Άλκιμος ΠΑΠΑΘΑΝΑΣΙΟΥ 1, Ιωάννης Παπαθεοδώρου 2

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1855 Προσεισμική ενίσχυση τριώροφου βιομηχανικού κτηρίου στα Πετράλωνα και μετατροπή του σε κατάστημα τροφίμων Pre-earthquake strengthening of a three-storey industrial building and conversion of it to a super market Άλκιμος ΠΑΠΑΘΑΝΑΣΙΟΥ 1, Ιωάννης Παπαθεοδώρου 2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην Αθήνα, στα Πετράλωνα, το 2005, τριώροφο βιομηχανικό κτήριο με φ.ο. από ο.σ., κατασκευής 1972, με κάλυψη 1377 m 2, μετατράπηκε σε κατάστημα τροφίμων. Ο φορέας είχε μελετηθεί με τους παλιούς Κανονισμούς Σκυροδέματος και Αντισεισμικό και ήταν γενικά σε καλή κατάσταση. Για την αλλαγή χρήσης απαιτήθηκαν σημαντικές επεμβάσεις στον φ.ο. όπως α) κατάργηση μικρού ημιωρόφου β) ταπείνωση της στάθμης οροφής υπογείου δαπέδου ισογείου γ) κατάργηση τμημάτων ζυγωμάτων πλαισίων ανοίγματος έως 16 m σε δύο ορόφους, για την διέλευση κυλιομένων κλιμάκων δ) καθαιρέσεις για την κατασκευή νέων ανελκυστήρων, κλιμακοστασίων, κεκλιμένων επιπέδων γκαράζ και την διέλευση Η/Μ εγκαταστάσεων κτλ. ε) κατασκευή νέου, πλήρους ορόφου μεταξύ δαπέδου και οροφής ισογείου. Έτσι δημιουργήθηκε η ανάγκη πλήρους ανασχεδιασμού του φορέα έναντι σεισμού, ο οποίος έγινε με α) την κατάργηση υπάρχοντος αρμού διαστολής και β) με την προσθήκη νέων φερόντων στοιχείων ο.σ. (στύλων και τοιχωμάτων) και μανδυών ενίσχυσης, θεμελιωμένων σε νέες πλάκες γενικής κοιτόστρωσης. Η επέμβαση μελετήθηκε με τους ισχύοντες Κανονισμούς, ώστε να καλύπτει τους γενικούς ελέγχους ΕΑΚ 2000 και ΕΚΟΣ και τους ελέγχους αντοχής τόσο στα νέα όσο και στα υφιστάμενα στοιχεία, με την εξαίρεση των λεπτομερειών όπλισης για τα υφιστάμενα. ABSTRACT: In Athens (Petralona) in 2005, a 3-storey industrial building in fairly good condition, with an area of 1377 m 2 in plan, built in 1972, was converted to a super market. Many interventions were imposed to the structural framework to meet the requirements of the new use, i.e. a) demolition of a small mezzanine b) lowering of the level of the ground floor and basement s ceiling c) partial demolition of several beams, some of them of a 16 m span, to provide access for sliding scales d) local demolitions and construction of lifts, garage ramps, staircases and equipment shafts e) construction of a new full floor dividing the ground floor in two, in the sense of height. All these interventions imposed the redesign of the structure for earthquake. The redesign consisted of a) the abolition of the expansion joint and b) the addition of new structural elements (shear walls and columns) and jackets, founded on two new slabs. After the redesign all structural elements, existing and new, comply with the requirements of Modern Greek Codes for R.C. and Earthquake (except the detailing of the existing elements) as well as the general requirements for the structure. 1 Πολιτικός Μηχανικός, ελεύθερος επαγγελματίας, ΑΘΗΝΑ, apapatha@tee.gr 2 Πολιτικός Μηχανικός, ελεύθερος επαγγελματίας, ΑΘΗΝΑ, papajo@ath.forthnet.gr

