Διδάσκων: Κίρτας Εμμανουήλ

Transcript

1 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΣΕ ΗΥ Ενότητα 2: Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Διδάσκων: Κίρτας Εμμανουήλ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 1

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Κεντρικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

4 Ενότητα 2 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΣΕ ΗΥ Διδάσκων: Κίρτας Εμμανουήλ

5 Περιεχόμενα ενότητας 1. Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων

6 Σκοποί ενότητας

7 Στάδια Δομοστατικής Μελέτης Σημαντικός ο ρόλος του Μηχανικού Στατικό πακέτο Πρόγραμμα CAD H/Y (Computer Aided Design) Πρόγραμμα CAA H/Y (Computer Aided Analysis) Πρόγραμμα H/Y Αρχιτεκτονική σύλληψη της κατασκευής Μόρφωση φέροντα οργανισμού Υπολογιστικό προσομοίωμα Αποτελέσματα ανάλυσης (M, V, N, παραμορφώσεις) Εμπειρία Μηχανικού Γνώση Κανονισμών Κρίση Προσομοίωση φορέα, εδάφους, φορτίων (εξιδανικεύσεις, απλοποιήσεις, παραδοχές) Ανάλυση Έλεγχος επάρκειας υπολογιστικού μοντέλου και φορέα Διαστασιολόγηση Πρόγραμμα CAD H/Y (Computer Aided Design) Αποτελέσματα διαστασιολόγησης (οπλισμοί) Σχέδια εφαρμογής Έλεγχος όπλισης φορέα Τεύχος υπολογισμών Τεύχος σχεδίων 7

8 Φέρων οργανισμός της κατασκευής Δομικά στοιχεία: Πλάκες Δοκοί Υποστυλώματα Τοιχώματα Στοιχεία θεμελίωσης Πλάκα Δοκός Υποστύλωμα Τοίχωμα Θεμέλιο 8

9 Φέρων οργανισμός της κατασκευής Παραλαβή φορτίων: Η μεταφορά των φορτίων στο έδαφος γίνεται σε μικρό βαθμό από μεμονωμένα δομικά στοιχεία Η παραλαβή γίνεται κυρίως από σύνολα δομικών στοιχείων που συνεργάζονται μεταξύ τους Τα σύνολα αυτά δομικών στοιχείων ονομάζονται υποφορείς του φέροντος οργανισμού Οι υποφορείς φροντίζουν για την ασφαλή μεταφορά κατακόρυφων και οριζόντιων φορτίων στο έδαφος 9

10 H/L>4 καμπτικού τύπου Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Φέρων οργανισμός της κατασκευής Υποφορείς: Αμιγή πλαίσια με ή χωρίς τοιχοπληρώσεις 1α 1β 2α t 2β H H H/L<2 διατμητικού τύπου t Δίχως τοιχοπληρώσεις Με τοιχοπληρώσεις L L 3α 3β 4α 4β 10

11 H/L>4 καμπτικού τύπου Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Φέρων οργανισμός της κατασκευής Υποφορείς: Επίπεδα τοιχώματα καμπτικού ή διατμητικού τύπου 2α t 2β H H H/L<2 διατμητικού τύπου t L L 4α 4β 11

12 H/L>4 καμπτικού τύπου Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων H 2β H/L<2 διατμητικού τύπο Φέρων οργανισμός της κατασκευής Υποφορείς: Μικτά πλαίσια 3α 3β 4α 4β L H L Σύζευξη αμιγών πλαισίων με τοιχώματα Σύζευξη τοιχωμάτων μεταξύ τους 12

13 H/L>4 καμπτικού τύπου H/L>4 καμπτικού τύπου 1β 2α t 2α Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων 2β t 2β H/L<2 Φέρων H οργανισμός διατμητικού Hτης κατασκευής τύπου t Υποφορείς: H H H/L<2 διατμητικού τύπου t Σύνθετα τοιχώματα - πυρήνες L L L 3β 4α 4α 4β 4β 13

14 Φέρων οργανισμός της κατασκευής Εύκαμπτα και δύσκαμπτα συστήματα Αμιγώς πλαισιακά συστήματα Μικτά συστήματα (Μεγάλη τιμή ιδιοπεριόδου Τ) (Μικρή τιμή ιδιοπεριόδου Τ) 14

15 Σεισμός Ρήγμα Διάδοση σεισμικής ενέργειας με τη μορφή σεισμικών κυμάτων από την πηγή (ρήγμα) έως την επιφάνεια του εδάφους και την υπό μελέτη κατασκευή 15

