Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής και επίδραση στον Αρχιτεκτονικό Σχεδιασµό από πλευράς Αντισεισµικής Προστασίας

Transcript

1 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής και επίδραση στον Αρχιτεκτονικό Σχεδιασµό από πλευράς Αντισεισµικής Προστασίας Καθ. Ιωάννη Β. Κωνσταντόπουλου, ScD (M.I.T.) 1 Εισαγωγή Οι πραγµατικές συνθήκες για κάθε κτίριο είναι ότι εδράζεται σε ένα παραµορφώσιµο πολυστρωµατικό µέσο που αποτελεί το χώρο θεµελιώσεως στην αντίστοιχη τοποθεσία (Σχ.2). Συχνά, όµως, οι διαφορετικές ειδικότητες µηχανικού εστιάζουν τη προσοχή τους στο αντικείµενο των ειδικοτήτων τους και "βλέπουν" τις συνθήκες διαφορετικά (σχ.3). Το φαινόµενο της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής αναγνωρίζεται, ερµηνεύεται και µελετάται εφόσον θεωρείται στις πλήρεις και πραγµατικές συνθήκες του (Σχ.2). 2 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής: Τί είναι και Γιατί συµβαίνει Αν έχουµε εγκαταστήσει ένα επιταχυνσιογράφο στο σηµείο Α (Σχ.5) που είναι µεν επί του εδάφους αλλά σχεδόν σε επαφή µε ένα κτίριο και άλλον ένα στο σηµείο Β επί του εδάφους και σε µεγάλη απόσταση από το κτίριο (για παράδειγµα διπλάσια από τη µεγαλύτερη διάσταση του κτιρίου) θα καταγράψουµε διαφορετικά επιταχυνσιογραφήµατα (Σχ.5) όταν συµβεί σεισµός. Το γεγονός ότι οι καταγραφές διαφέρουν αποτελεί την έκφραση της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής. Εποµένως, η Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής είναι η τροποποίηση των σεισµικών κινήσεων του εδάφους εξαιτίας της παρουσίας του κτιρίου. Οσον αφορά το "γιατί συµβαίνει" διακρίνουµε δύο µηχανισµούς. Μηχανισµός 1: Τα σεισµικά κύµατα που φθάνουν στη τοποθεσία κάτω από το κτίριο (Σχ.7) υποχρεώνονται να µετακινήσουν τη µάζα του κτιρίου ενώ εκείνα που αντιστοιχούν σε ελεύθερο χώρο, το ελεύθερο πεδίο, υποχρεώνονται να µετακινήσουν τη σχετικά µικρή αντίστοιχη µάζα του εδάφους. Εποµένως, οι απαιτούµενες δυνάµεις είναι διαφορετικές που συνεπάγεται διαφορετικές τάσεις, άρα και παραµορφώσεις. Επιπλέον, αρχίζει ο εξής κύκλος: στην αρχή το κτίριο κινείται παρακολουθώντας τις κινήσεις του εδάφους στα σηµεία επαφής εδάφους-κτιρίου. Ως επακόλουθο αναπτύσσονται αδρανειακές δυνάµεις στο κτίριο το οποίο αρχίζει τη σεισµική του απόκριση και ασκεί µε τη σειρά του δυνάµεις και ροπές επί του εδάφους (Σχ.8 και 9) που εξαρτώνται ευθέως από τα δυναµικά χαρακτηριστικά του κτιρίου. Εποµένως, το κτίριο ανατροφοδοτεί µε κινήσεις το έδαφος οι οποίες συναντούν τις σεισµικές κινήσεις που συνεχίζουν να φθάνουν και οδηγούµεθα σε ένα πολύπλοκο αποτέλεσµα. Τα φαινόµενα αυτά δεν συµβαίνουν στο ελεύθερο πεδίο. Συνεπώς προκαλείται διαφοροποίηση των κινήσεων στα σηµεία Α και Β (Σχ.7)., 1

