Αικατερίνη ΒΟΥΤΣΑ 1, Ελένη ΚΟΥΤΑΝΤΟΥ 2, Κοσμάς ΣΤΥΛΙΑΝΙΔΗΣ 3. Λέξεις κλειδιά: Ενίσχυση κτιρίου, Στάθμη επιτελεστικότητας, ΚΑΝΕΠΕ

Transcript

1 Οι ανάγκες ενίσχυσης υφισταμένου σχολικού κτιρίου οπλισμένου σκυροδέματος ως συνάρτηση της στάθμης επιτελεστικότητας κατά ΚΑΝΕΠΕ Strengthening needs of an existing R/C school building as a function of the performance levels defined by the final draft of the Greek Code for Structural Interventions Αικατερίνη ΒΟΥΤΣΑ 1, Ελένη ΚΟΥΤΑΝΤΟΥ 2, Κοσμάς ΣΤΥΛΙΑΝΙΔΗΣ 3 Λέξεις κλειδιά: Ενίσχυση κτιρίου, Στάθμη επιτελεστικότητας, ΚΑΝΕΠΕ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Σκοπός της εργασίας είναι η εξέταση της έκτασης των τοπικών ανεπαρκειών που προκύπτουν κατά την αποτίμηση ενός συγκεκριμένου κτιρίου κατά ΚΑΝΕΠΕ, άρα και των απαιτήσεων ενίσχυσής του, ως συνάρτηση του στόχου αποτίμησης, που με τη σειρά του συναρτάται με την υιοθετούμενη στάθμη επιτελεστικότητας και την πιθανότητα υπέρβασης της σεισμικής δράσης. Επελέγη ένα διώροφο σχολικό κτίριο, για το οποίο διατίθενται λεπτομερή στοιχεία ως προς τις παραμέτρους σχεδιασμού, τα υλικά και την όπλιση των δομικών στοιχείων του. Χρησιμοποιήθηκε η ελαστική στατική ανάλυση με καθολικό δείκτη συμπεριφοράς (q). Για τη συντριπτική πλειοψηφία των δοκών κρίσιμος προκύπτει ο έλεγχος σε κάμψη ενώ για την πλειοψηφία των υποστυλωμάτων κρίσιμος είναι ο έλεγχος σε τέμνουσα. Από τα αποτελέσματα συνάγεται ότι ακόμη και για χαμηλούς στόχους, ένα καλοσχεδιασμένο αμιγώς πλαισιακό διώροφο κτίριο ηλικίας μικρότερης των 40 ετών παρουσιάζει σοβαρές ανεπάρκειες. Το γεγονός αυτό οφείλεται σε μια σειρά από λόγους που αναλύονται στην εργασία. ABSTRACT: This paper aims at examining the extend of the local inadequacies and, therefore, the related strengthening needs resulting from the assessment procedure of an existing two storey R/C school building, as a function of the performance level, defined by the final draft of the Greek Code for Structural Interventions. The analysis method selected was the elastic static analysis using the value of the behavior factor (q) suggested by the Code. For the majority of the beams, flexural resistance was proved to be critical. On the contrary, most of the columns were proved weak in shear. From the results, it is concluded that even for low targets, a well designed two storey frame building with an age of less than 40 years, presents serious inadequacies. This conclusion is attributed to a series of reasons, which are presented and discussed in the paper. 1 Πολιτικός Μηχανικός, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο, k_vutsa@hotmail.com 2 Πολιτικός Μηχανικός, Msc, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο, eikoutan@civil.auth.gr 3 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτ. Πανεπιστήμιο, kcstyl@civil.auth.gr 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εξέλιξη των γνώσεων που σχετίζονται με τον αντισεισμικό σχεδιασμό των κατασκευών ήταν ραγδαία κατά τις τελευταίες δεκαετίες, τόσο σε επίπεδο σεισμολογίας όσο και σε επίπεδο συμπεριφοράς δομικών συστημάτων. Ο εμπλουτισμός αλλά και η αναθεώρηση των