16 Acc (m/s²) Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Επιταχυνσιογράφημα σεισμού t (sec) Ένας σεισμός επηρεάζει διαφορετικά την κάθε κατασκευή φορτίζοντάς την με διαφορετικό επίπεδο φορτίου και προκαλώντας διαφορετική απόκριση 16

17 Acc (m/sec²) Φάσμα απόκρισης σεισμού PGA a1 a2 a3 a4 a5 3) Δημιουργία φάσματος από a6 τη μέγιστη τιμή απόκρισης κάθε φορέα περίοδος T (sec) 2) Μέτρηση τη απόκρισης για κάθε ιδιοπερίοδο Τ φορέα T=0 soil a1 T 1 Πιο εύκαμπτοι φορείς (μεγαλύτερη τιμή T) a2 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6.. ug a3 a4 a5 a6 Φορείς 5% απόσβεση PGA (max επιτάχυνση) 1) Επιταχυνσιογράφημα σεισμού 17

18 Acc (m/s²) Acc (m/s²) Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Μεγάλη τιμή ιδιοπεριόδου μειωμένα σεισμικά φορτία m F E Φάσματα Σχεδιασμού (q=3.5) T 2π m K ü EAK ü F E =m ü Τ (sec) Τ 1 Τ 2 18

19 Acc Acc (m/s²) Acc (m/s²) Acc (m/s²) Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων ü ü Συντονισμός: Σύμπτωση της δεσπόζουσας περιόδου του σεισμού με την ιδιοπερίοδο της 4.0 κατασκευής Τ Σεισμός 1 Σεισμός T (sec) t (sec) Σεισμός 1: δυσμενής για κτίρια μικρής ιδιοπεριόδου (δύσκαμπτα, χαμηλά, με τοιχώματα) Σεισμός t (sec) Σεισμός 2 19

20 Acc Acc (m/s²) Acc (m/s²) Acc (m/s²) Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων ü ü Συντονισμός: Σύμπτωση της δεσπόζουσας περιόδου του σεισμού με την ιδιοπερίοδο της κατασκευής Τ Σεισμός 1 Σεισμός T (sec) Σεισμός 1: δυσμενής για κτίρια μικρής ιδιοπεριόδου (δύσκαμπτα, χαμηλά, με τοιχώματα) Σεισμός 2: δυσμενής για κτίρια μεγάλης ιδιοπεριόδου (εύκαμπτα, ψηλά, δίχως πολλά τοιχώματα) Σεισμός t (sec) Σεισμός t (sec) 20

21 Φέρων οργανισμός της κατασκευής Χαρακτηριστικά αμιγώς πλαισιακών συστημάτων: Εύκαμπτα συστήματα μεγάλες μετακινήσεις πιθανότητα βλαβών σε μη φέροντα στοιχεία απαίτηση επεμβάσεων και σε μικρούς σεισμούς Εύκαμπτα συστήματα μεγάλη τιμή ιδιοπεριόδου μειωμένα σεισμικά φορτία Πλεονεκτούν σε στιφρά εδάφη (μικρή Τ) λόγω αποφυγής συντονισμού Μεγάλη δυνατότητα ανελαστικής συμπεριφοράς (πλαστιμότητα) Αξιόπιστη υπολογιστική προσομοίωση 21

22 Φέρων οργανισμός της κατασκευής Χαρακτηριστικά μικτών πλαισιακών συστημάτων: Δύσκαμπτα συστήματα μικρές μετακινήσεις περιορισμός βλαβών σε μη φέροντα στοιχεία λειτουργικότητα μετά από μικρούς σεισμούς Δύσκαμπτα συστήματα μικρή τιμή ιδιοπεριόδου αυξημένα σεισμικά φορτία Πλεονεκτούν σε μαλακά εδάφη (μεγάλη Τ) λόγω αποφυγής συντονισμού Σημαντική δυνατότητα ανελαστικής συμπεριφοράς (πλαστιμότητα) Απαιτητική υπολογιστική προσομοίωση Αποφυγή ικανοτικού ελέγχου (επάρκεια τοιχωμάτων) 22

23 Φέρων οργανισμός της κατασκευής Τύποι παραμόρφωσης δομικών συστημάτων + = τοίχωμα - υπερισχύει η καμπτική παραμόρφωση πλαίσιο - υπερισχύει η διατμητική παραμόρφωση μικτό πλαίσιο συνδυασμός τοιχώματος-πλαισίου μικτό πλαίσιο παραμόρφωση και δυνάμεις που αναπτύσσονται 23