2 Μηχανισµός 2: Αν εξετάσουµε τα σεισµικά κύµατα που διατρέχουν µία στήλη εδάφους θα παρατηρήσουµε ότι σε µία τυχαία χρονική στιγµή προκαλούν παραµορφώσεις που είναι φυσικά το αποτέλεσµα των σχέσεων τάσεων-παραµορφώσεων του εδάφους σε κάθε σηµείο του. Αν παρατηρούσαµε µία ευθεία γραµµή θα αποκτήσουµε εικόνα παραµόρφωσης σαν αυτή που σχηµατικά εικονίζεται στο Σχ.10. Οµως, όταν υπάρχει κατασκευή εντός του εδάφους, Σχ.11, είναι προφανές ότι οι κόκκοι του εδάφους σε επαφή ή εγγύτατα στο κτίριο οφείλουν να συµµορφωθούν µε τη παραµόρφωση των δοµικών στοιχείων. Ούτε θα εισβάλουν οι κόκκοι στο σκυρόδεµα ή το χάλυβα, ούτε θ'αποµακρυνθούν και δηµιουργήσουν κενό. Εποµένως, η απαίτηση για συµβατότητα παραµορφώσεων οδηγεί σε τροποποίηση των κινήσεων που θα συνέβαιναν αν δεν υπήρχε το κτίριο, δηλαδή έχουµε και πάλι Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής. Εχει καθιερωθεί στη διεθνή βιβλιογραφία ν'αποκαλούµε τον πρώτο µηχανισµό που οφείλεται στο ότι το κτίριο έχει µάζα αδρανειακή αλληλεπίδραση και τον δεύτερο που οφείλεται στο ότι το κτίριο έχει δυσκαµψία κινηµατική αλληλεπίδραση. Η αδρανειακή αλληλεπίδραση είναι ο σηµαντικότερος µηχανισµός για συνήθη κτίρια, εκτός αν είναι θεµελιωµένα µε µακρούς πασσάλους. Είναι φανερό ότι αν το έδαφος θεµελιώσεως είναι εξαιρετικά δύσκαµπτο, δηλαδή υγιής βράχος, η ανατροφοδότηση από το κτίριο δεν προκαλεί ουσιώδεις µετακινήσεις και συνεπώς η Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής είναι ασήµαντη. Αντίθετα, όταν το κτίριο είναι θεµελιωµένο σε µαλακό έδαφος εµφανίζονται σηµαντικές περιστροφές (Σχ.8 και 9) οι οποίες προκαλούν πρόσθετες οριζόντιες µετακινήσεις που είναι ανάλογες της στάθµης κάθε ορόφου και προστίθενται στις µεταφορικές. Ως συµπέρασµα, η Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής είναι τόσο περισσότερο έντονη όσο περισσότερο παραµορφώσιµο είναι το έδαφος (Σχ.13). Η απόκριση ενός κτιρίου που είναι θεµελιωµένο σε παραµορφώσιµο έδαφος διαφέρει από αυτήν ενός κτιρίου σε βράχο και κατά µία ακόµη σπουδαία άποψη: Σηµαντικό µέρος της δυναµικής του ενεργείας διαχέεται στο έδαφος µε ακτινοβολία, δηλαδή κύµατα τα οποία διαδίδονται προς το άπειρο (Σχ.14) και επειδή, προφανώς, δεν επιστρέφουν εµφανίζεται απώλεια ενεργείας που ισοδυναµεί µε αυξηµένη απόσβεση των ταλαντώσεων. Αµεση συνέπεια αυτού είναι ότι ακόµη και αν το έδαφος ήταν ιδανικό γραµµικά ελαστικό υλικό και πάλι η απόκριση του κτιρίου θα ήταν αποσβενυόµενη. Επιπλέον, επειδή το έδαφος είναι έντονα ανελαστικό (µη-γραµµικό) υλικό εµφανίζεται και αξιόλογη απόσβεση λόγω της υστερητικής συµπεριφοράς του (Σχ.15). Τέλος, είναι φανερό ότι δεν εµφανίζονται οι ανωτέρω απώλειες ενεργείας αν το κτίριο είναι θεµελιωµένο σε απαραµόρφωτο χώρο., 2

