楼面鱼池鱼缸承重问题

Kevin-yu

楼面鱼池鱼缸承重问题

　　近年来，家中饲养锦鲤的鱼友越来越多，由于锦鲤养殖大水体大过滤缸的要求，更多的DIY的大缸和小池出现在了鱼友的家中，楼板承重的问题成为广大鱼友关注而难以解决的问题。作为结构设计的工程师，希望能通过本文给大家一个思路，做一个安全放心的鱼池。本文结合家居楼面建造锦鲤鱼缸或鱼池需要考虑的承重问题，给在楼面上拟建鱼缸、鱼池的朋友提供一个荷载传力和摆放位置选择的思路，方便鱼友建造自己满意的锦鲤鱼池的同时满足建筑安全的要求。欢迎大家通过“嗨滁网花鸟鱼虫”平台做更多的心得交流。
　　传力途径
　　先明确一个典型鱼池荷载的力的传递路径：①鱼缸→②楼板→③楼面的梁→④房屋的柱子或墙→⑤地下的基础→⑥桩→⑦地基土（见平面示意图）。下面我们逐项去谈①至⑦房屋各个部分的安全问题。

　　由于所有的力都是通过基础传递到地基土上的，地基土是根基，我们先从地下开始考虑，看看地基土是否能满足我们增加的鱼池荷载的要求。目前见到坐落于楼板的鱼缸大的也就2吨，鱼池大的有5吨。这样的荷载是通过多道墙或柱均匀传递到地基土上，其数值相对基础承担总的荷载所占比例很小，我们不必要去验算地基土的承载力。同样的理由，地下的桩、基础和房屋的柱子或承重墙的验算也不必考虑。如果房子已经有过改造或已经在原设计上增加了楼层，上面的问题变得很复杂，这就需要重新慎重考虑。
　　下面该考虑楼面的梁的承重问题了，在谈这个问题之前，为了更容易地表述结构传力的问题，我们要明确一个概念——结构形式，根据结构形式分别说明。我们常见的民用住宅有下面三种结构形式（产权证上都有明确描述）：
　　砌体结构，也就是我们通常说的小砖房，房屋高度不超过7层。楼面的梁荷载直接传递到墙上，用砌块墙承受竖向荷载。对于这样的结构形式，往往很少有梁而是楼板荷载直接放到墙上。很多做大的鱼池鱼友都是在池底做钢梁将鱼池的荷载传递到墙上，这是一个很有效的方法，可以做3-5吨的池。我曾经用这个方法将一个住跃层的朋友的入室的共享空间加了一层楼板，做了个卧室。而做缸的鱼友，由于荷载小，通常验算一下楼板就可以了。
　　框架结构，通常房屋高度7层以上。楼板的荷载是通过梁传递到柱子上，由柱子承受竖向荷载，再传递到基础。框架结构的墙都是只承受自重，是非承重墙，不可以做鱼池的支撑墙。在框架结构上，对于1吨左右的鱼缸，我们只需要验算混凝土楼板的承重。而对于做池的朋友由于荷载较大，应该尽量将鱼池放在跨度小的梁上，放在梁的根部不要放在梁的跨中。在露台和屋面的鱼池应靠近柱子放置，因为柱子承载能力很强不用复算。对于单根梁附加鱼池荷载超过1吨的，往往我们需要验算钢筋混凝土梁。框架结构做3-5吨的池比较困难。
　　框架剪力墙结构，用于高层结构，通常房屋要20层以上。楼板的荷载往往通过梁或直接传递到钢筋混凝土剪力墙，由钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载，这是一种非常有利于加鱼缸鱼池的房屋结构形式。荷载传递类似砌体结构，需要验算梁板的荷载②③。只要将荷载安全传递到钢筋混凝土剪力墙上，5、6吨的鱼池也可以实现。
　　楼板与其边梁和承重墙的连接形式对楼板承载能力有影响。如果与鱼池下的钢筋混凝土板相连的梁或墙是边梁或边墙，这样的板支撑条件不好，如果与这块板相连的梁或墙另一侧还有板，我们叫这样的板为连续，这样的板承载能力强。
　　楼面鱼池的建造建议用轻型材料，从受力来讲，由于池高度都在1米左右，池壁没有必要做钢筋混凝土，可采用砖墙，可以借助已有的墙壁做池壁。由于混凝土自重大，不建议做钢筋混凝土底板，池底可以采用玻璃板四边支撑于四周砖池壁上，如玻璃底板跨度大应适当加木方做支撑上面铺板的方法，玻璃底板下部留适当位置做底排，这样不仅轻还省工省钱。
　　鱼缸、鱼池布置的原则
　　我们应该尽量将鱼缸的荷载直接放到墙或柱子上，通过上面荷载传递的分析就可以知道，因为柱子和承重墙安全度大，不用我们再做过多的验算就可以保证安全可靠。可往往由于条件的限制很难做到这样，不得不放在钢筋混凝土楼板上再将荷载传递给梁或墙。在这里我们要谈到摆放鱼缸、鱼池的技巧。为了更明确地说明这个问题，需要先谈谈以下几点：