γνώσεων οδήγησαν σε συχνές αλλαγές του αντισεισμικού κανονισμού στη χώρα μας, με αφετηρία την εισαγωγή των πρόσθετων άρθρων του 1985 και τη θεσμοθέτηση του ΕΑΚ Διεθνώς έχει ήδη ολοκληρωθεί η σύνταξη του Ευρωκώδικα 8 και αναμένεται η έναρξη της ισχύος του και στη χώρα μας. Ως αποτέλεσμα της κανονιστικής αυτής αναβάθμισης, οι πρόσφατες κατασκευές διαθέτουν σαφώς υψηλότερα επίπεδα αντισεισμικής προστασίας έναντι των παλαιότερων κατασκευών, κυρίως αυτών που σχεδιάσθηκαν προ του 1959 χωρίς αντισεισμικές προβλέψεις, αλλά και αυτών που σχεδιάσθηκαν μεταξύ 1959 και 1984, με βάση τον πρώτο ελληνικό αντισεισμικό κανονισμό. Το ζήτημα που ευλόγως προκύπτει είναι η διαχείριση των κατασκευών της παλαιότερης γενιάς, οι οποίες δεν έχουν εξαντλήσει το χρόνο ζωής τους, και εξειδικεύεται με μια σειρά από επί μέρους ερωτήματα, π.χ. είναι υποχρεωτική η αναβάθμιση, ποιος είναι ο στόχος της αναβάθμισης, είναι απαραίτητο να διασφαλισθεί το ίδιο επίπεδο ασφαλείας με τις νέες κατασκευές, με ποια τεχνικά μέσα μπορεί να επιτευχθεί, ποιες είναι οι κατάλληλες μέθοδοι ανάλυσης κ.λ.π. Στα ερωτήματα αυτά έρχεται να δώσει απαντήσεις το τελικό σχέδιο του Κανονισμού Επεμβάσεων (ΟΑΣΠ, Σχέδιο 3, 2009) που έχει ήδη τεθεί σε δημόσια κρίση. Το σχέδιο του ΚΑΝΕΠΕ είναι λεπτομερές, εισάγει δε μια σειρά καινοτόμων εννοιών όπως ο στόχος αποτίμησης και ανασχεδιασμού, η δυνατότητα διαφοροποίησης της αποδεκτής πιθανότητας υπέρβασης της σεισμικής δράσης, η στάθμη επιτελεστικότητας (επιθυμητής συμπεριφοράς), η συνεκτίμηση των τοιχοπληρώσεων, η στάθμη αξιοπιστίας δεδομένων, η δυνατότητα χρήσης των επί τόπου διαπιστουμένων και εργαστηριακών τιμών αντοχής των υλικών, οι πρόσθετοι συντελεστές ασφαλείας λόγω αυξημένων αβεβαιοτήτων των προσομοιωμάτων ανάλυσης και αντίστασης, η δυνατότητα ανελαστικής ανάλυσης κ.λ.π. Η όλη διαδικασία αποτίμησης και ανασχεδιασμού εκτελείται με βάση συγκεκριμένα κριτήρια και κανόνες εφαρμογής και καλύπτει προς το παρόν μόνον κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα. Επισημαίνεται ότι το μόνο ολοκληρωμένο κανονιστικό κείμενο που διατίθεται σήμερα διεθνώς για την αποτίμηση και τον ανασχεδιασμό υφισταμένων κτιρίων είναι της ASCE/SEI, 2003, 2007 σε συνδυασμό με τη σειρά τευχών της FEMA (π.χ. FEMA 356). ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ευρύτερος στόχος της εργασίας είναι ο έλεγχος πληρότητας των διατάξεων του ΚΑΝΕΠΕ και της δυνατότητάς του να απαντά κατά ρεαλιστικό τρόπο σε ερωτήματα παραμετρικού χαρακτήρα. Εδώ, ειδικότερος στόχος είναι η παρακολούθηση 2

3 της διαφοροποίησης των τοπικών ανεπαρκειών που προκύπτουν κατά την αποτίμηση ενός συγκεκριμένου κτιρίου κατά ΚΑΝΕΠΕ, άρα και των απαιτήσεων ενίσχυσής του, ως συνάρτηση του υιοθετούμενου στόχου αποτίμησης (Βουτσά και Κουτάντου, 2008). Για το σκοπό αυτό επελέγη ένα συγκεκριμένο κτίριο, σχολικό εν προκειμένω, για το οποίο διατίθενται λεπτομερή στοιχεία ως προς τις παραμέτρους σχεδιασμού, τα υλικά και την όπλιση των δομικών στοιχείων του. Σημειώνεται ότι για την αποτίμηση χρησιμοποιήθηκε το Σχέδιο 2 του ΚΑΝΕΠΕ (ΟΑΣΠ, Σχέδιο 2, 2005), καθώς και οι αναθεωρήσεις ορισμένων κεφαλαίων που ήταν έτοιμα μέχρι τον Μάρτιο του 2008, εκτιμάται όμως ότι τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής δεν επηρεάζονται από τις μικρές τροποποιήσεις που έχουν εισαχθεί στο τελικό σχέδιο του ΚΑΝΕΠΕ. Επισημαίνεται ακόμη ότι ο χαρακτήρας της παρούσας εργασίας είναι καθαρά διερευνητικός και δεν συνιστά υπόδειξη διαχείρισης των υφισταμένων σχολικών κτιρίων, π.