3 3 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής και Επίδραση Τοπικών Συνθηκών Το φαινόµενο της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής δεν πρέπει να συγχέεται µε το θέµα της επίδρασης των τοπικών συνθηκών και τις µικροζωνικές. Η επίδραση των τοπικών συνθηκών αφορά στο γεγονός ότι οι σεισµικές κινήσεις ελευθέρου πεδίου είναι συνάρτηση των εδαφοδυναµικών ιδιοτήτων και γεωλογικών χαρακτηριστικών των εδαφών της τοποθεσίας και του υποκειµένου βράχου. Από την άλλη πλευρά, η Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής αφορά στο γεγονός ότι η δυναµική συµπεριφορά και απόκριση ενός κτιρίου διαµορφώνεται από τα δυναµικά χαρακτηριστικά του σε συνδυασµό µε τις ιδιότητες του εδάφους θεµελίωσης. 4 Μελέτη Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής Οι µελέτες της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής και αντίστοιχοι υπολογισµοί εκπονούνται σύµφωνα µε δύο γενικές µεθοδολογίες: Πεπερασµένα στοιχεία (Σχ.17) όπου το έδαφος προσοµοιώνεται µε ειδικά στοιχεία και εξειδικευµένα όρια στο προσοµοίωµα. Τα αντίστοιχα προγράµµατα Η/Υ είναι επίσης εξειδικευµένα και η χρήση τους απαιτεί µεγάλη προσοχή Συγκεντρωµένες παράµετροι, ελατήρια και αποσβεστήρες, (Σχ.18) που προσοµοιώνουν την αντίσταση σε παραµόρφωση που προσφέρει το έδαφος στο θεµέλιο και την απώλεια ενεργείας (απόσβεση) Ορθοί υπολογισµοί απαιτούν και για τις δύο µεθόδους µεγάλη προσοχή και πλήρη γνώση του αντικειµένου. Αλλως, τα αποτελέσµατα δεν είναι απλώς προσεγγιστικά αλλά τελείως λανθασµένα και οδηγούν σε ανυπόστατα συµπεράσµατα. 5 Αποτελέσµατα εκ της Αλληλεπίδρασης Εδάφους- Ανωδοµής Οι διατάξεις του ΕΑΚ-2000 όπως και όλων των αντισεισµικών κανονισµών βασίζονται στη θεµελιώδη παραδοχή ότι το κτίριο είναι πακτωµένο σε απαραµόρφωτο έδαφος (Σχ.19). Με την Αλληλεπίδραση Εδάφους- Ανωδοµής και την ενδοτικότητα του εδάφους αυξάνει η θεµελιώδης ιδιοπερίοδος και η ενεργή απόσβεση του συστήµατος κτίριο-θεµελίωση (Σχ.19) σε σχέση µε τα αντίστοιχα µεγέθη για πακτωµένο κτίριο σε απαραµόρφωτο έδαφος (Σχ.20). Συνεπώς, αν έχουµε υπολογίσει ένα σχετικά εύκαµπτο κτίριο µε τον ΕΑΚ-2000, σηµείο Α στο Σχ.21, η απόκρισή του µπορεί να περιγραφεί (ποιοτικά) µε το σηµείο Β του ιδίου σχήµατος. Από την άλλη πλευρά όµως οι µετακινήσεις του θα είναι όπως ποιοτικά απεικονίζονται στο Σχ.22. Συµπερασµατικά είναι δυνατό να συνοψίσουµε (Σχ.23) τα αποτελέσµατα της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής ως εξής:, 3

