ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ - ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ - ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ, ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΩΝ ΜΝΗΜΕΙΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: Ανελαστική Ανάλυση Ξυλόπηκτων τοιχοποιιών με διπλή διαγώνια δικτύωση ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΦΟΙΤΗΤΡΙΑ: Ευανθία - Χριστίνα Τσιρώνη ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Ιωάννης Δουδούμης Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2014

2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟΧΟΣ- ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ 8 2. ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ ΠΡΩΙΜΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΜΕΤΑΓΕΝΕΣΤΕΡΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΕΥΡΩΠΗ ΑΜΕΡΙΚΗ ΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΥΛΙΚΑ Ξύλο- κριτήριο διαρροής Ηill Τοιχοποιία- κριτήριο διαρροής Drucker-Prager ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ- ΕΠΑ ΦΕΣ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Συνδέσεις ξύλινων δομικ ών στοιχείων Συνδέσεις επ αφής ξύλινων μελ ών- τοιχοποιίας πλήρωσης ΕΠΙΒΟΛΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΚΥΚΛΙΚΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΑΝΑ/ΜΕΝΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΟΙΧΟΠΛΗΡΩΣΗΣ ΕΠΙΡΡΟΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΙΧΟΠΛΗΡΩΣΗΣ ΕΠΙΡΡΟΗ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΟΡΘΟΣΤΑΤΩΝ- ΣΤΡΩΤΗΡΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 99 3

4

5 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Η ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Ο όρος vernacular architecture είναι ένα πεδίο της αρχιτεκτονικής θεωρίας που μελετά τις κατασκευές που μορφώθηκαν από εμπειρικούς χτίστες, χωρίς της παρέμβαση επαγγελματιών μηχανικών ή αρχιτεκτόνων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιας ανώνυμης αρχιτεκτονικής είναι οι κατασκευές από ξυλόπηκτη τοιχοποιία. Τα φυσικά υλικά, το μειωμένο κόστος και η ευκολία κατασκευής συντέλεσαν ώστε αυτό ο τρόπος κατασκευής να γνωρίσει μεγάλη απήχηση σε όλο τον κόσμο. Επιπλέον, η καλή αντισεισμική συμπεριφορά που επέδειξαν οδήγησε στην ευρεία διάδοση αυτών των κατασκευών σε περιοχές με έντονη σεισμική δραστηριότητα. Σε αυτές τις περιοχές η ανάγκη για βελτίωση της συμπεριφοράς του συστήματος έναντι οριζόντιων φορτίων οδήγησε στην εισαγωγή διαγώνιας δικτύωσης στα ξυλόπηκτα φατνώματα άλλωτε μονής, άλλωτε διπλής. Στην πορεία εμφανίστηκαν συνθετότερες μορφές δικτύωσης που εξελίχθηκαν με βάση την τοπική αρχιτεκτονική και την τάση της εκάστοτε εποχής. Με την πάροδο των χρόνων και τη χρήση νέων μεθόδων κατασκευής (σκυρόδεμα, μέταλλο), που επισκίασαν τις παραδοσιακές τεχνικές, οι κατασκευές αυτές άρχισαν να εκλείπουν. Σε αυτό συντέλεσε και η διαδεδομένη αντίληψη ότι οι παραδοσιακές κατασκευές είναι περισσότερο τρωτές σε σεισμό έναντι των σύγχρονων από οπλισμένο σκυρόδεμα ή χάλυβα. Ωστόσο αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της πολιτιστικής κληρονομιάς ενός τόπου και η διάσωσή τους είναι υψίστης σημασίας. Επιπλέον πρόσφατοι σεισμοί υπενθύμισαν την καλή αντισεισμική συμπεριφορά αυτών των κατασκευών και τα συγκριτικά τους πλεονεκτήματα. Κύριο μέρος της διάσωσης είναι η αποκατάσταση και ενίσχυση του φθαρμένου σκελετού τέτοιων κατασκευών ώστε να συνεχίσουν να φέρουν με επιτυχία τα φορτία και να είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν επερχόμενες δυσμενείς τυχηματικές καταστάσεις (σεισμός). Βασικό στάδιο κατά την αποκατάσταση είναι η αποτίμηση της υφιστάμενης φέρουσας ικανότητας και η ανάλυση της συμπεριφοράς μέσω αριθμητικών μοντέλων προσομοίωσης. Πληθώρα παραγόντων, πολλές φορές αστάθμητων, όπως οι αντοχές των ξύλινων στοιχείων και των υλικών πλήρωσης, η φθορά του χρόνου, η ποιότητα των συνδέσεων μεταξύ των δοκών, των στύλων και των διαγωνίων, η ικανότητα παραλαβής φορτίων, οι συνθήκες επαφής που αναπτύσσονται μεταξύ της τοιχοποιίας και του ξύλινου πλαισίου κ.α. επηρεάζουν έντονα τη συμπεριφορά των ξυλόπηκτων κατασκευών και ο προσδιορισμός τους αποτελεί κρίσιμο στοιχείο για τα αριθμητικά μοντέλα. 5

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ εικόνα 1. αριστερά: κτίριο από ξυλόπηκτη τοιχοποιία που άντεξε στο σεισμό του 1999 στην περιοχή Golcuk της Τουρκίας, παρόλο που ήταν παλιό και εγκατελειμένο δεξιά: εικόνα κατάρρευσης πολυόροφων κτιρίων κατοικιών από οπλισμένο σκυρόδεμα στον ίδιο σεισμό [πηγή: Earthquake Resistant Traditional Construction is Not an Oxymoron*, langenbach photo credit: UNIS- DR] Έτσι η μεθοδολογία αποτίμησης ξυλόπηκτων κατασκευών είναι δύσκολο να τυποποιηθεί και τα αποτελέσματα που εξάγονται από τις αναλύσεις είναι ευμετάβλητα και ευαίσθητα ως προς τον προσδιορισμό των παραγόντων αυτών. Παρόλο που τα τελευταία χρόνια και χάρη στα διαρκώς εξελισσόμενα διαθέσιμα αριθμητικά εργαλεία έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος σχετικά με τη διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς τέτοιων συστημάτων δεν υπάρχουν επαρκείς ερευνητικές εργασίες ή κανονιστικές διατάξεις που να αντιμετωπίζουν το θέμα ολιστικά. Η απόκριση των ξυλόπηκτων φορέων υπό οριζόντια φόρτιση είναι εν γένει μη γραμμική γεγονός που οφείλεται κυρίως: (α) στη μονόπλευρη επαφή μεταξύ της πλήρωσης και των ξύλινων στοιχείων του σκελετού, (β) στην πιθανότητα χαλάρωσης και ολίσθησης στις συνδέσεις μεταξύ των επιμέρους ξύλινων μελών και (γ) στην ανελαστική συμπεριφορά τόσο του υλικού πλήρωσης όσο και του ξύλου. Η μελέτη λοιπόν της σεισμικής συμπεριφοράς των ξυλόπηκτων κατασκευών μπορεί να γίνει αξιόπιστα μόνο με ανελστική, μη-γραμμική ανάλυση, στατική είτε δυναμική. Οι ελαστικές αναλύσεις μπορούν να αποδώσουν με ακρίβεια την αρχική κατανομή των φορτίων καθώς επίσης και τις περιοχές που θα εμφανίσουν υψηλή συγκέντρωση τάσεων αλλά όπως θα δειχθεί στα επόμενα κεφάλαια, μόνο ένα πολύ μικρό τμήμα της απόκρισης των ξυλόπηκτων φορέων λαμβάνει χώρα στην ελαστική περιοχή, καθώς γρήγορα εκδηλώνονται οι πρώτες πλαστικές παραμορφώσεις με τη ρηγμάτωση του υλικού πλήρωσης. Για τους παραπάνω λόγους κρίνεται αναγκαία η αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς των κατασκευών από ξυλόπηκτη τοιχοποιία μέσα από την ανάπτυξη ενός ανελαστικού μοντέλου για τη συνεπή προσομοίωση των υπόψη φορέων. 6

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.2 ΣΤΟΧΟΣ- ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάπτυξη ενός αναλυτικού μοντέλου προσομοίωσης μέσα από το οποίο θα μπορεί να γίνει μια αξιόπιστη αποτίμηση της ανελαστικής συμπεριφοράς των ξυλόπηκτων κατασκευών με διπλή διαγώνια δικτύωση σε οριζόντια φόρτιση. Αρχικά κρίνεται σκόπιμη η μελέτη της γενικής συμπεριφοράς των υπο μελέτη κατασκευών σε οριζόντια φόρτιση. Σε αυτό το στάδιο προσδιορίζεται κατά το δυνατόν η λειτουργία και συνεισφορά των επιμέρους μελών στην απόκριση του συνολικού φορέα. Για το στάδιο αυτό επιλέγεται ένα τυπικό ξυλόπηκτο φάτνωμα το οποίο μελετάται σε κυκλική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση ελεγχόμενη μέσω των μετακινήσεων. Στη συνέχεια η μελέτη κατευθύνεται στη διερεύνηση των βασικών παραμέτρων που υπεισέρχονται στα αριθμητικά προσομοιώματα και επηρεάζουν την απόκριση των κατασκευών αυτών. Η παραμετρική διερεύνηση θα εστιάσει κυρίως στη συνεισφορά της τοιχοπλήρωσης, την επιρροή των συνδέσεων μεταξύ δοκών και στύλων του ξύλινου πλαισίου και την ποιότητα του υλικού πλήρωσης. Για κάθε μια παράμετρο που μελετάται μορφώνονται διάφορες παραλλαγές του τυπικού φατνώματος και εξάγονται συγκριτικά αποτελέσματα σε σχέση με βασικά μεγέθη όπως η αρχικά και τελική δυσκαμψία, η συνολική τέμνουσα και η παραμένουσα παραμόρφωση που εμφανίζονται στο κάθε σύστημα και επηρεάζουν σημαντικά τη συμπεριφορά του. Για όλα τα παραπάνω επιλέχτηκε ανελαστικός τύπος ανάλυσης σε μια προσπάθεια ορθότερης αναπαράστασης του φαινομένου. Επίσης μεταξύ των διάφορων στοιχείων ορίστηκαν συνοριακές συνθήκες μονόπλευρης επαφής- τριβής ώστε να προσομοιωθεί η μη ολόσωμη σύνδεση της τοιχοπλήρωσης με τον ξύλινο σκελετό,η οποία λόγω της μικρής και αναξιόπιστης αντοχής του συνδετικού κονιάματος παρουσιάζει μηδενική εφελκυστική αντοχή και ικανότητα παραλαβής διατμητικών τάσεων μέσω τριβής. Στο τέλος εξάγονται ορισμένα γενικά συμπεράσματα σχετικά με τη συμπεριφορά των ξυλόπηκτων κατασκευών και το βαθμό επιρροής κάθε παραμέτρου που μελετήθηκε, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν κατευθυντήριες γραμμές για μετέπειτα μελέτες ξυλόπηκτων κατασκευών με διπλή διαγώνια δικτύωση. 7

8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.3 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ Η διευρένηση που έγινε στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής διαρθρώνεται σε έξι κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία, καθορίζονται οι στόχοι της εργασίας και η μεθοδολογία που ακολουθείται για την έρευνα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθενται συνοπτικά ορισμένα ιστορικά στοιχεία για την εξέλιξη της δομής της τοιχοποιίας, ενώ παρουσιάζονται αναλυτικότερα τα τυπολογικά και δομικά χαρακτηριστικά ορισμένων μορφών ξυλόπηκτων φορέων που σώζονται έως σήμερα. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το εξεταζόμενο σύστημα, τα στοιχεία που αφορούν την προσομοίωση του όπως η διαμόρφωση του τυπικού φατνώματος που υιοθετήθηκε, η επιλογή των πεπερασμένων στοιχείων, ο ορισμός των νόμων υλικών, των ελαστικών ιδιοτήτων και των κριτηρίων διαρροής για το ξύλο και την τοιχοποιία, οι συνδέσεις μεταξύ των διάφορων στοιχείων (δοκός- ορθοστάτης, διαγώνιος- ξύλινο πλαίσιο, διαγώνιες αντηρίδες μεταξύ τους), η προσομοίωση των συνοριακών συνθηκών επαφής μεταξύ των ξύλινων μελών και της τοιχοποιίας πλήρωσης, η επιβολή της και η μέθοδος που επιλέχτηκε για την ανάλυση. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στην ανάλυση του τυπικού φατνώματος το οποίο υποβάλλεται τόσο σε κυκλική, όσο και σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση δύο κύκλων. Σε κάθε περίπτωση σχολιάζεται η απόκριση του φορέα μέσα από την εικόνα των βρόχων υστέρησης, ενώ παρατίθενται και τα αντίστοιχα διαγράμματα που αφορούν την ένταση που αναπτύσσεται στα επιμέρους στοιχεία και τις πλαστικοποιήσεις στο υλικό πλήρωσης και τον ξύλινο σκελετό. Το πέμπτο κεφάλαιο αφορά στην παραμετρική διερεύνηση με σκοπό να μελετηθούν η συνεισφορά της τοιχοποιίας, η επιρροή της ποιότητας του υλικού τοιχοπλήρωσης και η επιρροή του τύπου σύνδεσης μεταξύ δοκών- ορθοστατών. Για τις ανάγκες της παραμετρικής διερεύνησης δημιουργήθηκαν παραλλαγές του τυπικού φατνώματος σχετικές με τις διάφορες παραμέτρους που αποφασίστηκε να μελετηθούν. Τα αποτελέσματα σχολιάζονται μέσα από τη συγκριτική απεικόνιση των βρόχων υστέρησης που παρέχουν μία καλή εικόνα της απόκρισης των φορέων και εστίασε σε ορισμένα βασικά μεγέθη του συστήματος, όπως η αρχική και τελική δυσκαμψία, η μέγιστη τέμνουσα δύναμη που παραλαμβάνει ο φορέας και η παραμένουσα πλαστική παραμόρφωση. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται μια σύνοψη και καταγράφονται τα τελικά συμπεράσματα - κατευθυντήριες γραμμές για την προσομοίωση των ξυλόπηκτων κατασκευών με διπλή διαγώνια δικτύωση σε κυκλική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. 8