χ. μαζική επέμβαση ή υιοθέτηση χαμηλής στάθμης επιτελεστικότητας. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ Ο τύπος του σχολικού κτιρίου που παρουσιάζεται και αναλύεται στη παρούσα εργασία κατασκευάστηκε βάσει του Α.Κ. του 1959, σύμφωνα με μελέτη που εκπονήθηκε και εγκρίθηκε το 1973 από τον Οργανισμό Σχολικών Κτιρίων. Το κτίριο είναι διώροφο (ισόγειο και 1ος όροφος) και αποτελείται από δύο τμήματα, που διαχωρίζονται με αρμό. Η παρούσα μελέτη αφορά μόνον το αριστερό τμήμα του δομήματος, ορθογωνικής κάτοψης και εμβαδού περίπου 508m 2. Ο στατικός φορέας είναι πλαισιακού τύπου. Συγκροτείται ανά όροφο από 18 υποστυλώματα ορθογωνικής διατομής, 50 δοκούς, από τις οποίες αρκετές έχουν πολύ μεγάλο πλάτος, και πλάκες τύπου Zöllner πάχους 37,5cm, με καθαρά διάκενα 50x50cm μεταξύ των νευρώσεων. Στην οροφή του πρώτου ορόφου υπάρχουν 12 οπές φωτισμού διαστάσεων 50x50cm που συμπίπτουν με διάκενα μεταξύ των νευρώσεων της πλάκας και δύο μεγαλύτερες οπές στο κέντρο περίπου της κάτοψης, διαστάσεων 2,30x2,30m. Οι αίθουσες, τόσο στον πρώτο όροφο όσο και στο ισόγειο, διαμορφώνονται με ελαφρά χωρίσματα. Τα υποστυλώματα είναι διατεταγμένα σε λογικό κάναβο με διατομές διαφόρων διαστάσεων, σε ορισμένες περιπτώσεις μεταβάλλονται καθύψος. Το πλάτος των δοκών φτάνει μέχρι τα 190cm και το ύψος τους είναι με ελάχιστες εξαιρέσεις 37.5cm, όσο και το πάχος της πλάκας. Η θεμελίωση συντίθεται από μεμονωμένα πέδιλα, τα οποία είναι όλα κεντρικά, συνδεόμενα μεταξύ τους με συνδετήριες δοκούς. Στο Σχήμα 1 παρατίθεται οι ξυλότυποι οροφής ισογείου και ορόφου. Για τον φέροντα οργανισμό χρησιμοποιήθηκε οπλισμένο σκυρόδεμα κατηγορίας Β225, ενώ για τον οπλισμό δοκών και υποστυλωμάτων χρησιμοποιήθηκε χάλυβας StIIIb για τους διαμήκεις οπλισμούς και StI για τους συνδετήρες. Η στατική μελέτη εκπονήθηκε κατά τον αντισεισμικό κανονισμό του 1959 με σεισμικό συντελεστή ε=0.04 και επιτρεπόμενη τάση εδάφους σ επ = 1,50 Kg/cm 2. 3

4 Σχήμα 1: Ξυλότυπος οροφής ισογείου (αριστερά) και ορόφου (δεξιά) του κτιρίου ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΤΟΥ ΚΑΝΕΠΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ Μέθοδοι ανάλυσης Κατά τον ΚΑΝΕΠΕ, σκοπός της αποτίμησης υφισταμένου δομήματος είναι η εκτίμηση της διαθέσιμης φέρουσας ικανότητάς του και ο έλεγχος ικανοποίησης των ελαχίστων υποχρεωτικών απαιτήσεων που επιβάλλονται από τους ισχύοντες κανονισμούς. Η αποτίμηση γίνεται με αναλυτικές μεθόδους, όπως ειδικότερα ορίζεται στο Κεφ. 5. Υπό προϋποθέσεις, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί μία από τις παρακάτω μεθόδους: Ελαστική (ισοδύναμη) στατική ανάλυση με καθολικούς (q) ή τοπικούς (m) δείκτες συμπεριφοράς Ελαστική δυναμική ανάλυση με καθολικούς (q) ή τοπικούς (m) δείκτες συμπεριφοράς Ανελαστική στατική