24 Α) Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Β) Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Η μορφολογία του κτιρίου επηρεάζει τον τρόπο απόκρισης της κατασκευής τόσο σε στατικά αλλά κυρίως σε σεισμικά (οριζόντια) φορτία Κτίρια με καλή μορφολογία σε κάτοψη και καθ ύψος έχουν προβλέψιμη σεισμική συμπεριφορά Τα παραπάνω κτίρια χαρακτηρίζονται από τον ΕΑΚ 2000 ως κανονικά κτίρια (ΕΑΚ 2000, 3.5.1) 24

25 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Τα πατώματα λειτουργούν ως απαραμόρφωτα διαφράγματα στο επίπεδο τους Ελαχιστοποίηση των αβεβαιοτήτων στην κατανομή των οριζόντιων φορτίων A L 1 B L 3 A L 2 L 1 Y L 3 B L 2 K D L 4 uy φ C D K L 4 X C ux 25

26 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Εξασφαλισμένη διαφραγματική λειτουργία L/D<4 D L 26

27 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Αμφίβολη διαφραγματική λειτουργία L/D>4 D L 27

28 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Αμφίβολη διαφραγματική λειτουργία αδύναμο σημείο κάτοψης κατεύθυνση σεισμού αδύναμα σημεία κάτοψης κατεύθυνση σεισμού κατεύθυνση σεισμού 28

29 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Αμφίβολη διαφραγματική λειτουργία Κάτοψη αρχικού φορέα Προτεινόμενη βελτίωση Εναλλακτική προσέγγιση Κάτοψη αρχικού φορέα Προτεινόμενη βελτίωση Εναλλακτική προσέγγιση L/D>>1 D L προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας ενισχυμένη ζώνη στη διαστασιολόγηση προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας 29

30 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Κάτοψη αρχικού φορέα Προτεινόμενη βελτίωση Εναλλακτική προσέγγιση Αμφίβολη διαφραγματική λειτουργία L/D>>1 D L προτεινόμενα σημεία Κάτοψη αρχικού φορέα Προτεινόμενη βελτίωση Εναλλακτική προσέγγιση ενίσχυσης δυσκαμψίας ενισχυμένη ζώνη στη διαστασιολόγηση προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας 30

31 L/D>>1 D L Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) Αμφίβολη διαφραγματική λειτουργία ενισχυμένη ζώνη στη διαστασιολόγηση προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας Κάτοψη αρχικού φορέα Προτεινόμενη βελτίωση Εναλλακτική προσέγγιση προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας ενισχυμένες ζώνες στη διαστασιολόγηση 31

32 ενίσχυσης δυσκαμψίας Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Σχήμα κάτοψης κτιρίου (ΕΑΚ [4]α) προτεινόμενα σημεία ενίσχυσης δυσκαμψίας Αμφίβολη διαφραγματική λειτουργία Κάτοψη αρχικού φορέα Προτεινόμενη βελτίωση Εναλλακτική ενισχυμένες ζώνες προσέγγιση στη διαστασιολόγηση ενισχυμένες ζώνες στη διαστασιολόγηση 32

33 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Αποφυγή στρεπτικών επιπονήσεων Το κέντρο ελαστικής στροφής (κέντρο δυσκαμψίας) πρέπει να είναι κοντά στο κέντρο βάρους της κάτοψης Το κέντρο βάρους της κάτοψη ταυτίζεται με το γεωμετρικό της κέντρο όταν η κατανομή της μάζας σε κάτοψη είναι ομοιόμορφη (α) (β) M K M M' K' K K' M' 33

34 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Μικρή απόσταση κέντρου βάρους με κέντρο ελαστικής στροφής Επάρκεια τοιχωμάτων και στις δυο διευθύνσεις Αποφυγή ασταθών διατάξεων τοποθέτησης τοιχωμάτων Γενικός κανόνας: τοποθέτηση τοιχωμάτων στην περίμετρο - Αύξηση δυνατότητας παραλαβής φορτίων - Αύξηση προσφερόμενης δυστρεψίας - Προσοχή στους καταναγκασμούς (θερμοκρασιακές μεταβολές) από τοιχώματα τύπου Γ ή Π 34

35 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία K K M M K M K M M K M M K M K K η διάταξη τοιχωμάτων τύπου Γ σε όλες τις γωνίες προκαλεί κάποια ανησυχία αναφορικά με τις συστολοδιαστολές της κάτοψης λόγω θερμοκρασιακών μεταβολών και συστολής ξηράνσεως M K M K M K M K αποδεκτό μόνο για τετραγωνική κάτοψη και ισχυρό πυρήνα αποδεκτό μόνο για ισχυρό πυρήνα και ομοιόμορφη κατανομή της μάζας ερωτηματικό η συμπεριφορά κατά Χ-Χ σε θερμοκρασιακές μεταβολές βελτιωμένη διάταξη K M M K M K 35