2 ΙΣΤΟΡΙΚΟ Το κτήριο βρίσκεται στην Αθήνα, στα Πετράλωνα, σε δις γωνιαίο οικόπεδο, το οποίο περιβάλλεται από τις οδούς Κειριάδων, Σφηττιών και Αλκμήνης. Κατά την στιγμή της επέμβασης είχε εκκενωθεί, αλλά μέχρι πρόσφατα είχε χρήση εργοστασίου της Σίσσερ Πάλκο ΕΠΕ. Σε κάτοψη έχει τραπεζοειδές σχήμα, με μέσες διαστάσεις 31 x 45 m 2 και είναι πανταχόθεν ελεύθερο. Το οικόπεδο κατά μήκος της οδού Σφηττιών έχει κλίση, δημιουργώντας μεταξύ των γωνιών του ανισοσταθμία 3.00 m. Καθ ύψος αποτελείτο αρχικά από έξι στάθμες: υπόγειο σε τμήμα της κάτοψης, ισόγειο, ημιώροφο σε τμήμα της κάτοψης και τρείς πλήρεις ορόφους Α, Β και Γ. Η κατασκευή του έγινε σε δύο φάσεις, μετά από την έκδοση των σχετικών οικοδομικών αδειών 27091/75 και 1202/94, με αντίστοιχες Στατικές Μελέτες. Το 1975 κατασκευάστηκε από ο.σ. το τμήμα του κτηρίου έως και τον Β όροφο με πρόβλεψη καθ ύψος προσθήκης δύο ακόμα πλήρων ορόφων από ο.σ. Το 1994 κατασκευάστηκε ο Γ όροφος με φ.ο. από δομικό χάλυβα. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΡΧΙΚΟ ΦΕΡΟΝΤΑ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ Για τον αρχικό φ.ο. συντάχθηκε πλήρης σειρά σχεδίων ξυλοτύπων, όψεων και τομών, με υπόβαθρο τα υπάρχοντα. Με επί τόπου έρευνα έγινε επαλήθευση της εφαρμογής των μελετών ως προς τα γεωμετρικά στοιχεία και, δειγματοληπτικά για τους οπλισμούς, με αποκαλύψεις και μαγνητικό ανιχνευτή. Από την έρευνα διαπιστώθηκε ότι η μεν Μελέτη για τον φορέα από ο.σ. εφαρμόστηκε πλήρως, με ελάχιστες εξαιρέσεις οι οποίες αποτυπώθηκαν, ενώ η Μελέτη για τον μεταλλικό φορέα δεν εφαρμόστηκε. Σε ότι αφορά την θεμελίωση, έγιναν δύο διερευνητικά φρεάτια, από τα οποία επαληθεύτηκε η ακριβής εφαρμογή της Μελέτης ως προς τα γεωμετρικά στοιχεία. Μελέτες και Παραδοχές Η αρχική Στατική Μελέτη για τον φ.ο. από ο.σ. μέχρι και την οροφή Β ορόφου εκπονήθηκε σύμφωνα με τους ισχύοντες το 1975 Ελληνικούς Κανονισμούς: Φορτίσεων (1945), Οπλισμένου Σκυροδέματος (1954) και Αντισεισμικό (1959). Οι υπολογισμοί έγιναν με το χέρι, με την επίλυση πολυωρόφων επιπέδων πλαισίων. Οι κυριώτερες Παραδοχές ήταν: Υλικά: B160 / St I για τα πέδιλα, B300 / St I για τους στύλους και τους συνδετήρες των δοκών και B300 / St III για τον διαμήκη οπλισμό των δοκών και των πλακών. Ωφέλιμα φορτία q=10 kn/m 2 για την οροφή υπογείου και q=5 kn/m 2 για τους υπόλοιπους ορόφους Για τον σεισμό ε=0.04 Για το έδαφος επσ εδ =350 kpa Η Στατική Μελέτη για τον φ.ο. του Γ ορόφου από δομικό χάλυβα εκπονήθηκε με τους Γερμανικούς Κανονισμούς DIN 1050, 1055/5, 4114, 4100 με φορτίο χιονιού kn/m 2 και 2

3 σεισμικό συντελεστή ε=0.06 Οι υπολογισμοί έγιναν με το χέρι, με την επίλυση μονωρόφων επιπέδων πλαισίων. Παθολογία Γενικά ο φ.