ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η εργασία αποτελεί συµπύκνωση και κωδικοποίηση της Μελέτης Ελέγχου ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Χρίστος Θ. ΠΑΠΑ ΟΠΟΥΛΟΣ 1, Χρήστος Ε.

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας 5 7 Νοεµβρίου, 2008 Άρθρο 1869 Αποτίµηση και ανασχεδιασµός υφιστάµενου επταωρόφου δοµήµατος σύµφωνα µε τον ΚΑΝΕΠΕ Assessment and Retrofit Design of an existing 7-storey building acc. the Greek Intervention Code Χρίστος Θ. ΠΑΠΑ ΟΠΟΥΛΟΣ 1, Χρήστος Ε. ΒΑΧΛΙΩΤΗΣ 1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η εργασία αποτελεί συµπύκνωση και κωδικοποίηση της Μελέτης Ελέγχου Εφαρµοσιµότητας του ΚΑΝονισµού ΕΠΕµβάσεων, που εκπονήθηκε από την εταιρεία ΟΜΟΣ Σύµβουλοι Μηχανικοί (2007) για λογαριασµό του ΟΑΣΠ. Η µελέτη εκπονήθηκε για υφιστάµενο επταώροφο κτίριο που ανεγέρθηκε στα τέλη της δεκαετίας του εξήντα. Στο κείµενο αναπτύσσονται οι µεθοδολογίες αποτίµησης και ανασχεδιασµού, ενώ γίνονται στίξεις σε κρίσιµα ή/και σε αµφιλεγόµενα σηµεία του Κανονισµού. ABSTRACT : The paper constitutes a condensed version of the Applicability Study on the Greek Intervention Code, elaborated by DOMOS Consulting Engineers on behalf of the Greek Earthquake Planning and Protection Organization. The study concerns an existing 7- storey building constructed about the end of the 60 s decade. The assessment and retrofit design methodologies are exhibited, whereas emphasis is given on the Code s critical and ambiguous points. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η µελέτη εφαρµοσιµότητας του ΚΑΝΕΠΕ (2006) εκπονήθηκε για υπάρχον επταώροφο κτίριο (Σχήµα 1) επί των οδών Καλλιρόης, Παπαζαχαρίου και Λαγουµιτζή στον ήµο Καλλιθέας. Το κτίριο ανεγέρθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 60 βάσει σύννοµης οικοδοµικής άδειας, που εκδόθηκε το Αποτελείται από ένα υπόγειο, ισόγειο (άνευ καταστηµάτων ή pilotis), τµήµα ηµιωρόφου, και έξι πλήρεις ορόφους. Ο φέρων οργανισµός του έχει µελετηθεί σύµφωνα µε τους τότε ισχύοντες ελληνικούς κανονισµούς (Κανονισµός Σκυροδέµατος 1954, Αντισεισµικός Κανονισµός 1959). Χαρακτηρίζεται ως οιονεί κανονικό στη µόρφωσή του σε κάτοψη και καθ ύψος. Η διάταξη των φερόντων δοµικών στοιχείων (υποστυλώµατα, δοκοί) εξυπηρετούσε τις λειτουργικές ανάγκες της αρχικής χρήσης (ξενοδοχείο). Υπάρχουν τοιχώµατα ακαµψίας (ελαφρώς ωπλισµένα) στους πυρήνες κλιµακοστασίου και ανελκυστήρα. Οι πλάκες είναι συµπαγείς πάχους 13-15cm. Η θεµελίωση του δοµήµατος είναι επιφανειακή και µορφώνεται ως συνδυασµός πεδιλοδοκών και µεµονωµένων πεδίλων µε συνδετήρια δοκάρια. 1 Πολιτικός Μηχανικός, ΟΜΟΣ Σύµβουλοι Μηχανικοί, domos@internet.gr

2 Το κτίριο αγοράστηκε από το Πάντειο Πανεπιστήµιο στις αρχές της δεκαετίας του 90, και έκτοτε χρησιµοποιήθηκε ως φοιτητική εστία. Στις αρχές του 2004 ανατέθηκε στα µελετητικά γραφεία:. Ποτηρόπουλος-Λ. Ποτηροπούλου & Συνεργάτες, ΟΜΟΣ Σύµβουλοι Μηχανικοί και C&M Τεχνική, η εκπόνηση των µελετών για την "ΑΝΑΚΑΙΝΙΣΗ ΤΗΣ ΦΟΙΤΗΤΙΚΗΣ ΕΣΤΙΑΣ ΤΟΥ ΠΑΝΤΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ", υπό την επίβλεψη του Πολιτικού Μηχανικού κ. ηµήτρη Καντιάνη. Σχήµα 1. Επταώροφο κτίριο επί των οδών Καλλιρόης, Παπαζαχαρίου και Λαγουµιτζή στον ήµο Καλλιθέας. Η ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ-ΤΕΚΜΗΡΙΩΣΗ ΤΟΥ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ Η διερεύνηση-τεκµηρίωση του υφιστάµενου δόµηµατος διεξήχθη σε επαρκή έκταση και βάθος, µε κριτήριο την ελαχιστοποίηση των αβεβαιοτήτων στα δεδοµένα της αποτίµησης και ανασχεδιασµού. Προς τούτο αποτυπώθηκε εκ νέου ο φέρων οργανισµός (και διασταυρώθηκαν τα διαθέσιµα σχέδια ξυλοτύπων), καταγράφηκαν οι όποιες βλάβες, πραγµατοποιήθηκε εδαφοτεχνική έρευνα και διενεργήθηκαν επιτόπου και εργαστηριακοί έλεγχοι των υλικών δόµησης (σκυρόδεµα, χάλυβας). Οι διατοµές οπλισµών µε τις οποίες διενεργήθηκαν οι έλεγχοι επάρκειας των υφιστάµενων δοµικών στοιχείων Ω.Σ., αποφασίστηκαν (µε εύλογες υποθέσεις κατά την κρίση του µελετητή), συνεκτιµώντας τις αναγραφές οπλισµού στα σχέδια της εγκεκριµένης µελέτης, τα δεδοµένα εκ των αποκαλύψεων (µε χρήση σφυροκάλεµου) και τα αποτελέσµατα των µαγνητικών ανιχνεύσεων. 2