4 Μεταβολή, αύξηση ή µείωση, στις µέγιστες σεισµικές δράσεις στο κτίριο σε σχέση µε εκείνες που υπολογίζονται για το κτίριο θεωρούµενο ως πακτωµένο Για συνήθη κτίρια έχουµε µείωση των δράσεων σχετικά µε κτίριο υπολογισµένο ως πακτωµένο Αύξηση των µετακινήσεων Ενδεχοµένη ενίσχυση των δευτερογενών καταπονήσεων, δηλαδή φαινοµένων Ρ-δ 6 Συνήθης Πρακτική για Αλληλεπίδραση Εδάφους- Ανωδοµής Η συνήθης πρακτική για κοινά κτίρια είναι ν'αγνοηθεί η µείωση των δράσεων σε σχέση µε εκείνες που υπολογίζονται µε βάση τον ΕΑΚ-2000, δηλαδή ως κτίριο θεωρούµενο πακτωµένο σε απαραµόρφωτο έδαφος. Επισηµαίνεται, όµως, ότι η Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής επαυξάνει το συνήθως υπολογιζόµενο δ για σεισµικό αρµό και θα πρέπει να ληφθεί, έστω προσεγγιστικά, υπόψη αν το κτίριο είναι θεµελιωµένο σε µαλακό έδαφος. Η επαύξηση των µετακινήσεων οδηγεί σε ανάγκη λεπτοµερούς µελέτης της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής σε ορισµένες περιπτώσεις κτιρίων (Σχ.25) που είναι θεµελιωµένα σε µαλακό έδαφος, όπως συνοπτικά περιγράφεται στη συνέχεια. Εύκαµπτα κτίρια Μακρά κτίρια Βιοµηχανικά και Πανεπιστηµιακά κτίρια και εγκαταστάσεις. Για παράδειγµα, εργοστάσια και εργαστήρια µε όργανα υψηλής τεχνολογίας όπως ηλεκτρονικά µικροσκόπια ή συσκευές παραγωγής chips είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε µετακινήσεις και ακρίβεια ευθυγραµµίσεων Μουσεία (Σχ.26) για τα οποία πρωταρχικός στόχος είναι η προστασία των εκθεµάτων. Εποµένως, δεν αρκεί η αποφυγή κατάρρευσης αλλά και η ακεραιότης των αρχαιολογικών ή άλλων θησαυρών. Απαιτείται λοιπόν λεπτοµερής µελέτη µετακινήσεων και επιταχύνσεων για ακριβή και αξιόπιστο προσδιορισµό των δυνάµεων στα σηµεία στήριξης ή/και ανάρτησης των εκθεµάτων Υπόγεια έργα (Σχ.27) τα οποία έχουν το εξής χαρακτηριστικό: η µάζα (βάρος) του έργου µικρότερη του εδάφους που αντικατέστησε και συνεπώς η αδρανειακή αλληλεπίδραση είναι σχεδόν ανύπαρκτη. Οµως το έργο µε τη δυσκαµψία του επιβάλλει τις παραµορφώσεις του στο περιβάλλον έδαφος, 4