36 θερμοκρασιακών μεταβολών και συστολής ξηράνσεως Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων M K M K Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας αποδεκτό μόνο για τετραγωνική αποδεκτό μόνο για ισχυρό πυρήνα ερωτηματικό η συμπεριφορά κατά κάτοψη και ισχυρό Δυσμενής πυρήνα και μορφολογία ομοιόμορφη κατανομή της μάζας Χ-Χ σε Ευνοϊκή θερμοκρασιακές μεταβολές μορφολογία M K M K βελτιωμένη διάταξη K M M K M K εύστρεπτο τοιχώματα μόνο κατά Υ-Υ K M M K M K ασταθείς διατάξεις τοιχωμάτων ερωτηματικό η συμπεριφορά κατά σε θερμοκρασιακές μεταβολές M K M K εύστρεπτο κτίριο - μειωμένη παραλαβή σεισμικών δυνάμεων βέλτιση διάταξη τοιχωμάτων 36

37 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας ΕΑΚ 2000 (( Σ α) (α)-(β)-(γ) κατάλληλες κατόψεις (δ)-(ε)-(ζ) σεισμικώς ανεπαρκείς ακατάλληλες κατόψεις (η)-(θ)-(ι) δύστρεπτες σεισμικά επαρκείς κατόψεις αλλά με ενδεχόμενο καταναγκασμών (α) (δ) (η) (β) (ε) (θ) (γ) (ζ) (ι) 37

38 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας (α) Βελτίωση της κάτοψης (γ) (β) (δ) (ε) Μ Κ (β) (γ) Κ (ε) Ποια κάτοψη είναι δυσμενέστερη (ζ)? L 2 > L 1 Μ Μ Κ L 1 Κ (γ) (ζ) 38

39 Δ13 Δ16 Δ19 Δ22 T4 Δ13 Δ16 Δ19 Δ22 K5 Δ13 Δ16 Δ19 Δ22 Δ13 Δ16 Δ19 Δ22 K8 Δ17 Δ20 Δ23 Δ17 Δ20 Δ23 Δ15 Δ18 Δ21 Δ24 Δ15 Δ18 Δ21 Δ24 Δ17 Δ20 Δ23 Δ17 Δ20 Δ23 Δ15 Δ18 Δ21 Δ24 Δ15 Δ18 Δ21 Δ24 Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Παράδειγμα επιρροής θέσης τοιχωμάτων (Χριστοπούλου, 2005) Δ14 T3 K1 Δ1 Π1 Δ4 K4 T1 Δ2 Δ5 m K2 K5 Δ3 Δ6 K6 K3 Δ14 K2 K1 Δ1 Π2 Δ4 K4 T1 Δ2 Δ5 m T2 T3 Δ3 Δ6 T4 K3 Δ7 Δ8 Δ9 Δ7 Δ8 Δ9 K7 K8 K9 K7 K8 K9 Δ10 Δ11 Δ12 Δ10 Δ11 Δ12 K10 T2 K11 K12 K10 K6 K11 K12 K1 Δ1 T1 Δ2 T2 Δ3 K3 K1 Δ1 K4 Δ2 K2 Δ3 K3 Ποια θέση τοιχωμάτων φαίνεται ευμενέστερη?? Δ14 K2 Π3 Δ4 Δ7 K4 Δ5 m Δ8 K5 Δ6 Δ9 T3 Δ14 K5 Π4 Δ4 Δ7 T1 Δ5 m Δ8 T2 Δ6 Δ9 K6 K7 K8 K9 K7 T4 T3 Δ10 Δ11 Δ12 Δ10 Δ11 Δ12 K10 K6 K11 K12 K10 K9 K11 K12 39

40 KN*m KN*m KN*m KN*m Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Παράδειγμα επιρροής θέσης τοιχωμάτων (Χριστοπούλου, 2005) 140 Ροπή κάμψης υποστυλώματος Κ1 Κ ,29 67,72 K1 K ,03 39,02 39,24 41,79 Κ10 Κ ,8 34,31 K10 K Προσομοίωμα 1(α) - base Προσομοίωμα 2(α) - base Γιατί να προτιμηθεί το ,79 123,75 K1 K K1 K3 Π1 από το Π4?? ,7 27,13 K10 K ,68 40,09 40,09 40,68 K10 K Προσομοίωμα 3(α) - base Προσομοίωμα 4(α) - base 40

