Σπυρίδων ΤΣΟΥΚΑΝΤΑΣ Α 1, Γεωργία ΚΡΕΜΜΥ Α Β 2. Λέξεις κλειδιά: προκατασκευή, προοδευτική κατάρρευση, τυχηµατικές δράσεις

Transcript

1 Βασικές αρχές σχεδιασµού προκατασκευασµένων κτιρίων από ΩΣ έναντι προοδευτικής κατάρρευσης λόγω τυχηµατικών δράσεων Basic design principles of precast concrete structures with regard to progressive collapse under accidental actions Σπυρίδων ΤΣΟΥΚΑΝΤΑΣ Α 1, Γεωργία ΚΡΕΜΜΥ Α Β 2 Λέξεις κλειδιά: προκατασκευή, προοδευτική κατάρρευση, τυχηµατικές δράσεις ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Ο συνήθης σχεδιασµός κτιρίων από ΩΣ ικανοποιεί τις βασικές απαιτήσεις ασφαλείας έναντι συνήθων φορτίων, µονίµων, ωφέλιµων αλλά και σεισµικών (για κτίρια σε σεισµογενείς περιοχές) χωρίς όµως να λαµβάνεται ιδιαίτερη πρόνοια για την περίπτωση επενέργειας στο κτίριο τυχηµατικών δράσεων (κρούσεις, εκρήξεις κλπ) που δύναται να εκδηλωθούν κατά τη διάρκεια ζωής του έργου και ενδέχεται να προκαλέσουν µερική ή πλήρη προοδευτική κατάρρευση αυτού. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται συνοπτική αναφορά στις µέχρι σήµερα διατιθέµενες γνώσεις στο αντικείµενο της προοδευτικής κατάρρευσης κατασκευών υπό τυχηµατικές δράσεις και προσαρµόζονται στην ειδική περίπτωση της τεχνολογίας της προκατασκευής υπό µορφή απαιτήσεων και παραδοχών υπολογισµού, µεθόδων ανάλυσης και ενεργοποίησης µηχανισµών αποφυγής προοδευτικής κατάρρευσης. ABSTRACT : The basic design of a RC building satisfies the basic safety principles under actions according Codes such as dead and live loads or even seismic loads, without taking into account the case of accidental loads acting on the structure such as explosions, impact by car or airplane and other, which can cause partial or full progressive collapse of the building. This paper reports the present knowledge on the subject, oriented on the special case of prefabrication. Furthermore the paper provides guidelines for the design of precast structures against progressive collapse with regard to the design requirements and assumptions and the design methods. 1 τ. Επ. Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, s_tsoukantas@tee.gr 2 ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός, Υποψ. ιδάκτωρ, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, gkrem@ath.forthnet.gr 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο συνήθης σχεδιασµός µιας κατασκευής από ΩΣ θεωρείται ότι ικανοποιεί τις βασικές απαιτήσεις ασφαλείας υπό συνήθη φορτία σχεδιασµού όπως αυτά ορίζονται από τους αντίστοιχους κανονισµούς (π.χ. µόνιµα, ωφέλιµα και σεισµικά φορτία). Παρόλα αυτά δεν λαµβάνεται ιδιαίτερη πρόνοια για πιθανές αστοχίες (τοπικές ή ευρύτερου χαρακτήρα) που δύναται να εκδηλωθούν σε µία κατασκευή κατά την επενέργεια επ αυτής µιας απρόσµενης τυχηµατικής δράσης εκτός σεισµού (κρούση, έκρηξη κλπ). Το µέγεθος των βλαβών που δύναται να εκδηλωθούν σε µία κατασκευή µετά την επενέργεια µιας τυχηµατικής δράσης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως: ο τύπος της φόρτισης (δράση επιβαλλόµενη εκ των έσω π.