3 Ο ξυλότυπος τυπικού ορόφου του δοµήµατος δίνεται στο Σχήµα 2. Στάθµη Αξιοπιστίας εδοµένων Η Στάθµη Αξιοπιστίας εδοµένων χαρακτηρίζεται ως ικανοποιητική, σύµφωνα µε τον Πίνακα 1. Πίνακας 1. Στάθµη Αξιοπιστίας εδοµένων. εδοµένα Προέλευση εδοµένων Στάθµη Αξιοπιστίας Γεωµετρικά στοιχεία θεµελίωσης Σχέδια αρχικής µελέτης µη επιβεβαιωµένα. Ικανοποιητική Εύλογη θεώρηση µηχανικού. Γεωµετρικά στοιχεία ανωδοµής Υλικά φ.ο. Σκυρόδεµα Χάλυβας Τοιχοπληρώσεις (γεωµετρία-δόµηση) Οπλισµοί (πλήθος, διάταξη, λεπτοµέρειες) Αποτύπωση φέροντος οργανισµού. Σχέδια αρχικής µελέτης επιβεβαιωµένα και διορθωµένα. Παραδοχές αρχικής µελέτης. Εφαρµογή πυρηνοληψίας και εµµέσων µεθόδων. Παραδοχές αρχικής µελέτης επιβεβαιωµένες µε οπτική αναγνώριση. εν κρίθηκε σκόπιµη η διερεύνησή τους, καθότι αποφασίστηκε να αµεληθεί η συµµετοχή τους. Σχέδια αρχικής µελέτης επιβεβαιωµένα µε αποκαλύψεις. Μαγνητικές ανιχνεύσεις. Εύλογες θεωρήσεις µηχανικού. Ικανοποιητική Ικανοποιητική Ικανοποιητική _ Ικανοποιητική ΤΟ ΣΧΗΜΑ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ ΚΑΙ Ο ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑΣ Το επιλεχθέν σχήµα επεµβάσεων έχει ως εξής: Κατεδάφιση όλων των προσκτισµάτων του δώµατος. Καθαιρέσεις τµηµάτων πλακών και δοκών ωπλισµένου σκυροδέµατος µε αδιατάρακτη κοπή, σύµφωνα µε τις απαιτήσεις της Αρχιτεκτονικής Μελέτης. Τοπικές επισκευές (αποκαταστάσεις διατοµών) δοµικών στοιχείων που εµφανίζουν προβλήµατα ανθεκτικότητας, ήτοι επιφανειακές ρηγµατώσεις, εκτινάξεις επικαλύψεων, αποφλοιώσεις και οξειδώσεις των ράβδων οπλισµού, µε χρήση πολυµερικών κονιαµάτων, εποξειδικών ρητινών και αναστολέων διάβρωσης. Τοπικές ενισχύσεις δοµικών στοιχείων (υποστυλώµατα, δοκοί, κόµβοι πλαισίων), µε υφάσµατα και επικολλητά ελάσµατα ινοπλισµένου πολυµερούς. Προσθήκη νέων υποστυλωµάτων σε υφιστάµενους κόµβους έµµεσων στηρίξεων δοκών και µονολιθική σύνδεση αυτών µε τα υφιστάµενα πλαίσια. Προσθήκη νέων τοιχωµάτων Ω.Σ. και µονολιθική σύνδεση αυτών µε τα υφιστάµενα διαφράγµατα και τα υφιστάµενα πλαίσια. 3

4 Το επιλεχθέν σχήµα επεµβάσεων αποβλέπει: α. Στην εξασφάλιση των υποστυλωµάτων και των δοκών έναντι ψαθυρών µορφών αστοχίας (περίδεση µε υφάσµατα ινοπλισµένου πολυµερούς). β. Στην βελτίωση της µετελαστικής απόκρισης των δοµικών µελών (αύξηση τοπικής πλαστιµότητας) κυρίως των υποστυλωµάτων (περίδεση µε υφάσµατα ινοπλισµένου πολυµερούς). γ. Στην αύξηση της αντοχής και της δυσκαµψίας του δοµήµατος (προσθήκη νέων υποστυλωµάτων και τοιχωµάτων Ω.Σ. σε επιλεγµένες θέσεις της κάτοψης). δ. Στην αύξηση του διαθέσιµου συντελεστή συµπεριφοράς (q) του δοµήµατος µε αντίστοιχη αύξηση των δεικτών πλαστιµότητας (q µ ) και υπεραντοχής (q ο ) έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η επιθυµητή στάθµη επιτελεστικότητας (αύξηση τοπικών πλαστιµοτήτων και αντοχών, προσθήκη νέων στοιχείων που αναλαµβάνουν ικανό µέρος της σεισµικής δράσης). ε. Στον περιορισµό των µετακινήσεων του δοµήµατος εντός των ελεγχόµενων ορίων µε κριτήριο την µείωση του δείκτη DRIFT k (µέσο σχετικό βέλος ορόφου). Ο ξυλότυπος τυπικού ορόφου του ενισχυµένου δοµήµατος δίνεται στο Σχήµα 3. E.Z. Σχήµα 2. Ξυλότυπος τυπικού ορόφου του υφιστάµενου δοµήµατος. 4