9

10

11 2 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 2.1 ΠΡΩΙΜΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Νεολιθική εποχή- Wattle and daub Η ιστορία των ξυλόπηκτων κατασκευών ξεκινάει από τα νεολιθικά χρόνια όπου εφαρμόστηκε για πρώτη φορά η τεχνική wattle and daub. Η κατασκευή τοίχων με αυτή την τεχνική περιελάμβανε τη διαμόρφωση ενός δύσκαμπτου πλέγματος από ξύλινες λωρίδες (wattle) και τη συμπλήρωσή του με ένα κολλώδες υλικό (daub). Κλαδιά δέντρου, καλάμια, μπαμπού, βέργες ήταν τα πιο κοινά υλικά που συνέθεταν το ξύλινο πλαίσιο ενώ το υλικό συμπλήρωσης ήταν συνδυασμός υγρού χώματος με άργιλο, άμμο, κοπριά ζώων και άχυρο για την προστασία από τον ήλιο και τις καιρικές συνθήκες. Οι τοίχοι ήταν λεπτοί, σε σχέση με άλλες γήινες κατασκευές και υστερούσαν σε θερμικές ιδιότητες. Παρόλα αυτά, χρησιμοποιούνταν ευρέως σε περιοχές σεισμικής δραστηριότητας, καθώς ήταν ιδιαίτερα ανθεκτικά σε σεισμό λόγω της αυξημένης ευκαμψίας τους. Παραδείγματα τέτοιων κατασκευών συναντάμε στη Νότια Αμερική, την Ινδονησία αλλά και στην Αγγλία όπου ανακαλύφθηκαν ευρήματα από κυκλικές κατοικίες που ακολουθούν αυτήν την τεχνική και αποδίδονται στην Εποχή του Σιδήρου. [Niroumand,2013] εικόνα 1. πρώιμες κατασκευές της τεχνικής wattle and daub εικόνα 2. σταδιακή εξέλιξη- προσθήκη στρωτήρων και ορθοστατών [Graham, 2003] 11

12 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Εποχή του Χαλκού Η ενσωμάτωση ξύλινων στοιχείων στη δομή της τοιχοποιίας συνεχίζεται στην Πρώιμη Εποχή του Χαλκού. Οι οριζόντιες ξυλοδεσιές που χρησιμοποιούνταν δημιουργούν μέσα στη μάζα της λιθοδομής ελαστικά διαζώματα που απορροφούν κατακόρυφες φορτίσεις, ενώ χάρη στη μεγάλη αντοχή του ξύλου σε εφελκυσμό μπορούν να παραλάβουν μεγάλες παραμορφώσεις και να συγκρατήσουν τη μάζα της λιθοδομής σε έκτακτες καταπονήσεις [Παλυβού, 2005]. Στη Μέση και Ύστερη Εποχή του Χαλκού και ειδικότερα στο Μινωικό πολιτισμό οι λιθοδομές ενσωματώνουν οριζόντια και κατακόρυφα ξύλινα στοιχεία- διαζώματα. Με αυτόν τον τρόπο ενίσχυαν την καμπτική αντοχή της τοιχοποιίας και την ικανότητά της να παραλάβει εφελκυστικές δυνάμεις. [Touliatos, 1993]. Τα κατακόρυφα ξύλινα στοιχεία, τα οποία τοποθετούνταν σε ζεύγη, εδράζονταν απευθείας ή με την παρεμβολή ενός εγκάρσιου ξύλινου στοιχείου, σε μία λίθινη βάση (Tsakanika,2008). Ίχνη οριζόντιων διαμήκων ξύλων εμφανίζονται στις στέψεις των ανοιγμάτων σε όσες τοιχοποιίες σώζονται σε αυτό το ύψος [Tsakanika, 2008]. εικόνα 3. το παλάτι της Κνωσού, αξονομετρική απεικόνιση τη Αίθουσας των διπλών πελέκων αριστερά: κατάλοιπα ξύλου που αποκαλύφθηκαν κατά την ανασκαφή δεξιά: πιθανή διάταξη σύνδεσης των οριζόντιων και κατακόρυφων στοιχείων [Tsakanika 2008] 12

13 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Στον προϊστορικό οικισμό του Ακρωτηρίου της Σαντορίνης, μία σημαντική πόλη της εποχής του Χαλκού, η ξυλοδεσιά αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της αργολιθοδομής (Παλυβού, 1999). Κατά κανόνα πρόκειται για οριζόντια πλέγματα που ενσωματώνονται στο πάχος του τοίχου σε διάφορες στάθμες, ωστόσο υπάρχουν και λίγες εντυπωσιακές περιπτώσεις κατακόρυφου πλέγματος ξυλοδεσιάς. Φαίνεται ότι το ξύλινο πλέγμα αποτελούσε ημιαυτόνομο τρισδιάστατο σύστημα, ενώ είναι πολύ πιθανό κατά την πορεία κατασκευής του τοίχου πρώτα να στήνονταν το ξύλινο πλέγμα και ύστερα να συμπληρώνονταν τα κενά με λιθοδομή. Οι ποικίλες και συστηματικές εφαρμογές στου ξύλου στην οικοδομική του Ακρωτηρίου δείχνουν συνειδητή και προηγμένη αντισεισμική μέριμνα. Το σύστημα δόμησης που αναπτύχθηκε είναι ένα σύστημα μεικτό, που βασίζεται στη στενή συνεργασία πέτρας και ξύλου. Τα ξύλινα στοιχεία έχουν επιλεγμένες διατομές, προσεγμένες συναρμογές και σχηματίζουν τριαξονικά ημιαυτόνομα δικτυώματα. Τα δικτυώματα αυτά δεν περιλαμβάνουν διαγώνια στοιχεία και επομένως λειτουργούν μόνο σε συνδυασμό με τη λιθοδομή στην οποία πακτώνονται [Παλυβού, 1999]. εικόνα 4. o οριζόντιος ξύλινος σκελετός της ξυλόπηκτης τοιχοποιίας στο Ακρωτήρι και το ξύλινο δικτώμα στο χώρο [Παλυβού 1999] 13

14 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Ρωμαικά Χρόνια- Opus craticium Μια παραλλαγή της παραπάνω τεχνικής συναντάται στα Ρωμαϊκά χρόνια όπου χρησιμοποιήθηκε τετραγωνισμένη δομική ξυλεία για τα πλαίσια και πιο παχύ και σκληρό συνδετικό υλικό. Σε αυτή την εποχή, ως υλικό συμπλήρωσης χρησιμοποιήθηκε κυρίως τσιμέντο και χαλίκι. Η οικονομία και απλότητα αυτής της κατασκευής οδήγησαν σε διαδεδομένη χρήση της από τους Ρωμαίους οικοδόμους. Εάν ο χρόνος και οι δαπάνες το επέτρεπαν, γινόταν επάλειψη της τοιχοποιίας με παχύ στρώμα stucco. Ο Βιτρούβιος αναφερόμενος σε κείμενό του σε αυτήν την τεχνική ως opus craticium, παραθέτει την ανησυχία του για την εκδήλωση πυρκαγιάς σε τέτοιες κατασκευές όταν το ξύλο είναι εκτεθειμένο αλλά και την αντίδρασή του στο σοβάτισμα λόγω ρηγματώσεων στην επιχρισμένη επιφάνεια από διαδοχική διόγκωση- συρρίκνωση του ξύλου λόγω της υγρασίας του σοβά. Παραδέχεται όμως ότι η ελαφριά αυτή κατασκευή προσφέρεται για διαχωριστικούς τοίχους σε ανώτερους ορόφους χωρίς τη στήριξη από υποκείμενους πεσσούς. Πρώιμα παραδείγματα τέτοιων κατασκευών έχουν αποκαλυφθεί στην Ιταλία, όπως στην ανασκαφή της πόλης Lavinium όπου ταυτοποιήθηκαν ευρήματα από πέτρες και πηλό καλυμμένα με σοβά/γύψο ως το υλικό πλήρωσης, καθώς η εποχή ήταν πρόωρη του τσιμέντου. Παρόλα αυτά, δε είναι γνωστό εάν αυτή η τεχνική ήταν Ρωμαϊκή εφεύρεση. Πλήθος μεταγενέστερων κατασκευών opus craticium έχουν ανακαλυφθεί στην Πομπηία όπως το House of Menander καθώς πολλές τοιχοποιίες επέζησαν από τους καταστροφικούς σεισμούς που συνόδευσαν την έκρηξη του Βεζούβιου το 79 μ.χ. Aυτή η τεχνική φαίνεται να προτιμήθηκε ιδιαίτερα στο Herculaneum. Το γνωστότερο δείγμα είναι το Craticium House (εικ), όπου η τεχνική χρησιμοποιήθηκε στους διαχωριστικούς τοίχους. Τα πλαίσια έχουν διαστάσεις 50-80cm με πλήρωση από τσιμέντο- χαλίκι και τα κατακόρυφα ξύλινα μέλη (πάχος 8-12cm) των πλαισίων ήταν ισχυρότερα από τα οριζόντια(6-8cm) [Ulrich 2007]. εικόνα 5. χρήση του συστήματος opus craticium στο Lavinium της Ιταλίας [Ulrich 2007] εικόνα 6. Casa a Graticio, χρήση opus craticium στο Herculaneum (1oς αιωνας ή νωρίτερα) [Ulrich 2007] 14

15 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 2.2 ΜΕΤΑΓΕΝΕΣΤΕΡΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Στο εξής μια χρονική καταγραφή των κατασκευών παρουσιάζει αρκετές δυσχέρειες καθώς οι αναφορές για περισσότερο σύγχρονες ξυλόπηκτες κατασκευές είναι πολλές και οι χρονολογίες αλληλοκαλύπτονται. Επομένως απο αυτό το σημείο η αναφορά στις κατασκευές θα γίνει σε χωρικά πλαίσια, χωρίς χρονολογική σειρά ΕΥΡΩΠΗ Ελλάδα, Λευκάδα Ένα ιστορικό δομικό σύστημα με μεγάλο ενδιαφέρον προέρχεται από τη Λευκάδα, περιοχή με την υψηλότερη σεισμικότητα στην Ελλάδα. Τα τυπικά κτίρια είναι μονώροφα ή διώροφα (σπανιότεροι τριώροφα) με ισόγειο κατασκευασμένο από φέρουσα λιθοδομή. Για τη λιθοδομή χρησιμοποιούνται χονδρολαξευμένοι λίθοι εξωτερικά και αργολιθοδομή εσωτερικά, ενώ λαξευμένοι λίθοι εντοπίζονται στις γωνίες και στην περίμετρο των ανοιγμάτων. Μεταξύ των παρειών το κενό πληρώνεται με κομμάτια αργών λίθων, οπτόπλινθων και ασβεστοκονίαμα με προσθήκη άχυρου ή αργιλοκονίαμα σε πτωχότερες κατασκευές. Ο όροφος μορφώνεται από ξυλόπηκτη οπτοπλινθοδομή. Το ξύλινο πλαισίωμα των περιμετρικών τοίχων συνδέεται με την τοιχοποιία του ισογείου μέσω ξύλινων στρωτήρων διατεταγμένων κατά μήκος της περιμετρικής τοιχοποιίας ενώ με μεταλλικούς συνδέσμους επιτυγχάνεται η σύνδεση μεταξύ του πλαισίου και του ξύλινου πατώματος. Για λόγους προστασίας των ξύλινων στοιχείων από υγρασία, ο όροφος είναι καλυμμένος σε ολόκληρη την περίμετρό του με σανίδες. Κατά περιπτώσεις οι κατεστραμμένες σανίδες έχουν αντικατασταθεί από επίπεδες ή κυματοειδείς λαμαρίνες, λόγω χαμηλότερου κόστους. Η καλή σεισμική συμπεριφορά του παραπάνω συστήματος περιλαμβάνει: 1. τη συμπεριφορά κιβωτίου του ισογείου, η οποία οφείλεται στο το πάχος των τοίχων, το καλό δέσιμο στις γωνίες, τα περιορισμένα ανοίγματα και την πυκνή διάταξη των ξύλινων δοκών πατώματος που εξασφαλίζουν την απαραίτητη δυσκαμψία ώστε ντο κτίριο να υποβάλλεται σε περιορισμένες μετακινήσεις κατά τη διάρκεια του σεισμού. 2. σημαντική μείωση του ιδίου βάρους του κτιρίου λόγω του ξυλόπηκτου ορόφου. Επιπλέον η πυκνή διάταξη των ξύλων και οι μεταξύ τους συνδέσεις προσφέρουν δυσκαμψία και ταυτόχρονα ικανοποιητική περίσφιξη της οτποπλινθοδομής, περιορίζοντας το ενδεχόμενο αστοχία εκτός επιπέδου. 3. συμμετρική κάτοψη Το βασικότερο αντισεισμικό χαρακτηριστικό της κατασκευής είναι ότι στο ισόγειο υπάρχει ένα δευτερεύον φέρον σύστημα επιπλέον των τοίχων, αποτελούμενο από ξύλινα υποστυλώματα, διατεταγμένα ανά 2-3m και σε μικρή απόσταση από την τοιχοποιία. Το σύστημα αυτό συνδέεται στην κεφαλή με τις ξύλινες δοκούς πατώματος, οι οποίες προεκτείνονται και στηρίζονται ταυτόχρονα στη στέψη του λιθόκτιστου περιμετρικού τοίχου. 15

16 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Κατά τη διάρκεια του σεισμού, η ψαθυρή λιθοδομή ενδέχεται να ρηγματωθεί ή και να υποστεί μερική κατάρρευση καθώς η σχετική μετακίνηση ορόφου είναι μεγαλύτερη στο ισόγειο. Σε μια τέτοια περίπτωση, το δευτερεύον σύστημα μεταφέρει ασφαλώς τα κατακόρυφα φορτία της κατασκευής χωρίς να μπορεί να αναλάβει οριζόντιες δράσεις. Επιπρόσθετα, μεταξύ των ξύλινων υποστυλωμάτων υπάρχουν οριζόντιες σανίδες που αποτρέπουν την κατάρρευση της τοιχοποιίας προς το εσωτερικό του κτιρίου. Μετά το σεισμό, η λιθοδομή μπορεί να επισκευαστεί χωρίς να έχει καταρρεύσει όλο το κτίριο [Τουλιάτος 2006]. Η διαφορετική αυτή τεχνολογία στην ξυλόπηκτη τοιχοποιία έχει αναγνωριστεί από την Ευρωπαϊκή Επιστημονική Κοινότητα ως ένα από τα πρώτα ευρωπαϊκά αντισεισμικά συστήματα (United Nations, 1993). Στο σεισμό του 2003 με επίκεντρο ΝΔ του νησιού και μέγεθος 6.4 καταγράφηκε η υψηλότερη εδαφική επιτάχυνση PGA=0.42g. Παρόλα αυτά κανένα κτίριο από ξυλόπηκτη τοιχοποιία δεν κατέρρευσε και οι ζημιές περιορίστηκαν σε πτώσεις σοβάδων, ρηγματώσεις της τοιχοποιίας και σπανιότερα εκτός επιπέδου αστοχία της οπτοπλινθοδομής πληρώσεως του ξύλινου δικτυώματος. Σε κάποιες περιπτώσεις υπήρξε μερική κατάρρευση της τοιχοποιίας του ισογείου με αποτέλεσμα να ενεργοποιηθεί το ξύλινο δικτύωμα προς ανάληψη των κατακόρυφων φορτίων [Κάππος 2008]. εικόνα 7. Τυπικό κτίριο της πόλης της Λευκάδας [Τουλιάτος 2006] εικόνα 8. Ο δομητικός ρόλος του δευτερεύοντος συστήματος [Τουλιάτος 2006] εικόνα 9. Συνδέσεις μεταξύ των ξύλινων στοιχείων [Vintzileou 20058] 16

17 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 10. Τυπική μορφολογία ξυλόπηκτων κατασκευών [Vintzileou 20058] εικόνα 11. Τυπικές συνδέσεις μεταξύ ξύλινων στοιχείων [Vintzileou 20058] εικόνα 12. Εικόνες από σπίτια στη Λευκάδα εικόνα 13. Εικόνες από σπίτια στη Λευκάδα εικόνα 14. Ο ξύλινος όροφος 17