χ. έκρηξη ή δράση επιβαλλόµενη στην κατασκευή εξωτερικά π.χ. πρόσκρουση οχήµατος επ αυτής κλπ) το µέγεθος και τη θέση εφαρµογής της τυχηµατικής δράσης ως προς τα φέροντα µέλη της κατασκευής και το δοµικό σύστηµα της κατασκευής (πλαισιακό σύστηµα, σύστηµα τοιχωµάτων κ.α.), το υλικό και την τεχνολογία κατασκευής (κατασκευή από σκυρόδεµα, χάλυβα ή προκατασκευασµένο σκυρόδεµα), τα ανοίγµατα µεταξύ των κατακόρυφων φερόντων στοιχείων κλπ. Στις περισσότερες περιπτώσεις η (µερική ή ολική) κατάρρευση επέρχεται προοδευτικά µετά την καταστροφή υπό την επενέργεια της τυχηµατικής δράσης ενός κρίσιµου φέροντος στοιχείου (συνήθως κατακόρυφου στοιχείου τοποθετηµένου στην περίµετρο) της κατασκευής (βλ. Σχήµα 1). ΘΕΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΗΣ ΤΥΧΗΜΑΤΙΚΗΣ ΡΑΣΗΣ Σχήµα 1. Παραδείγµατα εφαρµογής τυχηµατικής δράσης µε αποτέλεσµα προοδευτική κατάρρευση 2

3 Αναγνωρίζοντας ωστόσο τη δυσχέρεια από οικονοµικής και τεχνικής απόψεως σχεδιασµού µιας κατασκευής που να ανθίσταται σε τυχηµατικές φορτίσεις διαφόρων τύπων και µεγέθους, πρέπει να εξασφαλίζεται µία ελάχιστη στάθµη ασφαλείας έναντι προοδευτικής κατάρρευσης κατασκευών λόγω τυχηµατικών δράσεων. ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ ΜΕ ΤΟΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ Το φαινόµενο κατά το οποίο µία τοπική αστοχία δεν περιορίζεται στην περιοχή αρχικής εκδήλωσής της αλλά διαδίδεται κατακορύφως ή/και οριζοντίως στο σύνολο της κατασκευής, ορίζεται ως προοδευτική κατάρρευση. Ως τυχηµατικές δράσεις νοούνται όλες οι απρόσµενες δράσεις που επενεργούν τοπικά (και όχι κατά κανόνα στο σύνολο µιας κατασκευής) όπως είναι η πρόσκρουση οχήµατος, µία έκρηξη στο εσωτερικό ή στο εξωτερικό της περιβάλλον κλπ. Στις τυχηµατικές δράσεις δεν συµπεριλαµβάνεται ο σεισµός ή δράσεις επιβαλλόµενες από ακραίες καιρικές συνθήκες (παρόλο που πρόκειται για δράσεις χωρίς προσδιορισµένο µέγεθος, χαρακτηριστικά και χρόνο επενέργειας) καθώς η επενέργειά τους αφορά στο σύνολο της κατασκευής και όχι σε τµήµα αυτής. Παρόλα αυτά, µερικοί γενικοί κανόνες (π.χ. απαιτήσεις πλαστιµότητας, απαίτηση διάταξης οπλισµού συνέχειας µεταξύ φερόντων στοιχείων κλπ) που αφορούν στο σχεδιασµό έναντι σεισµικών δράσεων ταυτίζονται µε ορισµένες από τις απαιτήσεις που αφορούν στο σχεδιασµό έναντι προοδευτικής κατάρρευσης, ωστόσο δεν τις καλύπτουν ούτε τις αντικαθιστούν µερικώς ή πλήρως. Όπως φαίνεται και στο Σχήµα 2, οι τυχηµατικές δράσεις δρουν συνήθως σε ένα τµήµα (στο εσωτερικό ή εξωτερικό) µιας κατασκευής ενώ οι σεισµικές δράσεις εφαρµόζονται στο σύνολο της κατασκευής ως επιβαλλόµενες παραµορφώσεις εξαιτίας εδαφικών µετατοπίσεων. Τα φαινόµενα τυχηµατικού χαρακτήρα στα οποία αναφερόµαστε εδώ διέπονται από µία τοπικώς επιβαλλόµενη δράση υψηλού µεγέθους, µε χρόνο επενέργειας ίσο µε µερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, η οποία προκαλεί βλάβες τοπικής φύσεως ενώ οι σεισµικές δράσεις δρουν επί µερικά δευτερόλεπτα προκαλώντας αστοχίες στο σύνολο της κατασκευής. 3