5 Ά ξονας σ χε δίου αρχιτεκτονικής µελέτης E.Z. Ά ξονας σχεδίου αρχ ι τ. µελέτης Σχήµα 3. Ξυλότυπος τυπικού ορόφου του ενισχυµένου δοµήµατος. ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΟΙ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΤΗΣ ΑΝΙΣΩΣΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Οι στόχοι ανασχεδιασµού του φέροντος και του µη-φέροντος οργανισµού αποτελούν συνδυασµούς, αφενός µιας στάθµης επιτελεστικότητας και αφετέρου µίας σεισµικής δράσης, µε δεδοµένη «ανεκτή πιθανότητα υπέρβασης κατά τη διάρκεια ζωής του κτιρίου» (σεισµός σχεδιασµού). Σύµφωνα µε την απαίτηση του Κυρίου του Έργου, ως στόχος αποτίµησης, επιλέγεται η στάθµη επιτελεστικότητας [Β] (για τον φέροντα οργανισµό), έναντι σεισµού σχεδιασµού µε πιθανότητα υπέρβασης 10% εντός του συµβατικού χρόνου ζωής των 50 ετών. Στον Πίνακα 2 κωδικοποιούνται οι συντελεστές της γενικής ανίσωσης ασφαλείας της αποτίµησης και του ανασχεδιασµού. ΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΤΩΝ ΟΜΙΚΩΝ ΜΕΛΩΝ Για τον προσδιορισµό των καµπυλών απόκρισης άκρου µέλους "F-δ" αναπτύχθηκε το λογισµικό COMBRES (COncrete MEmber RESponse) σε γλώσσα προγραµµατισµού Visual Basic. Το λογισµικό υπολογίζει καµπύλες απόκρισης άκρου δοµικού µέλους για ορθογωνικές διατοµές υποστυλωµάτων-τοιχωµάτων και διατοµές πλακοδοκών κατά ΚΑΝΕΠΕ (βλ. Σχήµα 4). 5

6 Συντελεστές ασφαλείας Αντιπροσωπευτικές τιµές ιδιοτήτων υλικών Συντελεστής ασφαλείας προσοµοιώµατος ανάλυσης γ Sd Συντελεστής ασφαλείας δράσεων σεισµικού συνδυασµού γ F, ψ 2 Συντελεστής ασφαλείας προσοµοιώµατος αντίστασης γ Rd Πίνακας 2. Συντελεστές της γενικής ανίσωσης ασφαλείας. ράσεις γ Sd =1,00 (δόµηµα χωρίς βλάβες και επεµβάσεις) γ g=1,00 ψ 2=0,30 Σε όρους εντατικών µεγεθών γ Rd= 1,50 πρωτ. στοιχεία 1,20 δευτερ. στοιχεία γ Rd γ Sd=1,00 γ Rd=1,00 γ c=1,50 Αντιστάσεις Συντελεστής ασφαλείας Σκυρόδεµα υφιστάµενων υλικών γ m Τοιχοπληρώσεις Συντελεστής ασφαλείας νέων υλικών γ m Σε όρους παραµορφωσιακών µεγεθών γ Rd=1,50 [δ θ u ΚΑΝΕΠΕ 7.2.4] γ c=1,00 Χάλυβας γ s=1,15 γ s=1,00 Σκυρόδεµα γ c=1,50 1,05=1,58 γ c=1,00 Χάλυβας γ s=1,15 1,05=1,20 γ s=1,00 ΙΟΠ Αντιπροσωπευτική τιµή ιδιότητας υλικού γ ΙΟΠ=1,20 Αντιπρ. Τιµή= x s ή Αντιπρ. Τιµή=Χαρακ. Τιµή "k" (κατά ΕΚΩΣ 2000) γ ΙΟΠ=1,00 µε παράλληλη χρήση κατάλληλου γ Rd Αντιπρ. Τιµή= x Σχήµα 4. Το γραφικό περιβάλλον του λογισµικού COMBRES (COncrete MEmber RESponse). 6