ο. βρέθηκε σε καλή κατάσταση. Αν και η ηλικία του έφθανε τα 33 έτη και είχε υποβληθεί σε δύο έντονες σεισμικές διεγέρσεις (1981 και 1999) δεν εντοπίστηκαν μακροσκοπικά βλάβες ή παραμορφώσεις που να μαρτυρούν υπερβολική καταπόνηση των φερόντων στοιχείων της ανωδομής. Εντοπίστηκαν μόνο ρηγματώσεις μικρού εύρους στις πλάκες σε όλες τις στάθμες, ενδεχομένως λόγω δράσεων ροπών συστροφής και απουσίας ικανοποιητικού οπλισμού διανομής. Δεν εντοπίστηκαν ρηγματώσεις εγκάρσιες στον κύριο οπλισμό. Με την έναρξη των καθαιρέσεων αποκαλύφθηκε ο αρμός διαστολής, ο οποίος βρέθηκε σε εξαιρετικά κακή κατάσταση, καθώς και η ποιότητα του σκυροδέματος στην περιοχή του. Από τα δύο διερευνητικά φρεάτια δεν διαπιστώθηκε βλάβη στην θεμελίωση. Αποτίμηση της αντοχής Σχετικά με τους χάλυβες, από τις αποκαλύψεις των οπλισμών πιστοποιήθηκαν μακροσκοπικά οι κατηγορίες που προέβλεπε η Μελέτη για τα διάφορα δομικά στοιχεία. Για την εκτίμηση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος έγινε συνδυασμός πυρηνοληψιών και αξιόπιστων εμμέσων μεθόδων (υπερηχοσκοπήσεων και κρουσιμετρήσεων) μετά από βαθμονόμησή τους, σύμφωνα με την εγκύκλιο Ε7 του ΥΠΕΧΩΔΕ. Οι δοκιμές εφαρμόστηκαν σε όλο το κτήριο και έδειξαν ότι η ομοιομορφία του σκυροδέματος είναι ικανοποιητική και ότι η πιθανότερη πραγματική μέση επί τόπου θλιπτική αντοχή του είναι 20 MPa για όλες τις στάθμες. Από τους ελέγχους με χρήση χρωματοδείκτη φαινολοφθαλεΐνης προέκυψε βάθος ενανθράκωσης 18 mm σε μέσο πάχος επικάλυψης 30mm. Η στάθμη αξιοπιστίας δεδομένων (ΣΑΔ) μπορεί να χαρακτηριστεί υψηλή για το είδος και την γεωμετρία του φορέα από την θεμελίωση έως και τον Β όροφο και ικανοποιητική για τον Γ όροφο. Επίσης ικανοποιητική χαρακτηρίζεται η ΣΑΔ για τον οπλισμό των στοιχείων ο.σ. και ολόκληρο τον Γ όροφο. Έδαφος Πραγματοποιήθηκε εδαφοτεχνική έρευνα, η οποία προσδιόρισε την επιτρεπόμενη τάση εδάφους σε 250 kpa για το είδος της θεμελίωσης που επιλέχθηκε (γενική κοιτόστρωση) έναντι 350 kpa της αρχικής παραδοχής για μεμονωμένα πέδιλα και τον δείκτη εδάφους σε 20000kN/m 3. ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΚΑΘΑΙΡΕΣΗΣ Οι μείζονες καθαιρέσεις οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στον φ.ο., είναι: Πλήρης καθαίρεση του ημιωρόφου (στάθμες και +2.90) καθώς και των ενδιαμέσων πλατυσκάλων στην θέση του κλιμακοστασίου (στάθμες και ) Καθαίρεση του δαπέδου του ισογείου στο τμήμα όπου υπάρχει υπόγειο και αποξήλωση στο τμήμα επί του εδάφους. 3

4 Καθαίρεση τμήματος της οροφής ισογείου (στάθμη +5.35) δηλαδή τμήματος των πλακών και των ζυγωμάτων πλαισίων ανοίγματος 16 m, για την διέλευση κυλιόμενης κλίμακας. Καθαίρεση τμήματος της οροφής Α ορόφου (στάθμη +9.90) δηλαδή τμήματος των πλακών και των ζυγωμάτων πλαισίων ανοίγματος 8.5 m, για την διέλευση κυλιόμενης κλίμακας. Σχήμα 1. Τομή του κτηρίου πριν τις επεμβάσεις. Σχήμα 2. Τομή του κτηρίου μετά τις επεμβάσεις. ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΝΕΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Στις προσθήκες νέων φερόντων στοιχείων για την εξυπηρέτηση της νέας χρήσης του κτηρίου περιλαμβάνονται: Ανακατασκευή της πλάκας οροφής υπογείου 0.50 m χαμηλότερα από την στάθμη στην οποία προϋπήρχε. Η νέα πλάκα εδράζεται μέσω δοκών στο περιμετρικό τοιχίο του υπογείου και στους υφισταμένους στύλους, ενισχυμένους με περιμετρικούς μανδύες από έγχυτο σκυρόδεμα πάχους 0.20 m. 4