18 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Πορτογαλία, Pombalino Τα κτίρια Pombalino κτίστηκαν στην Πορτογαλία μετά το σεισμό του 1755 που κατέστρεψε το κέντρο της Λισαβόνας και πήραν το όνομά τους από τον Μαρκήσιο του Pombal, πρωθυπουργό εκείνη την εποχή, ο οποίος ενθάρρυνε την ανακατασκευή της πόλης. Πρόκειται για πολυώροφα κτίρια (έως 5 ορόφους) από ξυλόπηκτη τοιχοποιία. Χαρακτηριστικό του δομικού συστήματος είναι το χωρικό ξύλινο δικτύωμα (gaiola pombalina) στους ανώτερους ορόφους που λειτουργεί σα διατμητικός τοίχος. Αποτελείται από κατακόρυφα και οριζόντια στοιχεία ενισχυμένα με διαγώνιους συνδέσμους, ικανά να παραλάβουν οριζόντιες δυνάμεις και πληρώνεται με rubble brick or rubble stone. Οι υπόλοιποι εσωτερικοί- διαχωριστικοί τοίχοι είναι κατασκευασμένοι από ξύλινα φατνώματα χωρίς φέρουσα ικανότητα ενώ οι προσόψεις αποτελούνται από υποστυλώματα και δοκούς τοιχοποιίας χωρίς τη συμμετοχή του ξύλου. Οι συνδέσεις μεταξύ των ξύλινων στοιχείων της gaiola με τα πατώματα και τις τοιχοποιίες επιτυγχάνεται με μεταλλικούς συνδέσμους. Οι διατομές των δομικών στοιχείων μειώνονται προοδευτικά με το ύψος. Ο σχεδιασμός των συγκεκριμένων κτιρίων ορίζει ότι υπό ισχυρά σεισμικά φορτία η βαριά τοιχοποιία των όψεων θα καταρρεύσει εκτός επιπέδου αλλά ο ξύλινος σκελετός στο εσωτερικό θα παραμείνει ανέπαφος, εμποδίζοντας την κατάρρευση ολόκληρου του κτιρίου. Ο μηχανισμός κατάρρευσης των τοιχοποιιών περιορίζεται όσο καλύτερα είναι συνδεδεμένες με τα πατώματα και τους εσωτερικούς διατμητικούς τοίχους [Vasconcelos 2013]. εικόνα 15. Τυπικό κτίριο Pombalino στην Πορτογαλία εικόνα 16. Ακτινογραφία του σκελετού των κτιρίων Pombalino 18

19 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 17. Κατασκευαστικές λεπτομέρειες των κτιρίων Pombalino εικόνα 18. Μηχανισμός κατάρρευσης των κτιρίων Pombalino [Mascarenas 2004] εικόνα 19. Μακέτα που απεικονίζει τον ξύλινο σκελετό των κτιρίων Pombalino εικόνα 20. Εσωτερικό κτιρίων Pombalino 19

20 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Ιταλία, Casa Baraccata Παρόμοια περίπτωση κτιρίων εμφανίζεται και στην Ιταλία, όπου μετά το σεισμό του 1783 στην Καλαβρία, η κυβέρνηση των Bourbon αποφάσισε να ανακατασκευάσει όλη την περιοχή εφαρμόζοντας ένα δομικό σύστημα γνωστό από τον 14ο αιώνα στην Ιταλία ως casa baraccata. Το σύστημα αποτελείται από ξύλινο σκελετό με κατακόρυφα στοιχεία τοποθετημένα στις άκρες των τοίχων και διπλή διαγώνια δικτύωση. Τα ξύλινα πλαίσια είναι σχεδιασμένα να παραλαμβάνουν τις οριζόντιες σεισμικές δράσεις όταν μειώνεται η αντίσταση της τοιχοποιίας και είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους ώστε να εξασφαλίζουν τρισδιάστατη συμπεριφορά. Η διαφορά με τα κτίρια pombalino της Πορτογαλίας είναι η συνέχεια των κατακόρυφων ξύλινων στύλων από τη θεμελίωση μέχρι το επίπεδο της στέγης [Vasconcelos 2013] Το προτεινόμενο σύστημα αφορά διώροφα- τριώροφα συμμετρικά κτίρια με τα πλευρικά τμήματα χαμηλότερου ύψος από το κεντρικό. Αυτός ο τύπος κτιρίων είναι διαδεδομένος σε όλη την περιοχή της Καλαβρίας καθώς επιβλήθηκε με νόμο από την κυβέρνηση εκείνη την περίοδο. εικόνα 21. Πρόσοψη όπου φαίνεται η κατασκευαστική δομή των τοίχων εικόνα 22. Λεπτομέρεια τοίχου τυπικής Casa Baraccata εικόνα 23. Εσωτερικό 20

21 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Αγγλία, Half timbered Η χρήση της ξυλόπηκτης τοιχοποιίας στην Αγγλία είναι συνδεδεμένη με τη αρχιτεκτονική που επικράτησε στα τέλη του Μεσσαίωνα, την εποχή της δυναστείας των Τιδόρ (Tudor architecture) και αφορά κτίρια που εξυπηρετούν τη μεσαία τάξη. Οι τύποι που χρησιμοποιήθηκαν παρουσιάζουν τοπικές διαφοροποιήσεις και χωρίζονται στην ανατολική, τη δυτική και τη βόρεια σχολή. Ένα χαρακτηριστικό που διαφοροποιεί τους τύπους η τοποθέτηση των στύλων και η διαμόρφωση των πλαισίων. Στην ανατολική σχολή οι στύλοι βρίσκονταν κοντά (close studding) με το μεταξύ τους διάκενο περίπου ίσο όσο το πλάτος του κάθε στύλου. Αυτός ο τρόπος μορφοποίησης της κατασκευής συναντάται σε ακριβά σπίτια. Η δυτική σχολή διαμόρφωνε τετράγωνα πάνελς σχεδόν ίσα μεταξύ τους με ξύλινο διάκοσμο που δημιουργούσε σχήματα όπως ρόμβους, σταυρούς, αστέρια κα. Η βόρεια σχολή τοποθετούσε τους στύλους απευθείας στη θεμελίωση χωρίς να στηρίζονται σε οριζόντια δοκό, ενώ αυτή εφάπτονταν πλευρικά στους στύλους διακόπτοντας το μήκος λυγισμού. Επίσης και εδώ τοποθετούσαν κοντά τους στύλους αλλά με μοτίβο ψαροκόκκαλου ή σχήμα V. Πολλές φορές υπήρχε και συνδυασμός των παραπάνω στυλ ανάλογα με τις ανάγκες μιας κατασκευής. Στο εσωτερικό διαμορφώνονταν πλαίσια κάθετα στις προσόψεις για να στηρίζουν τη στέγη. Οι συνήθεις τύποι διαμόρφωσης ήταν με καμπύλα πλαίσια, κυβικά ή τρίκλιτη κατασκευή. εικόνα 24. Aνατολική σχολή 21

22 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Η κατασκευή ξυλόπηκτων κτιρίων αργότερα εγκαταλήφθηκε λόγω της έντονης αποψίλωσης της χώρας, καθώς δεν υπήρχαν διαθέσιμες μακριές ίσιες δοκοί και έπρεπε να χρησιμοποιηθούν όλο και μικρότερα κομμάτια. Στις αρχές του 20ου αι υπήρξε ένα ρεύμα επανεμφάνισης της αρχιτεκτονικής των Τυδόρ (Tudor revival architecture) που επικεντρώθηκε στα Ελισσαβετιανά αγροτόσπιτα που χρησιμοποιούσαν την τεχνικής της ξυλόπηκτης τοιχοποιίας. Παρόλα αυτά το ρεύμα αυτό δε μπορεί να συνδεθεί άμεσα με τις ξυλόπηκτες τοιχοποιίες, όπου ο ξύλινος σκελετός φέρει ολόκληρο το βάρος της κατασκευής. Τα μοντέρνα ομόλογά τους αποτελούνται από τούβλα ή κομμάτια από διάφορα υλικά με εξωτερικά λεπτά πλαίσια από ξύλινες σανίδες που μιμούνται το προγενέστερα φέροντα και λειτουργικά στιβαρά ξύλινα πλαίσια. εικόνα 25. Δυτική σχολή εικόνα 26. Συνδυασμός ανατολικού- δυτικού 22

23 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Γαλλία- Αλσατία, maison à colombages Τα maison à colombages χτίστηκαν στη Γαλλία προς το τέλος της εποχή του μεσαίωνα. Ανάμεσα στο η αύξηση του αστικού πληθυσμού ανάγκασε τις πόλεις να επεκταθούν εκτός των τοιχών τους, δημιουργώντας προάστια. Σε αντίθεση με την ύπαιθρο όπου οι κοινωνικές σχέσεις ορίζονται από τους κανόνες της φεουδαρχίας και της υποτέλειας, οι κάτοικοι των πόλεων είναι ελεύθεροι. Έτσι εμφανίζεται ένα νέο κοινωνικό στρώμα, η αστική τάξη (la bourgeoisie). Οι πλουσιότεροι αστοί κατασκευάζουν τα σπίτια τους πέτρινα για λόγους προπροστασίας. Οι λιγότερο εύποροι χτίζουν τα δικά τους με ξύλινο πλαίσιο και καθώς η γή είναι ακριβή, χτίζουν σε στενά οικόπεδα ψηλά σπίτια που συνδέονται μεταξύ τους. Στο ισόγειο ένα πέρασμα οδηγεί στην αυλή με την αποθήκη και τους στάβλους. Την ευρεία χρήση του ξύλου από τα χαμηλότερα στρώματα ευνόησαν τα δάση που ήταν άφθονα στις παρυφές των πόλεων, με κυριότερο είδος την δρυ. Εξαιτίας των συχνών και καταστροφικών πυρκαγιών, ένα διάταγμα του Colbert αναγκάζει την επικάλυψη των σπιτιών με λευκό ή πολύχρωμο σοβά για να περιοριστεί ο κίνδυνος πυρκαγιάς. Ο σοβάς εφαρμόζεται πάνω σε πλεγμένες ράβδους ιτιάς ή καστανιάς.`η πλήρωση των κενών του ξύλινου σκελετού γίνεται με μίγμα πηλού, γύψου, λίθων/τούβλων ή πηλού, άχυρου, άμμου και άσβεστου. Μέχρι τον 13ο αι. τα ξύλινα υποστυλώματα έτρεχαν μέχρι το ισόγειο. Αργότερα για να αποτραπεί η φθορά τους, τοποθετήθηκε ένα οριζόντιο ξύλο χαμηλότερα σε μια βάση από τοιχοποιία. Μερικές φορές όλο το ισόγειο κατασκευαζόταν από τοιχοποιία. Αρχικά τα υποστυλώματα αποτελούνταν από μακριά τμήματα ξύλου που εκτείνονταν σε πολλούς ορόφους και ενώνονταν μεταξύ τους στο ύψος κάθε ορόφου με οριζόντια ξύλινα τμήματα. Από τον 13ο αι. τα μακριά ξύλα έγιναν σπανιότερα και δεν ήταν εύκολο να μεταφερθούν στα στενά δρομάκια των πόλεων. Έτσι τα υποστυλώματα άρχισαν να κατασκευάζονται από κομμάτια ξύλων με μέγιστο ύψος ενός ορόφου. Στη στάθμη κάθε ορόφου τα κατακόρυφα ξύλινα τμήματα ενώνονταν με τα οριζόντια μέλη με τις τόρμους και εντορμίες, τεχνική που γινόταν αρκετά περίπλοκη στις γωνίες όπου έπρεπε συνδεθούν τέσσερα μέλη (2 κατακόρυφα και 2 οριζόντια) ενώ η σύνδεση ενισχύονταν με ήλους. εικόνα 26. Κτίρια maison a colombages εικόνα 27. Λεπτομέρεια σκελετού 23

24 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Το σύστημα του βραχύ προβόλου αναπτύχθηκε τον 14ο αι. μαζί με τη χρήση των κοντών ξύλων. Περιλαμβάνει την κατασκευή ενός υπερυψωμένου ορόφου πάνω από το ισόγειο που στηρίζεται σε προβόλους σε προεξοχή. Έτσι κερδίζεται επιπλέον επιφάνεια στα πατώματα και εμποδίζει το νερό της βροχής να ρέει στις προσόψεις των κατώτερων ορόφων. Ωστόσο η τεχνική αυτή εγκαταλείφτηκε σταδιακά από το 1520 καθώς περιόριζε κι άλλο τους ήδη στενούς δρόμους και ευνοούσε την εξάπλωση πυρκαγιών. εικόνα 28. Λεπτομέρεια σύνδεσης εικόνα 27. Σκαρίφημα ξύλινου σκελετού εικόνα 28. Κτίριο colombage εικόνα 29. maison a colombages 24

25 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Γερμανία, Fachwerkhäuser, Η γερμανική παράδοση στις ξυλόπηκτες κατασκευές είναι μεγάλη με πλήθος διαφορετικών μορφολογιών και τοπικών τεχνικών. Ολόκληρες πόλεις είναι προστατευόμενες από την UN- ESCO για τη διατήρηση της ξυλόπηκτης αρχιτεκτονικής τους ενώ ο Σύνδεσμος ιστορικών ξυλόπηκτων πόλεων (ARGE Historische Fachwerkstädte) προστατεύει εκτός των άλλων και την τουριστική διαδρομή Deutsche Fachwerkstraße, ένα δρόμο που ξεκινάει από τον ποταμό Elbe στο βορρά και καταλήγει στη λίμνη Constance στο νότο ενώνοντας πόλεις με αξιοσημείωτες ξυλόπηκτες κατασκευές. Κατά γενικό κα νόνα, σ τις βόρειες πολιτείες οι μορφολογίες είναι α νά λογες με τις γειτονικές Ολλανδία και Αγγλία ενώ στις νότιες (Bavaria, Switzerland) συναντώνται περισσότερες ξύλινες διακοσμήσεις, γεγονός που οφείλεται στα άφθονα δάση που υπάρχουν στην περιοχή.τα γερμανικά fachwerkhaus συνήθως έχουν λίθινη ή πλίνθινη θεμελίωση, που πολλές φορές εκτείνεται κάποια μέτρα πάνω από την επιφάνεια και στην οποία ο ξύλινος σκελετός εντορμιάζεται ή σπανιότερα μεσολαβεί ένα ακανόνιστο ξύλινο οριζόντιο τμήμα. εικόνα 31. Γερμανικές ξυλόπηκτες τοιχοποιίες εικόνα 30. τουριστική διαδρομή Deutsche Fachwerkstraße 25