7 Μήκος ιάτµησης & Ενεργός υσκαµψία Για τον υπολογισµό της ενεργούς δυσκαµψίας, χρησιµοποιούνται οι προσεγγιστικές εκφράσεις για το µήκος διάτµησης που προτείνονται από τον ΚΑΝΕΠΕ. Με εξαίρεση την ιδεατή περίπτωση αµφίπακτου στοιχείου που καταπονείται από ίσες και αντίθετες καµπτικές ροπές στα πακτωµένα άκρα του, το µήκος διάτµησης διαφέρει για τα δύο άκρα ενός δοµικού µέλους. Το µήκος διάτµησης έχει άλλη τιµή στο άκρο δοκού, όπου εφελκύεται το άνω πέλµα και διαφορετική τιµή στο έτερο άκρο δοκού, όπου εφελκύεται το κάτω πέλµα. Ειδικά δε, στην δεύτερη περίπτωση (εφελκυσµός κάτω πέλµατος), το µήκος διάτµησης ενδέχεται να προκύπτει µεγαλύτερο από το µήκος της δοκού. Παρά ταύτα, για το κρίσιµο άκρο της δοκού (εφελκυσµός άνω πέλµατος), το µήκος διάτµησης παραµένει οιονεί σταθερό κατά τη διάρκεια της απόκρισης µετά τη διαρροή. Οι ενεργές δυσκαµψίες υπολογίζονται για στάθµη αξονικού φορτίου εκ του συνδυασµού G+ψ 2 Q. Το συνεργαζόµενο πλάτος πλακοδοκών σε κάθε πλευρά του κορµού υπολογίζεται ίσο µε το ¼ του ανοίγµατος της δοκού. Με δεδοµένο ότι η αρχική ενεργός δυσκαµψία δοµικού στοιχείου υπολογίζεται για στάθµη αξονικού φορτίου εκ του συνδυασµού G+ψ 2 Q, τίθεται βεβαίως το κρίσιµο ερώτηµα, αν θα πρέπει να επικαιροποιούνται οι ενεργές δυσκαµψίες (λόγω συνεχούς µεταβολής της αξονικής δύναµης) πριν την διαρροή του στοιχείου (και όταν συγχρόνως έχουν ήδη διαρρεύσει γειτονικά στοιχεία), σε κάθε υπολογιστικό βήµα της Ανελαστικής Στατικής Ανάλυσης. Εντατικά Μεγέθη ιαρροής Ο υπολογισµός των Μ y (3) και Μ y (2) [ροπές διαρροής στους άξονες της διατοµής (3) και (2) αντίστοιχα] διενεργήθηκε µέσω προγραµµάτος που παράγει διαγράµµατα αλληλεπίδρασης διαξονικής κάµψης υπό ορθή δύναµη, για διάφορες στάθµες της τελευταίας. Στην µελέτη χρησιµοποιήθηκε το λογισµικό INCA2 (Version ) του TU Hamburg. Ο υπολογισµός των V R (2) και V R (3) [τέµνουσες αστοχίας στους άξονες της διατοµής (2) και (3) αντίστοιχα] ακολουθεί την, κατά ΕΚΩΣ 2000, σχέση: ( ) VR = min V Rd2, 0.5VRd1 + Vwd µε γc=1,50 & γs=1,15 (1) Ο µειωτικός συντελεστής ανακύκλισης επί της συµβολής του σκυροδέµατος στην αναλαµβανόµενη τέµνουσα, έχει θεωρηθεί (κατά παραβίαση του ΕΚΩΣ 2000), για λόγους υπολογιστικής οικονοµίας, γενικώς ίσος µε 0,50 (ανεξάρτητος της ανηγµένης αξονικής). Παραµορφωσιακά Μεγέθη ιαρροής και Αστοχίας Προκειµένου να αποφευχθούν συγχύσεις, θα πρέπει να αποσαφηνιστεί, ότι τα µεγέθη "πλαστική γωνία στροφής χορδής" και "γωνία στροφής πλαστικής άρθρωσης" ορίζονται διαφορετικά (όπως εµµέσως διατυπώνεται και στο Παράρτηµα 7Η του ΚΑΝΕΠΕ,2006). Το µέγεθος "γωνία στροφής πλαστικής άρθρωσης" δίνεται από τη σχέση: φ pl u ( 1 ) ( 1 ) = r u r y L pl (2) Αντιστοίχως, το µέγεθος "πλαστική γωνία στροφής χορδής" δίνεται από τη σχέση: 7