ανάλυση Ανελαστική δυναμική ανάλυση (ανάλυση χρονοϊστορίας) Στόχοι Αποτίμησης Στάθμες Επιτελεστικότητας Φέροντος Οργανισμού Για την εξυπηρέτηση ευρύτερων κοινωνικο-οικονομικών αναγκών, θεσπίζονται «στάθμες επιτελεστικότητας» (στοχευόμενες συμπεριφορές). Οι στόχοι αποτίμησης ή ανασχεδιασμού (Πίνακας 1) αποτελούν συνδυασμούς αφενός μιας στάθμης επιτελεστικότητας και αφετέρου μιας σεισμικής δράσης, με δεδομένη «ανεκτή πιθανότητα υπέρβασης κατά την τεχνική διάρκεια ζωής του κτιρίου» (σεισμός σχεδιασμού). 4

5 Πίνακας 1. Στόχοι αποτίμησης ή ανασχεδιασμού φέροντος οργανισμού. Πιθανότητα υπέρβασης σεισμικής δράσης εντός του συμβατικού χρόνου ζωής των 50 ετών Στάθμη επιτελεστικότητας φέροντος οργανισμού Άμεση Προστασία Αποφυγή οιονεί χρήση μετά τον ζωής κατάρρευσης σεισμό 10% Α1 Β1 Γ1 50% Α2 Β2 Γ2 Οι στάθμες επιτελεστικότητας του φέροντος οργανισμού ορίζονται ως εξής: α. «Άμεση χρήση μετά τον σεισμό» είναι μια κατάσταση κατά την οποία αναμένεται ότι καμιά λειτουργία του κτιρίου δεν διακόπτεται κατά τη διάρκεια και μετά τον σεισμό σχεδιασμού, εκτός ενδεχομένως από δευτερεύουσας σημασίας λειτουργίες. Είναι ενδεχόμενο να παρουσιασθούν μερικές τριχοειδείς ρωγμές (κυρίως καμπτικού χαρακτήρα) στον φέροντα οργανισμό. β. «Προστασία ζωής» είναι μια κατάσταση κατά την οποία κατά τον σεισμό σχεδιασμού αναμένεται να παρουσιασθούν επισκευάσιμες βλάβες στον φέροντα οργανισμό του κτιρίου, χωρίς όμως να συμβεί θάνατος ή σοβαρός τραυματισμός ατόμων εξαιτίας των βλαβών αυτών, και χωρίς να συμβούν ουσιώδεις βλάβες στην οικοσκευή ή τα αποθηκευόμενα στο κτίριο υλικά. γ. «Οιονεί κατάρρευση» είναι μια κατάσταση κατά την οποία κατά τον σεισμό σχεδιασμού αναμένεται να παρουσιασθούν εκτεταμένες σοβαρές βλάβες στον φέροντα οργανισμό (μή-επισκευάσιμες κατά πλειονότητα), ο οποίος όμως έχει ακόμη την ικανότητα να φέρει τα προβλεπόμενα κατακόρυφα φορτία (κατά, και για ένα διάστημα μετά τον σεισμό), χωρίς πάντως να διαθέτει άλλο ουσιαστικό περιθώριο ασφαλείας έναντι ολικής ή μερικής κατάρρευσης. Στην παρούσα έρευνα εξετάζονται όλες οι στάθμες επιτελεστικότητας του φέροντος οργανισμού του κτιρίου, καθώς αποτελούν τη βασική παράμετρο της συγκεκριμένης έρευνας. Στάθμη αξιοπιστίας δεδομένων Η στάθμη αξιοπιστίας δεδομένων (Σ.Α.Δ.) που αφορούν δράσεις ή αντιστάσεις, εκφράζει την επάρκεια των πληροφοριών περί του υφισταμένου κτιρίου και λαμβάνεται υπόψη κατά την αποτίμηση και τον ανασχεδιασμό. Διακρίνονται τέσσερις Στάθμες Αξιοπιστίας Δεδομένων: Υψηλή Ικανοποιητική Ανεκτή Ανεπαρκής Στη συγκεκριμένη περίπτωση επιλέγεται η υψηλή στάθμη για όλες τις παραμέτρους σχεδιασμού, θεωρείται δηλαδή ότι η κατασκευή εκτελέσθηκε πλήρως κατά το γράμμα και το πνεύμα της μελέτης. 5

