Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (Σ.Τ.ΕΦ.) ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. (ΤΡΙΚΑΛΑ) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ Η/Υ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ (Σ.Τ.ΕΦ.) ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. (ΤΡΙΚΑΛΑ) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ Η/Υ Δημήτριος Ν. Χριστοδούλου Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, M.Sc.

2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 1. Διαρρύθμιση-διαμόρφωση και διαστασιολόγηση των εσωτερικών χώρων του κτιρίου με γνώμονα την: Καλαισθησία της κατασκευής Εύρυθμη λειτουργία του κτιρίου ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται (κατοικίες, γραφεία, εργοστάσια κλπ) και τις λειτουργικές ανάγκες των χρηστών (π.χ. διαμόρφωση συνθηκών εσωτερικού περιβάλλοντος μιας κατοικίας με επαρκή ηλιασμό και αερισμό των χώρων μέσω της ένταξης ικανού αριθμού και μεγέθους κουφωμάτων στο κέλυφος της κατασκευής). 2. Χωροθέτηση της κατασκευής με γνώμονα την: Ομαλή ένταξη της στο φυσικό τοπίο ή στο δομημένο περιβάλλον των πόλεων, το οποίο διέπεται από συγκεκριμένους πολεοδομικούς και χωροταξικούς κανόνες

3 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Αξιοποίηση των παραμέτρων του βιοκλιματικού σχεδιασμού (π.χ. ο νότιος προσανατολισμός του κτιρίου στο οικόπεδο εξασφαλίζει τις περισσότερες ώρες αποτελεσματικού ηλιασμού του κτιρίου το χειμώνα, απαιτείται, όμως, παράλληλα η λήψη μέτρων ηλιοπροστασίας για το σκιασμό του κτιρίου κατά τους θερινούς μήνες). Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός των κτιρίων επανασυνδέει το κτίριο με το φυσικό χώρο και τους νόμους του. Εξασφαλίζει τη θέρμανση και τον δροσισμό των εσωτερικών χώρων του κτιρίου με την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και του τοπικού μικροκλίματος. Κατανοεί και εφαρμόζει τους νόμους της θερμοδυναμικής, της γεωθερμίας, της φυσικής κίνησης των αιολικών ρευμάτων και αξιοποιεί τις θερμοφυσικές ιδιότητες των δομικών υλικών παρέχοντας μια νέα ποιότητα θερμικής άνεσης το χειμώνα και το καλοκαίρι (θαλπωρή - δροσιά). 3. Διαμόρφωση στοιχειώδους καννάβου κατακόρυφων φερόντων δομικών στοιχείων κατ εκτίμηση (χωρίς στατικό υπολογισμό των διατομών τους) προκειμένου να ενταχθεί σε πρώτη φάση το στατικό φέρον σύστημα στην κάτοψη και τις λειτουργικές απαιτήσεις της κατασκευής.

4 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Προσομοίωση του στατικού συστήματος του κτιρίου Ο χρήστης του προγράμματος, λαμβάνοντας από τα αρχιτεκτονικά σχέδια δεδομένα που αφορούν τις διαστάσεις (μήκος, πλάτος, ύψος) και τη διαρρύθμιση των εσωτερικών χώρων του κτιρίου (π.χ. θέση τοιχοποιιών για την προσομοίωσή τους ως φορτία πλακών στο στατικό μοντέλο), δημιουργεί ένα πιστό μοντέλο του φέροντα οργανισμού της κατασκευής. Στην έννοια της προσομοίωσης του στατικού συστήματος της κατασκευής εντάσσονται: Η γεωμετρική (όσον αφορά τις διαστάσεις των μελών και τη μορφή και το μέγεθος των διατομών τους) προσομοίωση των επιμέρους δομικών στοιχείων, τα οποία συνθέτουν το στατικό μοντέλο (πλάκες, δοκοί, υποστυλώματα, τοιχία, πυρήνες, φέροντα στοιχεία θεμελίωσης) Η προσομοίωση του υλικού κατασκευής του φέροντος οργανισμού σκυροδέματος (ποιότητες σκυροδέματος, χάλυβα) Η προσομοίωση της φόρτισης που δέχεται η κατασκευή (ίδια βάρη, στατικά και δυναμικά φορτία, σεισμικές ζώνες) Η σωστή προσομοίωση της συνδεσμολογίας (κόμβων) μεταξύ πλακών-δοκώνυποστυλωμάτων/τοιχίων-πελμάτων θεμελίωσης (ελαστικές αρθρώσεις, χρήση άκαμπτων απολήξεων, δεσμικών δοκών, δοκών προσομοίωσης πεδίλων) Η προσομοίωση των συνθηκών στήριξης του φορέα (πάκτωση, άρθρωση κλπ).