4 ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΝΑΝΤΙ ΠΡΟΟ ΕΥΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗΣ ΤΥΧΗΜΑΤΙΚΗ ΡΑΣΗ ΣΕΙΣΜΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΤΥΧΗΜΑΤΙΚΩΝ ΡΑΣΕΩΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΠΑΝΩ ΑΠΟ ΤΟ Ε ΑΦΟΣ ΤΟΠΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ α) αντοχές ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ β) επιβαλλόµενες δράσεις στην κατασκευή ΤΥΧΗΜΑΤΙΚΗ ΡΑΣΗ ΣΕΙΣΜΟΣ ΤΥΧΗΜΑΤΙΚΗ ΡΑΣΗ ΣΕΙΣΜΟΣ S S t t ΣΤΙΓΜΙΑΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΙΖΟΜΕΝΗ ΤΟΠΙΚΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗ γ) τύπος φόρτισης δ) επιρροή στην κατασκευή Σχήµα 2. ιαφορές τυχηµατικών και σεισµικών δράσεων (α, β, γ, δ) Η ΑΝΑΓΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΕΝΑΝΤΙ ΠΡΟΟ ΕΥΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Η ιδιαιτερότητα εν γένει της προκατασκευής σε σχέση µε τις αντίστοιχες µονολιθικές κατασκευές έγκειται στην ύπαρξη µεµονωµένων στοιχείων (φερόντων και µη) τα οποία συνδεόµενα µεταξύ τους καταλλήλως (στη θέση του έργου) µορφώνουν το τελικό κτίριο. Εκ των πραγµάτων εποµένως η συνολική συµπεριφορά ενός προκατασκευασµένου κτιρίου (ευστάθεια, δυσκαµψία κλπ) υπό κάθε µορφής εντάσεις (και πολύ περισσότερο υπό τυχηµατικές δράσεις) εξαρτάται σε πολύ µεγάλο βαθµό από τις συνδέσεις µεταξύ των προκατασκευασµένων στοιχείων (δυσκαµψία, πλαστιµότητα, βαθµό εξασφάλισης συνέχειας κλπ). Η πιθανή ιδιοτυπία των προκατασκευασµένων κτιρίων έναντι προοδευτικής κατάρρευσης λόγω τυχηµατικών δράσεων ενισχύεται και από τις ιδιαίτερες λειτουργικές απαιτήσεις που διέπουν το σχεδιασµό ενός προκατασκευασµένου κτιρίου π.χ. ενός βιοµηχανικού κτιρίου το οποίο χαρακτηρίζεται από: την ύπαρξη µεγάλων ανοιγµάτων χωρίς ενδιάµεσο κατακόρυφο φέρον στοιχείο, το µεγάλο ελεύθερο ύψος ανά στάθµη ορόφου κ.α., καθώς η τοπική αστοχία, εξαρτώµενη 4

5 από το µέγεθος της στατικής ενότητας, αντιστοιχεί πλέον σε πολύ µεγάλο ποσοστό του µεγέθους του κτιρίου. Σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα 1 (ΕΝ1991, 2006), το µέγιστο επιτρεπόµενο όριο τοπικής αστοχίας από τυχηµατικές δράσεις δύναται να είναι διαφορετικό για κάθε τύπο κτιρίου, ωστόσο όµως ανεξάρτητα από την τεχνολογία κατασκευής του δεν συνιστάται να υπερβαίνει το 15% της κατόψεως της στάθµης ή τα 100τµ, οποιοδήποτε είναι µικρότερο, σε καθένα από τους δύο γειτνιάζοντας ορόφους (βλ. Σχήµα 3). (α) κάτοψη (β) τοµή (Α) Η τοπική αστοχία να µην υπερβαίνει το 15% της κατόψεως ή τα 100τµ (Β) Ένα µόνο κατακόρυφο στοιχείο να αφαιρείται Σχήµα 3. Συνιστώµενο όριο τοπικής αστοχίας (σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα 1) ΣΥΝ ΥΑΣΜΟΣ ΡΑΣΕΩΝ ΚΑΤΑ ΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΕΝΑΝΤΙ ΤΥΧΗΜΑΤΙΚΩΝ ΡΑΣΕΩΝ Έλεγχος έναντι τυχηµατικών δράσεων διεξάγεται µόνο για την οριακή κατάσταση αστοχίας. Οι αντιπροσωπευτικές τιµές των τυχηµατικών δράσεων A k δίνονται