8 0.5L pl 0.5L ( 1 pl pl ) ( 1 ) θ = L 1 = φ 1 pl u r pl u u r y LS Ls (3) (Πρακτικά το άκρο χορδής αφίσταται εκ της ιδεατής θέσης πλαστικής άρθρωσης κατά 0.5Lpl.) Τέλος η "γωνία στροφής χορδής στην αστοχία" δίνεται από τη σχέση: 0.5L ( 1 pl pl ) ( 1 ) θ = θ + L 1 = θ + θ r r L u y pl y u u y S (4) Οι ανωτέρω αποσαφηνίσεις είναι απαραίτητες, δεδοµένου ότι τα (διαδεδοµένα) λογισµικά ανελαστικής στατικής ανάλυσης που ακολουθούν τις οδηγίες της FEMA 356 (2000), αναφέρονται στο µέγεθος "γωνία στροφής πλαστικής άρθρωσης", τόσο για τα παραµορφωσιακά µεγέθη προσοµοίωσης, όσο και για τα παραµορφωσιακά µεγέθη ελέγχου επιτελεστικότητας. Τύποι Πλαστικών Αρθρώσεων στο Λογισµικό Ανελαστικής Στατικής Ανάλυσης Υιοθετήθηκαν δύο τύποι πλαστικών αρθρώσεων: Πλαστική άρθρωση τύπου Α (Σχήµα 5), για απλή µονοαξονική κάµψη [Μ(3)] µε πρόβλεψη πρώιµης ψαθυρής αστοχίας σε τέµνουσα [V(2)] (έµµεση ικανοτική πρόβλεψη). Εφαρµόζεται στις συνήθεις περιπτώσεις άκρων δοκών (Ν=0) µε απλουστευτικές παραδοχές για το µήκος διάτµησης (κατά ΚΑΝΕΠΕ). Πλαστική άρθρωση τύπου Β (Σχήµα 6), για διαξονική κάµψη υπό ορθή δύναµη [Μ(3),Μ(2),Ν] -άκρα µέλους- & συγχρόνως για διαξονική διάτµηση [V(2),V(3)] -µέσο µέλους-. Ο ως άνω τύπος συνοδεύεται από περιβάλλουσα αστοχίας στον τρισδιάστατο χώρο [Μ(3), Μ(2), Ν].Εφαρµόζεται στις περιπτώσεις κατακόρυφων µελών µε απλουστευτικές παραδοχές για το µήκος διάτµησης (κατά ΚΑΝΕΠΕ). Σχήµα 5. Πλαστική άρθρωση τύπου Α για απλή µονοαξονική κάµψη µε πρόβλεψη πρώιµης ψαθυρής αστοχίας σε τέµνουσα (έµµεση ικανοτική πρόβλεψη). 8

9 Σχήµα 6. Πλαστική άρθρωση τύπου Β για διαξονική κάµψη υπό ορθή δύναµη -άκρα µέλους- & για διαξονική διάτµηση -µέσο µέλους-. ΟΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΠΡΙΝ ΤΙΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ Οι αναλύσεις πριν τις επεµβάσεις διενεργήθηκαν µε το λογισµικό ETABS-NL Version της εταιρείας CSI Hellas. Το προσοµοίωµα µορφώθηκε στο χώρο, ακολουθώντας κατά το δυνατόν πιστότερα την γεωµετρία του δοµήµατος και τις διαστάσεις των δοµικών στοιχείων. Ο φορέας προσοµοιώθηκε µε τις παρακάτω απλοποιητικές παραδοχές: Οι κόµβοι της στάθµης θεµελίωσης θεωρούνται πλήρως πακτωµένοι. Τα περιµετρικά τοιχώµατα του υπογείου προσοµοιώνονται ως απαραµόρφωτοι δίσκοι. Οι πλάκες θεωρούνται ως απαραµόρφωτα (ιδεατώς ατενή) διαφράγµατα. Τα τοιχώµατα (κατακόρυφα στοιχεία µε λόγο πλευρών 4) προσοµοιώνονται ως γραµµικά πεπερασµένα στοιχεία. Αγνοήθηκαν µικρές ανισοσταθµίες στα επίπεδα των πλακών. Οι δοκοί συζεύξεως (οριζόντια στοιχεία µικρού µήκους που συζευγνύουν κατακόρυφα στοιχεία µεγάλης δυσκαµψίας) χαρακτηρίζονται ως δευτερεύοντα στοιχεία και προσοµοιώνονται µε αρθρωτές συνδέσεις στα άκρα τους. Αποφασίστηκε όπως αµεληθεί η συµµετοχή των τοιχοπληρώσεων στο σχήµα αντίστασης του δοµήµατος τόσο στη φάση αποτίµησης, όσο και στη φάση ανασχεδιασµού, δεδοµένου ότι: (i) όλες οι εσωτερικές τοιχοπληρώσεις σύµφωνα µε την αρχιτεκτονική µελέτη, καθαιρούνται και αντικαθίστανται µε ελαφρά διαχωριστικά και (ii) όλες oi εξωτερικές τοιχοπληρώσεις καθαιρούνται και επαναδοµούνται, είτε µε ανοίγµατα επί των παρακείµενων κατακόρυφων στοιχείων, είτε µε σηµαντικά ανοίγµατα (άνω του 50% του εµβαδού φατνώµατος). Οι κόµβοι οριζόντιων-κατακόρυφων δοµικών στοιχείων θεωρούνται απαραµόρφωτοι. 9