5 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Στατική και δυναμική ανάλυση του στατικού προσομοιώματος με βάση τις προδιαγραφές και τις απαιτήσεις των Κανονισμών που αφορούν τον Αντισεισμικό Σχεδιασμών των Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος [Ευρωκώδικας 2: Σχεδιασμός των Κατασκευών από Σκυρόδεμα, Ευρωκώδικας 8: Αντισεισμικός Σχεδιασμός των Κατασκευών, Ελληνικός Κανονισμός Ωπλισμένου Σκυροδέματος (ΕΚΩΣ) 2000, Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (ΕΑΚ) 2003]. Εντοπισμός λαθών (λάθος = μη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις και τις διατάξεις των κανονισμών) από το πρόγραμμα μετά την ολοκλήρωση της στατικής επίλυσης. Στη φάση αυτή ο χρήστης του προγράμματος (μελετητής μηχανικός) με κατάλληλες (στα πλαίσια των κανονισμών) παρεμβάσεις στο στατικό μοντέλο (π.χ. αυξομείωση διατομών δομικών στοιχείων, προσθαφαίρεση δομικών στοιχείων, βελτίωση ποιότητας υλικών) διορθώνει τα λάθη και το πρόγραμμα επιλύει εκ νέου το στατικό μοντέλο λαμβάνοντας υπόψη τις τροποποιήσεις που εισήγαγε ο χρήστης. Εφόσον δεν διαπιστωθούν σφάλματα κατά την επίλυση γίνεται η τελική διαστασιολόγηση και όπλιση των διατομών και ακολούθως παράγονται τα σχέδια των ξυλοτύπων και οι λεπτομέρειες όπλισης των διατομών (δοκοί, υποστυλώματα).

6 Παράδειγμα ξυλότυπου φορέα με ισόγειο, όροφο και θεμελίωση με πέδιλα

7 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Η σύνθεση του στατικού μοντέλου μιας κατασκευής γίνεται με βάση τα δεδομένα που προκύπτουν από τα αρχιτεκτονικά σχέδια της κατασκευής. Ο μελετητής πολιτικός μηχανικός έχει την ευθύνη της δημιουργίας ενός (κατά το δυνατόν) πιστού προσομοιώματος του φέροντα οργανισμού του κτιρίου γεγονός που θα εξασφαλίσει τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια στην στατική επίλυση του φορέα και τη βέλτιστη δυνατή διαστασιολόγηση των μελών του φορέα από τη σκοπιά της οικονομίας του υλικού, σύμφωνα πάντα με τις προδιαγραφές και τις απαιτήσεις των Κανονισμών (βέλτιστη οικονομοτεχνική λύση για την κατασκευή ενός ασφαλούς και λειτουργικού κτιρίου). Σε κάθε περίπτωση, η σχέση αρχιτεκτονικών σχεδίων και στατικού μοντέλου είναι αμφίδρομη αφού πιθανές ανεπάρκειες στις διατομές των δομικών στοιχείων, οι οποίες θα διαπιστωθούν μετά το στατικό έλεγχο (π.χ. ανάγκη αύξησης των διατομών υποστυλωμάτων, δοκών, ανάγκη προσθήκης επιπλέον κατακόρυφου δομικού στοιχείου κλπ.) και γενικότερα οποιεσδήποτε αλλαγές επιβάλλονται να γίνουν στα πλαίσια της στατικής επάρκειας και ασφάλειας της κατασκευής, θα πρέπει να ενσωματώνονται ομαλά στην αρχιτεκτονική κάτοψη της κατασκευής.