　　1.荷载（设计中荷载分恒荷载和活荷载）
　　恒载包括：钢筋混凝土楼板的自重，装修时我们铺的瓷砖或木地板、天棚的吊顶等，这些设计楼房的时候都考虑了。如果你家里铺的是木地板比较轻，这里会有些富裕量，但如果铺的是厚的大理石那就意味着超过设计恒荷载了。
　　活荷载：住宅的楼面荷载，就是我们家中楼板人群活动时的承载力设计荷载，在荷载规范G**009中取值是2KN/平方米，阳台是2.5KN/平方米。屋面分不上人屋面0.5KN/平方米，上人屋面2KN/平方米，屋顶花园3KN/平方米。大家注意一下是每平方米，就是这2KN处处都有，如果是个大块头一个人也就占了近一平米，这样的设计允许每平方米站两个200斤的大块头站满一个房子，所以这2KN/平方米满布荷载还是很安全的。
　　我们鱼缸的荷载是设计中没有考虑进去的，那么这部分我们就要占用设计中所考虑的活荷载部分，如同屋子中的家具一样，将鱼缸放在墙边的受力形式是有利的。
　　2.单向板和双向板
　　我看到一鱼友的房子楼板是预制板，这是典型的单向板，即使放房子墙边，如果放在一块预制板子的中央也很危险了。
　　单向板：长和宽的比例超过3:1的板。通常我们没有这么窄长的房子，预制板通常是长条（1米宽，3-5米长），是典型的单向板，这样的预制板对于鱼缸鱼池的承重很不利。
　　双向板：长和宽的比例小于3:1的板。通常我们的房子都是现浇的钢筋混凝土双向板，这是有利于建池的楼板形式。
　　3.楼板的边界条件
　　简单讲就是楼板有几道墙或梁支撑着。通常我们居室是方型的，四边有四道墙或梁支撑，按四边简支计算，也可以考虑连续板计算。而阳台板就不同了，有的阳台是从室内楼板伸出去的，我们叫悬臂的结构，就是只有一道墙支撑，其余三面都是空的，这种受力形式是非常不利的。这些不同的边界条件决定了计算的模型，现在的计算方法很强大，但搞不清楚边界条件往往会出现大的误差。
　　4.荷载的作用位置
　　我们都知道将鱼缸靠承重墙放比较安全。鱼缸放置位置和楼板的承载力有密切关系，越靠进有支撑的短方向跨的板边越安全，注意是有支撑的板边。如果是单向板，即使你放在墙边也可能是无支撑位置单向板的跨中，所以放置的位置是有讲究的。
　　说明了上面的几点概念，我们就可以理解为什么有的鱼友做了800mm水深的鱼池放在楼板上也没有出问题，就是由于计算的时候楼面活荷载是满布的，而实际使用虽然鱼缸局部超过了设计荷载，但并不是这个楼板都达到了设计的均布活荷载，因此我们可以通过这个思路去复算楼板的安全性，在具体操作中人为地减少布置在鱼缸周围的家具等荷载。
　　房屋设计的一些分项系数是根据可靠度方法确定的。我们常常讲万一，也就是说如果一万次出一次问题的概率，我们目前设计房屋安全的概率是万分之六，是极端情况下的失效概率。谁希望自己房子在极端情况下如飓风、地震等的失效概率比人家高，千分之一也就是万分之十，你能接受吗？因此，我不主张吃设计中的安全系数。
　　如“荷载传递平面图”举例说明鱼缸、鱼池位置的选择，图中阴影部分为荷载由板传递到梁和墙的分布面积。假设我们有一个2.71米×1米高1米水位的鱼池，如果池子含自重总重量是3吨的话，我们可以看到鱼池的60%的梯形阴影面积荷载传递到了承重墙上。上面说了，承重墙的承载能力富余量比这个要大，不用复算。现在3吨荷载只剩下40%也就是1.2吨，从图中我们看到这1.2吨分布在上下两个三角形阴影部分的面积上，上下两个量只承受0.6吨的荷载，并且荷载靠近梁的支座处，产生的弯矩会很小。如果我们在这两根梁的周围有意的少布置家具，我们知道室内是2KN每平方米的活荷载，如果有3平方米以上受力面积范围不布置家具，我们就达到了不吃安全系数而保证安全的目的。当然上面是简单分析有很多假设的前提，详细计算会复杂，但即使这样简单分析也会有利于我们找到一个适合建池的位置。
　　简单的原则就是：鱼池尽量长方向平行放置在跨度小的双向板上；尽量将两端放在支撑梁上；尽量靠近承重墙建；尽量靠近承重墙或柱；尽量将鱼池的荷载由多个梁和墙承受。