6 Συντελεστές ασφαλείας Ο Κανονισμός Επεμβάσεων για υψηλή Σ.Α.Δ., καθορίζει τους συντελεστές ασφαλείας του Πίνακα 2 για τις μόνιμες δρασεις και τα υλικά. Πίνακας 2: Συντελεστές ασφαλείας κατά ΚΑΝΕΠΕ. Δράσεις Υλικό Μόνιμες δράσεις Σκυρόδεμα Χάλυβας Συντελεστής ασφαλείας γ g = 1,20 γ c = 1,35 γ s = 1,05 Χρήση ενιαίου δείκτη συμπεριφοράς q Κατά την αποτίμηση, όταν κατά τις διατάξεις του Κεφ. 5 του ΚΑΝΕΠΕ γίνεται χρήση του ενιαίου δείκτη συμπεριφοράς για το σύνολο του δομήματος, η τιμή του δείκτη συμπεριφοράς q θα εκτιμάται λαμβάνοντας υπόψη τους παράγοντες οι οποίοι συνεργούν στην κατανάλωση σεισμικής ενέργειας. Η επιλογή του δείκτη (q) γίνεται με βάση τον Πίνακα 3, ανάλογα με το έτος κατασκευής του δομήματος, τη σπουδαιότητα των βλαβών και την επιρροή των τοιχοπληρώσεων. Πίνακας 3: Τιμές του δείκτη συμπεριφοράς q για τη στάθμη επιτελεστικότητας Β (προστασία ζωής). Εφαρμοσθέντες Κανονισμοί μελέτης (και κατασκευής) Ευμενής παρουσία ή απουσία τοιχοπληρώσεων Ουσιώδεις βλάβες σε πρωτεύοντα στοιχεία Δυσμενής παρουσία τοιχοπληρώσεων Ουσιώδεις βλάβες σε πρωτεύοντα στοιχεία Όχι Ναι Όχι Ναι 1995< 3,0 2,3 2,3 1,7 1985< <1995 2,3 1,7 1,7 1,3 <1985 1,7 1,3 1,3 1,1 Εφαρμογή Ελαστικής Μεθόδου Οι επιμέρους φορείς του φέροντος οργανισμού ενός κτιρίου, καθώς και τα μεμονωμένα δομικά στοιχεία (μέλη) που επηρεάζουν τη δυσκαμψία και την κατανομή της έντασης στο κτίριο, μπορεί κατά την αποτίμηση να διακρίνονται σε «κύρια» (ή «πρωτεύοντα») και «δευτερεύοντα». Ως κύρια εν γένει θα χαρακτηρίζονται τα στοιχεία ή οι επιμέρους φορείς που συμβάλλουν στην αντοχή και ευστάθεια του κτιρίου υπό σεισμικά φορτία. Τα υπόλοιπα στοιχεία ή επιμέρους φορείς θα χαρακτηρίζονται ως δευτερεύοντα. Προκειμένου να προσδιοριστεί το μέγεθος και η κατανομή των απαιτήσεων ανελαστικής συμπεριφοράς στα κύρια στοιχεία του φορέα ανάληψης των σεισμικών δράσεων, απαιτείται μια προκαταρκτική ελαστική ανάλυση του 6

7 κτιρίου, έτσι ώστε για κάθε στοιχείο του να υπολογισθούν οι λόγοι («δείκτες ανεπάρκειας») λ = S / R m όπου S είναι η ροπή ή η τέμνουσα λόγω των δράσεων του σεισμικού συνδυασμού, όπου η σεισμική δράση λαμβάνεται χωρίς μείωση (q=1), ενώ R m είναι η αντίστοιχη διαθέσιμη αντίσταση του στοιχείου, υπολογιζόμενη με βάση τις μέσες τιμές των αντοχών των υλικών. Η ελαστική στατική μέθοδος εφαρμόζεται όταν ικανοποιείται το σύνολο των παρακάτω συνθηκών: 1. Για όλα τα στοιχεία προκύπτει λ 2,5 ή για ένα ή περισσότερα στοιχεία προκύπτει λ>2,5 αλλά το κτίριο μπορεί να χαρακτηριστεί μορφολογικά κανονικό. 2. Η θεμελιώδης ιδιοπερίοδος του κτιρίου Τ 0 είναι μικρότερη του 3.5Τ Ο λόγος της οριζόντιας διάστασης σε έναν όροφο προς την αντίστοιχη διάσταση σε έναν γειτονικό όροφο δεν υπερβαίνει το 1, (εξαιρούνται ο τελευταίος όροφος και τα προσαρτήματα). 4. Το κτίριο δεν παρουσιάζει έντονα ασύμμετρη κατανομή της δυσκαμψίας σε κάτοψη, σε οποιονδήποτε όροφο. 5. Το κτίριο σε καθ ύψος τομή δεν παρουσιάζει ασύμμετρη κατανομή της μάζας ή της δυσκαμψίας. 6. Το κτίριο διαθέτει σύστημα ανάληψης σεισμικών δράσεων σε δύο περίπου κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Προκαταρκτική Ανάλυση Καθώς στόχος ήταν να εφαρμοσθεί η απλούστερη εκ των μεθόδων, η ελαστική (ισοδύναμη) στατική μέθοδος με καθολικούς (q) δείκτες συμπεριφοράς, έγινε πρώτα έλεγχος για να διαπιστωθεί αν ισχύουν οι προϋποθέσεις εφαρμογής της. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική ανάλυση με καθολικό δείκτη συμπεριφοράς q=1 και δυσκαμψίες κατά τον Πίνακα Σ 4.1 του ΚΑΝΕΠΕ για κάθε μια από τις έξι στάθμες επιτελεστικότητας και προέκυψαν οι λόγοι εξάντλησης λ για κάθε δομικό στοιχείο, για κάμψη και για διάτμηση. Για κάθε στάθμη επιτελεστικότητας διαφοροποιείται ο σεισμικός συντελεστής Α ο, βάσει του Πίνακα 4, που οδηγεί και στη διαφοροποίηση των σεισμικών φορτίων. Οι τιμές αυτού του πίνακα προκύπτουν για τιμή αναφοράς που αντιστοιχεί σε στάθμη επιτελεστικότητας (Β) και πιθανότητα υπέρβασης 10% εντός του συμβατικού τεχνικού χρόνου ζωής των 50 ετών, κατά ΕΑΚ

