Αντισεισµική Ενίσχυση Κτιρίου Link Building στις Ολυµπιακές Εγκαταστάσεις του Ελληνικού

Transcript

1 Αντισεισµική Ενίσχυση Κτιρίου Link Building στις Ολυµπιακές Εγκαταστάσεις του Ελληνικού Γρ. Γ. Πενέλης ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΑΠΘ, MSc, DIC, Υποψ. ιδάκτωρ ΑΠΘ. Κ.Π. Πασχαλίδης ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΑΠΘ, Υποψ. ιδάκτωρ ΑΠΘ Λέξεις κλειδιά: Στατική Ενίσχυση, Ανελαστική Ανάλυση, FRP s ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα στοιχεία της µελέτης ενίσχυσης έξι τριώροφων πλαισιακών φορέων από Ο/Σ που αποτελούν το κτίριο LINK BUILDING στις Ολυµπιακές Εγκαταστάσεις του Ελληνικού. Ο έλεγχος της υφιστάµενης κατάστασης έγινε µε ελαστική δυναµική φασµατική ανάλυση, χρησιµοποιήθηκαν οι διατάξεις του ΕΚΟΣ2000 για ανακατανοµές της έντασης και υπολογίστηκε ο συντελεστής συµπεριφοράς για τον ενισχυµένο φορέα µε την χρήσης στατικής ανελαστικής ανάλυσης. Η ενίσχυση έγινε µε την προσθήκη νέων τοιχωµάτων Ο/Σ για την παραλαβή πλέον του 60% των σεισµικών δράσεων από αυτά, τα οποία θεµελιώθηκαν σε σύστηµα κεφαλόδεσµου µικροπάσσαλων, και µε την χρήση σύνθετων υλικών για την ενίσχυση των δοκών. 1 ΓΕΝΙΚΑ Το κτίριο LINK BUILDING του παλαιού αερολιµένα Αθηνών στο Ελληνικό, βρίσκεται µεταξύ των δύο υπόστεγων (Hangar) του αεροδροµίου και χρησιµοποιούνταν ως εργαστήριο συντήρησης και ως αποθήκη ανταλλακτικών της Ολυµπιακής Αεροπορίας. Στα πλαίσια της αξιοποίησης του χώρου του Ελληνικού για τους Ολυµπιακούς Αγώνες το 2004 το συγκεκριµένο κτίριο θα χρησιµοποιηθεί ως χώρος υποστήριξης των δύο υπόστεγων-γηπέδων (καλαθοσφαίρισης και ξιφασκίας). Αποτελείται από έξι στατικά ανεξάρτητους τριώροφους πλαισιακούς φορείς κατασκευασµένους την δεκαετία του 1970, διαστάσεων σε κάτοψη 30m x30m ο καθένας, και βάσει των απαιτήσεων για όλα τα Ολυµπιακά Έργα έπρεπε να ελεγχθεί η συµµόρφωση τους µε τους ισχύοντες κανονισµούς και να γίνει η σχετική στατική και αντισεισµική αναβάθµιση τους. εν πρόκειται δηλαδή για επέµβαση αποκατάστασης ζηµιών από σεισµό καθότι το κτίριο, δεδοµένης της ηλικίας του, ήταν υγιές. Στο σχήµα 1 φαίνεται η διάταξη των κτιρίων. 2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΕΡΟΝΤΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ 2.1 Συλλογή πληροφοριών Η χρονική πίεση λόγω της επείγουσας ανάγκης για χρήση του κτιρίου το 2004 αλλά και η µεταφορά των αρχείων της Ολυµπιακής Αεροπορίας, στην οποία άνηκε το κτίριο, στα Σπάτα, δεν επέτρεψε τον εντοπισµό των αρχικών σχεδίων ξυλοτύπων από το σύνολο των εµπλεκοµένων φορέων (ΕΥ Ε 2004, ATHOC, µελετητές). Η έλλειψη αυτή σχεδίων της αρχικής µελέτης ή και επιµετρήσεων οδήγησε στην εκπόνηση ενός εκτενούς προγράµµατος επί τόπου ερευνών και επιλεγµένων αναλύσεων για τον προσδιορισµό του ποσοστού οπλισµού των δοµικών στοιχείων. Έτσι έγινε αρχικά πλήρης τοπογραφική αποτύπωση του κτιρίου από τοπογραφικό συνεργείο και στη συνέχεια διάνοιξη διερευνητικών ενδεικτικών τοµών για τον εντοπισµό οπλισµών. Τα στοιχεία