41 Δ13 Δ16 Δ19 Δ22 Δ13 Δ16 Δ19 Δ22 T4 K8 Δ14 T3 Δ15 Δ17 Δ20 Δ23 Δ17 Δ20 Δ23 Δ18 Δ21 Δ24 Δ15 Δ18 Δ21 Δ24 Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Παράδειγμα επιρροής θέσης τοιχωμάτων (Χριστοπούλου, 2005) Εφαρμογή πλήρους δυναμικής φασματικής ανάλυσης του ΕΑΚ 2000 K1 Δ1 T1 Δ2 K2 Δ3 K3 K1 Δ1 K4 Δ2 K2 Δ3 K3 Δ4 Δ5 Δ6 Δ4 Δ5 Δ6 Για πιο λόγο επιβάλλεται η μετακίνηση της μάζας από το γεωμετρικό κέντρο της κάτοψης?? K7 K4 K5 K6 Θ3 Θ2 Θ1 Δ7 Θ4 Δ9 K8 Δ8 K9 Δ10 Δ11 Δ12 Δ14 K5 K7 Δ7 Δ10 T1 T4 Θ2 Θ3 Θ4 Δ8 Δ11 Θ1 T2 T3 Δ9 Δ12 K6 K10 T2 K11 K12 Μετακίνηση της μάζας σε 4 θέσεις (τυχηματική εκκεντρότητα) K10 K9 K11 K12 41

42 Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Παράδειγμα επιρροής θέσης τοιχωμάτων (Χριστοπούλου, 2005) Υπάρχουν στρεπτικές επιπονήσεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη Πραγματική κατανομή της μάζας την ώρα του σεισμού Διαφορική εισαγωγή της κίνησης του εδάφους στην κατασκευή κατά τη διάρκεια του σεισμού 42

43 KN*m KN*m Μορφολογία φέροντος οργανισμού κτιρίων Μορφολογία κτιρίου σε κάτοψη Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας Παράδειγμα επιρροής θέσης τοιχωμάτων (Χριστοπούλου, 2005) Εφαρμογή πλήρους δυναμικής φασματικής ανάλυσης του ΕΑΚ ,16 38,13 46,37 46,38 1α1 1α2 1α3 1α ,99 57,01 54,72 54,73 4α1 4α2 4α3 4α4 0 Υποστύλωμα Κ12 (base) 0 Υποστύλωμα Κ12 (base) Προσομοίωμα Π1 Προσομοίωμα Π4 Αυξημένη ένταση κατά 30% 43

44 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Σχήμα κτιρίου καθ ύψος Κανονικό ορθογωνικό σχήμα διασφαλίζει την ομαλή ροή των σεισμικών φορτίων από την ανωδομή στο έδαφος Σε περίπτωση απόκλισης η μετάβαση να γίνεται από μεγαλύτερο όγκο στους χαμηλούς ορόφους προς μικρότερο στους ψηλούς ορόφους Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή Ευνοϊκή μορφολογία L L H H H>>L H<4L 44

45 Δυσμενής μορφολογία Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος L Σχήμα κτιρίου καθ ύψος Ευνοϊκή μορφολογία Κανονικό ορθογωνικό σχήμα διασφαλίζει L την ομαλή ροή των σεισμικών φορτίων από H την ανωδομή στο έδαφος Σε περίπτωση απόκλισης η μετάβαση να γίνεται από μεγαλύτερο όγκο στους χαμηλούς ορόφους προς μικρότερο στους ψηλούς ορόφους H>>L Δυσμενής μορφολογία H H<4L Ευνοϊκή μορφολογία συγκέντρωση τάσεων αντισεισμικός αρμός 45

46 L H Μορφολογία φέροντος H οργανισμού κτιρίων Μορφολογία H>>L κτιρίου καθ ύψος Σχήμα κτιρίου καθ ύψος H<4L Κανονικό ορθογωνικό σχήμα διασφαλίζει την ομαλή ροή των σεισμικών φορτίων από την ανωδομή συγκέντρωση στο έδαφος τάσεων Σε περίπτωση απόκλισης η μετάβαση να γίνεται από μεγαλύτερο όγκο στους χαμηλούς ορόφους προς μικρότερο στους ψηλούς ορόφους Δυσμενής μορφολογία αντισεισμικός αρμός Ευνοϊκή μορφολογία 46

47 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας κτιρίου καθ ύψος Κανονικά κτίρια Η αύξηση της μάζας και της δυσκαμψίας καθ ύψος δεν πρέπει να υπερβαίνει το 35% της μάζας και δυσκαμψίας του προηγούμενου ορόφου Η μείωση της μάζας ή της δυσκαμψίας καθ ύψος δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50% της μάζας και δυσκαμψίας του προηγούμενου ορόφου mi+1 mi mi+1 mi Ki+1 Ki Ki+1 Ki Πρέπει mi mi Πρέπει m mi mi Πρέπει Ki Ki Πρέπει i 1 i 1 Τελικά πρέπει: m i Τελικά πρέπει: i Ki Ki K K 47

