Ιωάννης ΤΕΓΟΣ 1, Γεώργιος ΛΙΑΚΟΣ 2, Σεβαστή ΤΕΓΟΥ 3, Γεώργιος ΡΟΥΠΑΚΙΑΣ 4, Κοσμάς-Αθανάσιος ΣΤΥΛΙΑΝΙΔΗΣ 5

Transcript

1 1 Μία εναλλακτική πρόταση αντισεισμικής ενίσχυσης υφιστάμενων οικοδομών Ο/Σ μέσω ελκυστήρων An alternative proposal for the seismic strengthening of existing R/C buildings through tension-ties Ιωάννης ΤΕΓΟΣ 1, Γεώργιος ΛΙΑΚΟΣ 2, Σεβαστή ΤΕΓΟΥ 3, Γεώργιος ΡΟΥΠΑΚΙΑΣ 4, Κοσμάς-Αθανάσιος ΣΤΥΛΙΑΝΙΔΗΣ 5 Λέξεις κλειδιά: Κτίριο, Τοίχωμα, Ελκυστήρας, Χάλυβας, Προένταση, Αγκύρωση ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εξετάζεται το πρόβλημα της προσεισμικής ενίσχυσης, υπό τεθέντες επαχθείς περιορισμούς, σε πολυώροφη παλαιά οικοδομή. Εξετάζονται εναλλακτικώς, δύο λύσεις ενισχύσεως, εκ των οποίων η μία, η συμβατική της εμφάτνωσης σε πλαίσια τοιχωμάτων και η άλλη, καινοτόμος και πιθανώς καινοφανής, χρησιμοποιεί ελκυστήρες από κοινό χάλυβα στη μία εκδοχή και από χάλυβα προεντάσεως στην άλλη. Η διερευνητικώς εφαρμοσθείσα, λύση των ελκυστήρων, είτε κοινού, είτε προεντεταμένου χάλυβα, μολονότι αντιμετώπισε πολλαπλάσια φορτία (q=1,5), συγκριτικώς με τη συμβατική της εμφάτνωσης τοιχωμάτων (q=3,5), επέτυχε τον ίδιο βαθμό προστασίας του υφιστάμενου σκελετού. Αξίζει να σημειωθεί ότι η μέθοδος των ελκυστήρων είναι δυνατόν να χαρακτηρισθεί ως πολλά υποσχόμενη στον τομέα των ενισχύσεων και αναμένεται να διερευνηθεί θεωρητικώς, αλλά και εμπειρικώς και σε άλλες περιπτώσεις υπό ενίσχυση οικοδομών, είτε αμιγής, είτε μεικτή, εν συνδυασμώ με τη συμβατική της εμφάτνωσης τοιχωμάτων. ABSTRACT : In the present study the problem of the seismic strengthening of an existing building is investigated. Two different methods are implemented in order to upgrade the seismic resistance of the aforementioned building: First, the conventional construction of shear walls into the frames and second, the support of the frames with steel tension-ties, or pretensioned tension-ties. In the second case, although the building was redesigned for greater forces (q=1.5), its seismic strengthening was as efficient as in the first case of the conventional seismic strengthening with shear walls (q=3.5). It is noted that the proposed new method can be implemented in many types of existing buildings either directly, or in conjunction with the conventional construction of shear walls into the frames. 1 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., itegos@metesysm.gr 2 Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. 3 Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., MSc., stegou@civil.auth.gr 4 Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ. 5 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., kcstyl@civil.auth.gr