από τους αντίστοιχους Κανονισµούς ως τιµές σχεδιασµού A d, καθώς οι επιµέρους συντελεστές ασφαλείας δράσεων λαµβάνονται ίσοι µε 1.0. Η τυχηµατική φόρτιση A d θα πρέπει να συνδυάζεται µε το σύνολο των µονίµων και µέρους των κινητών φορτίων. Σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα EN 1990 (2002), ισχύει ο συνδυασµός δράσεων της Εξίσωσης 1: ( ψ ήψ ) k, j+ P+ Ad + 1,1 2,1 * Qk1+ ψ2, i j 1 i> 1 G Q (1) όπου: G k,j η χαρακτηριστική τιµή της µόνιµης δράσης j P η τιµή δύναµης προεντάσεως k, i 5

6 Αd ψ 1,1 ψ 2,2 Q k1 ψ 2,i Q k,i η τιµή σχεδιασµού της τυχηµατικής δράσης, η οποία θα λαµβάνεται τουλάχιστον ίση µε 34kN/m 2 η τιµή του συντελεστή συνδυασµού για την κύρια µεταβλητή δράση υπό βραχυχρόνιο συνδυασµό η τιµή του συντελεστή συνδυασµού για την κύρια µεταβλητή δράση υπό µακροχρόνιο συνδυασµό η χαρακτηριστική τιµή της κύριας µεταβλητής δράσης του υπόψη σχεδιασµού η τιµή του συντελεστή συνδυασµού για σύνοδες µεταβλητές δράσεις υπό συνδυασµό µακροχρόνιο η χαρακτηριστική τιµή σύνοδων µεταβλητών δράσεων Οι τιµές των συντελεστών ψ 1 και ψ 2 δίδονται στον Πίνακα 1 που ακολουθεί. Πίνακας 1. Συντελεστές συνδυασµού ψ των µεταβλητών δράσεων (σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα 1) Επιβαλλόµενα φορτία σε κτίρια ράση Κατηγορία Α: κατοικίες Κατηγορία Β: γραφεία ψ 1 βραχυχρόνιος συνδυασµός ψ 2 µακροχρόνιος συνδυασµός 0,5 0,3 0,5 0,3 Κατηγορία Γ: Χώροι συνάθροισης κοινού 0,7 0,6 Κατηγορία : Καταστήµατα 0,7 0,6 Κατηγορία Ε: Χώροι µακροχρόνιας αποθήκευσης 0,9 0,8 Περιβ. ράσεις Χιόνι Άνεµος 0,2 0 0,5 0 Οι ως άνω τιµές τους συνδυασµού δράσεων σύµφωνα µε την Εξίσωση 1, χρησιµοποιούνται κατά την εφαρµογή των µεθόδων σχεδιασµού (που ακολουθούν) έναντι τυχηµατικών δράσεων. ΜΕΘΟ ΟΙ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Στο προσωρινό κείµενο υπό επεξεργασία, της οµάδας εργασίας της fib TG.6.9, για το σχεδιασµό ενός προκατασκευασµένου κτιρίου έναντι προοδευτικής 6

7 κατάρρευσης αναφέρονται οι παρακάτω µέθοδοι σχεδιασµού (λαµβάνοντας υπόψη για τις δράσεις την Εξίσωση 1): η έµµεση µέθοδος σχεδιασµού (ή αλλιώς µέθοδος ελκυστήρων) η µέθοδος εναλλακτικής διόδου µεταφοράς του φορτίου η µέθοδος επιβολής τυχηµατικής φόρτισης και η µέθοδος εκτίµησης κινδύνου (ποιοτικής και ποσοτικής) Οι τρεις τελευταίες µέθοδοι χαρακτηρίζονται ως άµεσες µέθοδοι σχεδιασµού. Κάθε µία από τις µεθόδους διέπεται από συγκεκριµένες παραδοχές και συνθήκες σχεδιασµού και συνοδεύεται από αντίστοιχα τεχνικά πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα. Έµµεση µέθοδος σχεδιασµού Σύµφωνα µε αυτή τη µέθοδο, η αποφυγή προοδευτικής κατάρρευσης σε ένα προκατασκευασµένο κτίριο επιτυγχάνεται έµµεσα εξασφαλίζοντας ένα ελάχιστο επίπεδο αντοχής, συνέχειας και πλαστιµότητας σε όλη την κατασκευή. Σ αυτή την περίπτωση, το κτίριο περιδένεται µέσω συστήµατος ελκυστήρων σε κάθε στάθµη και ως προς τις δύο διευθύνσεις, εξασφαλίζοντας παράλληλες διόδους µεταφοράς των φορτίων σε περίπτωση τοπικής καταστροφής ενός κρίσιµου φέροντος στοιχείου