5 Δημιουργία νέας στάθμης μεταξύ δαπέδου και οροφής ισογείου στο επίπεδο +2.25, με την κατασκευή πλάκας ο.σ. Η νέα πλάκα εδράζεται μέσω δοκών στους υφισταμένους στύλους, ενισχυμένους με περιμετρικούς μανδύες από έγχυτο σκυρόδεμα πάχους 0.20 m και σε νέα κατακόρυφα στοιχεία. Διάταξη τεσσάρων νέων τοιχωμάτων και δύο νέων στύλων για την εγκατάσταση τριών νέων ανελκυστήρων. Προσθήκη νέων στύλων για την ενδιάμεση στήριξη των ζυγωμάτων, ανοίγματος 16 m στην στάθμη και ανοίγματος 8.5 m στην στάθμη +9.90, τμήμα των οποίων καθαιρείται για την διέλευση των κυλιομένων κλιμάκων. Ενίσχυση του τμήματος του ζυγώματος το οποίο απομένει. Σχήματα 3-4. Ξυλότυποι οροφής Ισογείου (στάθμη +5.35) και οροφής Α ορόφου (στάθμη +9.90) ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Οι επεμβάσεις προσεισμικής ενίσχυσης επιλέχθηκαν με κριτήρια: Την εξυπηρέτηση της Αρχιτεκτονικής λύσης. Την αύξηση της αντοχής και της ακαμψίας του κτηρίου συνολικά, ώστε να καλύπτει τις γενικές απαιτήσεις ακαμψίας των σύγχρονων Κανονισμών και τις απαιτήσεις αντοχής τόσο στα υπάρχοντα στοιχεία του, όσο και στα νέα. Το κόστος και την ταχύτητα υλοποίησης. 5

6 Για την κάλυψη των κριτηρίων προηγήθηκε μία φάση προμελέτης με διερευνητικές επιλύσεις του τροποποιημένου προσομοιώματος του φορέα. Η διερεύνηση κατέληξε στις εξής επεμβάσεις: Κατάργηση του αρμού διαστολής μεταξύ των δύο τμημάτων του κτηρίου. Αυτό πραγματοποιήθηκε με την τοποθέτηση, μέσα σε εγκοπές στην πλάκα, εγκαρσίου οπλισμού συρραφής με επαρκές μήκος αγκύρωσης εκατέρωθεν του αρμού και σφράγιση αρμού και εγκοπών με μη συρρικνούμενο κονίαμα. Διάταξη 18 νέων εμφατνωμένων τοιχωμάτων από ο.σ. σε κατάλληλες θέσεις της κάτοψης του κτηρίου, 17 στην περίμετρο και 1 στην περιοχή του κλιμακοστασίου. Όλα τα νέα τοιχώματα τα οποία εμφατνώθηκαν συνδέθηκαν με βλήτρα με τους παλιούς στύλους. Για την κατασκευή τους καθαιρέθηκαν τα τμήματα των πλακών στην περιοχή των κρυφοϋποστυλωμάτων, ώστε οι οπλισμοί τους, με κατάλληλα ματίσματα, να μην διακόπτονται σε όλο το ύψος του τοιχώματος. Οι οπλισμοί κορμού, όπου δεν ήταν δυνατή η πλήρης τοπική καθαίρεση της πλάκας, τοποθετήθηκαν από πλάκα σε πλάκα και η συνέχειά τους καθ ύψος εξασφαλίστηκε με διαμπερή βλήτρα. Κατασκευή πλακών επί εδάφους (radier) στο δάπεδο ισογείου και το δάπεδο υπογείου πάχους 0.60 m για την θεμελίωση των νέων τοιχωμάτων, των στύλων και των μανδυών. Οι πλάκες κατασκευάστηκαν σε στάθμη υψηλότερη από την στάθμη έδρασης της υπάρχουσας θεμελίωσης, επάνω σε εξυγειαντική στρώση σκύρων. Φωτ Περιμετρικό τοίχωμα (εμφάτνωση πλαισίων) και μανδύας Ο.Σ. στύλων. Φωτ Καθαίρεση τμήματος ζυγωμάτων πλαισίων ανοίγματος m μετά από υποστύλωση και ενίσχυση των τμημάτων που απομένουν. 6

7 Φωτ 6-8. Αρμός διαστολής κτηρίου πριν και μετά την επέμβαση. ΕΠΙΛΥΣΕΙΣ - ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ - ΕΛΕΓΧΟΙ Μορφώθηκε χωρικό προσομοίωμα του φορέα στην τελική του μορφή, με όλες τις προβλεπόμενες επεμβάσεις. Η ανωδομή προσομοιώθηκε με γραμμικά στοιχεία και η θεμελίωση με επιφανειακά. Ακολούθησε η επίλυσή του και ο έλεγχος συμμόρφωσης με τα γενικά κριτήρια δυσκαμψίας, κανονικότητας και στρεπτικής ευαισθησίας του ΕΑΚ. Με τα εντατικά μεγέθη της επίλυσης έγινε: Διαστασιολόγηση σύμφωνα