2 αυτά διασταυρώθηκαν µε ηλεκτροµαγνητικό έλεγχο των οπλισµών και ανάδροµη ανάλυση για τον υπολογισµό των υφισταµένων οπλισµών. Σχήµα 1: ιάταξη κτιρίων και αρµών 2.2 Γεωµετρική αποτύπωση Η αποτύπωση του κτιρίου έγινε από τοπογραφικό συνεργείο µε αποτέλεσµα να διαµορφωθούν αρχιτεκτονικοί ξυλότυποι, οι οποίοι στη συνέχεια επαληθεύθηκαν και διορθώθηκαν από την οµάδα µελέτης. Το κτίρια βρίσκονται µεταξύ των δυο Hangar του δυτικού αερολιµένα του Ελληνικού, έχουν συνολικές διαστάσεις κατόψεως 56.00m(όψη) x 86.00m, µε σχήµα κάτοψης ορθογώνιο παραλληλόγραµµο και µε υποστυλώµατα και δοκούς επί κανονικού κανάβου. Καθ' ύψος συντίθεται από 2 ορόφους και 1 υπόγειο και από στατικής απόψεως το κτίριο είναι τριώροφος πλαισιακός φορέας διότι δεν υπάρχουν περιµετρικά τοιχεία στο υπόγειο παρά µόνο σε ορισµένα σηµεία. Η θεµελίωση του κτιρίου συντίθεται από γενική κοιτόστρωση εδραζόµενη στο βραχώδες υπόστρωµα µε συνδετήριες κρυφοδοκούς - ζώνες ενίσχυσης. Η γενική κοιτόστρωση εδράζεται απ' ευθείας σχεδόν στο βραχώδες υπόβαθρο (µάργα). 2.3 Υφιστάµενα Υλικά Για τον προσδιορισµό της αντοχής του σκυροδέµατος και της ποιότητας του χάλυβα επιλέχθηκαν µη καταστρεπτικές µέθοδοι, διότι την δεδοµένη χρονική στιγµή η Ολυµπιακή Αεροπορία πραγµατοποιούσε την µεταφορά της αποθήκης της και δε επιθυµούσε µεγάλη όχληση. ιεξήχθη λοιπόν σειρά κρουσιµετρήσεων στα κτίρια µε κρουσίµετρο τύπου Schmidt N.R., από τη στατιστική επεξεργασία των οποίων προέκυψε αντοχή σκυροδέµατος κατηγορίας C12/15. (πίνακας 1)

3 Πίνακας 1. Στατιστική επεξεργασία κρουσιµετρήσεων 1η µέτρη ση Αντοχή Kρουσίµετ ρου [MPa] (20x20x20) 2η 3η 4η 5η C.O.V. Θέση µέτρηση µέτρηση µέτρηση µέτρηση Μ.Ο. [%] Κτίριο Ι Περιµ Εσωτ Αρµός Κτίριο ΙΙ Αρµός Εσωτ Κτίριο ΙV Περιµ Αρµός Κτίριο ΙΙΙ Αρµός Εσωτ Κτίριο VI Εσωτ Αρµός Κτίριο V Αρµός Περιµ Αντοχή [MPa] (20x20x20) M.O C.O.V. [%] σx 7.94 fk Ο χάλυβας σε όλες τις θέσεις που έγιναν τοµές προέκυψε νευροχάλυβας για τον διαµήκη οπλισµό και τους συνδετήρες. Έτσι τεκµαίρεται ότι οι οπλισµοί του φορέα είναι της παλιάς κατηγορίας ΙΙΙ. 2.4 Έδαφος Θεµελίωσης Το έδαφος θεµελίωσης, βάσει της σχετικής γεωτεχνικής µελέτης που διεξήχθει µε ευθύνη του ΥΠΕΧΩ Ε, βρέθηκε αρκετά υγιής µάργα. Ως οµάδα παραµέτρων που αντιπροσωπεύουν µια συντηρητική εκτίµηση των χαρακτηριστικών τοµών επιλέχθηκαν γ t = 19 kn/m 3, c = 20 kn/m 2, φ = 28 ο, q u = 200 kn/m 2, E= 40 MN/m 2, v=0.25, C c = 0.15, C v = 50 E-04 cm 2 /sec. Τα υπόγεια νερά βρέθηκαν σε στάθµη περίπου m. 2.5 Προσδιορισµός υφιστάµενων οπλισµών Ανάδροµη ανάλυση Για τον προσδιορισµό του ποσοστού οπλισµού της υφιστάµενης κατασκευής, µε δεδοµένη την έλλειψη σχεδίων της αρχικής µελέτης χρησιµοποιήθηκε ένας συνδυασµός ανάδροµης ανάλυσης