της κατασκευής. Ο τύπος των προβλεπόµενων ελκυστήρων εξαρτάται από τον τύπο της εκάστοτε κατασκευής. Οι ελκυστήρες διακρίνονται εν γένει σε: περιµετρικούς εσωτερικούς οριζόντιους και κατακόρυφους (προβλεπόµενοι κυρίως σε κτίρια συντιθέµενα από προκατασκευασµένα τοιχώµατα) Οι ελκυστήρες δύναται να είναι είτε µεταλλικά στοιχεία είτε ράβδοι οπλισµού εγκιβωτισµένοι στα προκατασκευασµένα δοµικά στοιχεία ή στο επιτόπου εγχυνόµενο σκυρόδεµα που προβλέπεται στις θέσεις συνδέσεως µεταξύ των προκατασκευασµένων στοιχείων. Σε κτίρια που χωρίζονται σε επιµέρους ανεξάρτητες στατικές ενότητες µέσω αρµών διαστολής, θα πρέπει να εξασφαλίζεται ότι καθένα από τα επιµέρους τµήµατα διαθέτει ένα ανεξάρτητο σύστηµα ελκυστήρων. Για τις ανάγκες υπολογισµού (έναντι τυχηµατικών δράσεων) όλων των ελκυστήρων που αναφέρονται παρακάτω, δύναται να ληφθούν υπόψη τα µεταλλικά στοιχεία ή οι ράβδοι οπλισµού που ήδη διατίθενται κάθε φορά για 7

8 άλλους λόγους, αγνοώντας όλες τις άλλες εντάσεις πλην αυτών που δηµιουργούνται από τις τυχηµατικές δράσεις. Περιµετρικοί οριζόντιοι ελκυστήρες θα πρέπει να προβλέπονται σε κάθε επίπεδο δαπέδου και οροφής, συνεχείς και πλήρως αγκυρωµένοι. Ακόµα και στην περίπτωση κτιρίων µε εσωτερικά απολήγουσες πλευρές (αίθρια, προαύλια κλπ), θα προβλέπονται περιµετρικοί ελκυστήρες όπως και για τις εξωτερικές πλευρές. Εσωτερικοί οριζόντιοι ελκυστήρες θα πρέπει να προβλέπονται επίσης σε κάθε επίπεδο δαπέδου και οροφής, σε δύο διευθύνσεις περίπου υπό ορθή γωνία. Απαραιτήτως πρέπει να είναι συνεχείς σε όλο το µήκος τους και να αγκυρώνονται σε κάθε άκρο τους στους περιµετρικούς συνδέσµους (εκτός εάν συνεχίζονται ως κατακόρυφοι ελκυστήρες σε υποστυλώµατα ή τοιχώµατα). Οι εσωτερικοί ελκυστήρες είναι δυνατόν, στο σύνολό τους ή εν µέρει, να είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένοι στις πλάκες ή συγκεντρωµένοι σε δοκούς, τοιχώµατα ή άλλες κατάλληλες θέσεις. Όσον αφορά την οριζόντια σύνδεση µεταξύ των υποστυλωµάτων και τοιχωµάτων προσόψεων, αυτή εξασφαλίζεται µέσω των οριζόντιων ελκυστήρων που τοποθετούνται στο επίπεδο κάθε δαπέδου ή οροφής. Στην περίπτωση γωνιακών υποστυλωµάτων πρέπει να προβλέπονται ελκυστήρες κατά τις δύο διευθύνσεις. Ο οπλισµός που προβλέπεται για τον περιµετρικό ελκυστήρα µπορεί να χρησιµοποιηθεί και ως οριζόντιος ελκυστήρας στην περίπτωση αυτή. Οι κατακόρυφοι ελκυστήρες είναι ιδιαιτέρως απαραίτητοι σε πολυώροφα κτίρια λόγω των ευρύτερων επιπτώσεων έναντι προοδευτικής κατάρρευσης. Στην περίπτωση αυτή οι ελκυστήρες θα αποτελέσουν τµήµα ενός συστήµατος «γεφυρώσεως» που θα εκτείνεται πάνω από την περιοχή της αστοχίας. Πρέπει να επιδιώκεται οι ελκυστήρες να είναι συνεχείς από το χαµηλότερο έως το υψηλότερο σηµείο τους, και να είναι σε θέση να φέρουν τουλάχιστον το οριακό φορτίο σχεδιασµού, το οποίο δρα στο δάπεδο το αµέσως υπερκείµενο του υποστυλώµατος/τοιχώµατος που εκτιµάται ότι θα απολεσθεί λόγω της τυχηµατικής αιτίας. Στην περίπτωση που κάποιο υποστύλωµα/τοίχωµα στηρίζεται στη βάση του σε στοιχείο διαφορετικό από θεµέλιο (π.