10 Στα πλαίσια της αποτίµησης του δοµήµατος διενεργήθηκαν οι εξής αναλύσεις: Ιδιοµορφική Ανάλυση [Ι ΙΑΝ], Προκαταρκτική Ελαστική Ανάλυση [ΠΡΕΣΑ] και Ανελαστική Στατική Ανάλυση [ΑΝΕΣΑ]. Προκαταρκτική Ελαστική Ανάλυση [ΠΡΕΣΑ] Στόχοι της ΠΡΕΣΑ είναι: (i) η εξαγωγή πρώιµων συµπερασµάτων για την αναµενόµενη απόκριση του δοµήµατος. (ii) η διενέργεια των προκαταρκτικών ελέγχων απόκρισης και (iii) η επιλογή του πλέον δόκιµου τύπου τελικής ανάλυσης µεταξύ των προβλεπόµενων (ΕΣΑ, Ε Α, ΑΝΕΣΑ, ΑΝΕ Α). Η ΠΡΕΣΑ εφαρµόζεται υπό τις εξής παραδοχές: G+ψ2Q (κατακόρυφα φορτία) q=1,00 Τριγωνική κατανοµή σεισµικής δράσης µε τιµές Φ(T) εκ του ελαστικού φάσµατος του ΕΑΚ-2000 [Τ: θεµελιώδης ιδιοπερίοδος µεταφορικής ταλάντωσης κατά την θεωρούµενη διεύθυνση, ως υπολογίζεται εκ της Ι ΙΑΝ]. ύο διευθύνσεις σεισµικής δράσης άνευ χωρικής επαλληλίας και άνευ τυχηµατικών εκκεντροτήτων. Μέσω της ΠΡΕΣΑ υπολογίζονται οι δείκτες ανεπάρκειας λ των δοµικών µελών, το µεγέθος των οποίων παρέχει µια πρώιµη εικόνα της διαθέσιµης αντίστασης του δοµήµατος. Πέραν τούτου οι δείκτες ανεπάρκειας λ αξιοποιούνται στον έλεγχο µορφολογικής κανονικότητας του φορέα. Στην παρούσα µελέτη ο δείκτης ανεπάρκειας υπολογίζεται σε όρους ροπής µόνον, µε έµµεση ικανοτική πρόβλεψη για πρόωρη ψαθυρή αστοχία (βλ. Πίνακα 3 ). Η τιµή του εκθέτη (1,50) στους όρους του αθροίσµατος της διαξονικής κάµψης έχει υιοθετηθεί από τους El-Tawil and Deierlein (2001). Πίνακας 3. Υπολογισµός δείκτη ανεπάρκειας µε έµµεση ικανοτική πρόβλεψη για πρόωρη ψαθυρή αστοχία. Ανελαστική Στατική Ανάλυση [ΑΝΕΣΑ] εδοµένου ότι δεν πληρούνται οι προϋποθέσεις εφαρµογής της Ελαστικής Στατικής Ανάλυσης [ΕΣΑ], στο δόµηµα εφαρµόστηκε η Ανελαστική Στατική Ανάλυση [ΑΝΕΣΑ], προϋπόθεση της οποίας είναι η ικανοποίηση της παρακάτω συνθήκης (συνθήκη επιρροής των ανώτερων ιδιοµορφών): 10

11 SEISMIC n-modes 90% HMR(Higher Mode Ratio) k-storey= k 1-mode 1,30 SEISMIC SHEAR SHEAR k ( ) (5) Η ΑΝΕΣΑ διενεργήθηκε σε δύο διευθύνσεις µε εναλλαγή προσήµου σε κάθε διεύθυνση. Εφαρµόστηκε το 100% µίας επιλεγείσας τέµνουσας βάσεως στη µία διεύθυνση και συγχρόνως το 30% της αντίστοιχης τέµνουσας βάσεως στην άλλη διεύθυνση. Για κάθε διεύθυνση υιοθετήθηκαν δύο καθ ύψος κατανοµές σεισµικών δράσεων, τριγωνική και οµοιόµορφη κατανοµή. Ως προκύπτει από τα ανωτέρω, απαιτείται η διενέργεια 2 4 =16 αναλύσεων. Στα Σχήµατα 7 και 8 δίνονται οι καµπύλες αντίστασης του δοµήµατος (τριγωνική κατανοµή) για τις διευθύνσεις +1,00X +0,30Y και 1,00Υ +0,30Χ. Από τα Σχήµατα 7 και 8 τεκµαίρεται καθαρά ότι η στοχευόµενη µετακίνηση είναι µεγαλύτερη της µέγιστης δυνατής µετακίνησης του κόµβου ελέγχου και προφανώς περιττεύει κάθε περαιτέρω έλεγχος εντατικών και παραµορφωσιακών µεγεθών. Επισηµαίνεται ότι η εισαγωγή στο προσοµοίωµα (i) πλαστικών αρθρώσεων σε όρους τέµνουσας (ψαθυρή αστοχία µε πρακτικά αµελητέο µετελαστικό κλάδο) στα κατακόρυφα στοιχεία και (ii) πλαστικών αρθρώσεων σε όρους ροπής µε έµµεση ικανοτική πρόβλεψη (συνθήκες ψαθυρής αστοχίας σε τέµνουσα) στα οριζόντια στοιχεία, περιορίζει κατά πολύ την δυνατότητα ανακατανοµών και επιταχύνει την κατάρρευση του µητρώου ακαµψίας. Σχήµα 7. Καµπύλη αντίστασης του υφιστάµενου δοµήµατος για την διεύθυνση +1,00X +0,30Y. Σχήµα 8. Καµπύλη αντίστασης του υφιστάµενου δοµήµατος για την διεύθυνση +1,00Υ +0,30Χ. 11