8 Πίνακας 4: Τιμές του όρου Φ d(t) = A:q* για την τέμνουσα βάσεως, με τιμή αναφοράς τη στάθμη Β1. Πιθανότητα υπέρβασης σεισμικής δράσης εντός του συμβατικού χρόνου ζωής των 50 ετών Στάθμη επιτελεστικότητας φέροντος οργανισμού Άμεση χρήση μετά τον σεισμό (Α) Προστασία ζωής (Β) Αποφυγή οιονεί κατάρρευσης (Γ) 10% 1,65 1,00 0,70 50% 1,00 0,60 0,45 Από τα αποτελέσματα της ανάλυσης (Σχήματα 2 και 3) προκύπτει ότι υπάρχει ένα πλήθος δοκών και υποστυλωμάτων, μεταβαλλόμενο ανά στόχο, με τιμή δείκτη ανεπάρκειας λ μεγαλύτερη του 2,5. Τα ποσοστά αυτά είναι σημαντικά στους υψηλούς στόχους και τείνουν να μηδενισθούν στους χαμηλούς. Αξίζει να σημειωθεί ότι σχεδόν σε όλες τις δοκούς, για όλους τους στόχους, η κρίσιμη τιμή του λ προήλθε από κάμψη, γεγονός που ήταν αναμενόμενο, καθώς στις περισσότερες δοκούς υπάρχει ένα πολύ μεγάλο ποσοστό οπλισμών ανοιγμάτων που κάμπτονται προς τις στηρίξεις, κατά τη συνήθεια όπλισης της εποχής, η συνεισφορά των οποίων στη διάτμηση είναι ιδιαίτερα σημαντική. Αντίθετα, σχεδόν σε όλα τα υποστυλώματα η κρίσιμη τιμή του λ προήλθε από διάτμηση, καθώς τα στοιχεία αυτά διέθεταν πολύ υψηλά ποσοστά διαμήκους οπλισμού σε συνδυασμό με αραιούς σχετικά συνδετήρες. Πάντως, παρόλο που στους υψηλότερους στόχους ο δείκτης λ υπερέβη κατά πολύ την τιμή 2,5, επιτρέπεται η εφαρμογή της ελαστικής μεθόδου λόγω της μορφολογικής κανονικότητας του κτιρίου και της εκπλήρωσης των προϋποθέσεων της προηγούμενης ενότητας. Ποσοστά δοκών με λ > 2,5 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00% Α1 Α2 Β1 Β2 Γ1 Γ2 42,00% 28,00% 28,00% 24,00% 24,00% 8,00% Στάθμες επιτελεστικότητας Σχήμα 2: Ποσοστά δοκών με λ 2,5 ανά στόχο αποτίμησης 8

9 70,00% Ποσοστά στύλων με λ > 2,5 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Α1 Α2 Β1 Β2 Γ1 Γ2 58,33% 16,67% 16,67% 2,78% 13,89% 0,00% Στάθμες επιτελεστικότητας Σχήμα 3: Ποσοστά υποστυλωμάτων με λ 2,5 ανά στόχο αποτίμησης Κύρια Ανάλυση H κύρια ανάλυση του φορέα εκτελείται θεωρώντας όλα τα δομικά στοιχεία ως κύρια με q=1,7, σύμφωνα με τον Πίνακα 3 του παρόντος, για κανονισμό μελέτης και κατασκευής παλαιότερο του 1985, απουσία τοιχοπληρώσεων και χωρίς ουσιώδεις βλάβες σε πρωτεύοντα στοιχεία. Για κάθε στόχο αποτίμησης διαφοροποιείται ο σεισμικός συντελεστής Α ο, βάσει του Πίνακα 4. Όπως επισημάνθηκε στην προηγούμενη παράγραφο, θεωρείται ότι πληρούνται οι προϋποθέσεις για την εφαρμογή της ελαστικής στατικής μεθόδου σύμφωνα με όσα ορίζει ο ΚΑΝΕΠΕ, και για τους έξι στόχους αποτίμησης. Ως τελικό αποτέλεσμα από την ανάλυση αυτή λαμβάνεται, κατά τρόπο ανάλογο προς την προκαταρκτική ανάλυση, αντίστοιχος λόγος ανεπάρκειας που ονομάστηκε κ, στην περίπτωση όμως αυτή τιμές του κ > 1 υποδηλώνουν ανεπάρκεια του στοιχείου. Η