48 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας κτιρίου καθ ύψος Κανονικά κτίρια Η αύξηση της μάζας και της δυσκαμψίας καθ ύψος δεν πρέπει να υπερβαίνει το 35% της μάζας και δυσκαμψίας του προηγούμενου ορόφου Η μείωση της μάζας ή της δυσκαμψίας καθ ύψος δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50% της μάζας και δυσκαμψίας του προηγούμενου ορόφου Απότομη μεταβολή μάζας ή δυσκαμψίας προκαλούν συγκεντρωση τάσεων σε κάποια επίπεδα Τυχόν ανοίγματα σε τοιχώματα πρέπει να είναι μικρά και ομοιόμορφα τοποθετημένα Κοντά υποστυλώματα και σχηματισμός μαλακού ορόφου πρέπει να αποφεύγονται 48

49 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας κτιρίου καθ ύψος Κανονικά κτίρια Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία 0.2m 0.2m 0.5m 0.4m 0.4m 0.3m m m 0.7m 1.2m m mi+1 mi mi+1 mi mi+1 mi = = = m 0.9m 0.9m m m m m m 1.1m 1.2m m δεν ισχύουν τα όρια κανονικότητας - υπάρχει και γενικότερη ανομοιομορφία μαζών των ορόφων ισχύουν τα όρια κανονικότητας και οι μεταβολές των μαζών δεν είναι σημαντικές μεταξύ των ορόφων m 10m 10m m 0.4m m m m m m m m m m m απότομη μεταβολή μάζας σε μια στάθμη σημαντική συγκέντρωση έντασης πέραν των θεμάτων κανονικότητας 49

50 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας κτιρίου καθ ύψος Κανονικά κτίρια Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία 0.4K 0.6K 0.6K 0.4K K Ki+1 Ki = K K απότομη μεταβολή της δυσκαμψίας σε μια στάθμη σταδιακή μεταβολή της δυσκαμψίας ακανόνιστα ανοίγματα στο τοίχωμα μη ομαλή ροή δυνάμεων φυτευτά υποστυλώματα 50

51 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας κτιρίου καθ ύψος Κανονικά κτίρια Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία μαλακός όροφος κοντά υποστυλώματα 51

52 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Κατανομή μάζας και δυσκαμψίας κτιρίου καθ ύψος Κανονικά κτίρια Δυσμενής μορφολογία Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία Ευμενής μορφολογία Σεισμός Kobe M=7.2, Japan 17/01/

53 Μαλακός όροφος Η ύπαρξη ενός ορόφου με πολύ μειωμένη δυσκαμψία σε σχέση με τους γειτονικούς του ορόφους Συχνότερη η εμφάνιση μαλακού ορόφου στο ισόγειο κτιρίων (πυλωτή ή καταστήματα) λόγω της απουσίας τοιχοποιίας πλήρωσης Οι τοιχοποιίες πλήρωσης δεν αποτελούν δομικό στοιχείο του φέροντος οργανισμού, η παρουσία τους όμως αυξάνει de facto την δυσκαμψία των πλαισίων-υποφορέων Σημαντικότερο το πρόβλημα όταν η έλλειψη τοιχοποιίας πλήρωσης συνοδεύεται από φέροντα οργανισμό δίχως τοιχώματα (αμιγή πλαίσια) 53

54 Μαλακός όροφος Σημαντικότερο το πρόβλημα όταν η έλλειψη τοιχοποιίας πλήρωσης συνοδεύεται από φέροντα οργανισμό δίχως τοιχώματα (αμιγή πλαίσια) Αμιγή πλαίσια Μικτά πλαίσια Έστω Κ ορ =Κ Έστω Κ ορ =2 Κ Κ Κ 0.7 Κ Δυσκαμψία τοιχοποίας Έστω Κ τοιχ =0.3 Κ 2Κ 2Κ 1.7 Κ Ισόγειο: Μείωση δυσκαμψίας 30% K Κ ορ ισογ K 0.7 Κ 100% 100% 30% Κ Κ ορ Ισόγειο: Μείωση δυσκαμψίας 15% 2K 1.7 Κ 100% 15% 2Κ 54

55 Μαλακός όροφος Διάφορες περιπτώσεις μαλακού ορόφου 55

56 Μαλακός όροφος Διάφορες περιπτώσεις μαλακού ορόφου Σε 495 κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος που καταγράφηκαν στην πόλη των Σερρών τα 72 έχουν μαλακό όροφο, δηλαδή ποσοστό 15% (Καραποστόλη, 2006) Σε κτίρια Ο/Σ κατασκευασμένα μετά το 1990, το ποσοστό αυξάνει στο 35% 56