χ. σε πλάκα ή δοκό), η τυχηµατική απώλεια αυτού του στοιχείου θα λαµβάνεται πάντα υπόψη κατά το σχεδιασµό και θα προβλέπεται εναλλακτική πορεία του φορτίου αυτού του υποστυλώµατος ή τοιχώµατος. Στο Σχήµα 4 απεικονίζεται σχηµατικά η επιθυµητή διάταξη ελκυστήρων σε ένα προκατασκευασµένο κτίριο µε πλαισιακό δοµικό σύστηµα ή σύστηµα µε τοιχώµατα. Σε κάθε περίπτωση πάντως και άσχετα από τις πρόσθετες ενδεχόµενες απαιτήσεις έναντι τυχηµατικών δράσεων σε ότι αφορά τη συνέχεια και αγκύρωση των ελκυστήρων σε προκ/να έργα, θα πρέπει να λαµβάνονται υπόψη τα ακόλουθα, σύµφωνα µε τον ισχύοντα Ελληνικό Κανονισµό Προκατασκευής (1999): 8

9 α. Οι ελκυστήρες στις δύο οριζόντιες διευθύνσεις, θα πρέπει να λειτουργούν αποδεδειγµένα ως συνεχείς και να αγκυρώνονται στην περίµετρο της κατασκευής. β. Οι ελκυστήρες µπορεί να τοποθετούνται εξ ολοκλήρου µέσα στην άνω στρώση από επιτόπου σκυρόδεµα ή και στις συνδέσεις. Όταν οι ελκυστήρες δεν είναι συνεχείς µέσα σ ένα επίπεδο, θα πρέπει να λαµβάνονται υπόψη φαινόµενα που οφείλονται σε εκκεντρότητες. γ. Οι ελκυστήρες δύναται να είναι προεντεταµένοι. δ. Οι ελκυστήρες κατά κανόνα δεν θα πρέπει να υπερκαλύπτονται στη θέση όπου υπάρχει στενός αρµός µεταξύ προκατασκευασµένων στοιχείων. Στις περιπτώσεις αυτές θα πρέπει να χρησιµοποιείται κατάλληλη µηχανική αγκύρωση. Εκ των ως άνω απαιτήσεων του Ελληνικού Κανονισµού Προκατασκευής (1999) διαφαίνεται λοιπόν ότι η ύπαρξη τέτοιων ελκυστήρων καλύπτει εν µέρει και τις απαιτήσεις έναντι προοδευτικής κατάρρευσης. ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΙ ΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ ΓΩΝΙΑΚΟΙ ΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΙ ΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΟΣ ΕΛΚΥΣΤΗΡAΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΣ ΕΛΚΥΣΤΗΡAΣ Σχήµα 4. Σχηµατική απεικόνιση των επιθυµητών ελκυστήρων σε ένα προκατ. κτίριο (σύµφωνα µε το Draft Document του TG.6.9) Μέθοδος εναλλακτικής διόδου µεταφοράς του φορτίου Σύµφωνα µε αυτή τη µέθοδο γίνεται η παραδοχή ότι ένα κρίσιµο φέρον στοιχείο της κατασκευής αφαιρείται λόγω της επίδρασης της τυχηµατικής δράσης. Η ανάλυση του κτιρίου πραγµατοποιείται µε επαναλήψεις αφαιρώντας κάθε φορά ένα από τα κρίσιµα φέροντα στοιχεία της κατασκευής και λαµβάνοντας κατασκευαστικά µέτρα κάθε φορά, ώστε να διασφαλισθεί ότι σε κάθε περίπτωση τα κατακόρυφα φορτία θα αναδιανεµηθούν στα πέριξ αυτών δοµικά στοιχεία και θα αναληφθούν από αυτά, τα οποία µετά την αναδιανοµή θα υποστούν µεν 9

10 µεγάλες παραµορφώσεις αλλά δεν θα καταρρεύσουν λόγω ενεργοποίησης κατάλληλων µηχανισµών προστασίας όπως δίδεται στο Σχήµα 5. Οι µηχανισµοί που δύναται να ενεργοποιηθούν σε µια τέτοια περίπτωση και να συµβάλλουν στην εύρεση εναλλακτικής διόδου µεταφοράς του φορτίου είναι: α. Ανάρτηση από την υπερκείµενη κατασκευή των οριζόντιων στοιχείων της περιοχής που έχει υποστεί την τοπική αστοχία. Αυτό είναι δυνατόν να επιτευχθεί µέσω κατακορύφων ελκυστήρων που οφείλουν να διατίθενται, από τη στάθµη της θεµελίωσης έως τον τελευταίο όροφο, σε όλα τα υποστυλώµατα και τοιχώµατα. β. Εξασφάλιση προβολικής λειτουργίας για τα δοµικά στοιχεία γύρω από την περιοχή αστοχίας της κατασκευής, όπως π.