διαδικασία προσδιορισμού του κ είναι ακριβώς η ίδια με τη διαδικασία προσδιορισμού του λ. Σύνοψη των αποτελεσμάτων παρουσιάζεται στα Σχήματα 4 έως 7. Είναι προφανές ότι για τους υψηλούς στόχους αποτίμησης προκύπτουν εκτεταμένες ανεπάρκειες τόσο σε δοκούς όσο και σε υποστυλώματα, ενώ για τις χαμηλούς στόχους οι ανεπάρκειες περιορίζονται, εξακολουθούν όμως να είναι σημαντικές. Ειδικότερα ο στόχος Α1 χαρακτηρίζεται από καθολική ανεπάρκεια στα υποστυλώματα, για το στόχο Β1, που αποτελεί και το στόχο του ΕΑΚ2000, παρατηρείται πολύ υψηλό ποσοστό ανεπαρκειών ενώ ακόμη και ο χαμηλότερος εξ όλων στόχος Γ2 επιβάλλει ενισχύσεις. 9

10 3,00 Λόγοι ανεπαρκειών κ δοκών 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 A1 A2 B1 B2 Γ1 Γ2 2,873 1,804 1,804 1,211 1,339 1,008 Στάθμες επιτελεστικότητας Σχήμα 4: Μέσες τιμές λόγων ανεπάρκειας κ δοκών ανά στόχο αποτίμησης 3,00 Λόγοι ανεπαρκειών κ στύλων 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 A1 A2 B1 B2 Γ1 Γ2 2,484 1,653 1,653 1,138 1,276 0,906 Στάθμες επιτελεστικότητας Σχήμα 5: Μέσες τιμές λόγων ανεπάρκειας κ στύλων ανά στόχο αποτίμησης Για λόγους σύγκρισης των αποτελεσμάτων, συσχετίστηκαν στο Σχήμα 8 οι μέσοι κρίσιμοι λόγοι κ μεταξύ των στόχων αποτίμησης με το λόγο των πολλαπλασιαστών του σεισμικού φορτίου που διαφοροποιούν τους στόχους μεταξύ τους, με στόχο αναφοράς τον Β1. Όπως ήταν αναμενόμενο υπάρχει μεν συσχέτιση, όχι όμως 10

11 απόλυτη σύμπτωση μεταξύ των δύο λόγων, καθώς υπάρχουν παράμετροι της ανάλυσης που δημιουργούν διαφοροποιήσεις, όπως για παράδειγμα η ικανοτική τέμνουσα που άλλοτε ήταν κρίσιμη και άλλοτε όχι. 90,00% Ποσοστά ανεπαρκειών δοκών 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% A1 A2 B1 B2 Γ1 Γ2 79,65% 51,44% 51,45% 41,35% 41,35% 31,57% Στάθμες επιτελεστικότητας Σχήμα 6: Ποσοστά ανεπαρκών δοκών (κ 1) ανά στόχο αποτίμησης 100,00% Ποσοστά ανεπαρκειών στύλων 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% A1 A2 B1 B2 Γ1 Γ2 100,00% 94,44% 94,44% 55,56% 55,56% 25,00% Στάθμες επιτελεστικότητας Σχήμα 7: Ποσοστά ανεπαρκών στύλων (κ 1) ανά στόχο αποτίμησης 11

12 Λόγοι πολ/στή σεισμικού συντελεστή Γ2/Β1 Γ1/Β1 Β2/Β1 Β1/Β1 Α2/Β1 Α1/Β1 0,559 0,450 0,742 0,700 0,671 0,600 Λόγοι μέσων κρίσιμων τιμών κ Λόγοι πολ/στών σεισμικού συντελεστή 1,000 1,000 1,000 1,000 1,592 1,650 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 Λόγοι κρισίμων τιμών κ Σχήμα 8: Συσχέτιση λόγων πολλαπλασιαστών σεισμικού συντελεστή και λόγων μέσων κρισίμων κ για όλους τους στόχους αποτίμησης Ανεπάρκειες Δοκών ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Για τη συντριπτική πλειοψηφία των δοκών κρίσιμος προκύπτει ο έλεγχος σε κάμψη. Ανεπάρκειες για τους περισσότερους στόχους εντοπίζονται στις μικρού μήκους δοκούς, των οποίων ο οπλισμός (διαμήκης και συνδετήρες) αποδεικνύεται ελλιπής. Αντίθετα, οι μεγάλου μήκους δοκοί είναι υπεροπλισμένες και δεν παρουσιάζουν προβλήματα. Η πλειοψηφία των ανεπαρκών δοκών βρίσκεται στο ισόγειο, καθώς τόσο τα φορτία βαρύτητας όσο και τα σεισμικά είναι μεγαλύτερα. Διαπιστώνεται επίσης ότι ασθενή σημεία αποτελούν τα στηρίγματα των δοκών σε ακραίους στύλους όπου, κατά