4 και περιορισµένου αριθµού επί τόπου διερευνητικών τοµών και µετρήσεων µε ηλεκτροµαγνητικό ανιχνευτή οπλισµών (κυρίως για την εύρεση των συνδετήρων). Στόχος της διαδικασίας αυτής ήταν ο προσδιορισµός του συντελεστή αναγωγής των αποτελεσµάτων της ανάδροµης ανάλυσης, έτσι ώστε αυτά να συγκλίνουν µε τα αποτελέσµατα των ερευνητικών τοµών (σχήµα 2). Η ανάδροµη ανάλυση έγινε µε το πρόγραµµα ETABS και η διαστασιολόγηση µε το πρόγραµµα Etools που υποστηρίζει τους κανονισµούς του 1955 και 1959 (παλαιός αντισεισµικός κανονισµός και κανονισµός Ο/Σ) µε τη χρήση στατικής ελαστικής ανάλυσης για τα κατωτέρω φορτία: Κινητό ορόφων : 3.50 kν/m 2 Κινητό βατού δώµατος: 2.0 kν/m 2 (5.0 kn/m² στις διαγραµµισµένες περιοχές του σχ. 1) Επικάλυψη ορόφων = 0,5 kn/m 2 Επικάλυψη βατού δώµατος = 5.4 kn/m 2 Ιδιο βάρος σκυροδέµατος 25 kν/m 3 Σεισµικός συντελεστής 4% Σχήµα 2: ιερευνητική τοµή σε στύλο 3 ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΣΤΟΝ ΦΕΡΟΝΤΑ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ 3.1 Φιλοσοφία παρέµβασης Στόχος της επέµβασης ήταν µια γρήγορη και οικονοµικά συµφέρουσα παρέµβαση στο στατικό σύστηµα, η οποία να το καθιστά συµβατό µε τους σύγχρονούς κανονισµούς και ικανό να φέρει αυξηµένα φορτία στις διαγραµµισµένες περιοχές του δώµατος (σχ.1) λόγω απαιτήσεων Η/Μ. Η λύση που επιλέχθηκε ήταν η προσθήκη αντισεισµικών τοιχωµάτων Ο/Σ σε υφιστάµενα περιµετρικά φατνώµατα στύλων-δοκών έτσι ώστε να παραληφθεί το µεγαλύτερο ποσοστό των σεισµικών δράσεων από νέα στοιχεία δεδοµένης ποιότητας κατασκευής, αντοχής και πλαστιµότητας. Επιπλέον η χρήση τοιχωµάτων απαλλάσσει το κτίριο από την απαίτηση ικανοτικού ελέγχου των κόµβων (αποφυγή µηχανισµού ορόφου), που είναι δεδοµένο ότι δεν πληρείται. Τα τοιχώµατα θεµελιώθηκαν σε σύστηµα κεφαλόδεσµου-µικροπάσσαλων το οποίο τοποθετήθηκε επί της γενικής κοιτόστρωσης έτσι ώστε να µην διαταραχθεί η υφιστάµενη θεµελίωση. Για την ενίσχυση των στύλων επιλέχθηκαν µανδύες εκτοξευόµενου σκυροδέµατος πάχους 7-10εκ, ενώ για την ενίσχυση των δοκών επιλέχθηκε η χρήση λαµών και υφασµάτων από σύνθετα υλικά (ανθρακονήµατα FRP s).

5 3.2 Ανάλυση και διαστασιολόγηση Το ενισχυµένο κτίριο αναλύθηκε στο πρόγραµµα ETABS µε δυναµική φασµατική ανάλυση µε το φάσµα του ΕΑΚ2000 για ζώνη ΙΙ µε συντελεστή συµπεριφοράς q=2.5. Η διαστασιολόγηση έγινε µε το πρόγραµµα Etools βάσει των απαιτήσεων των ΕΚΟΣ2000 και ΕΑΚ2000 και στα στοιχεία που εµφανίστηκε υπέρβαση εφαρµόστηκαν οι διατάξεις ανακατανοµής έντασης του ΕΚΟΣ έτσι ώστε να µειωθούν οι απαιτούµενες επεµβάσεις. Όσα στοιχεία δεν κρίθηκαν επαρκή ούτε µε την ανακατανοµή των εντάσεων, υπολογίστηκαν οι ενισχύσεις µε µανδύες Ο/Σ στους στύλους και ανθρακονήµατα στις δοκούς. Για τον προσδιορισµό του συντελεστή συµπεριφοράς πραγµατοποιήθηκε στατική ανελαστική ανάλυση ενός από τα έξι ενισχυµένα κτίρια εφαρµόζοντας τις διατάξεις των ATC40 και FEMA 356 από τις οποίες προέκυψε ικανοποιητική πλαστιµότητα και µεγάλη υπεραντοχή για τον ενισχυµένο φορέα που αναλογεί σε συντελεστή συµπεριφοράς µεγαλύτερο του 2.5. Στο σχήµα 3 φαίνεται σε φάσµα επιταχύνσεων µετατοπίσεων η καµπύλη αντοχής του κτιρίου σε µία διεύθυνση Ικανοτικά φάσµατα επιταχύνσεων - µετατοπίσεων Mode 1 (x-x) Sa (m/sec 2 ) Sd (mm) Ελαστικο φασµα Φάσµα σχεδιασµού µ= 2.5 Pushover Σχήµα 3: Ικανοτικό φάσµα επιταχύνσεων µετατοπίσεων 3.3 Κατασκευαστικές διατάξεις Τα νέα τοιχώµατα θεµελιώθηκαν σε σύστηµα κεφαλόδεσµου-µικροπάσσαλων Φ22 µήκους 8-9µ όπως φαίνεται και στο σχήµα 4. Επιλέχθηκε η κατασκευή του κεφαλόδεσµου επί της γενικής κοιτόστρωσης, σε συµφωνία µε την αρχιτεκτονική οµάδα µελέτης, έτσι ώστε να µειωθεί το εύρος των εκσκαφών και να µην επηρεαστεί σηµαντικά η υφιστάµενη θεµελίωση η οποία για 30 χρόνια δεν παρουσίασε πρόβληµα.