5 Σε περίληψη, η φιλοσοφία σχεδιασµού για Αλληλεπίδραση Εδάφους- Ανωδοµής είναι: Η µείωση των σεισµικών δράσεων δεν πρέπει να παρασύρει στην επιδίωξη µείωσης της δυσκαµψίας θεµελίωσης/κτιρίου διότι αυξάνονται µετακινήσεις και Ρ-δ Αντίθετα, είναι επιθυµητή η επιδίωξη δυσκάµπτου συστήµατος, π.χ. µε εγκιβωτισµό και υπόγεια 7 Ειδικά Θέµατα 7.1 Φιλοσοφία Αντισεισµικών Κανονισµών (Σχ.30 και 31) Οι κανονισµοί µε τις διατάξεις τους οδηγούν σε κτίρια που ανέχονται χωρίς απώλειες ανθρώπων προοδευτικά αυξανόµενες βλάβες µε αυξανοµένη ένταση σεισµού όπως απεικονίζεται στο Σχ.31. Επιπλέον, αποφεύγεται η κατάρρευση µέχρι να συµβούν πολύ σπάνιοι για την αντίστοιχη περιοχή σεισµοί. 7.2 Υψος Κτιρίων (Σχ.32 και 33) Σε ορισµένους υπάρχει η αόριστη εντύπωση, ιδίως µετά την αψυχολόγητη µείωση των υψών µε τον ΓΟΚ-2000, ότι τα ψηλά κτίρια κινδυνεύουν περισσότερο σε σεισµό. Η άποψη αυτή είναι επιστηµονικά τελείως αστήρικτη και λανθασµένη. Σωρεία ερευνών και εµπειριών από σεισµούς αποδεικνύουν ότι µε την µείωση του ύψους κατ ουδένα τρόπο βελτιώνεται η αντισεισµική προστασία των κτηρίων. Οι βλάβες και καταρρεύσεις των κτιρίων οφείλoνται στις πληµµελείς κατασκευές και ανεπαρκείς µελέτες, όχι όµως στο ύψος τους. Για κάθε κτίριο εκπονείται µελέτη και αν υπήρχε, έστω και κατ ελάχιστο, οιοσδήποτε επιστηµονικός ή τεχνικός λόγος για περιορισµό ύψους θα είχε περιληφθεί στον ΕΑΚ Συµπερασµατικά, ο Αντισεισµικός Κανονισµός ΕΝ ΕΧΕΙ όριο ύψους και τα ψηλά κτίρια είναι εξίσου ασφαλή µε τα χαµηλά. 7.3 "Μαλακός" Οροφος (Σχ.34 µέχρι 37) Οποιαδήποτε ασυνέχεια του κτιρίου κατά τη κατακόρυφη ή οριζόντια έννοια απαιτεί αντιµετώπιση, δηλαδή µελέτη και κατασκευαστικά µέτρα. Η κλασσικότερη περίπτωση είναι ο «µαλακός» όροφος, που είναι ενδεχόµενο να εµφανισθεί ως ελεύθερος όροφος, στο ισόγειο ως pilotis ή σε άλλη στάθµη (Σχ.35). Επισηµαίνεται ότι οι πάσης φύσεως εκθέσεις και καταστήµατα, supermarket, υποδοχή ξενοδοχείων, νοσοκοµείων, κλπ είναι διαµορφώσεις ταυτόσηµες µε pilotis. Η µόνη αξιόπιστη αντιµετώπιση είναι τα τοιχώµατα σε συνδυασµό µε τον ικανοτικό έλεγχο που αποκλείουν αστοχία των κατακορύφων στοιχείων (Σχ.36) και κατάρρευση, και αυτός είναι ο λόγος που ο ΕΑΚ επιβάλλει τοιχώµατα., 5