57 Μαλακός όροφος Σημαντική παραμόρφωση σε σχέση με τους γειτονικούς ορόφους Μεγάλη καταπόνηση των υποστυλωμάτων και αστοχίες καμπτικού τύπου Σημαντική αύξηση της τέμνουσας πυρήνα στο επίπεδο των μαλακών ορόφων Έλλειψη τοιχοπλήρωσης στους 4 κάτω ορόφους 57

58 Μαλακός όροφος Μηχανισμός αστοχίας ορόφου και όχι ιεραρχημένη αστοχία δομικών μελών ΕΑΚ 2000 Ικανοτικός σχεδιασμός: αστοχία δοκών και όχι στύλων Μηχανισμός ορόφου Μικρός αριθμός πλαστικών αρθρώσεων μικρή απορρόφηση ενέργειας Αποφυγή μηχανισμού ορόφου Μεγάλος αριθμός πλαστικών αρθρώσεων μεγάλη απορρόφηση σεισμικής ενέργειας 58

59 Αστοχίες μαλακού ορόφου Αστοχία καμπτικού τύπου στα άκρα του υποστυλώματος του μαλακού ορόφου 59

60 Αστοχίες μαλακού ορόφου Πηγή: NISEE Σεισμός Imperial Valley M=7.0, California 15/10/

61 Αστοχίες μαλακού ορόφου Πηγή: NISEE Σεισμός Northridge M=6.7, California 17/01/

62 Αστοχίες μαλακού ορόφου Απώλεια των δυο χαμηλότερων ορόφων!! Πηγή: NISEE Σεισμός Kocaeli M=7.4, Turkey 17/08/

63 Αστοχίες μαλακού ορόφου Απώλεια του 2 ου ορόφου Πηγή: NISEE Σεισμός Kocaeli M=7.4, Turkey 17/08/

64 Σχηματισμός κοντών υποστυλωμάτων Στάθμες ορόφων σε μικρή απόσταση Τεχνητή μείωση ελεύθερου ύψους υποστυλώματος - Λόγω γειτνίασης με τοιχοποιία - Λόγω διάνοιξης ανοιγμάτων (παράθυρα, φεγγίτες) Κοντό υποστύλωμα όταν Μ α 2.5 V h ΕΚΩΣ 2000 Σ ΕΑΚ 2000 Σ α[4]γ 64

65 Σχηματισμός κοντών υποστυλωμάτων Αυξημένη τιμή τέμνουσας F F h 1 2 F 1 2 F h/2 1 F 8 9 F 9 h/2 Αλλαγή μηχανισμού αστοχίας στύλου (σε διάτμηση ψαθυρή αστοχία) Καμπτική αστοχία (πλάστιμη) Σημαντική απορρόφηση ενέργειας Διατμητική αστοχία (ψαθυρή) Μικρή απορρόφηση ενέργειας Αστοχία εκρηκτικού τύπου 65

66 Σχηματισμός κοντών υποστυλωμάτων Συνήθως ο σχηματισμός των κοντών υποστυλωμάτων δεν προβλέπεται κατά τη μελέτη Πέρα συνεπώς από τη δυσμενή μορφή αστοχίας υπάρχει και έλλειψη σημαντικού οπλισμού διάτμησης που θα μπορούσε να προβλεφθεί κατά το σχεδιασμό Σε 495 κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος που καταγράφηκαν στην πόλη των Σερρών τα 77 εμφανίζουν κοντά υποστυλώματα (ποσοστό 16%) ενώ στα μισά από αυτά η παρουσία τους ήταν εκτεταμένη (Καραποστόλη, 2006) 66

67 Σχηματισμός κοντών υποστυλωμάτων Σε ποιες θέσεις έχουμε σχηματισμό κοντού υποστυλώματος?????????? 67

68 Αστοχίες κοντών υποστυλωμάτων Μη φέρον τοιχείο χαμηλού ύψους στα μπαλκόνια Πηγή: EERI Σεισμός Northridge M=6.7, California 17/01/

69 Αστοχίες κοντών υποστυλωμάτων Διατμητική αστοχία κοντού υποστυλώματος που σχηματίστηκε λόγω γειτνίασης με μη φέρων τοιχείο Πηγή: NISEE Σεισμός Gualan M=7.5, Guatemala, 04/02/