8 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Ας υποθέσουμε ότι εξετάζουμε την περίπτωση μιας διώροφης κατοικίας χωρίς υπόγειο (κατοικία με ισόγειο και έναν όροφο, δηλαδή κατοικία με 2 πλάκες πάνω από τη στάθμη του εδάφους. Η πλάκα επί εδάφους δεν λαμβάνεται υπόψη γιατί εδράζεται πλήρως στο έδαφος όπου και μεταφέρονται άμεσα τα φορτία της). Η κατασκευή της κατοικίας αυτής αλλά και οποιουδήποτε κτιρίου απαιτεί, μεταξύ άλλων, την αρχιτεκτονική και στατική της μελέτη και την παραγωγή των αντίστοιχων σχεδίων με βάση τα οποία θα υλοποιηθεί η κατασκευή (αρχιτεκτονικά και στατικά σχέδια). Αρχιτεκτονικά Σχέδια Περιλαμβάνουν κάτοψη ισογείου, κάτοψη ορόφου, κάτοψη δώματος, τομές σε χαρακτηριστικά σημεία, όψεις του κτιρίου. Οι κατόψεις περιγράφουν τις διαστάσεις και τη διαρρύθμιση των εσωτερικών χώρων (εσωτερικές/εξωτερικές τοιχοποιίες, χρήσεις και εμβαδά εσωτερικών χώρων) καθώς και τη διαμόρφωση του περιβάλλοντα χώρου. Κάτοψη ενός εσωτερικού χώρου λέγεται η ορθή προβολή του χώρου στο οριζόντιο επίπεδο του δαπέδου του. Αναλυτικότερα κάτοψη ενός χώρου ονομάζεται η ορθή προβολή μιας οριζόντιας τομής του χώρου στο δάπεδό του (βλέποντας τον χώρο από πάνω προς τα κάτω).

9 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Σε μία κάτοψη, όπως συμβαίνει και σε όλες τις τομές επίσης, δύο είναι οι κατηγορίες των στοιχείων που αναπαριστώνται: Τα στοιχεία που τέμνονται ( κόβονται ) από το οριζόντιο επίπεδο τομής Τα στοιχεία που φαίνονται από το επίπεδο της οριζόντιας τομής μέχρι το δάπεδο (δάπεδο = επίπεδο προβολής). Τα στοιχεία που κόβονται σχεδιάζονται με γραμμές μεγάλου πάχους, ενώ τα στοιχεία που φαίνονται σχεδιάζονται με λεπτές γραμμές. Το ύψος του επιπέδου όπου γίνεται η οριζόντια τομή ποικίλλει. Σε σχέδια κτιρίων θεωρούμε ότι το επίπεδο της οριζόντιας τομής βρίσκεται στο ύψος των ματιών ενός όρθιου ανθρώπου, δηλαδή περίπου 1.5m από το δάπεδο, έτσι ώστε να τέμνονται οι πόρτες και τα παράθυρα του χώρου.