12 ΟΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΜΕΤΑ ΤΙΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ Στα πλαίσια του ανασχεδιασµού του δοµήµατος διενεργήθηκαν Ιδιοµορφική Ανάλυση [Ι ΙΑΝ] και Ανελαστική Στατική Ανάλυση [ΑΝΕΣΑ]. Για τις πλαστικές αρθρώσεις δεν απαιτείται πλέον πρόβλεψη πρώιµης ψαθυρής αστοχίας σε τέµνουσα, καθότι όλα τα άκρα των δοµικών στοιχείων ενισχύονται µε υφάσµατα ινοπλισµένου πολυµερούς που διαστασιολογούνται έναντι µεγεθών ικανοτικής τέµνουσας. Η ευεργετική επίδραση της πρόσθετης εξωτερικής περίσφιγξης µπορεί να εισαχθεί εµµέσως στις εµπειρικές εκφράσεις (ΚΑΝΕΠΕ, 2006, βiii) για την διαθέσιµη γωνία στροφής στην αστοχία. Για παράδειγµα: ν ( ) ( ) ( ) fyw ff max 0.01,ω' αρs +af ρf 0.35 fc c ( ) f u = c s θ f α 25 max 0.01, ω (6) Ανελαστική Στατική Ανάλυση [ΑΝΕΣΑ] Στα Σχήµατα 9 και 10 δίνονται οι καµπύλες αντίστασης του ενισχυµένου δοµήµατος (τριγωνική κατανοµή) για τις διευθύνσεις +1,00X +0,30Y και 1,00Υ +0,30Χ. Σχήµα 9. Καµπύλη αντίστασης του ενισχυµένου δοµήµατος για την διεύθυνση +1,00X +0,30Y. Σχήµα 10. Καµπύλη αντίστασης του ενισχυµένου δοµήµατος για την διεύθυνση +1,00Υ +0,30Χ. 12

13 ΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Για πλάστιµους τρόπους αστοχίας ο έλεγχος της αντίστασης ασφαλείας διενεργείται σε όρους παραµορφωσιακών µεγεθών. Για ψαθυρούς τρόπους αστοχίας ο έλεγχος της αντίστασης ασφαλείας διενεργείται σε όρους εντατικών µεγεθών. Τα παραµορφωσιακά και εντατικά µεγέθη ελέγχονται για τιµή µετακίνησης του κόµβου ελέγχου ίση µε το µέγεθος της στοχευόµενης µετακίνησης. Στα Σχήµατα 11 και 12 δίνονται ενδεικτικοί τυποποιηµένοι έλεγχοι (i) της διαθέσιµης γωνίας στροφής πλαστικής άρθρωσης και (ii) της επάρκειας έναντι τέµνουσας, για τυπικό τοίχωµα και τυπική δοκό του δοµήµατος, των οποίων τα άκρα έχουν περάσει στη µετελαστική περιοχή. Έλεγχος διαθέσιµης φ pl - Έλεγχος διαθέσιµης V Τοπολογικά Στοιχεία Στοιχεία ιατοµής & Οπλισµού Στοιχεία Απόκρισης Άκρου Άκρο 0 Άκρο 1 Άκρο 0 Άκρο 1 Στάθµη 2 b(3) [cm] 20 θ y(3) [-] 0,0028 Τοίχωµα C10 b(2) [cm] 140 θ u(3) [-] 0,0138 L [m] 24,00 d 1(2) [cm] 3 θ y(2) [-] Ls [m] 3,75 d n(2) [cm] 137 θ u(2) [-] Εντατικά & Παραµορφωσιακά Μεγέθη (Μετακίνηση Στόχος -td) Φόρτιση: PUSH [+1,00X +0,30Y] d 1(3) [cm] 3 V R(2) [kn] 180,0 d n(3) [cm] 17 V R(3) [kn] As 1(3) [cm 2 ] 6,3 As 1(2) [cm 2 ] 22,0 N td td V(2) td M(3) φ pl(3) td td V(3) td M(2) φ pl(2) td Άκρο 0 Άκρο 1 As h [cm 2 ] 1,0 [kn] 312,5 s [cm] 20,0 [kn] 245,9 d b [cm] 2,0 [knm] 922,5 As tot [cm 2 ] 44,0 [kn] [knm] [-] 0,00073 a [-] 0,1 [-] ~0 0,5L θ = φ (1 ) φ pl pl pl pl Ls [ρεαλιστική παραδοχή] Στ. Επιτελ. : Ασφάλεια Ζωής 0,50 avail.θ (3) = [θ (3) + θ (3)] θ (3) pl y u y 1,50 0,50 avail.θ (2) = [θ (2) + θ (2)] θ (2) pl y u y 1,50 Άκρο 0 Άκρο 1 Άκρο 0 Άκρο 1 0, ,00073 OK OK Στ. Επιτελ. : Ασφάλεια Ζωής avail.v(2) = V (2) + V (2) avail.v(3) = V (3) + V (3) R R f f Άκρο 0 Άκρο 1 Άκρο 0 Άκρο ,2 245,9 OK VR :Τέµνουσα αναλαµβανόµενη από το σκυρόδεµα και τους οπλισµούς (Vc+Vw) V f :Τέµνουσα αναλαµβανόµενη από τα ΙΟΠ (βλ. παρ. Β7 του παρόντος) Σχήµα 11. Τυποποιηµένοι έλεγχοι (i) της διαθέσιµης γωνίας στροφής πλαστικής άρθρωσης και (ii) της επάρκειας έναντι τέµνουσας, για τυπικό τοίχωµα του δοµήµατος. 13