2 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείμενο της εργασίας αποτελεί η προσεισμική ενίσχυση του κτιρίου ιδιοκτησίας της Ισραηλιτικής Κοινότητας Λάρισας επί της οδού Βενιζέλου 133 στη Λάρισα. Η ενίσχυση εντάσσεται στο πλαίσιο οικοδομικής αναβάθμισης του κτιρίου. Πρόκειται για ένα κτίριο με υπόγειο, ισόγειο και πέντε ορόφους το οποίο κατασκευάσθηκε βάση οικοδομικής άδειας που εκδόθηκε το 1965 και στο οποίο οι δύο ανώτεροι όροφοι αποτελούν προσθήκη, η οποία έγινε με μεταγενέστερη οικοδομική άδεια που εκδόθηκε το Στόχος της κάθε μορφής ενισχύσεως είναι η ικανοποίηση της βασικής ανίσωσης ασφαλείας του Κανονισμού, για δεδομένο επίπεδο επιλεγείσας επιτελεστικότητας, η οποία απαιτεί παντού και πάντοτε η αντοχή να υπερισχύει της καταπόνησης. Στο συγκεκριμένο κτίριο η επιλογή του καταλληλότερου τρόπου ενίσχυσης έπρεπε να σεβαστεί ορισμένους περιορισμούς που εμπόδιζαν την επιλογή της βέλτιστης τεχνικής επέμβασης. Οι τεθέντες περιορισμοί ήταν οι εξής: Υπήρχε δέσμευση να παραμείνουν εν λειτουργία τα δύο καταστήματα του ισογείου με το ένα εξ αυτών να έχει αντικείμενο άκρως ευαίσθητο έναντι των συνήθων εργασιών επεμβάσεων. Ο περιορισμός αυτός περιόριζε σημαντικά τις εργασίες ενισχύσεως στον κρισιμότερο, αντισεισμικώς, όροφο, το ισόγειο. Το κόστος της επεμβάσεως έπρεπε να ελαχιστοποιηθεί, ώστε να χωρέσει στο συμφωνήθέν τίμημα της αναβάθμισης μεταξύ του Κυρίου του Έργου και του Αναδόχου. Οι περιορισμοί, σημειωτέον, συνετέλεσαν στην επιλογή της εμμέσου επεμβάσεως, η οποία λόγω και των άλλων δεδομένων του προβλήματος θα αποτελούσε ούτως ή άλλως μονόδρομο, ωστόσο και εξαιτίας των τεθέντων περιορισμών αντιμετωπίσθηκε μέσω αυτής,κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο, το πρόβλημα του «αβάτου» των καταστημάτων. Εξαιτίας του περιορισμού που αφορά το κόστος της επεμβάσεως έγινε κάποια «έκπτωση» ως προς την επιδιωκόμενη επιτελεστικότητα, δεδομένου ότι δεν υπήρξε κανένας έλεγχος ως προς την αντοχή των δοκών και κατά συνέπεια καμία επέμβαση σε αυτές. Συνοπτικώς, μπορεί να λεχθεί ότι επιλέχθηκε να προσδοθεί στο κτίριο ασφάλεια σημαντικά υψηλότερη από αυτήν που διέθετε προ της ενισχύσεως και όσο το δυνατόν παραπλήσια με αυτή που διαθέτουν, στατιστικώς, οι σύγχρονες κατασκευές. Εξετάστηκαν δύο εναλλακτικές λύσεις, οι οποίες αμφότερες ανήκουν στην κατηγορία των εμμέσων επεμβάσεων και διαφοροποιούνται ως προ το είδος των προσθέτων φορέων στο χωρικό σύστημα. Και οι δύο αυτές εναλλακτικές λύσεις ενίσχυσης αποβλέπουν: Στη ενσωμάτωση πρόσθετων στοιχείων κατά τέτοιο τρόπο ώστε να παραλαμβάνουν μεγάλο τμήμα των σεισμικών δράσεων και,