10 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Αναλόγως προκύπτει και ο ορισμός της τομής. Εδώ το επίπεδο τομής τέμνει κατακόρυφα την κατασκευή και η θέση της τομής αλλά και η διεύθυνση προς την οποία αυτή κοιτάζει σημειώνονται στην κάτοψη (με γραμμή παύλας-τελείας μεγάλου πάχους). Το επίπεδο προβολής είναι επίσης κατακόρυφο και εξαρτάται από τη διεύθυνση προς την οποία κοιτάζει η τομή. Με ορθές προβολές προς το επίπεδο προβολής αναπαριστώνται τόσο τα στοιχεία που κόβονται όσο και τα στοιχεία που προβάλλονται. Οι τομές γενικά μας πληροφορούν για την ανάπτυξη του κτιρίου καθ ύψος (ύψος ορόφου, συνολικό ύψος κτιρίου). Τέλος, οι όψεις του κτιρίου μας πληροφορούν για την διαμόρφωση της εξωτερικής επιφάνειας του κτιρίου (χρωματισμοί εξωτερικών τοίχων και λοιπά αισθητικά στοιχεία). Η όψη μπορεί να οριστεί ως η κατακόρυφη τομή έξω από το κτίριο (το επίπεδο τομής βρίσκεται έξω από το κτίριο), με διεύθυνση όρασης προς το κτίριο. Στην περίπτωση αυτή δεν τέμνεται ( κόβεται ) κανένα στοιχείο του κτιρίου και προβάλλονται μόνο (με ορθές προβολές) όλα τα ορατά στοιχεία του κτιρίου που φαίνονται από το επίπεδο της τομής μέχρι και το κτίριο. Κατ αυτόν τον τρόπο τέμνεται μόνο το έδαφος (συνεπώς η γραμμή εδάφους σχεδιάζεται με χοντρή γραμμή) ενώ το αντικείμενο φαίνεται στο σχέδιο σε ορθή προβολή (λεπτή γραμμή σχεδίασης).

11 ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Στατικά σχέδια Τα στατικά σχέδια μιας διώροφης κατοικίας περιλαμβάνουν: Ξυλότυπο θεμελίωσης Ξυλότυπο οροφής ισογείου Ξυλότυπο οροφής ορόφου Σχέδια λεπτομερειών όπλισης δομικών στοιχείων Ο ξυλότυπος οροφής ισογείου περιλαμβάνει την πλάκα οροφής του ισογείου καθώς και τα δομικά στοιχεία του ισογείου (δοκοί, τοιχία, υποστυλώματα), τα οποία παραλαμβάνουν τα φορτία που μεταβιβάζει η πλάκα οροφής ισογείου (δηλαδή τα φορτία από τη χρήση των χώρων που περιλαμβάνονται στην κάτοψη ορόφου). Αντίστοιχα, η πλάκα οροφής του ορόφου φέρει τα φορτία του δώματος (καταγραφή των φορτίων από την κάτοψη του δώματος, π.χ. γραμμικά φορτία στηθαίων που τρέχουν περιμετρικά των πλακών).

12 ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ FESPA (MASTER) 1) Μελέτη αρχιτεκτονικών σχεδίων (κατόψεις, τομές). 2) Αρχικός προσδιορισμός στατικού συστήματος (δοκοσειρές, πλάκες) 3) Προσομοίωση του φορέα (γεωμετρία, συνδεσμολογία) στο περιβάλλον του προγράμματος MASTER: Δημιουργία έλξεων καννάβου (οριζόντιες και κατακόρυφες περασιές) στις θέσεις (σημεία) εισαγωγής των κατακόρυφων στοιχείων (υποστυλωμάτων) Εισαγωγή των κατακόρυφων στοιχείων - αρχική εκτίμηση διατομών με βάση τις αρχιτεκτονικές κατόψεις Εισαγωγή λοιπών κόμβων τοιχωμάτων στα κατακόρυφα στοιχεία με λόγο πλευρών μεγαλύτερο ή ίσο του τέσσερα (4) Εισαγωγή λοιπών κόμβων στις θέσεις των ελεύθερων άκρων δοκώνπροβόλων Έξυπνη εισαγωγή δοκών - δοκοσειρών, από την αρχή μέχρι το τέλος της δοκοσειράς, συμπεριλαμβάνοντας και τα υπάρχοντα τοιχώματα μέσα στη δοκοσειρά προκειμένου να δημιουργηθούν οι δεσμικές δοκοί μεταξύ των λοιπών κόμβων τοιχώματος.