6 7.4 Ειδικές αλλά Συνήθεις Περιπτώσεις (Σχ.38 και 39) Η περίπτωση του Σχ.38 είναι αρκετά συνήθης και είναι πολύ απλό να διαµορφωθεί λύση µε την οποία αναιρείται η όποια αµφιβολία για την επίδραση της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής. Είναι βέβαιο ότι η ανάντη µάζα του εδάφους (ακόµη και ασθενούς βράχου) θα επιδράσει και µάλιστα ασύµµετρα επί του κτιρίου και εποµένως συνιστάται η διαµόρφωση τοίχου αντιστηρίξεως και η µικρή, έστω, αποµάκρυνση του κτιρίου. Η περίπτωση του Σχ.39 απαιτεί τον υπολογισµό της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής και δεν αρκεί η εξασφάλιση ότι η φέρουσα ικανότητα πασσάλων και θεµελίων είναι ικανή για την ανάληψη των σεισµικών δυνάµεων. Πράγµατι, λόγω της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής (περιλαµβανοµένης και της δικής τους παραµόρφωσης) είναι ενδεχόµενο οι πάσσαλοι ν'αναπτύξουν τη φέρουσα ικανότητα µε αξιόλογη µετακίνηση που είναι ασύµβατη µε τα επιφανειακά θεµέλια. Συνεπώς το κτίριο θα "κληθεί" να επιβάλει τη συµβατότητα των µετακινήσεων και θα καταπονηθεί ως µή όφειλε. 8 Το Μέλλον (Σχ.40 µέχρι 47) Η κύρια σηµερινή αντιµετωπίση του σεισµού είναι παθητική, δηλαδή ενσωµατώνουµε στα κτίρια Αντοχή και υσκαµψία για µικρές παραµορφώσεις. Από έρευνες και πείρα αναµένουµε αξιόπιστα ότι ο σεισµός δεν θα προκαλέσει υπερβολικές βλάβες ούτε κατάρρευση του κτιρίου. Οµως, στη καθηµερινή ζωή του ανθρώπου επικρατεί η φιλοσοφία της ενεργητικής αντιµετώπισης των πραγµάτων. Για παράδειγµα, όταν προσφέρουµε ένα καφέ (Σχ.41) αυτόµατα τροποποιούµε τις κινήσεις µας για µείωση δυνάµεων/µετακινήσεων και συνήθως επιτυγχάνουµε το σκοπό µας. Το µέλλον ανήκει στην Ενεργή Αντισεισµική Προστασία που επί του παρόντος είναι σε εξέλιξη. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στα Συστήµατα Αυτοµάτου Ελέγχου που είναι συνηθέστατα στις ηλεκτροµηχανολογικές εγκαταστάσεις και η γενική φιλοσοφία είναι: Ανιχνεύεται ηλεκτρονικά και σε συνεχή χρονική βάση η απόκριση και συµπεριφορά του κτιρίου Οταν ανιχνεύεται απόκριση του κτιρίου σε σεισµό αντισταθµίζονται οι µετακινήσεις µε ελεγχόµενες δυνάµεις από αποσβεστήρες που ελέγχονται από Η/Υ Επιτυγχάνουµε ελεγχόµενη απόκριση, δυνάµεις και µετακινήσεις, και σχεδόν ανεξαρτητοποιούµε το κτίριο από τη σεισµική ένταση, άρα και σεισµική ζώνη Στο ενδιάµεσο χρονικό διάστηµα και αναµένοντας την επιτυχία των ανωτέρω σε κλίµακα εργοταξίου και όχι εργαστηρίου, κάνουµε σοβαρές προσπάθειες ανεξαρτητοποιήσεως των κτιρίων από τις σεισµικές δονήσεις µε παθητικά συστήµατα, δηλαδή σεισµική µόνωση (Σχ.42 µέχρι 45). Ηδη τα τελευταία 30 περίπου χρόνια έχουµε σηµαντικότατες κατασκευές σεισµικά µονωµένες (Σχ.45). 6,

7 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Σχ. 1 Πραγµατικότητα Σχ. 2 1

8 Τί «βλέπει» ο καθένας... αρχιτέκτονας στατικός εδαφοδυναµικός Σχ. 3 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Τί είναι ; Σχ. 4 2

9 ιαφέρουν = Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής B A Σχ. 5 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Γιατί ; Σχ. 6 3

10 B A Πρέπει να κινήσει λίγο έδαφος Πρέπει να κινήσει ολόκληρο κτίριο! Σχ. 7 αδρανειακή δύναµη κτιρίου Σχ. 8 4

11 Απόκριση κτιρίου = ράσεις στο έδαφος Σχ. 9 Ελεύθερο Πεδίο Σχ. 10 5

12 ιαφέρουν = Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Σχ. 11 Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Αδρανειακή: Μάζα Κινηµατική: Συµβατότητα µετακινήσεων Σχ. 12 6