26 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Τα χαρακτηριστικά που κάνουν τη γερμανική παράδοση ιδιότυπη είναι η απόσταση μεταξύ των στύλων και η υψηλή τοποθέτηση των παραθύρων, τα οποία περιβάλλονται από ξύλινο πλαίσιο με δοκούς και στύλους αλλά και η εντυπωσιακή ξυλογλυπτική των μη φερόντων ξύλινων στοιχείων με καμπύλα και μαιανδρικά σχήματα, ιδιαίτερα στις εύπορες περιοχές. Τρεις βασικοί τύποι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν γεωγραφικά με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους: Δυτική/ Κεντρική Γερμανία και Φραγκονία: τα παράθυρα περιβάλλουν ξύλινες ποδιές και ανώφλια Βόρεια και Ανατολική/Κεντρική: γωνιακοί σύνδεσμοι συχνά δημιουργούν προεξέχοντα τρίγωνα (Σαξονία, πρόποδες Harz), σε κάθε στύλο καταλήγει μια πλακοδοκός? (Κάτω Σαξονία) ενώ σε περιοχές όπως το Holstein οι δοκοί 30cm. Νότια Γερμανία: η πρώιμη μέθοδος σύνδεσης wall plates και tie beams ήταν το lapjoist, αργότερα καθιερώθηκε η χρήση τόρμων - εντορμιών. Οι τεχνίτες τοποθετούσαν τα ξύλα με τον τόρμο να βρίσκεται σε απόσταση 1-2 inch από την προγραμματισμένη θέση, επιτρέπονταν έτσι την παλαίωση του ξύλου που οδηγούσε στην ακριβή τοποθέτησή του στην εντορμία. Ένας ιδιαίτερος τύπος ξυλόπηκτου σπιτιού είναι το Umgebindehaus στα σύνορα Γερμανίας, Τσεχίας και Πολωνίας, με το χαρακτηριστικό ξύλινο πλαίσιο που περιβάλλει μια ξύλινη κατασκευή σε μέρος του ισογείου. εικόνα 32. τοιχοποιίες Γερμανικές ξυλόπηκτες εικόνα 33. Γερμανικές ξυλόπηκτες τοιχοποιίες 26

27 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 34. Στοιχεία του ξύλινου σκελετού εικόνα 35. Ξύλινος σκελετός [Lexikon der gesamten Technik(dictionary of technology) from 1904 by Otto Lueger] Πολωνία Εκτός από τον ξυλόπηκτο τύπο σπιτιού Umgebindehaus που η Πολωνία μοιράζεται με τις γειτονικές της χώρες, ένας άλλος παγκοσμίου φήμης τύπος κτιρίου είναι οι ξυλόπηκτες εκκλησίες. εικόνα 36. Εκκλησία από ξυλόπηκτη τοιχοποιία εικόνα 37. Granary, Bydgoszcz χτισμένο το

28 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Ολλανδία Στη Ολλανδία η τεχνική της ξυλόπηκτης τοιχοποιίας δεν περιορίστηκε μόνο στις κατοικίες (κυρίως στην περιοχή του Limburg) αλλά χρησιμοποιήθηκε και σε ανεμόμυλους. Στη βόρεια Ολλανδία η φθηνή εισαγωγή ξύλου σε συνδυασμό με την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας για την ενεργοδότηση των πριονιστηρίων επέτρεψε την ευρεία και ενεργειακά βιώσιμη χρήση προστατευτικής ξύλινης επίστρωσης πάνω από το πλαίσιο. Στα τέλη του 17ου αι. οι Ολλανδοί εισήγαγαν την κατακόρυφη επένδυση, γνωστή και στην Αγγλία για την προστασία του σκελετού από τα καιρικά φαινόμενα και αργότερα και την οριζόντια. εικόνα 38. Ολλανδικός ανεμόμυλος από ξυλόπηκτη τοιχοποιία 28

29 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Δανία Από τα τέλη του μεσαίωνα άρχισε μια αργή μετάβαση από τα παραδοσιακά σκανδιναβικά ξύλινα σπίτια προς τα ημι-ξύλινα, τα ξυλόπηκτα. εικόνα 39. Διώροφο αστικό σπίτι στο Svendborg, νησί Funen κτισμένο το Από τα παλαιότερα ξυλόπηκτα σπίτια της Δανίας. Σουηδία, korsvirke Τα περισσότερα ξυλόπηκτα σπίτια στη Σουηδία χτίστηκαν κατά την εποχή των Δανών και βρίσκονται σε νότιες περιοχές που μέχρι το 1658 ήταν ακόμα Δανικές, κυρίως στην επαρχία Skåne. 29

30 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ ΑΜΕΡΙΚΗ Κεντρική Αμερική Taquezal, Nicaragua Bahareque, El Salvador Μια εναλλακτική ξυλόπηκτη κατασκευή είναι παραδοσιακή σε πολλές χώρες της κεντρικής Αμερικής. Ο κύριος σκελετός της κατασκευής αποτελείται από βαρύ ξύλινο πλαίσιο δοκών και στύλων. Υποστυλώματα σκληρής ξυλείας, δηλαδή ξυλείας προερχόμενης από πλατύφυλλα- ανθοφόρα δέντρα, τοποθετούνται στις γωνίες και στα σημεία διασταύρωσης τοίχων. Ξύλινες καρφωτές σανίδες με μέγεθος 5x10cm διατρέχουν οριζόν τια τα πλαίσια ανά 60cm (?) ενώ ξύλινα πηχάκια ή bamboo καρφώνονται κάθετα στις σανίδες δημιουργώντας ένα είδος καλαθιού μέσα στο οποίο τοποθετούνται στρώματα μικρών λίθων( taquezal con piedra) ή πλίνθων (taquezal con barro terra). Εξωτερικά η τοιχοποιία σοβατίζεται με κονίαμα λάσπης ή ασβέστη. Αναφορές από το σεισμό του 1931 στην πρωτεύουσα της Nicaragua Managua με μέγεθος 6.0 δηλώνουν ότι στα σπίτια αυτού του τύπου, που εκείνη την περίοδο αποτελούσαν το 85% των κτιρίων της πόλης, οι ζημιές περιορίστηκαν σε ολισθήσεις κεραμιδιών από τις στέγες και καταστροφή των σοβάδων. Παρόλα αυτά στο μεταγενέστερο σεισμό του 1972 (μέγεθος 6.2) η εικόνα ήταν διαφορετική. Σύμφωνα με το Earthquake Engineering Research Institute του Oakland, CA παρατηρήθηκαν σοβαρές καταστροφές ή καταρρεύσεις σε περίπου 70% από τα παραδοσιακά σπίτια και τα θεώρησαν υπεύθυνα για το μεγάλο αριθμό θανάτων, με συστάσεις απαγόρευσης αυτού του τύπου κατασκευών από σεισμογενείς περιοχές. Ο σεισμός του 1986 στο El Salvador (μέγεθος 5.7) έδωσε τη δυνατότητα διερεύνησης της παραπάνω αντίφασης. Η πλειοψηφία των κατασκευαστικών αστοχιών προερχόταν από σάπισμα ή προσβολή του ξύλινου σκελετού από έντομα. Έτσι, η κακή συμπεριφορά των ξυλόπηκτων τοιχοποιιών στους τελευταίους σεισμούς αποδόθηκε στην έλλειψη συντήρησης και στην εξασθένηση των ξύλινων στοιχείων, δηλαδή σε περιβαλλοντικούς και όχι κατασκευαστικούς παράγοντες Ταυτόχρονα, σημαντικό ρόλο στην υποβάθμιση της κατασκευής έπαιξε η αντικατάσταση της σκληρής ξυλείας με μαλακή, δηλαδή ξυλεία κωνοφόρων, για λόγους οικονομίας και βιωσιμότητας των τροπικών δασών. Η μαλακή ξυλεία είναι λιγότερο ανθεκτική στη σήψη, ιδίως σε εξωτερικές εφαρμογές [Langenbach 2007]. 30

31 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 40. casa de taquezal, Nicaragua εικόνα 41. casa de taquezal, Nicaragua εικόνα 42. Bahareque, El Salvador εικόνα 43. Bahareque, El Salvador 31

32 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Βόρεια Αμερική Τα περισσότερα ξυλόπηκτα κτίρια στο Μισούρι, Πενσυλβανία και Τέξας κατασκευάστηκαν από τους γερμανούς άποικους. εικόνα 44. Old Salem, N. Carolina εικόνα 45. Texas [Old- House Journal, issue May-June 1988] Στην ιστορική περιοχή της Βόρειας Αμερικής γνωστή ώς Νέα Γαλλία οι Νορμανδοί αποικιοκράτες έχτισαν τις πρώτες ξυλόπηκες οικίες όπως τα γνωστά τους γαλλικά colombage και επένδυσαν το εξωτερικό με σανίδες για να προστατέψουν τα υλικά από τη διάβρωση. Το στυλ αυτό μετονομάστηκε σε colombage pierroté ή maçonnerie entre poteaux και η πλήρωση των ξύλινων διάκενων γινόταν με χαλίκια και ασβεστοκονίαμα ή με ένα μίγμα πηλού, χορταριών και άλλα ινώδη υλικά, καθώς στην περιοχή δεν υπήρχαν αποθέματα λίθων ενώ τα τούβλα δεν χρησιμοποιούνταν ακόμα στις πρώιμες αποικιοκρατικές εποχές. Σταδιακά όμως εγκαταλήφθηκε καθώς απαιτούσε συχνή συντήρηση. εικόνα 46. New Orleans [DelRosario 2008] εικόνα 47. New Orleans 32

33 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ ΑΣΙΑ Ιαπωνία, Κίνα Οι ασιατικές ξύλινες κατασκευές διαφέρουν πολύ από τις δυτικές καθώς είναι πρωταρχική η χρήση κατακόρυφων και οριζόντιων ξύλινων στοιχείων με πλήρη απουσία διαγώνιων συνδέσμων. Kashmir, Dhajji Dewari εικόνα 48. Ξύλινα στοιχεία στην κινεζική αρχιτεκτονική Η πόλη Srinagar βρίσκεται στην περιοχή Kashmir, στο βορειοδυτικό τμήμα της ινδικής χερσονήσου και αποτελεί την μεγαλύτερη πόλη και καλοκαιρινή πρωτεύουσα της επαρχίας. Στην περιοχή έχουν διασωθεί πολλά από τα παραδοσιακά κτίρια καθώς το Srinagar ξέφυγε από τον αχαλίνωτο μοντερνισμό που διέγραψε παρόμοια ιστορικά κέντρα σε διάφορα μέρη του κόσμου. Ένας από τους βασικούς παραδοσιακούς τύπους κτιρίων των ανατολικών Ιμαλαϊων είναι το dhajji dewari. Ο όρος, προερχόμενος από την περσική γλώσσα, σημαίνει τοίχος με μπαλώματα. εικόνα 49. Κτίριο Dhajji Dewari εικόνα 50. Ξύλινος σκελετός με πλήρωση ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΩΝ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ ΜΕ ΔΙΠΛΗ ΔΙΑΓΩΝΙΑ ΔΙΚΤΥΩΣΗ 33

34 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Το παραδοσιακό αυτό δομικό σύστημα αποτελείται από ξύλινα κύρια υποστυλώματα ανά 4-6 ft και τα ενδιάμεσα φατνώματα υποδιαιρούνται σε μικρότερα με διάφορους τύπους διαγώνιων ξύλινων συνδέσμων όπως φαίνεται στο σχήμα. Οι διαγώνιοι σύνδεσμοι συνδέονται ικανοποιητικά με ήλους με τα κύρια υποστυλώματα ώστε να μην αποσπαστούν σε περίπτωση σεισμού. Τα φατνώματα συμπληρώνουν οριζόντιες δοκοί στα επίπεδα της βάσης και της στέψης των τοίχων. Οι κύριοι στύλοι ενώνονται με τις δοκούς με σύστημα διπλού θηλυκώματος (τόρμοι και εντορμίες) και ενισχύονται με μεταλλικές λεπίδες ή ήλους για να εξασφαλίσουν τον κόμβο. Επίσης κατάλληλες συνδέσεις πραγματοποιούνται μεταξύ των ξύλινων δικτυωμάτων της στέγης με την οριζόντια δοκό των πλευρικών πλαισίων, μεταξύ των δοκών πατώματος με εσωτερικούς στύλους σ.65. αλλά και στις γωνίες. Τα παράθυρα απέχουν 2 ft από τις γωνίες και η τοποθέτηση τους στον ίδιο τοίχο είναι περιορισμένη. εικόνα 51. Ποικίλες μορφές του ξύλινου σκελετού Το γέμισμα του ξύλινου σκελετού γίνεται με λίθους μέτριου μεγέθους και ακανόνιστου σχήματος με συνδετικό λασποκονίαμα. Μεγαλύτερη ελαστικότητα και ανθεκτικότητα επιτυγχάνεται με προσθήκη πευκοβελονών και άχυρου. Η θεμελίωση αποτελείται από λίθους με συνδετικό τσιμεντοκονίαμα και προεξέχει από το έδαφος το πολύ1ft. Μεταλλικά αγκύρια Ø1/2 inch τοποθετούνται κάθε 6 ft που βιδώνονται στην κατώτερη οριζόντια ξύλινη δόκο (dasa), για την οποία προβλέπεται επίσης προστασία από το νερό με περιμετρικά κανάλια ώστε να αποφευχθεί το σάπισμα της. Η ιδέα πίσω από το δομικό σύστημα είναι απλή: σε ένα κανονικό σεισμό πρώτα θα σχηματιστεί ένα μεγάλο διαγώνιο ρήγμα στον τοιχό και μετά ένα δεύτερο στην άλλη διαγώνιο, λόγω της ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Αναπόφευκτα στον αποδυναμωμένο τοίχο επέρχεται αστοχία εκτός επιπέδου. Σε ένα dhajji τοίχο η ενέργεια θα ισοκατανεμηθεί στα διάφορα μικρότερα φατνώματα και θα σχηματιστούν πολλά μικρά διαγώνια ρήγματα. Κάποια τμήματα θα αστοχήσουν εκτός επιπέδου αλλά οι τοίχοι θα αποφύγουν την κατάρρευση. Έτσι επιτρέπουν τη ρηγμάτωση περιορίζοντας παράλληλα την μετατόπιση της τοιχοποιίας. [Stephenson 2006]. 34

35 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 52. Η ιδέα πίσω από το δομικό σύστημα Επιπρόσθετα, η απόσβεση ενέργειας λόγω της ανάπτυξης τριβής στο εσωτερικό αυτού του συστήματος είναι ένας από τους σημαντικότερους λόγους που οι κατασκευές αυτές δεν εμφανίζουν σημαντικές βλάβες όταν υποβάλλονται σε σεισμική επιπόνηση. Τα ξύλινα μέλη έχουν τη δυνατότητα να παραμένουν ενεργά ακόμα και όταν η τοιχοποιία αρχίζει να αστοχεί, ανακατανέμοντας την ένταση σε αρηγμάτωτα τμήματα της τοιχοποιίας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο σεισμός του 1967 στο Kashmir, όπου κτίρια 3-5 ορόφων με δομικό σύστημα dhajji dewari επέζησαν πρακτικά άθικτα. Ένα ακόμα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι ο σεισμός του 2005 ο οποίος κατέστρεψε το πακιστανικό μέρος του Kasmir ενώ στην ινδική πλευρά οι καταστροφές ήταν πολύ περιορισμένες, λόγω της εκτεταμένης ύπαρξης των παραδοσιακών dhajji dewari κατασκευών [Langenbach 2007]. εικόνα 53. Σταδιακό γέμισμα ξύλινου σκελετού εικόνα 54. Τελική μορφή ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΩΝ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΩΝ ΜΕ ΔΙΠΛΗ ΔΙΑΓΩΝΙΑ ΔΙΚΤΥΩΣΗ 35