13 ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ FESPA (MASTER) Εισαγωγή πλακών: Απαιτούνται μόνο έλξεις καννάβου για την εισαγωγή των κορυφών μιας πλάκας Παραγωγή ορόφων και ακολούθως προσαρμογές-διορθώσεις ξυλοτύπων (αλλαγές παραμέτρων δομικών στοιχείων π.χ. μετατροπή δοκών από «ανωδομής» σε δοκούς «τοιχώματα υπογείου» όταν πρόκειται για κτίριο με υπόγειο, αλλαγή παραμέτρων πλακών σε περίπτωση σκάλας) Παραγωγή θεμελίωσης-διορθώσεις (π.χ. δοκοί πρόβολοι που κατά την παραγωγή θεμελίωσης από όροφο της ανωδομής, σχεδιάζονται και στην θεμελίωση ως συνδετήριες χωρίς όμως να συνδέουν κατακόρυφα στοιχεία μεταξύ τους. Συνδετήριες δοκοί-πρόβολοι δεν έχουν νόημα ύπαρξης και διαγράφονται) Ρυθμίζονται οι στάθμες ορόφων Παραγωγές Δέσιμο όλων των στοιχείων του φορέα (πλάκες, δοκοί, υποστυλώματα, πέδιλα)

14 ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ FESPA (MASTER) Έλεγχος συνδεσμολογίας δοκών - κατακόρυφων στοιχείων (αλλαγή συνδεσμολογίας όπου απαιτείται, κυρίως στη συνδεσμολογία τοιχωμάτων- δοκών όταν έχουμε μεγάλες άκαμπτες απολήξεις). Έλεγχος συνδεσμολογίας δοκών-πλακών (σύνδεση - αποσύνδεση δοκού σε πλάκα) Έλεγχος τρισδιάστατου μοντέλου (3D) για τον εντοπισμό χονδροειδών λαθών 4) Υπολογισμός φορτίων πλακών και δοκών και εισαγωγή των φορτίων στο στατικό μοντέλο 5) Ρύθμιση παραμέτρων κτιρίου (ζώνη σεισμικότητας, φάσμα, παράμετροι εδάφους θεμελίωσης) 6) Επίλυση φορέα και διόρθωση λαθών επίλυσης 7) Εξαγωγή τεύχους στατικών υπολογισμών, σχεδίων ξυλοτύπων και λεπτομερειών όπλισης διατομών

15 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΑΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Ακολουθεί μία εφαρμογή στατικής προσομοίωσης διώροφης κατοικίας, όπου με βάση τα αρχιτεκτονικά σχέδια της κατοικίας, θα πραγματοποιηθούν: 1. Προσομοίωση του φορέα με χρήση προγράμματος στατικού υπολογισμού (FESPA_MASTER) 2. Επίλυση του στατικού μοντέλου του φορέα 3. Όπλιση των διατομών του 4. Παραγωγή των σχεδίων των ξυλοτύπων του κτιρίου Τα αρχιτεκτονικά σχέδια της διώροφης κατοικίας δίνονται στις διαφάνειες που ακολουθούν. Η κατοικία αυτή έχει ισόγειο και έναν όροφο και η θεμελίωσή της θα γίνει με πέδιλα και συνδετήριες δοκούς.

16

17

18

19

20 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΤΩΝ ΠΛΑΚΩΝ Μόνιμα φορτία πλακών, εξωστών και δώματος: 1.5 kn/m 2 Κινητά φορτία πλακών: 2 kn/m 2 Κινητά φορτία εξωστών και δώματος: 5kN/m 2 Συντελεστής ασφαλείας μόνιμων φορτίων, γ g =1.35 Συντελεστής ασφαλείας κινητών φορτίων, γ q =1.5 Ίδιο βάρος σκυροδέματος, g c =25 kn/m 3 Κατηγορία σκυροδέματος C20/25, συντελεστής ασφαλείας σκυροδέματος, γ c =1.5 Κατηγορία χάλυβα S500, συντελεστής ασφαλείας υλικού, γ s =1.15 Φορτία δρομικής οπτοπλινθοδομής: 2.10 kn/m 2 Φορτία μπατικής οπτοπλινθοδομής: 3.60 kn/m 2 Οι δοκοί παραλαμβάνουν απευθείας το φορτίο των εξωτερικών (μπατικών) τοιχοποιιών με τη μορφή γραμμικού φορτίου επάνω στις δοκούς => g τοιχ =3.60*2.50= 9 kn/m

21

22