obliczenia wykonano w programie ABC Płyta 6.4 opierającym się na metodzie elementów skończonych (MES) wg aktualnych norm żelbetowych PN-B-03264:2002. Jest to znany i chyba jeden z najlepszych programów MES używanych do projektowania ustrojów płytowo słupowych w naszym kraju.
 
 
W pierwszym wariancie wybrano fragment stropu o średniej rozpiętości 6.5m - założono przypadek gdy akwarium stoi na krawędzi stropu w pobliżu słupa oraz gdy stoi w okolicy środka rozpiętości stropu. W obu przypadkach warunki SGN (stan graniczny nośności) i SGU (stan graniczny użytkowania) zostały spełnione. Strop nie zarysował się powyżej nałożonych wymogów (maksymalne rozwarcie rys 0.3mm), zbrojenie zadane dla schematu podstawowego okazało się wystarczające a w słupach nie wystąpiło dodatkowe przebicie. W słupach gdzie przebicie wystąpiło założona liczba strzemion okazała się wystarczająca. Poniżej przedstawiono kilka zrzutów z obliczeń (nie przedstawiono wielu danych gdyż dla przeciętnego człowieka są mało istotne i mogłyby tylko zaciemnić obraz ).
 
 
 
 
Ponieważ obciążenie 10kPa na powierzchni 210x60cm okazało się za małe aby uszkodzić strop w ramach eksperymentu w okolicy środka rozpiętości w tym samym miejscu zamodelowano obciążenie 20kPa co odpowiada akwarium o masie 2400kg. Z obliczeń wynikło, że takie obciążenie nie spowodowało ani nadmiernych odkształceń, ani przebicia w słupach, ani pozanormowego zarysowania czyli innymi słowy zaprojektowany strop miał parametry wystarczające aby bez przeszkód postawić w tym miejscu 2400kg.
W drugim rozważanym przypadku akwarium ustawiono na krawędzi stropu w pobliżu zewnętrznego słupa. Okazało się, że założone zbrojenie jest wystarczające do przeniesienia obciążenia, ugięcie oraz zarysowanie spełnia normy jednak w pobliskim słupie wystąpiło przebicie na które strop nie był zazbrojony czyli istnieje duże prawdopodobieństwo katastrofy budowlanej.
 
 
Po zmniejszeniu obciążenia do 6.5kPa na powierzchni 150x60cm co odpowiada mniej więcej 600kg (zbiornik 150x60x50) w słupie nadal występowało nie duże przebicie. Ponieważ w obliczeniach zakłada się różne warianty obciążeń a zbrojenie liczone jest wg obwiedni (skrajnie niekorzystnych warunków), które w praktyce raczej nie wystąpią (np. nikt nie obciąży mieszkania 200kg na każdy metr kwadratowy), dodatkowo uwzględnia się współczynniki bezpieczeństwa (wytrzymałość materiału jest zmniejszana natomiast obciążenia powiększane) więc można założyć że zaprojektowany strop poradzi sobie z akwarium rzędu 450l w tym miejscu bez problemu.
W drugim wariancie obciążono część stropu w środku budynku gdzie rozpiętość między słupami sięgała 7-7.5m. Na początku obciążono przęsło w środkowej części i ponownie przyłożono 10kPa na powierzchni 210x60cm.
 
 
 
 
Na podstawie obliczeń okazało się, że zaprojektowany strop jest zdolny do przeniesienia takiego obciążenia - nie wystąpiły rysy powyżej 0.30mm, założone zbrojenie było wystarczające(zarówno płyty jak i dozbrojenie na przebicie w okolicznych słupach)
W drugim przypadku obciążono strop w pobliżu środkowego słupa
 
 
W tym przypadku również okazało się, że strop jest zdolny do przeniesienia tego obciążenia. Zwiększyło się wymagane dozbrojenie na przebicie w najbliższym słupie z 40#8 na 41#8, więc można założyć że założone zbrojenie (które jest z reguły większe od obliczeniowego) jest wystarczające.
Dodatkowo dla każdego powyższego przypadku założono że obciążenie od akwarium przenosi się na strop przez skumulowane siły węzłowe o wartości 2kN (obciążenie od 6nóżek stelaża). Poniżej demonstracja dla drugiego schematu obciążenia.
 
 
Wniosek jest taki, że nie ma znaczenia czy obciążenie jest przekazywane poprzez spodnią płytę szafki czy też poprzez nóżki stelaża - wyniki są niemal identyczne.
Podsumowując można powiedzieć, że we współczesnym budynku o ustroju płytowo-słupowym możemy bez problemu postawić zbiornik rzędu 150x50x50 (375litrów) w dowolnym miejscu mieszkania (nawet na środku pokoju). W większości przypadków możemy pokusić się o większy zbiornik rzędu 180x60x60 (648litrów) a nawet 210x70x65 (955litrów). Nie popadajmy jednak w zachwyt gdyż powyższe obliczenia zostały wykonane dla konkretnego budynku i dla konkretnych materiałów. Usytuowanie zbiornika w poszczególnych przypadkach było przyjęte na podstawie architektury i możliwych ustawień względem istniejących ścian wewnątrz lokali. Możliwe, że niektóre sytuacje były skrajnie niekorzystne a inne przypadkiem wyjątkowo korzystne.
Jeżeli chcemy postawić zbiornik 400-600litrów 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 800-1000l i większe) warto przeprowadzić szczegółowe obliczenia dla konkretnego przypadku posługując się planami, które można zdobyć w spółdzielni bądź administracji obiektu - nie da się przeprowadzić szacunkowych obliczeń nie znając 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. 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. Należy pamiętać, że większość przeprowadzonych w artykule wywodów dotyczy stanu granicznego użytkowania, który ma większe wymagania niż stan graniczny nośności czyli innymi słowy jest spora droga między zarysowaniem stropu czy też pęknięciami na ścianach a katastrofą budowlaną. Nie znaczy to jednak, że można zlekceważyć SGU gdyż najczęściej nie jesteśmy jedynymi użytkownikami budynku i musimy liczyć się z innymi jego mieszkańcami (szczególnie z sąsiadem pod nami ;) ).
 
czerwiec 2007
Copyright by Norbert Sabat. All rights reserved.
 
Ważne
  • Osoby, którym padła dorosła pawiooka o w miarę proporcjonalnej budowie,  proszone są o zrobienie jej zdjęcia i umieszczenie zapakowanej w torebkę ryby (koniecznie w pozycji wyprostowanej!) w zamrażalniku. Następnie proszę o skontaktowanie się z administratorem.
  • Portal pawiookie.pl poszukuje osób biegle posługujących się jednym z języków: angielskim, niemieckim lub też rosyjskim, w celu przetłumaczenia treści artykułów. Osoby chętne do pomocy proszone są o skontaktowanie się z administratorem.