36 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ Τουρκία, Himis Η χρήση ενός συνδυασμού περισφιγμένης τοιχοποιίας στο ισόγειο και τσατμαδότοιχου στους ανώτερους ορόφους ήταν διαδεδομένη σε περιοχές της ανατολικής μεσογείου πριν την έλευση του οπλισμένου σκυροδέματος. Το ισόγειο συνήθως συνέθεταν φέρουσες τοιχοποιίες κατασκευασμένες από επάλληλες κατακόρυφες στρώσεις. Για περίσφιξη της τοιχοποιίας χρησιμοποιούνταν λεπτές ξύλινες σανίδες τοποθετημένες ανά 1m με τρόπο ώστε να αλληλεπικαλύπτονται στις γωνίες και χωρίς να διακόπτουν τη συνέχεια της τοιχοποιίας. Ο ξυλόπηκτος όροφος ονομάζεται hιmιş (χούμουσ) και περιλαμβάνει ένα ξύλινο πλαίσιο με κατακόρυφα και οριζόντια μέλη που δεν απέχουν περισσότερο από 60cm μεταξύ τους. Μέσα στο πλαίσιο κατασκευάζεται μονή τοιχοποιία η οποία συγκρατείται από ασθενές κονίαμα λάσπης ή ασβέστη. Έτσι μειώνεται το βάρος των τοίχων ώστε οι ξύλινοι πρόβολοι των κατώτερων ορόφων να μπορούν να παραλάβουν το φορτίο τους. Η εξαιρετική αντισεισμική συμπεριφορά των κατασκευών αυτών έχει αποδειχθεί σε πρόσφατους σεισμούς. Το 1999 ο σεισμός στο Kocaeli/ Düzce, με μέγεθος 7.4 και επίκεντρο περίπου 100 km ανατολικά της Κωνσταντινούπολης, επηρέασε περισσότερο βιομηχανικούς οικισμούς που αναπτύχθηκαν τον 20ο αι. Σε ορισμένες περιοχές καταστράφηκε περισσότερο από το 1/3 των οικιστικών μονάδων. Αντίθετα, όσα κτίρια hιmιş είχαν απομείνει στις περιοχές παρέμειναν ανέπαφα με ελάχιστες περιπτώσεις σοβαρών ζημιών, ακόμη και σε περιοχές με ασθενές υπέδαφος. Το 2000 ένας ακόμα σεισμός μικρότερου μεγέθους (6.1) χτύπησε την αγροτική περιοχή Orta. Μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση προέκυψε από τη σύγκριση των ζημιών που προκλήθηκαν από τους δύο σεισμούς. Οι βλάβες στις hιmιş κατασκευές ήταν παρόμοιες με αυτές του προηγούμενο σεισμού, παρόλο που αυτός ήταν μικρότερου μεγέθους ενώ ήταν πολύ περιορισμένες στα κτίρια από Ο/Σ. Η σύγκριση μεταξύ των συμπεριφορών των κατασκευών στους δύο σεισμούς δείχνει ότι τα κτίρια από σκυρόδεμα έχουν μικρότερη ικανότητα απόσβεση ενέργειας από τα hιmιş κτίρια και αυτό αποδεικνύεται από τη γρήγορη μετάβαση από τις μικρές ρηγματώσεις (Orta) στην κατάρρευση (Düzce). Αντίθετα τα παραδοσιακά hιmιş έχουν δυνατότητα απόσβεσης σεισμικής ενέργειας με μικρή αύξηση σε βλάβες [Langenbach 2007]. εικόνα 55. Κτίριo himis εικόνα 56. Κτίριo himis 36

37 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 57. Κτίριο από σκυρόδεμα που έχει καταρρεύσει στο σεισμό, στο βάθος κτίριο himis που στέκεται με ελάχιστες αστοχίες. εικόνα 56. Κτίριο από σκυρόδεμα που έχει καταρρεύσει στο σεισμό, αριστερά κτίριο himis σχεδόν άθικτο 37

38 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ εικόνα 57. Κατασκευές ξυλόπηκτης τοιχοποιίας σε σεισμογενείς περιοχές ανά τον κόσμο [Champagne et al. 2014] 38

39 ΞΥΛΟΠΗΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Champagne F., Sieffert Y. Grange S., Polastri A., Ceccotti A. and Daudeville L. (2014) Experimental analysis of seismic resistance of timber-framed structures with stones and earth infill. Engineering Structures, 69, DelRosario, A. (2008), Early French Canadian Architectural Types of the French Colonial Period. History of Architecture in the Americas I Graham, T. (2003) Wattle and daub: craft, conservation and Wiltshire Case Study. A dissertation submitted towards the degree of Master of Science in the Conservation of Historic Buildings at the University of Bath, Department of Architecture and Civil Engineering. Langenbach, R. (2007) From Opus Craticium to the Chicago Frame : Earthquake-Re sistant Traditional Construction. International Journal of Architectural Heritage, 1, Niroumand, H., Zain, M.F.M. and Jamil, M. (2013) Various types of earth buildings. 2nd Cyprus International Conference on Educational Research. Procedia- Social and Behavioral Sciences, 89, Tsakanika E. (2008) The constructional analysis of timber load bearing systems as a tool for interpreting Aegean Age architecture. Proceedings of the Symposium Bronge Age Architectural Tranditions in the Eastern Mediterranean: Diffusion and Diversity, ,Munich. Ulrich, R. B. (2007) Roman woodworking. Sheridan Books, United States. Stephenson, M., Schacher, T., (2006) Basic training on Dhajji construction. UN Habitat, SCD. Mansehra, Pakistan Vasconcelos G., Poletti E., Salavessa E., Jesus A., Lourenco P. and Pilaon P. (2013) Inplane shear behaviour of traditional timber walls. Engineering structures, 56, Vintzileou, E., Zagkotsis, A., Repapis, C., Zeris, Ch. (2005). Seismic behaviour of the historical structural system of the island of Lefkada, Greece. Construction and Building Materials, 21, Κάππος, Α., Κουρής Λ.Α. (2008). Προσομοίωση Παραδοσιακών Κατασκευών από Ξυλόπηκτη τοιχοποιία. 3ο Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής και Τεχνικής Σεισμολογίας, 5-7 Νοεμβρίου, Άρθρο 2013 Παλυβού, Κ. (1999) Ακρωτήρι Θήρας: η οικοδομική τέχνη. Αρχαιολογική Εταιρεία, Γραφείο Δημοσιευμάτων, Αθήνα. Παλυβού Κ. (2005) Τεχνολογία, τέχνη και τεχνική. Αρχαιολογία και τέχνες, 94, Τουλιάτος, Π. (1993) Τοπικά Αντισεισμικά Συστήματα, Πανεπιστημιακές σημειώσεις ΕΜΠ, Αθήνα. Τουλιάτος Π. και Βιντζηλαίου Ε. (2006) Σεισμική συμπεριφορά του δομικού συστήματος στον ιστορικό οικισμό της πόλης της Λευκάδας. 15ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, Οκτωβρίου, Αλεξανδρούπολη. 39

40

41 3 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 3.1 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Το εξεταζόμενο σύστημα είναι ένα τυπικό φάτνωμα που συναντάται συχνά στα κτίρια από ξυλόπηκτη τοιχοποιία. Ο ξύλινος σκελετός αποτελείται από μία δοκό στέψης και μία δοκό έδρασης (στρωτήρες), δύο υποστυλώματα (ορθοστάτες) και διπλή διαγώνια δικτύωση. Στο κενό μεταξύ περιμετρικού πλαισίου και διαγώνιων αντηρίδων βρίσκεται η τοιχοποιία πλήρωσης. Κάθε ένα στοιχείο παίζει σημαντικό ρόλο στη συνολική απόκριση του φορέα. Τα διαγώνια στοιχεία αυξάνουν την πλευρική αντοχή και δυσκαμψία του πλαισίου. Η τοιχοποιία αυξάνει την ευστάθεια. Ακόμη και σε περίπτωση εκτός επιπέδου κατάρρευσης της τοιχοποιίας, όσες θα παραμείνουν αποτρέπουν την πλευρική αστάθεια του πλαισίου ή το λυγισμό των χιαστί διαγώνιων συνδέσμων. Το τυπικό φάτνωμα προσομοιώθηκε στο πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ADINA και μελετήθηκε η συμπεριφορά του σε ανελαστική ανάλυση με επιβολή καταναγκασμένης μετακίνησης. Η ανελαστική ανάλυση επιλέχτηκε ώστε να περιγραφεί καλύτερα η μη γραμμική συμπεριφορά του συστήματος. Πηγές μη γραμμικής συμπεριφοράς είναι: η μη γραμμική συμπεριφορά του ξύλου και της τοιχοποιίας η δημιουργία ρηγμάτων στην τοιχοποιία οι μονόπλευρες συνθήκες επαφής-τριβής μεταξύ των δομικών στοιχείων και η διάρρηξη των συνδέσεων Η ανελαστική ανάλυση λαμβάνει υπόψη την ολίσθηση των εφελκυόμενων διαγώνιων ράβδων, την αποκόλληση της τοιχοπλήρωσης από το περιβάλλον πλαίσιο και την ανελαστική συμπεριφορά των υλικών. Στις επόμενες ενότητες περιγράφονται αναλυτικά οι νόμοι υλικών και τα κριτήρα διαρροής που χρησιμοποιήθηκαν για το ξύλο και την τοιχοποιία, οι συνδέσεις και ο τρόπος προσομοίωσης του τυπικού φατνώματος προς μελέτη στο πρόγραμμα ADINA. 41

42 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ 3.2 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ γεωμετρία Το τυπικό φάτνωμα που χρησιμοποιήθηκε για την αριθμητική προσομοίωση περιλαμβάνει ένα ξύλινο πλαίσιο με διαστάσεις 3.0x3.0m (μέση γραμμή) που αποτελείται από δύο υποστυλώματα, δύο δοκούς (έδρασης και στέψης) και δύο ξύλινες διαγώνιες αντηρίδες, με διατομές 0.10x0.10m. Η έδραση του φατνώματος θεωρήθηκε αρθρωτή και πραγματοποιήθηκε σημειακά, στα δύο άκρα της δοκού έδρασης. Η τοιχοποιία πλήρωσης που βρίσκεται στο κενό μεταξύ περιμετρικού πλαισίου και διαγώνιων αντηρίδων έχει πάχος 0.10m. Για την προσομοίωση έγινε η παραδοχή της επίπεδης έντασης (plane stress) καθώς λόγω φόρτισης και γεωμετρίας τα πλαίσια λειτουργούν κυρίως εντός επιπέδου. Χρησιμοποιηθήκαν πεπερασμένα στοιχεία δύο διαστάσεων (4κομβα 2D solid) έναντι επιφανειακών (shell) για λόγους συμβατότητας με το υλικό Drucker-Prager που ορίστηκε για να περιγράψει τη συμπεριφορά της τοιχοποιίας. διακριτοποίηση Η διακριτοποίηση έγινε με κάνναβο 16x16 για τα στοιχεία τοιχοποιίας και 16x2 για τα ξύλινα στοιχεία (mesh element size? ) με στοιχεία υψηλού βαθμού ολοκλήρωσης (3x3 σημεία ολοκλήρωσης Gauss) για περισσότερη ακρίβεια στην πλαστικοποίηση. Επειδή στην ανάλυση των τοιχοπληρωμένων ξύλινων πλαισίων πρωταγωνιστικό ρόλο παίζουν οι συνδέσεις, εφαρμόζεται πυκνότερη διακριτοποίηση στην περιοχή των κόμβων ώστε να έχουμε όσο το δυνατόν καλύτερη περιγραφή του φαινομένου. Για τις συνθήκες ισορροπίας των πεπερασμένων στοιχείων εφαρμόστηκε η θεωρία μικρών μετακινήσεων για μεγαλύτερη αριθμητική ευστάθεια (δεχόμαστε ότι δεν αλλάζουν τα μητρώα δυσκαμψίας των πεπερασμένων στοιχείων, όπως είναι λογικό). εικόνα 1. Γεωμετρία φορέα και πυκνότερη διακριτοποίηση στην περιοχή των κόμβων 42

43 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ 43

44 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ 3.3 ΥΛΙΚΑ Ξύλο- κριτήριο διαρροής Ηill Παραδοχές προσομοίωσης Η προσομοίωση της ακριβούς συμπεριφοράς του ξύλου είναι περίπλοκη λόγω πιθανής ύπαρξης φυσικών ατελειών (ρόζοι, στρεψοϊνία) που καθιστούν το ξύλο υλικό ανισότροπο και ανομοιογενές. δυσκολία προσδιορισμού μηχανικών παραμέτρων και μεγάλη διασπορά τιμών Η δυσκολία προσδιορισμού των μηχανικών παραμέτρων μπορεί να αντιμετωπιστεί εάν το ξύλο θεωρηθεί με ικανοποιητική ακρίβεια ορθότροπο υλικό με τρία επίπεδα συμμετρίας: το αξονικό (παράλληλο στις ίνες), το εγκάρσιο (κάθετο στις ίνες) και το ακτινικό. Η αξονική διεύθυνση παρουσιάζει σημαντικά αυξημένα μηχανικά χαρακτηριστικά σε σχέση με τις άλλες δύο διευθύνσεις, γι αυτό και οι τιμές των μεγεθών του εγκάρσιου και του ακτινικού επιπέδου λαμβάνονται συχνά ίσες λόγω μικρής διαφοράς. (Σύμφωνα με τον [Dias 2007] οι ιδιότητες μεταξύ εγκάρσιου και ακτινικού μπορεί να διαφέρουν με συντελεστή περίπου 2 ενώ μεταξύ παράλληλου και εγκάρσιου με συντελεστή μεγαλύτερο του 20. Για παράδειγμα το ξύλο έχει αντοχή σε αξονικό εφελκυσμό φορές μεγαλύτερη από την αντοχή του σε εγκάρσιο εφελκυσμό και αντοχή σε αξονική θλίψη φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με την εγκάρσια.) [Κουρής 2012] εικόνα 1. επίπεδα συμμετρίας ξύλου δυσκολίες προσομοίωσης της ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς Η απόκριση του ξύλου είναι διαφορετική σε κάθε διεύθυνση σε εφελκυσμό και σε θλίψη, λόγω της φύσεως της σύνδεσης των ινών η οποία σε μικροσκοπικό επίπεδο θα μπορούσε να παρομοιαστεί με μοριακές αλυσίδες ξύλων συνδεδεμένες με ρητίνη. Σε καταστάσεις θλίψης η συμπεριφορά του είναι σχετικά πλαστική και μπορεί να προσομοιωθεί προσεγγιστικά με ελαστοπλαστικό νόμο με κλάδο κράτυνσης. Αντίθετα, σε εφελκυσμό η απόκριση είναι περισσότερο ψαθυρή και οι μέγιστες τάσεις εμφανίζουν μικρές τιμές στην κάθετη στις ίνες διεύθυνση και μεγάλες στην παράλληλη διεύθυνση, με αποτέλεσμα ένα ελαστοπλαστικό μοντέλο να μην είναι αντιπροσωπευτικό της πραγματικής συμπεριφοράς του υλικού. 44