χ. σε περίπτωση αστοχίας ενός περιµετρικού υποστυλώµατος ή τοιχώµατος. Οι οριζόντιοι ελκυστήρες του υπερκείµενου πατώµατος στην περιοχή αυτή θα πρέπει να παραλάβουν τις εφελκυστικές εντάσεις του προβόλου ακόµη και υπό µεγάλες παραµορφώσεις και εποµένως θα πρέπει να είναι ορθώς τοποθετηµένοι και επαρκώς αγκυρωµένοι. γ. Γεφύρωση της περιοχής που έχει υποστεί την αστοχία µέσω εξασφάλισης της συνεχούς λειτουργίας των δοκών σε περίπτωση που η τυχηµατική δράση πλήξει ένα εσωτερικό κατακόρυφο φέρον στοιχείο π.χ. ένα υποστύλωµα. Σε αυτή την περίπτωση το φορτίο που παραλάµβανε το κατακόρυφο φέρον στοιχείο πρέπει να παραληφθεί από τις απολήγουσες στο εν λόγω υποστύλωµα δοκούς (εκατέρωθεν αυτού) οι οποίες εκ των πραγµάτων µέσω κατάλληλου διατιθέµενου οπλισµού πρέπει να λειτουργήσουν ως µία, ενιαία και συνεχής δοκός (µε περίπου διπλάσιο άνοιγµα) η οποία θα παραλάβει το φορτίο µε µεγαλύτερη βεβαίως παραµόρφωση (βέλος και µεγάλα εύρη ρωγµών), χωρίς ωστόσο να καταρρεύσει. Σκοπός λοιπόν των εναλλακτικών διόδων µεταφοράς φορτίων, σε περίπτωση βίαιης αφαίρεσης ενός κατακόρυφου φορτίου είναι η αποφυγή παρασύρσεως και κατάρρευσης των δοµικών φερόντων στοιχείων που εδράζονταν επ αυτού, και κυρίως η αποφυγή κατάρρευσης τµήµατος του υπερκείµενου πατώµατος σε υποκείµενο δάπεδο, το οποίο µε την πρόσκρουση επ αυτού λόγω της πτώσεως αµβλύνει και επεκτείνει την προοδευτική κατάρρευση σε ευρύτερη κλίµακα. Στο Σχήµα 6 φαίνονται σχηµατικά οι θέσεις κατακορύφων στοιχείων (σε πλαισιακές κατασκευές) που πρέπει να ελέγχεται κατά την ανάλυση η επιρροή πιθανής αφαίρεσής τους (από το πλέγµα του φέροντος οργανισµού) έναντι προοδευτικής κατάρρευσης. Στην περίµετρο πρέπει να ασκούνται τέτοιοι έλεγχοι για υποστυλώµατα που ευρίσκονται περί το µέσο κάθε εξωτερικής παρειάς ή στις γωνίες του κτιρίου. Για το εσωτερικό του κτιρίου είναι σκόπιµο να ασκούνται επίσης τέτοιοι έλεγχοι ανάλογα µε τη δοµή του κτιρίου και την κρίση του µηχανικού µελετητή. Επίσης κατά την κρίση του µελετητή έλεγχοι θα πρέπει να ασκούνται και σε θέσεις όπου η γεωµετρία ή τα φορτία του κτιρίου µεταβάλλονται σηµαντικά (π.χ. θέσεις εσοχών, θέσεις µε ανόµοια φατνώµατα κ.α.). Σε όλες τις περιπτώσεις πάντως η διαδικασία αυτή θα πρέπει να διεξάγεται για κάθε στάθµη χωριστά για όλα τα κρίσιµα κατακόρυφα φέροντα στοιχεία. 10

11 ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΟΚΟΥ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ΠΡΟΒΟΛΟΥ Σχήµα 5. Σχηµατική απεικόνιση των µηχανισµών προστασίας έναντι προοδευτικής κατάρρευσης σε πλαισιακές κατασκευές (σύµφωνα µε το Draft Document του TG.6.9) ΑΦΑΙΡΟΥΜΕΝΑ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ ΑΦΑΙΡΟΥΜΕΝΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΑ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ ΠΡΟΣΒΑΣΙΜΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΑΠΟ ΚΟΙΝΟ Σχήµα 6. Ένδειξη κρίσιµων κατακορύφων στοιχείων κατά την ανάλυση Μέθοδος επιβολής τυχηµατικής φόρτισης Σύµφωνα µε αυτή τη µέθοδο τίθεται η απαίτηση όλα τα κρίσιµα φέροντα µέλη της κατασκευής (που παραλαµβάνουν κατακόρυφα φορτία) να µην καταρρέουν υπό τη δράση µιας µη συνήθους τυχηµατικής φόρτισης. Ως κρίσιµα χαρακτηρίζονται εκείνα τα φέροντα στοιχεία των οποίων η αστοχία ή η υποβολή τους σε µεγάλες παραµορφώσεις θα µπορούσε να οδηγήσει σε κατάρρευση επιφάνειας µεγαλύτερης των 100m 2 ή του 15% της επιφάνειας του ορόφου. Τέτοια κρίσιµα µέλη µιας κατασκευής θα επιλέγονται από τον µελετητή µηχανικό ανάλογα µε τον τύπο του ελεγχόµενου κτιρίου και τη σπουδαιότητα αυτού και θα σχεδιάζονται υπό τη δράση µιας µη συνήθους τυχηµατικής φόρτισης, ο τύπος και 11

12 το µέγεθος της οποίας θα επιλέγονται από τον µελετητή υπό τα παραπάνω κριτήρια. Η τιµή σχεδιασµού A d της τυχηµατικής δράσης όπως προαναφέρθηκε συνιστάται σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα 1, Μέρος 1-7 (EN1991, 2006) να είναι τουλάχιστον ίση µε 34kN/m 2. Μέθοδος εκτίµησης κινδύνου ιατίθενται δύο µέθοδοι συστηµατικής εκτίµησης του κινδύνου εκδήλωσης προοδευτικής κατάρρευσης υπό τυχηµατικές δράσεις: η ποιοτική εκτίµηση κινδύνου και η ποσοτική εκτίµηση κινδύνου Για την εκτίµηση του κινδύνου προοδευτικής κατάρρευσης ενός κτιρίου υπό τυχηµατικές δράσεις είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ο τύπος του κτιρίου, οι δραστηριότητες που πρόκειται να εξυπηρετήσει το εν λόγω κτίριο, το πλήθος των ατόµων που πρόκειται να χρησιµοποιούν το κτίριο, η σπουδαιότητα του κτιρίου, η πιθανότητα εκδήλωσης σε αυτό τροµοκρατικής επίθεσης κ.α. Σύµφωνα µε αυτή τη µέθοδο συντάσσεται µία σειρά από σενάρια κινδύνου η οποία συµπεριλαµβάνει, για κάθε σενάριο, την πιθανή αιτία που δύναται να προκαλέσει την κατάρρευση, το µηχανισµό κατάρρευσης (διαδοχή και αλληλουχία γεγονότων) και τις συνέπειες της πιθανής κατάρρευσης. Εν συνεχεία κάθε σενάριο αξιολογείται ως προς τη σπουδαιότητά του, την πιθανότητα εµφάνισής του και τις συνέπειές του και λαµβάνονται αντίστοιχα µέτρα προστασίας του κτιρίου για την αποφυγή του ενδεχόµενου της κατάρρευσης. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Ελληνικός Κανονισµός Προκατασκευής, ΦΕΚ 1517 B/ (1999) Björn Engström, Alternative load-bearing by cantilever action; Experimental study of the dynamic behaviour at sudden support removals, Chalmers University of Technology, Division of Concrete Structures, Göteborg, Report 87:1 (1987) ΕΝ 1990:2002: Basis of structural design (2002) EN : 2006: Actions on structures, Part 1-7: General actions-accidental Actions, Annex A (2006) Elliott, K.S. «Multi storey precast concrete framed structures», Blackwell Science Ltd (1996) fib Commission 6 on Prefabrication, Task Group TG.6.9, Guide to good practice - Design of Precast Concrete Structures with regard to Accidental Actions, Draft Document 12