6 Σχήµα 4: Κατασκευαστική λεπτοµέρεια συστήµατος θεµελίωσης νέων τοιχείων Σχήµα 5: Κατασκευαστική λεπτοµέρεια συστήµατος νέων τοιχείων

7 Τα νέα τοιχώµατα Ο/Σ τοποθετούνται εντός υφισταµένων φατνωµάτων δοκών στύλων και όπως φαίνεται και στη σχετική λεπτοµέρεια του σχήµατος 5 αγκυρώνονται µε τη χρήση βλήτρων. Σχήµα 6: Κατασκευαστική λεπτοµέρεια τρίπλευρου µανδύα εκτοξευόµενου σκυροδέµατος Σχήµα 7: Κατασκευαστική λεπτοµέρεια ενίσχυσης δοκού µε FRP s Η ενίσχυση των στύλων γίνεται µε χρήση µανδυών εκτοξευόµενου σκυροδέµατος πάχους 7-10εκ. Ειδική κατασκευαστική λεπτοµέρεια φαίνεται στο σχήµα 6 για την κατασκευή των µανδυών αυτών σε στύλους αρµών, όπου µόνο οι τρείς πλευρές του υποστυλώµατος είναι προσβάσιµες.

8 Η ενίσχυση των δοκών σε κάµψη γίνεται µε την χρήση ανθρακοελασµάτων και σε διάτµηση µε την χρήση ανθρακοϋφασµάτων υψηλού µέτρου ελαστικότητας. Σηµαντικό στοιχείο για την εφαρµογή των υλικών αυτών αποτελεί ο τρόπος αγκύρωσης τους µε την χρήση πρόσθετων διατάξεων που φαίνονται στο σχήµα 7. Σηµειώνεται ότι η ενίσχυση τη στήριξης της πλακοδοκού (άνω ίνα) γίνεται στα πέλµατα ενώ στο άνοιγµα (κάτω ίνα) στον κορµό. 4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το στοιχείο που καθιστά την παρούσα εργασία ενδιαφέρουσα είναι η εφαρµογή πολλών από τις διαθέσιµες µεθόδους ανάλυσης σε µία οµάδα κτιρίων καλά κατασκευασµένων την δεκαετία του 1970, όπου φαίνεται ο τρόπος που µπορεί να µειωθεί το κόστος επέµβασης. Ορισµένες ενδεικτικές ποσότητες φαίνονται στον πίνακα 2, και σηµειώνεται ότι το µέσο κόστος επέµβασης ανά τ.µ διαθέσιµων χώρων είναι 27000δρχ/τ.µ. ή 70 /τ.µ. Πίνακας 2 : Ενδεικτικές ποσότητες του έργου Type Μονάδα Ποσοτητα Μικροπάσσαλοι Τεµ 414 Βλήτρα Τεµ Hilti Τεµ 242 Gunite m 3 60 Ανθρακοελάσµατα m 214 Ανθρακοϋφάσµατα m ΑΝΑΦΟΡΕΣ 1. Federation International du Beton, Externally bonded FRP reinforcement for RC structures, fib Bulletin 14, Lausanne, Greek Concrete Code 2000, ΟΑΣΠ&ΣΠΜΕ, Greek Seismic Code, ΕΚΟΣ 2000, Greek codes for technical works, AUTH, Thessaloniki, Penelis G, & Kappos A., «Earthquake Resistant Concrete Structures», E& FN SPON, London, SAP2000: Three dimensional static and dynamic finite element analysis and design of structures, Computers and Structures Inc. (1999), Berkeley, California, E-tools user manual, Penelis Consulting SA, Thessaloniki 2002