45 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Η δομική ξυλεία παρουσιάζει μεγαλύτερη εφελκυστική παρά θλιπτική αντοχή, η οποία όμως σπάνια αξιοποιείται γιατί αναπτύσσονται παράλληλα με τις εφελκυστικές τάσεις και διατμητικές (η αντοχή σε διάτμηση είναι μόνο το 6 έως 10% της εφελκυστικής). Οι συνδέσεις μεταξύ των ξύλινων μελών, που παίζουν κυρίαρχο ρόλο στη μελέτη των τοιχοπληρωμένων ξύλινων πλαισίων, σπάνια εφελκύονται λόγω κατασκευής. Ακόμη και σε περιπτώσεις εφελκυσμού, το φαινόμενο αμβλύνεται λόγω της ύπαρξης θλιπτικών φορτίων καθώς στην πράξη δεν έχουμε περιπτώσεις χωρίς κατακόρυφα φορτία. Αφενός λόγω της αδυναμίας εφαρμογής διαφορετικών καταστατικών νόμων σε θλίψη και εφελκυσμό και αφετέρου λόγω της κυρίαρχης λειτουργίας των συνδέσεων σε θλίψη, το ξύλο ορίστηκε ως υλικό υπό θλίψη (θλιπτικές αντοχές σχεδιασμού). Επίσης δεν κρίθηκε σκόπιμο να εφαρμοστούν διαφορετικές αντοχές στις περιοχές των συνδέσεων (αντοχές άντυγας) καθώς η διαφορά με τις θλιπτικές αντοχές των μελών είναι αμελητέα. ελαστικές ιδιότητες (E,G,v) Για το αναλυτικό προσομοίωμα το ξύλο θεωρήθηκε πλαστικό ορθότροπο υλικό κατηγορίας C24, με κύρια λειτουργία τη θλιπτική. Παρακάτω δίνονται αναλυτικά οι σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των ελαστικών ιδιοτήτων. Στις εξισώσεις χρησιμοποιήθηκαν οι μέσες τιμές των μέτρων ελαστικότητας και διάτμησης (Ε0,mean, E90,mean, Gmean) οι οποίες σύμφωνα με τον EC5 επιλέγονται για τον υπολογισμό των παραμορφώσεων. Εxx =30 Eyy= 30 Ezz (EN 338) softwoods Gxy= Gzx= (Exx+ Eyy)/2*1/16 ; Gyz= (Ezz+Eyy)/2*1/16 [J9] *διεύθυνση xx=a παράλληλη στις ίνες, yy=b κάθετη στις ίνες, zz=c ακτινική. Για το συντελεστή Poisson επιλέχτηκε μια τριάδα τιμών που αντιστοιχεί σε είδος ξυλείας ερυθρελάτης (αειθαλές κωνοφόρο δέντρο). Οι τιμές των συντελεστών Poisson ικανοποιούν ταυτόχρονα τις συνθήκες του προγράμματος ώστε το καταστατικό μητρώο τάσηςπαραμόρφωσης να είναι θετικά ορισμένο. vjι< (Ei/Ej ), i,j=a,b,c vab vbc vac Ea/Ec <0.5 (1-vab^2 Ea/Eb -vbc^2 Eb/Ec -vac^2 Ea/Ec ) 0,5 [ADINA 2008] Έτσι ορίστηκαν οι τιμές vab=0.02, vac=0.029, vbc=0.25 Εφόσον έχει αποδειχθεί ότι ούτε ο λόγος Poisson [Dias 2007] ούτε ο τρόπος ορισμού των συμμετρικών ζευγών vij, vji [Patton- Mallory] επηρεάζουν τα αποτελέσματα της ανάλυσης, δεν θεωρήθηκε απαραίτητη περαιτέρω διερεύνηση σχετικά με τις τιμές που ορίστηκαν. 45

46 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ αντοχές σχεδιασμού Δύο σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη φέρουσα ικανότητα του ξύλου είναι η υγρασία και η διάρκεια επιβολής των φορτίων. Η ικανότητα ανάληψης φορτίων από το ξύλο μειώνεται όσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό υγρασία στη μάζα του (σχήμα 3.27 ) και όσο μεγαλύτερο είναι το χρονικό διάστημα καταπόνησης. Αυτοί οι δύο παράγοντες λαμβάνονται υπόψη κατά τον προσδιορισμό των αντοχών σχεδιασμού με την εισαγωγή του τροποποιητικού συντελεστή kmod. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο kmod ορίζεται για φυσική ξυλεία σε κατηγορία λειτουργίας 2 (με συνθήκες θερμοκρασίας 20οC και σχετική υγρασία >85% για λίγες εβδομάδες το χρόνο) και για στιγμιαία δράση, εφόσον η κατασκευή μελετάται για σεισμικές δυνάμεις. Εικόνα 2. μη γραμμική σχέση τάσης σ- παραμόρφωσης ε από μία μονοαξονική δοκιμή: Α. οξιά, Β. δρύς, Ι. κατάσταση ξηρή στον αέρα (υγρασία 12%), ΙΙ. χλωρό ξύλο (υγρασία: οξιά 79%, δρυς 69%) (Τσούμης 1983) Η πυκνότητα του ξύλου ορίστηκε 400 kg/m3, μια ενδιάμεση τιμή από τις δύο* πυκνότητες που ορίζει ο EC5 για ξύλο κατηγορίας C24. Πίνακας 1: ελαστικές ιδιότητες ξύλου 46

47 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ νόμος υλικού Από πειραματικά αποτελέσματα έχει βρεθεί πως για θλίψη // στις ίνες ο καταστατικός νόμος προκύπτει διγραμμικός ιδανικά ελαστοπλαστικός ενώ L στις ίνες η διαρροή ξεκινάει νωρίτερα από τη μέγιστη τιμή της αντοχής (περίπου στο 40%fc), χωρίς να είναι σαφές αν το φαινόμενο αντιπροσωπεύεται καλύτερα από διγραμμικό ή τριγραμμικό νόμο (πειραματικές καμπύλες fig2). [Sawata 2002] Εικόνα 3. πειραματικές καμπύλες μεταξύ τάσεων- παραμορφώσεων [Sawata 2002] Ο διγραμμικός καταστατικός νόμος θεωρεί γραμμική ελαστική συμπεριφορά μέχρι τη μέγιστη αντοχή ενώ έπειτα το υλικό διαρρέει με σχεδόν ευθύγραμμο πλαστικό κλάδο με κλίση Ε/1000** (στοιχειώδες strain hardening). σχήμα 4. διγραμμικός νόμος υλικού για το ξύλο * ο EC5 ορίζει πυκνότητα ίση με 350 kg/m3 για τον υπολογισμό των συνδέσεων και 420 kg/m3 για τον υπολογισμό του ιδίου βάρους μιας ξύλινης κατασκευής. ** η τιμή υποδιαίρεσης του μέτρου ελαστικότητας επιλέχτηκε με γνώμονα ότι το Ε/100 αποδίδει παραπάνω από στοιχειώδες hardening ενώ μια μεγαλύτερη υποδιαίρεση Ε/10000 προκαλεί αριθμητικές αστάθειες κατά την επίλυση. 47

48 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Ο τριγραμμικός νόμος έχει μια πρώτη διαρροή για τάση ίση με 0,4 της μέγιστης αντοχής ενώ όταν ξεπεράσει τη μέγιστη αντοχή υποβάλλεται σε πλήρη πλαστικοποίηση με οριζόντιο πλαστικό κλάδο. Ο νόμος αυτός βασίζεται στο γεγονός ότι η πραγματική συμπεριφορά του ξύλου είναι μη γραμμική, ιδιαίτερα μετά το 40% της φέρουσας ικανότητας και τα ελαστικά χαρακτηριστικά του ξύλου ορίζονται συνήθως για φορτία μικρότερα από το 40% αυτής.[j9] σχήμα 5. τριγραμμικός νόμος υλικού για το ξύλο [Κουρής 2012] Λόγω αδυναμίας ορισμού τριγραμμικού νόμου υλικού στο πρόγραμμα ADINA, στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκε ο διγραμμικός νόμος. κριτήριο διαρροής Ως κριτήριο διαρροής ορίστηκε το κριτήριο Hill, το οποίο αποτελεί γενίκευση του Von Mises και λαμβάνει υπόψη την ανισοτροπία σε πλάστιμα υλικά και εκφράζεται με τις επόμενες σχέσεις: (1ξ) όπου F,G,H,L,M,N, είναι οι σταθερές του υλικού που ορίζονται από τις παρακάτω εξισώσεις [ΑDINA 2008] 48 όπου Χ,Υ,Ζ είναι οι θλιπτικές αντοχές σχεδιασμού στις τρεις διευθύνσεις ορθοτροπίας a,b,c και Υab, Υac, Υbc είναι οι διατμητικές αντοχές σχεδιασμού στα τρία επίπεδα ορθοτροπίας (ab), (ac), (bc). οι οποίες προσδιορίζονται πειραματικά με την επιβολή μονοαξονικού εφελκυσμού/ θλίψης στις διευθύνσεις των κύριων αξόνων ανισοτροπίας και διάτμησης στα τρία επίπεδα.

49 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ σχήμα 6. παραστατική απεικόνιση κριτηρίου διαρροής Hill Η σχέση (1ξ) είναι μια τετραγωνική έκφραση των τάσεων και αντιπροσωπεύει την ενέργεια που διέπει το φαινόμενο διαρροής των ορθότροπων υλικών. Δύο βασικές παραδοχές του κριτηρίου είναι η ανεξαρτησία του από την υδροστατική τάση (ή την πρώτη αναλλοίωτη Ι1- αυτό σημαίνει ότι οι τάσεις σij θα μπορούσαν να αντικατασταθούν από εκείνες του τανυστή εκτροπής των τάσεων sij) και η μη διαφοροποίηση της συμπεριφοράς του υλικού σε εφελκυσμό και θλίψη. Σειρά παραμετρικών αναλύσεων στο παρελθόν έδειξαν ότι ελάχιστη διαφορά στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων επιτυγχάνεται με το γενικευμένο κριτήριο Hill που θεωρεί διαφορετική συμπεριφορά σε εφελκυσμό και σε θλίψη, αλλά με σημαντικό υπολογιστικό κόστος. [κουρης 2012] Στη βιβλιογραφία δεν υπάρχει εκτεταμένη έρευνα όσον αφορά στις πλαστικές παραμορφώσεις του ξύλου και για το λόγο αυτό, αλλά και για λόγους απλότητας των υπολογισμών, θεωρείται συσχετισμένος νόμος ροής. Το κριτήριο Hill συσχετίζει τις αντοχές διαρροής στις διάφορες διευθύνσεις με μια ισοδύναμη τάση διαρροής σ, η οποία ρυθμίζει το μέγεθος της επιφάνειας διαρροής. Η επιφάνεια διαρροής έχει την ικανότητα να διογκώνεται κατά τη φάση της κράτυνσης άρα η ισοδύναμη τάση σ δεν παραμένει σταθερή αλλά αυξάνει με την αύξηση των παραμορφώσεων καθορίζοντας και το μέγεθος της επιφάνειας διαρροής. Η ισότροπη κράτυνση έχει ως συνέπεια η επιφάνεια διαρροής να διογκώνεται ομοιόσχημα χωρίς να αλλάζει η διεύθυνσή της ούτε η θέση της στον χώρο των τάσεων. Επομένως το υλικό παραμένει ορθότροπο με σταθερούς άξονες ορθοτροπίας και οι συντελεστές f,g,h,l,m,n (συντελεστές σχήματος) παραμένουν σταθεροί. Το φαινόμενο διόγκωσης της επιφάνειας διαρροής συμβαίνει εντονότερα σε συνδυασμό με τον τριγραμμικό νόμο, όπου εισάγονται πλαστικές παραμορφώσεις στο 0,4σmax. Στην περίπτωση του διγραμμικού νόμου, η κράτυνση είναι στοιχειώδης, το ίδιο και η διόγκωση της επιφάνειας διαρροής. 49

50 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Το κριτήριο Hill μπορεί εναλλακτικά να γραφτεί: Άρα η ισοδύναμη τάση του Hill ορίζεται από τη σχέση ώστε το κριτήριο διαρροής είναι Η μεταβολή της ισοδύναμης τάσεως σ εξαρτάται από την ισοδύναμη συσσωρευμένη πλαστική παραμόρφωση ε p ως εξής: σ =σ (ε p) Η συσσωρευμένη ισοδύναμη πλαστική παραμόρφωση ε p υπολογίζεται με την αρχή της ισότητας του πλαστικού έργου dwp=σ dε p (εργική κράτυνση/ work hardening). Το πλαστικό μέτρο λαμβάνεται με βάση το νόμο κράτυνσης που έχει οριστεί σε κάθε περίπτωση καταστατικού νόμου. Το καθολικό πλαστικό μέτρο ορίζεται ως: όπου τα Εα, Εb, Ec, Eab, Eac, Ebc καθορίζονται από το νόμο κράτυνσης. Τα φατνώματα ξυλόπηκτης τοιχοποιίας φορτίζονται εντός επιπέδου και έχουν χαρακτηριστικά επίπεδης έντασης (plane stress). Η επίπεδη ένταση ορίζεται ως μια κατάσταση έντασης στην οποία η ορθή τάση σ33 και οι διατμητικές τάσεις σ13, σ23 με κάθετη διεύθυνση στο επίπεδο 1-2 θεωρούνται μηδενικές: σ33= σ13= σ23= 0. (1) Για τα ξύλινα δομικά στοιχεία ισχύουν οι παρακάτω σχέσεις ως προς τις αντοχές στα τρία επίπεδα συμμετρίας (ΕΝ338): Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις (1) και (2) στο κριτήριο Hill προκύπτει: (2) Η παραπάνω εξίσωση έχει τη μορφή ελλειψοειδούς στο χώρο των τάσεων σ11 (άξονας x), σ22 (άξονας y), σ12 (άξονας z). 50

51 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ σχήμα 7. ελλειψοειδές του κριτηρίου διαρροής Hill [Κουρής 2012] 51