70 Αστοχίες κοντών υποστυλωμάτων και όχι μόνο Sextos et al, 2005 Καμπτική αστοχία υποστυλωμάτων εισόδου (μαλακός όροφος) Σεισμός Λευκάδας M=6.4, 13/08/

71 Αστοχίες κοντών υποστυλωμάτων και όχι μόνο Sextos et al, 2005 Διατμητική αστοχία εκρηκτικού τύπου κοντών υποστυλωμάτων στην πλαϊνή πλευρά του κτιρίου Σεισμός Λευκάδας M=6.4, 13/08/

72 Αποκατάσταση βλαβών βελτίωση σεισμικής συμπεριφοράς Επεμβάσεις στην πρόσοψη για αποτροπή φαινομένου μαλακού ορόφου 72

73 Αποκατάσταση βλαβών βελτίωση σεισμικής συμπεριφοράς Επεμβάσεις στην πλάγια όψη για αποτροπή κοντών υποστυλωμάτων 73

74 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Παράδειγμα επιρροής μεταβολής καθ ύψος δυσκαμψίας (Αλεξόπουλος 2005) Μελετήθηκε η μεταβολή της δυσκαμψίας λόγω έλλειψης τοιχοπλήρωσης 74

75 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Παράδειγμα επιρροής μεταβολής της καθ ύψος δυσκαμψίας Αποτελέσματα μετατοπίσεων κτιρίου Σχετικές μετακινήσεις κορυφής κτιρίου Σχετικές μετακινήσεις 1 ου ορόφου Η ύπαρξη τοιχοπλήρωσης προσφέρει σημαντική δυσκαμψία στο κτίριο Το πλεονέκτημα από την ύπαρξη τοιχοποιίας εκμηδενίζεται όταν υπάρχει μαλακός όροφος 75

76 Μορφολογία κτιρίου καθ ύψος Παράδειγμα επιρροής μεταβολής της καθ ύψος δυσκαμψίας Ενδεικτικά σκαριφήματα παραμόρφωσης κτιρίου Όμοια μετακίνηση ισογείου για γυμνό πλαίσιο και κτίριο με Pilotis Στο γυμνό πλαίσιο όμως δίνεται δυνατότητα στροφής του κόμβου, άρα μειώνεται η καταπόνηση της κεφαλής του στύλου ισογείου Στο σύστημα Pilotis η τοιχοπλήρωση των ορόφων αποτρέπει στροφή του κόμβου, επιβαρύνοντας την κάμψη της κεφαλής του στύλου ισογείου 76

77 Μορφολογία θεμελίωσης Εξασφάλιση ενιαίας ταλάντωσης στη βάση του κτιρίου (μονολιθικότητα θεμελίωσης) Αποφυγή διαφορικών μετακινήσεων-καθιζήσεων στη θεμελίωση Συμμετοχή στην παραλαβή των εντατικών φορτίων της ανωδομής για την καλύτερη κατανομή των τάσεων στο έδαφος θεμελίωσης Θετικά στοιχεία στη θεμελίωση Ύπαρξη περιμετρικού τοιχώματος υπογείου αύξηση δυσκαμψίας θεμελίωσης δύσκαμπτο κιβώτιο ενιαία κίνηση βάσης Ισχυρές συνδετήριες δοκοί ή πεδιλοδοκοί και κοιτοστρώσεις 77

78 Μορφολογία θεμελίωσης Δυσμενής μορφολογία Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία μαλακό έδαφος σκληρό έδαφος μαλακό έδαφος σκληρό έδαφος μαλακό έδαφος σκληρό έδαφος 78

79 Μορφολογία θεμελίωσης Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία ισχυρές συνδετήριες δοκοί τοιχείο συναρμογής συνδετήριες δοκοί αντισεισμικός αρμός τοιχεία (δύσκαμπτο υπόγειο) 79

80 Μορφολογία θεμελίωσης Δυσμενής μορφολογία Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία ασύνδετα θεμέλια συνδετήριες δοκοί κοιτόστρωση ασύνδετα θεμέλια ισχυρές συνδετήριες δοκοί 80

81 Μορφολογία θεμελίωσης Δυσμενής μορφολογία Ευνοϊκή μορφολογία Mτοιχ >> Mτοιχ >> ασύνδετα θεμέλια ισχυρές συνδετήριες δοκοί ή πεδιλοδοκός κίνδυνος εμβολισμού υποστυλώματος συνδετήρια δοκός στο σώμα του θεμελίου διακοπή αντισεισμικού αρμού στη θεμελίωση συνεχής αντισεισμικός αρμός (Διχογνωμία απόψεων αναφορικά με την απαίτηση για συνέχιση του σεισμικού αρμού και στη θεμελίωση) 81

82 Τέλος Ενότητας 82