τις απλοποιητικές συνήθειες της εποχής, οι δοκοί εθεωρούντο συνεχείς επί ελεύθερα στρεπτών στηρίξεων, οπότε δεν διατίθενται οπλισμοί τόσο στο άνω, κυρίως όμως στο κάτω πέλμα. Επί πλέον, σε ορισμένα μεσαία στηρίγματα δοκών, ο άνω οπλισμός αποδεικνύεται ανεπαρκής. Ανεπάρκειες Υποστυλωμάτων Ως προς τα υποστυλώματα, οι αραιοί συνδετήρες τα καθιστούν ευάλωτα έναντι τέμνουσας. Στην πλειοψηφία των υποστυλωμάτων κρίσιμος προκύπτει ο έλεγχος σε τέμνουσα, η οποία υπολογίζεται είτε βάσει της σεισμικής φόρτισης είτε ικανοτικά βάσει του υπάρχοντος οπλισμού και κατ επέκταση των ροπών αντοχής. Η πλειοψηφία των ανεπαρκών υποστυλωμάτων βρίσκεται στον όροφο, καθώς αφενός σε αρκετά υποστυλώματα η διατομή μειώνεται από το ισόγειο στον όροφο και αφετέρου ο διαθέσιμος οπλισμός είναι λιγότερος. 12

13 Γενικές παρατηρήσεις Όταν κρίσιμος είναι ο έλεγχος σε κάμψη, τα αποτελέσματα της κύριας ανάλυσης είναι αναλογικά προς τα αποτελέσματα της προκαταρκτικής ανάλυσης, καθώς οι δράσεις είναι αναλογικά μειωμένες κατά την τιμή του q. Όταν αντίθετα κρίσιμος είναι ο έλεγχος σε ικανοτική τέμνουσα, τα αποτελέσματα είναι ανεξάρτητα της τιμής του q. Στην παρούσα περίπτωση, όπου για τις δοκούς κρίσιμος ήταν ο έλεγχος σε κάμψη, τα διαγράμματα των Σχημάτων 2, 4 και 6 είναι σχεδόν αναλογικά. Αντίθετα, για τα υποστυλώματα, όπου η ικανοτική τέμνουσα προέκυπτε πολλές φορές κρίσιμη, τα διαγράμματα των Σχημάτων 3, 5 και 7 αποκλίνουν αρκετά από την μεταξύ τους αναλογικότητα. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι ακόμη και για χαμηλούς στόχους αποτίμησης, ένα καλοσχεδιασμένο αμιγώς πλαισιακό κτίριο ηλικίας μικρότερης των 40 ετών παρουσιάζει σοβαρές ανεπάρκειες. Το γεγονός αυτό οφείλεται σε μια σειρά από λόγους: Τα προσομοιώματα ανάλυσης εκείνης της εποχής ήταν απλοϊκά έναντι των σημερινών. Η κατανομή της τέμνουσας καθύψος του κτιρίου ήταν οιονεί ορθογωνική έναντι της σημερινής οιονεί τριγωνικής. Δεν υπήρχε μέριμνα όπλισης έναντι ικανοτικής τέμνουσας. Η όπλιση των κοντών στοιχείων ήταν ανεπαρκής. Οι οπλισμοί ακραίων στηρίξεων δοκών ήταν ελάχιστοι, ιδίως στο κάτω πέλμα, και αμφίβολης αγκύρωσης. Παρόλο λοιπόν που ο ΚΑΝΕΠΕ προέβλεψε την υπό προϋποθέσεις δυνατότητα αποτίμησης και ανασχεδιασμού με μειωμένες έναντι του ΕΑΚ 2000 απαιτήσεις, οι ελαστικές μέθοδοι, από τη φύση τους, δεν φαίνονται ικανές να μετουσιώσουν τη δυνατότητα αυτή σε αναλογική ελάφρυνση των μέτρων ενίσχυσης. Υπό την έννοια αυτή οι ανελαστικές αναλύσεις αποτελούν πιο πρόσφορη λύση. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ASCE/SEI Seismic Evaluation of Existing Buildings ASCE Standard 31-03, New York, ASCE/SEI Seismic Rehabilitation of Existing Buildings ASCE Standard 41-07, American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, Βουτσά Α., Κουτάντου Ε., Αποτίμηση σχολικού κτιρίου κατά το σχέδιο 2 του κανονισμού επεμβάσεων (ΚΑΝΕΠΕ), Προπτυχιακή Διπλωματική Εργασία (υπό την επίβλεψη του Καθ. Κ. Στυλιανίδη), Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη (2008) ΟΑΣΠ Κανονισμός Επεμβάσεων (ΚΑΝΕΠΕ), Σχέδιο 2, Αθήνα (2005). ΟΑΣΠ Κανονισμός Επεμβάσεων (ΚΑΝΕΠΕ), Τελικό Σχέδιο 3, Αθήνα (2009). 13