52 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Τοιχοποιία- κριτήριο διαρροής Drucker-Prager Η τοιχοποιία είναι υλικό πολυφασικό, πολύμορφο και απείθαρχο. Τα βασικά συστατικά της είναι τα λιθοσώματα και το συνδετικό κονίαμα. Τα λιθοσώματα μπορεί να είναι τεμάχια φυσικών λίθων, ωμές πλίνθοι, οπτόπλινθοι με μεγάλη ποικιλία υλικών, κατεργασίας, σχημάτων και μεγεθών. Το κονίαμα διαθέτει επίσης μεγάλη ποικιλία συνθέσεων και αντοχών. Η πολυμορφία και πολυτυπία του υλικού αυτού έχει ως αποτέλεσμα τη μεγάλη δυσκολία προτυποποίησης υλικών και μεθόδων. Παράλληλα οι κανονισμοί που αφορούν την τοιχοποιία παρουσιάζουν μεγάλη ανομοιομορφία ορισμών, μεθόδων ανάλυσης και διαστασιολόγησης και διασπορά τιμών για τις μηχανικές ιδιότητες των διαφόρων τύπων τοιχοποιίας. Η μηχανική συμπεριφορά της τοιχοποιίας χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλή θλιπτική αντοχή, ιδιαίτερη χαμηλή εφελκυστική, σχετικά ικανοποιητική αντοχή σε διάτμηση και γενικά έντονα ανισότροπη συμπεριφορά. Εκτός της θλιπτικής αντοχής, τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά αποτελούν τις βασικές αδυναμίες της τοιχοποιίας. Οι αδυναμίες αυτές οφείλονται στον ψαθυρό χαρακτήρα των λιθοσωμάτων και του κονιάματος αλλά κυρίως στη συμπεριφορά της διεπιφάνειας επαφής, ιδιαίτερα κατά μήκος των συνεχών οριζόντιων αρμών που αποτελούν τα αδύνατα επίπεδα της τοιχοποιίας. Η τοιχοποιία παρουσιάζει μεγαλύτερη τάση αστοχίας σε θλίψη από ότι σε εφελκυσμό, συμπεριφορά που αποδίδεται στην ύπαρξη μικρορωγμών και πόρων στη μάζα της που επηρεάζουν δυσμενώς ιδιαίτερα όταν καταπονούνται από εφελκυστικά φορτία. Η τοιχοποιία καταπονούμενη σε θλίψη κάθετα στους κύριους οριζόντιους αρμούς αστοχεί συνήθως από εγκάρσια ρηγμάτωση των λιθοσωμάτων, γεγονός που οφείλεται στην ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων στα λιθοσώματα σε εγκάρσιες διευθύνσεις. Οι τάσεις αυτές προκαλούνται από το συμβιβασμό των μεγάλων εγκάρσιων παραμορφώσεων του κονιάματος των αρμών με τις μικρότερες των λιθοσωμάτων που προκαλεί αντίστοιχα εγκάρσια περίσφιξη στο κονίαμα (Em<Eb, vm>vb όπου οι δείκτες m,b αφορούν το κονίαμα και τα λιθοσώματα αντίστοιχα). Έτσι υπό μονοαξονική θλιπτική φόρτιση της τοιχοποιίας αναπτύσσεται τριαξονική καταπόνηση στα λιθοσώματα και στο κονίαμα των αρμών. Επομένως η τοιχοποιία χρησιμοποιείται ως κυρίως θλιβόμενο φέρων δομικό στοιχείο ενώ οι κανονισμοί κατά κανόνα δε χρησιμοποιούν την εφελκυστική αντοχής της στο σχεδιασμό (non tension material). Αν τίθετα, συνήθως προδια γράφουν την καμπ τική α ν τοχή για φόρτιση κάθετα στο επίπεδό της (σεισμός, άνεμος). Αναφορικά με τη διάτμηση, στη βιβλιογραφία προτείνονται τιμές του συντελεστή τριβής σχήμα 8. διανομή τάσεων σε πρίσμα τοιχοποιίας υπό θλίψη [Ιγνατάκης 2007] 52

53 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Στις συνήθεις κατασκευές και ιδιαίτερα στην περίπτωση των τοιχοπληρωμένων πλαισίων, η τοιχοποιία εμφανίζεται ως επιφανειακής μορφής φορέας με λειτουργία δίσκου (επίπεδη ένταση). Έτσι στο σώμα της τοιχοποιίας αναπτύσσεται μια τύχουσα επίπεδη καταπόνηση (σx, σy, τ) που ισοδυναμεί με ένα ζεύγος κύριων ορθών τάσεων (σ1, σ2) υπό τυχούσα γωνία (θ) ως προς τους οριζόντιους αρμούς. Κατά συνέπεια, η απόκριση της τοιχοποιίας επηρεάζεται έντονα από τον ανισότροπο χαρακτήρα της καθώς είναι καθοριστική η διεύθυνση των κύριων αξόνων έντασης ως προς τη διεύθυνση των αρμών (γωνία θ). Είναι γνωστό ότι στα δομικά στοιχεία κυριαρχεί η ετερόσημη κύρια διαξονική καταπόνηση (σ1>0, σ2<0). Ενώ όμως σε ένα ισότροπο ψαθυρό υλικό η ρηγμάτωση υπό ετερόσημη διαξονική καταπόνηση επέρχεται, σε τοπική κλίμακα, κάθετα στην κύρια εφελκυστική τάση, στην τοιχοποιία η αντοχή, ο τύπος αστοχίας και η διεύθυνσης των ρηγμάτων διαφοροποιούνται και καθορίζονται τις περισσότερες φορές από τη διεύθυνση και αντοχή των οριζόντιων αρμών. [Ιγνατάκης 2007] ελαστικές ιδιότητες (E,v) Σχετικά με τις ελαστικές ιδιότητες της τοιχοποιίας, πραγματοποιήθηκε παραμετρική διερεύνηση για τρεις διαφορετικές περιπτώσεις τοιχοπληρώσεων μια μέτριας αντοχής (οπτόπλινθοι) και μια ισχυρή (λίθοι). Οι ελαστικές ιδιότητες που ορίστηκαν για την κάθε μια παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας 2: ελαστικές ιδιότητες τοιχοποιίας Υπενθυμίζεται ότι για τη θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας ο EC6 προτείνει τη σχέση: fc=1/1000 E ενώ συνήθως λαμβάνεται υπόψη μια στοιχειώδης εφελκυστική αντοχή: ft=1/10 fc *[σημείωση] οι σφαιρικές ή υδροστατικές τάσεις έχουν συνιστώσες pδij, όπου p είναι η μέση τάση με p= 1/3 I1=1/3(σxx- +σyy+σzz) και δij είναι το δέλτα του Kronecker που λαμβάνει τιμές δij=1 αν i=j, δij=0 αν i j. Από τις παραπάνω εξισώσεις είναι φανερό ότι η τιμή των τάσεων είναι ίδια σε όλους τους πιθανούς προσανατολισμούς των αξόνων και γι αυτό ονομάζεται σφαιρική ή υδροστατική. 53

54 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ νόμος υλικού- κριτήριο διαρροής Το κριτήριο Drucker- Prager αποτελεί επίσης μια μετατροπή του Von Mises και εισάγει την επίδραση της υδροστατικής τάσης* στην αστοχία με την εισαγωγή ενός πρόσθετου όρου στην έκφραση του κριτηρίου, της τασικής αναλλοίωτης I1, καθώς αφορά ψαθυρά υλικά των οποίων η συμπεριφορά χαρακτηρίζεται από την εξάρτηση από την υδροστατική τάση. Το δυναμικό διαρροής του κριτηρίου είναι: όπου α και k είναι σταθερές του υλικού και Ι1, J2 οι αναλλοίωτες δίνονται από τις σχέσεις Για μονοαξονικό εφελκυσμό σt >0 προκύπτει Για μονοαξονική θλίψη σc <0 προκύπτει Από την επίλυση των δύο εξισώσεων που προέκυψαν για τις δύο εντατικές καταστάσεις προκύπτουν: [ADINA 2008] 54

55 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ σχήμα 9. γραφικές αναπαραστάσεις κριτηρίου Drucker-Prager α. στον τρισδιάστατο χώρο των τάσεων, β. επίπεδη γεωμετρική αναπαράσταση ως προς τις αναλλοίωτες Ι1 και J2. (σχήμα b) Η κατάσταση φόρτισης του οριζόντιου υδροστατικού άξονα είναι ιδανική*, καθώς μέχρι και πειράματα απλού εφελκυσμού/ θλίψης εμφανίζουν εκτροπικές τάσεις. Ο κατακόρυφος άξονας είναι η ενεργός τάση (effective stress) που ισχύει στο κριτήριο Von Mises, η οποία ενεργοποιείται όταν η εντατική κατάσταση αποκλίνει από την καθαρή τρισδιάστατη θλίψη/ ελκυσμό. Η J2 έχει πάντα θετική τιμή λόγω συμμετρίας του νόμου γύρω από τη χωρική διαγώνιο (a), οι τάσεις είτε είχαν αρνητικά έιτε θετικά πρόσημα αυτά θα έχουν εξαφανιστεί λόγω του συγκεκριμένου μαθηματικού κριτηρίου της ρίζα αθροίσματος τετραγώνων. Αξίζει να σημειωθεί πως η μορφή της καμπύλη στο σχήμα b δεν έχει καμία σχέση με την παράπλευρη επιφάνεια στον τρισδιάστατο χώρο των τάσεων στο σχήμα a. Στο χώρο των τάσεων η γεωμετρική αναπαράσταση έχει παραμέτρους τις κύριες τάσεις σ1, σ2, σ3 ενώ στο σχήμα b οι άξονες είναι οι τασικές αναλλοίωτες Ι1 και J2. Μπορεί τα δύο διαγράμματα να απεικονίζουν το ίδιο κριτήριο αλλά δεν υπάρχει μονοσήμαντη αντιστοιχία μεταξύ τους, καθώς από το τρισδιάστατο προκύπτει το σχήμα στο επίπεδο ενώ από το επίπεδο μπορούμε να πάρουμε πολλές διαφορετικές τρισδιάστατες παραλλαγές. Το πρώτο σχήμα είναι ακριβέστερο γιατί έχει τρεις παραμέτρους όμως η συνάρτηση των τάσεων αποτυπωμένη σε επίπεδο γράφημα είναι περισσότερο παραστατική. 55

56 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ (σχήμα a,b) Ο νόμος του Drucker- Prager ουσιαστικά είναι η παράπλευρη επιφάνεια, η οποία αριστερά τέμνεται με τον υδροστατικό άξονα αν απενεργοποιηθεί η απότμηση λόγω εφελκυσμού (tension cut-off). Το μοντέλο με ενεργοποιημένο το tension cut-off οδηγεί σε ανακατανομή των τάσεων σε περίπτωση θραύσης. Από τη δεξιά πλευρά ο τρισδιάστατος κώνος (σχήμα a) παραμένει ανοιχτός, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι όσο περισσότερη ισόογκη θλίψη ασκείται τόσο περισσότερο αυξάνονται οι υπόλοιπες αντοχές. Επειδή το παραπάνω συμπέρασμα πρακτικά δεν αποδεικνύεται, το κριτήριο συμπληρώνεται με ένα επίπεδο ή ελλειπτικής μορφής όριο (plane/ elliptical cap) στη δεξιά πλευρά του επίπεδου σχήματος b. Όταν χρησιμοποιείται το επίπεδο όριο οι παρεκκλίνουσες πλαστικές παραμορφώσεις δε μεταβάλλονται ενώ αντίθετα με το ελλειπτικό όριο αλλάζουν κατά τη διάρκεια της διαρροής. Το επίπεδο όριο (plane cap) είναι πολύ δυσμενές, καθώς σε πειραματικές καμπύλες από παλαιότερες μελέτες τα αποτελέσματα ήταν διάσπαρτα εκτός του επίπεδου ορίου, με ορισμένα σημεία να βρίσκονται πάνω στην οριακή επιφάνεια μόνο σε περίπτωση μονοαξονικής κατάστασης. Το ελλειπτικό όριο (elliptical cap) είναι η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη προσαυξημένη κατά ένα ποσοστό. Στο συγκεκριμένο πρόβλημα ορίστηκε ελλειπτικό όριο με αναλογία πλευρών ίση με 1 H συνάρτηση διαρροής εξαρτάται από το σχήμα της οριακής καμπύλης. Για επίπεδο όριο (plane cap): f_(c,t)=-i_(1,t)+i_(1,t)^a όπου I_(1,t)^a είναι συνάρτηση της ογκομετρικής πλαστικής παραμόρφωσης e_(v,t)^p: I_(1,t)^a=-1/D ln (1-(e_(v,t)^P)/W)+I_1,0^a όπου I_1,0^a είναι η αρχική θέση του ορίου και W,D είναι σταθερές του υλικού. Για ελλειπτικό όριο (elliptical cap): f_(c,t)= (I_(1,t)+L_(,t)) ^2+R^2 (J_(2,t)-B_(,t)^2) όπου Β,t είναι ο κατακόρυφος ημιάξονας της έλλειψης ΑΗ R η αναλογία του ορίου (cap ratio) AC/AH L = OA Όταν α 0, το κριτήριο των Drucker- Prager ισοδυναμεί με το κριτήριο του Von Mises. H αρχική θέση του θλιπτικού ορίου μετακινείται σε μεγάλη απόσταση δεξιά και η θέση του εφελκυστικού ορίου σε μεγάλη απόσταση αριστερά και καμία από τις δύο δε είναι δυνατό να πλησιαστεί κατά την ανάλυση. Σε κάθε άλλη περίπτωση, η επιφάνεια αστοχίας είναι κώνος με άξονα τον υδροστατικό άξονα (χωροδιαγώνιο). *[σημείωση]στις γήινες συνθήκες μπορεί να επιτευχθεί σε ακραίες καταστάσεις και σε ορισμένες και μόνο μορφές φορέων. Ένα παράδειγμα υδροστατικής εντατικής κατάστασης θα μπορούσε να είναι μια συμπαγής σφαίρα, η οποία έχει άπειρους άξονες συμμετρίας λόγω γεωμετρίας, βυθισμένη σε βάθος μ. στον ωκεανό. Η υψομετρική διαφορά της πάνω με την κάτω πλευρά της σφαίρας είναι αμελητέα συγκριτικά με το βάθος στο οποίο βρίσκεται. Επομένως προκαλείται ισόογκη θλίψη παντού και το υλικό της σφαίρας, σύμφωνα με το νόμο του Von Mises, πρέπει να αντέξει επ άπειρο. Τέτοια υλικά δεν υπάρχουν, ειδικότερα εάν το φαινόμενο είναι ελκυσμός αντί για θλίψη. Σε ελκυσμό ιδανική περίπτωση υδροστατικής έντασης μπορεί να υπάρξει σε τυχόν μαγνητικό πεδίο, που ουδεμία σχέση έχει με τους νόμους της στατικής. 56