13 Παραµορφωσιµότητα Εδάφους Σχ. 13 Απώλεια ενεργείας = απόσβεση (ακτινοβολία) Σχ. 14 7

14 Υστερητική Συµπεριφορά Εδάφους ιατµητική τάση 10 1 ιατµητική παραµόρφωση γ % Σχ. 15 Υπολογισµός Πεπερασµένα στοιχεία Ελατήρια και αποσβεστήρες (συγκεντρωµένες παράµετροι, lumped parameters) Σχ. 16 8

15 Πεπερασµένα στοιχεία Σχ. 17 Ελατήρια και Αποσβεστήρες Συγκεντρωµένες Παράµετροι Σχ. 18 9

16 Αποτελέσµατα της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής ΕΑΚ-2000 Επιτάχυνση [g] Απόσβεση 5% 5% Φάσµα Αλληλεπίδρασης (Ποιοτικό) Απόσβεση 5% 5% + β β Περίοδος [s] Σχ. 19 Αποτελέσµατα της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής Αύξηση ιδιοπεριόδου Μεταβολή, συνήθως αύξηση της απόσβεσης Σχετικά µε πακτωµένο κτίριο, δηλαδή σε απαραµόρφωτη βάση (ισχυρό βράχο) Σχ

17 Αποτελέσµατα της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής Επιτάχυνση [g] Α Β Φάσµα Αλληλεπίδρασης (Ποιοτικό) Αύξηση περιόδου και απόσβεσης (συνήθως) Απόσβεση 5% 5% + β β Απόσβεση 5% 5% Περίοδος [s] Σχ. 21 Αύξηση Μετακινήσεων Σχ

18 Αποτελέσµατα της Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Ανωδοµής Μεταβολή στις µέγιστες σεισµικές δράσεις στο κτίριο Για συνήθη κτίρια µείωση των δράσεων σχετικά µε κτίριο υπολογισµένο ως πακτωµένο Οµως, αύξηση των µετακινήσεων Ρ-δ Σχ. 23 Συνήθης Πρακτική για Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Για συνήθη κτίρια αγνοούµε τη µείωση των δράσεων σε σχέση µε κτίριο υπολογισµένο ως πακτωµένο Επισηµαίνεται ότι ΑΕΑ επαυξάνει το συνήθως υπολογιζόµενο δ για σεισµικό αρµό Σχ

19 Απαιτείται να ληφθεί υπόψη η Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Μαλακό έδαφος και: Εύκαµπτα κτίρια Μακρά κτίρια Ειδικά κτίρια, π.χ. µουσεία Σηµαντικά βιοµηχανικά κτίρια Σχ. 25 Μουσεία Πρωταρχικός στόχος η προστασία των εκθεµάτων εν αρκεί η αποφυγή κατάρρευσης Απαιτείται λεπτοµερής µελέτη µετακινήσεων για προσδιορισµό δυνάµεων σε σηµεία στήριξης ή/και ανάρτησης εκθεµάτων Σχ

20 Υπόγειο έργο Μάζα (βάρος) έργου µικρότερη του εδάφους που αντικατέστησε! Οµως επιβάλλει τις παραµορφώσεις του στο περιβάλλον έδαφος Σχ. 27 Φιλοσοφία Σχεδιασµού Αλληλεπίδραση Εδάφους-Ανωδοµής Η µείωση των σεισµικών δράσεων ΕΝ συνεπάγεται επιδίωξη µείωσης δυσκαµψίας θεµελίωσης/κτιρίου διότι αυξάνονται µετακινήσεις και Ρ-δ Επιδίωξη δυσκάµπτου συστήµατος Εγκιβωτισµός υπόγεια επιθυµητά Σχ