με τις διατάξεις του ΕΚΟΣ των νέων στοιχείων, ήτοι τοιχωμάτων, στύλων, δοκών, πλακών ανωδομής και πλακών θεμελίωσης, καθώς και των ενισχυόμενων μέσω μανδυών υφισταμένων στοιχείων. Έλεγχος όλων των υφισταμένων στύλων που δεν ενισχύονται και των υφισταμένων δοκών οι οποίες θεωρήθηκαν κρίσιμες για την στατική λειτουργία του κτηρίου. Έλεγχος επάρκειας των νέων πλακών θεμελίωσης και των υπαρχόντων πεδίλων με την νέα, μειωμένη επιτρεπόμενη τάση εδάφους και μία εύλογη παραδοχή κατανομής της επιπόνησης στα σημεία συνύπαρξης των δύο θεμελιώσεων, παλιάς και νέας. Έλεγχος του υφισταμένου Γ ορόφου από δομικό χάλυβα με το ΕΚΕΦ του EC3. Σεισμική δράση σχεδιασμού Για τον προσδιορισμό της σεισμικής δράσης σχεδιασμού κατά ΕΑΚ 2000 θεωρήθηκαν: Σεισμική επιτάχυνση εδάφους Α=0.16g Συντελεστής σπουδαιότητας γ Ι =1.15 (κατηγορία Σ3) Έδαφος κατηγορίας Β και συντελεστής θεμελίωσης θ=1.0 Δείκτης συμπεριφοράς q=1.50 ως κτήριο χωρίς αυξημένες απαιτήσεις πλαστιμότητας, δεδομένου ότι οι λεπτομέρειες όπλισης των υφισταμένων δομικών στοιχείων δεν ήταν δυνατό να αλλάξουν εκ των υστέρων. 7

8 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ Η υλοποίηση των επεμβάσεων πραγματοποιήθηκε σε χρονικό διάστημα οκτώ μηνών περίπου. Τα υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ήταν: Σκυρόδεμα κατηγορίας C20/25, μέγιστου κόκκου αδρανούς 16 mm και υπερρευστοποιητή. Για τις σκυροδετήσεις, για τις οποίες υπήρχαν δυσκολίες στην πρόσβαση αρκετών σημείων, χρησιμοποιήθηκε δίκτυο αντλιών σκυροδέματος. Χάλυβας κατηγορίας S500s γενικά. Βλήτρα από ράβδους χάλυβα S500s με εποξειδική ρητίνη της HILTI, σύστημα HIT- HY150. Επισκευαστικά κονιάματα της DEGUSSA ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με τις επεμβάσεις οι οποίες προτάθηκαν, το κτήριο αναβαθμίστηκε από άποψη φέρουσας ικανότητας σε σεισμό και καλύπτει πλήρως τις απαιτήσεις των σύγχρονων Κανονισμών ΕΑΚ και ΕΚΟΣ. Συγκεκριμένα επιτεύχθηκε: Η αύξηση της συνολικής δυσκαμψίας του κτηρίου, με την συνακόλουθη μείωση των μετατοπίσεων και την μείωση των συντελεστών μεταθετότητας θ και γωνιακής παραμόρφωσης ορόφου δ/h σε μεγέθη πολύ χαμηλότερα από τα επιβαλλόμενα όρια του ΕΑΚ. Ο αποχαρακτηρισμός του κτηρίου ως στρεπτικά ευαίσθητου. Και τα τρία κριτήρια του ΕΑΚ καλύπτονται. Η ανάληψη της τέμνουσας βάσης σε σεισμό κατά >80% και στις δύο κύριες διευθύνσεις από νέα (και περισσότερο αξιόπιστα) στοιχεία, με αποτέλεσμα την αποτελεσματική ανακούφιση των υφισταμένων στοιχείων και την μείωση της επιπόνησής τους σε επίπεδα κατώτερα της φέρουσας ικανότητάς τους. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς εκφράζουν τις θερμές τους ευχαριστίες στον συνάδελφο Παναγιώτη Κ. Κωνσταντινίδη για την βοήθειά του στην σύνταξη και επεξεργασία του κειμένου. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ: Ε.Κ.Ω.Σ. 2000, Ε.Α.Κ., Κ.Ω.Σ. 1954, Κανονισμός Φορτίσεων 1946, Τεχν. Σκυροδέματος 1997, Ευρωκώδικας 3, DIN 7990, DIN 18800, Πυροπροστασίας ΚΑΝ.ΕΠΕ.- ΣΧΕΔΙΟ 1 (Μάρτιος 2004) ως προς τις εργασίες διερεύνησης. Ο.Α.Σ.Π.: Συστάσεις για προσεισμικές και μετασεισμικές επεμβάσεις σε κτήρια