57 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Το υλικό θεωρείται ελαστικό - απόλυτα πλαστικό με το κριτήριο Drucker-Prager. Δηλαδή η παράπλευρη επιφάνεια του κώνου είναι το ιδανικά ελαστοπλαστικό υλικό χωρίς strain hardening. Ο καταστατικός νόμος που λαμβάνει το πρόγραμμα ADINA δίνει δυνατότητα strain hardening μόνο στο cap με τον ορισμό κάποιων παραμέτρων. Το cap μπορεί να συστέλλεται και να διαστέλλεται, λόγω της κράτυνσης, αλλά η παράπλευρη επιφάνεια του Drucker Prager παραμένει αμετακίνητη- αμετάβλητη (έτσι περιέγραψε ο προγραμματιστής το μοντέλο). Με τις παραμέτρους που έχουν οριστεί (μεγάλες τιμές W=-100, D=-10) έχουμε πετύχει να μην υπάρχει κράτυνση λόγω παραμόρφωσης ούτε στο θλιπτικό όριο, δηλαδή το όριο να μη μετακινείται καθόλου κατά τη διάρκεια των πλαστικών παραμορφώσεων. Επίσης επιλέχθηκε η εφελκυστική απότμηση να μείνει απενεργοποιημένη (ntc- no tension cut-off) καθώς προκαλεί περισσότερη διατάραξη κατά την επίλυση σε σχέση με τον κλασικό νόμο και δυσκολεύει τις συγκλίσεις. σχήμα 10. σχέση μεταξύ του επίπεδου ορίου και της πλαστικής παραμόρφωσης [ADINA 2008] Κατά την εφαρμογή του αλγόριθμου Newton- Raphson στη διάρκεια της αριθμητικής επίλυσης, όποιο σημείο τείνει να βγει εκτός του διαγράμματος ο αλγόριθμος προσπαθεί να το γυρίσει πίσω και εκτελεί επαναληπτικά βήματα μέχρι το σημείο να κολλήσει στην παράπλευρη επιφάνεια. Εάν αυτό δεν είναι εφικτό, εκδηλώνεται αριθμητική αστάθεια (αδυναμία σύγκλισης). Ειδικά στο πρόβλημα των τοιχοπληρωμένων ξύλινων πλαισίων μια συνηθισμένη εξήγηση είναι ότι λόγω του μικρού strain hardening (ιδανικά ελαστοπλαστικό) οι παραμορφώσεις του στοιχείου είναι τόσο μεγάλες σε σχέση με τον απαραμόρφωτο φορέα που να οδηγήσουν σε στρέβλωση και μη κυρτό σχήμα.[κουρής 2012] Ο νόμος ροής για την τοιχοποιία είναι μη συσχετισμένος [Κουρής 2012] γιατί η συνάρτηση διαρροής λαμβάνει υπερβολική μορφή του κριτηρίου Drucker- Prager ενώ η συνάρτηση πλαστικού δυναμικού είναι η γραμμική (κλασική) μορφή του κριτηρίου. 57

58 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ 3.4 ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ- ΕΠΑΦΕΣ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Συνδέσεις ξύλινων δομικών στοιχείων Οι συνδέσεις χαρακτηρίζονται ως το αδύναμο σημείο των ξύλινων τοιχοπληρωμένων πλαισίων, καθώς η πλειονότητα των κατασκευών αυτών αστοχεί στις περιοχές αυτές. δοκός- ορθοστάτης Καθοριστικό ρόλο στην αντοχή, τη δυσκαμψία και την ανελαστική απόκριση των ξύλινων τοιχοπληρωμένων πλαισιακών κατασκευών παίζει η σύνδεση μεταξύ των ξύλινων μελών. Η σύνδεση μεταξύ δοκών και ορθοσ τατών γίνεται με εν τορμίες και συμπληρωματικά μεταλ λικά στοχεία. Αυτός ο τρόπος σύνδεσης έχει λειτουργία που τον κατατάσσει μεταξύ πάκτωσης και άρθρωσης, αφού η πάκτωση είναι αδύνατο να επιτευχθεί σε τέτοιες κατασκευές (απόλυτη ακρίβεια εντορμίας) ενώ η παραδοχή άρθρωσης άπειρης αντοχής είναι χονδροειδής. Ένα ακριβές προσομοίωμα θα μπορούσε να περιλαμβάνει πεπερασμένο αριθμό μονολιθικότητας της σύνδεσης μέσω στροφικού ελατηρίου. Λόγω έλλειψης πειραματικών αποτελεσμάτων που να καθορίζουν την τιμή της ελατηριακής σταθερά, υιοθετούνται και συγκρίνονται οι δύο απλοποιητικές παραδοχές: των απολύτως στερεών κόμβων (πάκτωση) και μιας μορφής αρθρωτή σύνδεση η οποία επιτρέπει την απομάκρυνση δοκού- ορθοστάτη σε περίπτωση εφελκυσμού και θα περιγραφεί αναλυτικότερα στη συνέχεια. Λόγω της μεγάλης αβεβαιότητας σχετικά με τον προσδιορισμό των συνδέσεων αλλά και του σημαντικού ρόλου που αυτές διαδραματίζουν στη συνολική συμπεριφορά του φορέα επιλέχθηκε να γίνει παραμετρική διερεύνηση της επιρροής των συνδέσεων. Για τις ανάγκες της παραμετρικής διερεύνησης μορφώθηκαν μοντέλα με συνδέσεις μεταξύ των ξύλινων ορθοστατών και των δοκών που αποτελούνται από πακτώσεις, αρθρώσεις αλλά και ενδιάμεσες κατηγορίες. Ακολουθεί περιγραφή των συνδέσεων που επιλέχθηκαν: τύπος σύνδεσης Ι (fixed): οι κόμβοι δοκών- στύλων θεωρήθηκαν απολύτως στερεοί τύπος σύνδεσης ΙΙ (hinged1): ενδιάμεση κατηγορία, μορφή ημιάκαμπτης σύνδεσης. Στις περιοχές σύνδεσης δοκών και στύλων δημιουργείται ένα κενό 1cm. Οι κεντρικοί κόμβοι δεσμεύονται κατά τη διεύθυνσης y(οριζόντια), εξαναγκασμός που αποτρέπει τη σχετική οριζόντια ολίσθηση των δύο στοιχείων και αντιστοιχεί στη σύνδεση με πείρο. Το χάσμα επίσης γεφυρώνεται με δύο στοιχεία ράβδου στους ακραίους κόμβους, διατομής 0.001m2 τα οποία επιτρέπουν την απομάκρυνση δοκού- στύλου κατά τον εφελκυσμό (nonlinear elastic material). Η σύνδεση πλέον δεν μπορεί να στραφεί ενώ παράλληλα τοποθετείται και ένα μεταλλικό κομβοέλασμα διατομής 0.01m2=100cm2 (5 cm2 ανά παρειά), συχνό μέτρο αποκατάστασης των συνδέσεων τέτοιων κατασκευών. Σε περίπτωση ύπαρξης ισχυρού κατακόρυφου φορτίου στον ορθοστάτη, μια τέτοια σύνδεση συμπεριφέρεται σαν πάκτωση τύπος σύνδεσης ΙΙΙ (hinged2): ενδιάμεση κατηγορία, μορφή ημιάκαμπτης σύνδεσης. Αποτελεί παραλλαγή της προηγούμενης σύνδεσης. Σε αυτή την περίπτωση το χάσμα γεφυρώνεται με τέσσερα στοιχεία ράβδου διατομής m2 από μη γραμμικό ελαστικό υλικό που επιτρέπει την απομάκρυνση δοκού- στύλου κατά τον εφελκυσμό ενώ οι κεντρικοί κόμβοι παραμένουν ελεύθεροι. Επίσης και μεταλλικός σύνδεσμος με διάταξη Λ 58

59 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ τύπος σύνδεσης ΙV (hinged3): οι κόμβοι δοκών- στύλων θεωρήθηκαν αρθρώσεις με μηδενική στροφική δυσκαμψία σχήμα 11. τύπος σύνδεσης ΙΙ (hinged1)- ημιάκαμπτη σύνδεση σχήμα 12. τύπος σύνδεσης ΙΙΙ (hinged2)- ημιάκαμπτη σύνδεση διαγώνιος- ξύλινο πλαίσιο Η σύνδεση των διαγώνιων στοιχείων με το περιβάλλον ξύλινο πλαίσιο είναι επίσης πολύ σημαντική για την αντοχή και τη συνολική ευστάθεια του δομικού συστήματος. Η σύνδεση επιτυγχάνεται με μεταλλικά στοιχεία (ήλους ή πύρους). Συχνά παρατηρείται πλήρης απουσία των ήλων ή φθορά σε βαθμό που δεν προσφέρουν καμία σύνδεση. Εξάλλου τέτοιου είδους φορείς είναι συνήθεις σε περιοχές με οικονομική δυσχέρεια και έντονη σεισμική δραστηριότητα και χαρακτηρίζονται από προχειρότητα κατασκευής. Για αυτούς τους λόγους είναι πιο ρεαλιστικό και ασφαλέστερο να θεωρηθεί απλή σφήνωση των διαγώνιων μελών στους κόμβους των ξύλινων στοιχείων με μοντέλο επαφής-τριβής (δες αναλυτικά παρακάτω στη σύνδεση τοιχοποιίας- ξύλου), η οποία μοιάζει περισσότερο με μερική πάκτωση παρά άρθρωση και η συμπεριφορά της εξαρτάται από το κατακόρυφο φορτίου του κόμβου (περισσότερα στην ενότητα περιγραφής προσομοίωσης). Ένα βασικό πρόβλημα των συνδέσεων είναι η ολίσθηση στις ηλώσεις των ξύλινων ράβδων και πιθανή εξόλκευση του μέσου σύνδεσης. Οι παραμορφώσεις στις άντυγες των ήλων εμφανίζονται μόνο σε περίπτωση εφελκυστικής καταπόνησης του στοιχείου, καθώς υπό θλίψη υπάρχει άμεση επαφή ξύλου με ξύλο για τις ράβδους που συντρέχουν στον κόμβο. Στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων, το πρόβλημα περιορίζεται στις διαγώνιες ράβδους, καθώς οι οριζόντιες δοκοί δεν αναμένεται να εμφανίσουν αξιόλογη αξονική καταπόνηση ενώ η αυξομείωση του αξονικού φορτίου των στύλων λόγω σεισμικής καταπόνησης εκτιμάται ότι πολύ σπάνια θα οδηγήσει σε εφελκυσμό, δεδομένης της θλιπτική δύναμης από τα κατακόρυφα φορτία του σεισμικού συνδυασμού και του μικρού αριθμού ορόφων των ξυλόπηκτων κατασκευών. [Dias 2007] Η ολίσθηση των ηλώσεων οδηγεί σε μείωση της ατένειας των ράβδων περίπου κατά δύο τάξεις μεγέθους (ΑΕ 0.01ΑΕ) και υποβάθμιση της συμβολής στην απόκριση του φορέα. [Ιγνατάκης 2007]. To υποβαθμισμένο μέτρο ελαστικότητας υπολογίζεται από τον τύπο: 59

60 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Ε =Ε(1+2ΑΕ/(LKser ))^(-1) [Dias 2007] όπου Κser το μέτρο ολίσθησης της σύνδεσης στον κόμβο ανάλογα με τον τύπο του συνδέσμου L το μήκος της εφελκυόμενης ράβδου To μοντέλο επαφής που χρησιμοποιήθηκε είναι ίδιο με αυτό που ορίστηκε για την τοιχοποιία και το ξύλινο πλαίσιο (θα περιγραφεί παρακάτω). διαγώνιες αντηρίδες μεταξύ τους Η σύνδεση των δύο διαγωνίων είναι δυνατόν να υλοποιείται με δυο δυνατούς τρόπους: (α) με δυο συνεχείς διαγώνιες που συνδέονται με εντορμία στη μέση, (β) με συνεχή τη μια και δύο τμήματα την άλλη. Η σύνδεση μεταξύ των δύο διαγώνιων αντηρίδων θεωρείται στερεή, δηλαδή με εντορμία, καθώς σε προηγούμενες μελέτες [Κουρής 2012] προέκυψε αμελητέα η διαφορά στην απόκριση μεταξύ της εντορμίας και της σύνδεσης με ασυνέχεια της μίας διαγωνίου Συνδέσεις επαφής ξύλινων μελών- τοιχοποιίας πλήρωσης Οι συνθήκες μονόπλευρης επαφής- τριβής που εκδηλώνονται μεταξύ τοιχοποιίας και ξύλινου σκελετού εισέρχονται στο αναλυτικό προσομοίωμα του προγράμματος ADINA με τη χρήση των contact groups. Κάθε contact group αποτελείται από μία ή περισσότερες επιφάνειες (contact surfaces) οι οποίες είναι ομαδοποιημένες σε ζεύγη (contact pairs). Κάθε ζεύγος αποτελείται από δύο επιφάνειες που μπορεί να έρθουν σε επαφή. Μία από τις επιφάνειες ορίζεται ως contactor surface και μια ως target surface και μεταξύ τους επιβάλλεται ο περιορισμός ότι οι κόμβοι της επιφάνειας επαφής εμποδίζονται να διεισδύσουν στα τμήματα της επιφάνειας στόχου ενώ το αντίθετο δεν ισχύει. Στο παρακάτω σχήμα γίνεται σαφές πώς επηρεάζεται η αριθμητική επίλυση από τον oρισμό των επιφανειών target και contactor. σχήμα 13. επιλογή target-contactor [ADINA 2008] 60

61 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Η επαφή μεταξύ των επιφανειών θεωρήθηκε απλή (single sided contact), ικανή να μεταφέρει θλιπτικά φορτία (και ίσως ως ένα βαθμό διατμητικά) αλλά όχι εφελκυστικά. Ο αλγόριθμος επαφής(contact algorithm) που επιλέχθηκε είναι ο constraint function method, όπου constraint functions χρησιμοποιούνται για να επιβάλλουν τη μη-διείσδυση των κόμβων και τις συνθήκες τριβής που αναπτύσσονται στις επιφάνειες, ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζει ομαλή μετάβαση από επαφή σε ολίσθηση (και αντίθετα) των επιφανειών και μειώνει τις δυσκολίες σύγκλισης. Οι ανισότητες που προκύπτουν στις οριακές συνθήκες των επιφανειών αντικαθίσταται από την ακόλουθη συνάρτηση: με εν =1 x10-12 όπου g είναι το κενό μεταξύ των επιφανειών λ είναι η δύναμη επαφής που δρά κάθετα στις επιφάνειες Για την καλύτερη περιγραφή του φαινομένου επαφής-τριβής- ολίσθησης (μεταβαλλόμενες επαφές), ειδικά στις γωνιακές περιοχές, εφαρμόστηκε η θεωρία μεγάλων μετακινήσεων (contact displacement formulation large). Σε αυτή την περίπτωση το πρόγραμμα σε κάθε βήμα της επίλυσης υπολογίζει τις συνθήκες ισορροπίας στην τελική θέση, στον παραμορφωμένο φορέα δηλαδή και όχι στην αρχική θέση. 61

62 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΞΥΛΟΠΗΚΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΑΣ Το μοντέλο τριβής που επιλέχθηκε είναι ο γνωστός νόμος του Coulomb. όπου τmax η μέγιστη διατμητική τάση που δύναται να παραληφθεί από τις επιφάνειες επαφής c η συνοχή, c=0 για μηδενική εφελκυστική αντοχή στις επαφές μf ο συντελεστής τριβής για ισότροπη τριβή, μ=0.5 σ η ορθή τάση στην θεωρούμενη επιφάνεια Όταν η διατμητική τάση φτάσει την τιμή της τmax τότε οι δύο επιφάνειες αρχίζει σχετική ολίσθηση των δύο επιφανειών. σχήμα 14. Νόμος τριβής Mohr- Coulomb χωρίς συνοχή (c=0) σχήμα 15. ζεύγη επαφών στο πρόγραμμα ADINA 62