　　建造施中要注意的问题
　　经过一段时间在网上和鱼友交流楼板承重问题，看到大家做了很多漂亮的缸和池，也发现一些鱼友常常忽略的一些问题。首先要明确结构形式，认清楚什么是承重墙，不要把隔墙当做承重墙，只有承重墙才能做鱼缸和楼板的支座，比如框架结构的墙都是非承重墙。将隔墙当承重墙考虑放置鱼缸，后果往往会很严重。
　　在室内，能做鱼缸的尽量不做鱼池。因为鱼池本身的自重大，占总荷载的比例也大，如果做玻璃缸可以加大水体容量，有利于鱼的生长。做池自重大，也对楼板承重不利。对于大水体做之前一定要找内行人士看看设计的方案，也可以在中锦论坛发个帖子咨询一下大家的意见。有个朋友做好了6吨的大池，可还没有放水就因为承重安全的问题面临拆除的可能。屋面露台的鱼池，应考虑不要破坏原来屋面的防水层或有效修补破坏厚的屋面防水。如果是露天的露台池，在北方一定要考虑冬天防冻的问题。
　　过滤池的荷载尽量均匀分布到更多的房屋承重构件上。比如做滴流的话，有可能做个架子直接将滴流荷载通过架子直接传递到承重墙上，分散传递给楼板和梁的荷载。因为荷载即使在安全范围，混凝土构件长期在高应力状态下也是不利的。鱼池、鱼缸的传力路线一定要明确。看到有的朋友做了个钢架子在楼面（附图）想分担楼面荷载，但由于传力路线不明确，做了架子对合理传力用途不大，有的时候甚至有害。

　　这是一个三边有支撑的阳台，靠白色PVC管的墙是临空的，是受力不利位置，这位鱼友还用膨胀螺栓将钢架子与这面墙连了起来，这样鱼缸以集中荷载的形式施加在悬臂端部，引起超过设计值支座弯矩。如果一定想做架子搞底排的话，临空一侧的钢梁不该加，更不要说和墙用螺栓固定了。由于该池子较小，也许这样不会带来严重的后果，但加了膨胀螺栓荷载传递反而是不利的。