3 3 στη δραστική μείωση, των υπό τον σεισμό σχεδιασμού, μετακινήσεων του χωρικού συστήματος. Αμφότερα, συντελούν εμμέσως στην αποτελεσματική προστασία του υφιστάμενου φέροντος οργανισμού. Οι δύο λύσεις που εξετάσθηκαν είναι οι ακόλουθες: Κατασκευή εμφατνούμενων τοιχωμάτων σε κατάλληλες θέσεις των πλαισίων του κτιρίου. Πρόκειται για τη λύση που τελικώς εφαρμόσθηκε. Τοποθέτηση χιαστί ελκυστήρων από ράβδους σιδηρού οπλισμού σε όλες τις θέσεις που ήταν δυνατή η τοποθέτησή τους, δηλαδή σε θέσεις πλήρων τοιχοποιιών, χωρίς ανοίγματα. Οι ράβδοι τοποθετούνται μπροστά από τις τοιχοποιίες και τελικώς καλύπτονται με συστήματα ξηράς δόμησης (γυψοσανίδες). Η λύση αυτή περιέλαβε την τοποθέτηση ελκυστήρων και στις δύο διευθύνσεις του κτιρίου. Όμως, λόγω αδυναμίας τοποθέτησης επαρκών ελκυστήρων κατά τη διεύθυνση x, κατέληξε σε μία μεικτή λύση με ελκυστήρες κατά y και εμφατνούμενα τοιχώματα κατά x, τοποθετημένα όμως μακριά από τα καταστήματα. Ο λόγος που προτάθηκε αυτή η δεύτερη εναλλακτική λύση ήταν η εφαρμογή μιας πιο «καθαρής» λύσης ο οποία θα ελαχιστοποιούσε κατά το δυνατόν τις καθαιρέσεις, τα σκαψίματα και τις εκτεταμένες σκυροδετήσεις που απαιτεί η πρώτη πρόταση. Η λύση αυτή θεωρήθηκε πιο κατάλληλη για το συγκεκριμένο κτίριο λόγω των περιορισμών που επέβαλλαν τα δύο καταστήματα του ισογείου, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Η πορεία των υπολογισμών έχει ως εξής: Αρχικά υπολογίζονται οι μετακινήσεις ασφαλείας του υφιστάμενου φορέα. Στη συνέχεια, με βάση τις μετακινήσεις αυτές, επιλέγεται η κατάλληλη διάταξη ενίσχυσης που να ικανοποιεί τις παραπάνω μετακινήσεις και έπειτα γίνονται όλοι οι απαραίτητοι έλεγχοι αντοχής σα κατακόρυφα δομικά στοιχεία. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται η εφαρμοσθείσα εναλλακτική μέθοδος των ελκυστήρων ενίσχυσης. Στο Σχήμα 1 δίνεται η βασική κάτοψη του έργου, στην οποία έχουν ενταχθεί οι γενόμενες ενισχύσεις κατακορύφων μελών. ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΕΩΣ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΕΩΣ Γενικώς, η ενίσχυση είναι τέχνη και συνίσταται εις εκτέλεσην. Η αποτελεσματικότης, η οικονομία, η κατασκευασιμότης, επιβάλλουν κατά κανόνα την απομάκρυνση από τη συμβατική τακτική της «κατά μέτωπον» αντιμετωπίσεως, η οποία στην προτεινόμενη περίπτωση θα συνίστατο στην,

4 K1 Δ1 Π17 Δ56 Π18 K90 Π19 Π 20 Δ 2 Δ3 Δ4 Δ5 K2 K3 K4 K5 Δ 44 Δ 45 Δ 46 K6 K11 Π1 Δ6 Π2 K93 Π3 Δ53 Δ 54 Δ55 K7 K12 Π4 Δ 61 Δ60 Δ59 K8 Π5 Δ7 Δ 66 Δ67 Π7 K9 Π6 Δ8 Δ72 Δ 71 K91 K10 Δ10 Δ11 Δ12 Δ13 K13 K14 K15 K16 K17 K18 Δ41 Δ42 Δ 43 K19 Δ14 Π10 Δ49 Δ48 Δ47 K37 K20 K39 Π9 Δ 18 Δ51 Δ 50 K38 K24 Δ16 Δ58 Π11 K23 Π8 Δ17 Δ 65 Δ64 Δ 63 K21 Δ15 Π 12 Δ 70 Δ69 K22 Δ19 Δ21 Δ22 Δ23 Δ24 Δ25 Δ 26 Δ27 K25 K26 K27 K28 K29 K30 K92 Π13 Δ 52 Π14 Δ57 Π 15 Δ 62 Π16 Δ68 Δ28 Δ29 Δ30 Δ31 Δ 32 Δ33 Δ34 Δ35 K31 K32 K33 K34 K35 Π21 K36 Σχήμα 1. Συμβατική λύση. Θέσεις εμφατνούμενων τοιχωμάτων, τυπικός όροφος. 4