14 Έλεγχος διαθέσιµης φ pl - Έλεγχος διαθέσιµης V Τοπολογικά Στοιχεία Στοιχεία ιατοµής & Οπλισµού Στοιχεία Απόκρισης Άκρου Άκρο 0 Άκρο 1 Άκρο 0 Άκρο 1 Στάθµη 4 bw [cm] θ + y (3) [-] 0,0191 0,0067 οκός Β66 h [cm] θ + u (3) [-] 0,0679 0,0346 L [m] 5,924 bs [cm] θy- (3) [-] 0,0191 0,0067 Ls [m] 11,64 1,70 h s [cm] θu- (3) [-] 0,0679 0,0346 d 1 [cm] 3 3 V R(2) [kn] 165,5 165,5 Εντατικά & Παραµορφωσιακά Μεγέθη (Μετακίνηση Στόχος -td) Φόρτιση: PUSH [+1,00X +0,30Y] d n [cm] As1 [cm 2 ] 9,4 9,4 Asn [cm 2 ] 9,4 9,4 td N V(2) td M(3) td φ pl(3) td Άκρο 0 Άκρο 1 Asw [cm 2 ] 0,6 0,6 [kn] s [cm] 25,0 25,0 [kn] 25,6 175,7 Asλοξά [cm2] 3,1 3,1 [knm] 298,0 298,0 db [cm] 2,0 2,0 [-] 0, ,00410 a [-] 0,2 0,2 ~0 0,5L θ = φ (1 L ) φ pl pl pl pl s [ρεαλιστική παραδοχή] Στ. Επιτελ. : Ασφάλεια Ζωής avail.θ 0,50 = (θ 1, θ ) θ u + + pl y y avail.θ 0,50 = (θ 1,50 + θ ) θ u pl y y Άκρο 0 Άκρο 1 Άκρο 0 Άκρο 1 0, ,00080 OK 0, ,00410 OK Στ. Επιτελ. : Ασφάλεια Ζωής avail.v(2) = V (2) + V (2) R f Άκρο 0 Άκρο 1 Άκρο 0 Άκρο 1 164,9+55,6 164,9+55,6 25,6 175,7 OK V R :Τέµνουσα αναλαµβανόµενη από το σκυρόδεµα και τους οπλισµούς (Vc+Vw) V f :Τέµνουσα αναλαµβανόµενη από τα ΙΟΠ (βλ. παρ. Β7 του παρόντος) Σχήµα 12. Τυποποιηµένοι έλεγχοι (i) της διαθέσιµης γωνίας στροφής πλαστικής άρθρωσης και (ii) της επάρκειας έναντι τέµνουσας, για τυπική δοκό του δοµήµατος. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο Κανονισµός Επεµβάσεων αποτελεί ένα αναλυτικό κείµενο που εξαντλεί την διαθέσιµη γνώση στο πεδίο της αποτίµησης, του ανασχεδιασµού και των επεµβάσεων σε υφιστάµενα δοµήµατα από Ω.Σ. Ακριβώς λόγω της συνθετότητας του γνωστικού πεδίου, στερείται της απλότητας που συνέχει άλλους Κανονισµούς. Το πλέγµα των διατάξεων και των οδηγιών που περιλαµβάνει δεν δυσχεραίνει την εφαρµοσιµότητά του, αλλά πολλαπλασιάζει τον υπολογιστικό όγκο της µελέτης. Η σύγκλιση του µε το αντίστοιχο, αλλά περισσότερο λιτό, κείµενο του Ευρωκώδικα 8 - Μέρος 3 (pren , 2003), θα του προσδώσει την απαιτούµενη ευελιξία, τουλάχιστον ως προς το αυστηρά κανονιστικό µέρος. Η εφαρµογή του Κανονισµού Επεµβάσεων απαιτεί προηγµένα υπολογιστικά εργαλεία. Η συνθετότητα των υπολογιστικών διαδικασιών και η δυσκολία διαχείρισης του όγκου των αποτελεσµάτων (κυρίως επί της εφαρµογής της Ανελαστικής Στατικής και της Ανελαστικής υναµικής Ανάλυσης) εγκυµονούν αβεβαιότητες και κινδύνους σφαλµάτων. Είναι προφανές 14

15 ότι η ποιότητα των µελετών που θα συνταχθούν µε τον Κανονισµό εξαρτάται άµεσα, τόσο από την αξιοπιστία του διαθέσιµου λογισµικού, όσο και από την εµπειρία του µελετητήχρήστη. Η επίλυση οκιµαστικών Προβληµάτων (µε ταυτόχρονο ποιοτικό έλεγχο των κυκλοφορούντων λογισµικών) υπό την ενεργό εµπλοκή της ακαδηµαϊκής και µελετητικής κοινότητας, θα πρέπει να είναι το επόµενο βήµα. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΟΜΟΣ Σύµβουλοι Μηχανικοί (2007), Μελέτη Ελέγχου Εφαρµοσιµότητας του ΚΑΝονισµού ΕΠΕµβάσεων. El-Tawil, Sh., and Deierlein G. (2001), Nonlinear Analysis of Mixed Steel Concrete Frames. II: Impementation and Verification, J. Struct. Eng., 127(6), pp European Committee for Standardization (2003), Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake Resistance Part 3: Strengthening and Repair of Buildings, pren , Brussels. Federal Emergency Management Agency (2000), Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA 356. INCA2 (Version ), Programmgesteuerte Berechnung beliebiger Massivbauquerschnitte unter zweiachsiger Biegung mit Längskraft, Technische Universität Hamburg-Harburg. Οργανισµός Αντισεισµικού Σχεδιασµού και Προστασίας (2006), Κανονισµός Επεµβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.), Σχέδιο Κειµένου 2. 15