21 Ειδικά Θέµατα Φιλοσοφία κανονισµών Υψος κτιρίων «Μαλακός» όροφος, π.χ. Pilotis «Καθαρές» µορφώσεις κτιρίων Μέλλον Σχ. 29 Φιλοσοφία κανονισµών Τί είναι ο σεισµός σχεδιασµού; Γιατί έχουµε βλάβες; Τί προστασία προσφέρει ο ΕΑΚ και άλλοι κανονισµοί; Σχ

22 Φιλοσοφία Κανονισµού Ενταση σεισµού Πολύ σπάνιοι σεισµοί (2%/50yrs) Beer! Food! Beer! Food! Σπάνιοι σεισµοί (10%/50yrs) Λειτουργία Σχετικά σπάνιοι σεισµοί (20%/50yrs) Συχνοί σεισµοί (50%/50yrs) ιεθνής Βιβλιογραφία Ασφάλεια ενοίκων Ζηµιές Αποφυγή κατάρρευσης Σχ. 31 Υψος κτιρίου ασφαλέστερο Εξίσου ασφαλή Σχ

23 Υψος κτιρίων Τα κτίρια δεν είναι έτοιµα, σχεδιάζονται και υπολογίζονται Ανεξαρτήτως ύψους κατάλληλη µελέτη ΕΑΚ-2000 ΕΝ έχει όριο ύψους Σχ. 33 «Μαλακός» όροφος - Pilotis Οποιαδήποτε ασυνέχεια απαιτεί αντιµετώπιση Pilotis ή ελεύθεροι όροφοι είναι ενδεχόµενοι «µαλακοί» όροφοι Εκθέσεις, supermarket, υποδοχή ξενοδοχείων, νοσοκοµείων, κλπ είναι διαµορφώσεις ταυτόσηµες µε pilotis Σχ

24 «Μαλακός» όροφος Σχ. 35 Κατάρρευση Αστοχία κατακορύφων στοιχείων Σχ

25 «Μαλακός» όροφος - Pilotis Μόνη αξιόπιστη αντιµετώπιση τα τοιχώµατα σε συνδυασµό µε τον ικανοτικό έλεγχο Γιαυτό ο ΕΑΚ επιβάλλει τοιχώµατα Σχ. 37 Συνιστάται Σχ

26 εν αρκεί µελέτη φέρουσας ικανότητας Απαιτείται και µελέτη ΑΕΑ για συµβατότητα µετακινήσεων Σχ. 39 Παρόν Αντοχή Μικρές µετακινήσεις παθητική αντισεισµική προστασία σεισµική µόνωση, µικρές δυνάµεις αλλά µεγάλες µετακινήσεις Μέλλον... ενεργή αντισεισµική προστασία ηλεκτρονικά ελεγχόµενη απόκριση δυνάµεις και µετακινήσεις Σχ

27 Ενεργή Αντικραδασµική Προστασία Σχ. 41 Αντισεισµικά Εφέδρανα χωρίς ολίσθηση µε ολίσθηση Σχ

28 Σεισµική Μόνωση Χωρίς Ολίσθηση Επιδίωξη: Αύξηση περιόδου και απόσβεσης Επιτάχυνση [g] Φάσµα µε Μόνωση Απόσβεση 5% 5% Απόσβεση σηµαντική Περίοδος [s] Σχ. 43 Σεισµική Μόνωση Με Ολίσθηση χωρίς Σεισµική Μόνωση Με Ολίσθηση Σχ

29 Εφαρµογές Σεισµικής Μόνωσης Ηδη από το 1977, πυρηνικά εργοστάσια Karun και Koeberg Σχ. 45 Ενεργή Αντισεισµική Προστασία Σε εξέλιξη, γενική φιλοσοφία: Ανιχνεύεται η απόκριση ηλεκτρονικά Αντισταθµίζονται οι µετακινήσεις µε ελεγχόµενες δυνάµεις από αποσβεστήρες Ελεγχόµενη απόκριση, δυνάµεις και µετακινήσεις Σχ

30 Παράδειγµα ενεργού αποσβεστήρα ύναµη 200 kn (20 ton) Σχ