5 5 σημείον προς σημείον, ενίσχυση των μελών του φέροντος οργανισμού που παρουσιάζουν αδυναμίες βάσει μιας «διαγνώσεως», που σχετίζεται με την υιοθετηθείσα επιτελεστικότητα και την αναλυτική μεθοδολογία που την πραγματώνει. Η συμβατική διαχείριση της βασικής ανισώσεως ασφαλείας του Κανονισμού, η οποία απαιτεί παντού και πάντοτε η αντοχή να υπερισχύει της καταπονήσεως, συνεπάγεται την επιλογή μιας εκ των δύο οδών: (α) Εκείνης της αυξήσεως της αντοχής των μελών στα οποία αυτή υστερεί, (β) εκείνης της προσθήκης νέων μελών, η οποία οδηγεί σε μείωση της καταπονήσεως των παλαιών μελών, ώστε να προκύψει η καταπόνηση μικρότερη από τη διαθέσιμη αντοχή. Από τις δύο οδούς η υπερέχουσα κατά κανόνα είναι η δεύτερη, πράγμα που παραπέμπει στο γνωστό παραδοξολόγημα «η τεθλασμένη είναι συντομοτέρα της ευθείας»! Η υπεροχή αυτή οφείλεται στους εξής λόγους: (α) Είναι, εάν θεωρηθεί το κόστος της επεμβάσεως ως σύνθετον, περιλαμβάνον δηλαδή και εκείνο της γενικότερης οχλήσεως κατά την εφαρμογήν της, η οικονομικότερη, καθόσον η επέμβαση ακολουθώντας την οδό της εμμέσου προσπελάσεως στο πρόβλημα έχει την ευχέρεια να επιλέξει τα σημεία ενεργείας της και να παρακάμψει την υπάρχουσα κατά κανόνα, δυσκολία της αμέσου επεμβάσεως (β) Είναι λυσιτελέστερη επειδή ανταποκρίνεται αρτιώτερον έναντι των πάντοτε ελλοχευόντων κρυφών, υπό την έννοιαν ότι είναι αδύνατον να εντοπισθούν, ελαττωμάτων, τα οποία ως βραδυφλεγείς βόμβες είναι δυνατόν να είναι «θανάσιμα», για την αντισεισμική ασφάλεια των οικοδομών, να ανατρέψουν και την πιο επιμελημένη διάγνωση και να παρακάμψουν και την πιο βαριά επέμβαση. Αναμφιβόλως, η εμφάτνωση τοιχωμάτων εντός πλαισίων του φέροντος οργανισμού σε κατάλληλες θέσεις συνιστά έναν πρόσφορο και αποτελεσματικό τρόπο μέσω του οποίου μπορεί να πραγματωθεί μία λύση εμμέσου προσπελάσεως με τα παραπάνω διαζωγραφιθέντα πλεονεκτήματα. ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΜΕ ΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ Προσομοίωση υφιστάμενης κατασκευής Η προσομοίωση και η ανάλυση της κατασκευής πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων SAP2000, (Computer and Structures, 2002), το οποίο διαθέτει το Α.Π.Θ. Για τον υπολογισμό της σεισμικής απόκρισης εφαρμόστηκε η δυναμική φασματική μέθοδος. Στο Σχήμα 2 δίνεται το τρισδιάστατο προσομοίωμα της κατασκευής. Η προσομοίωση, τόσο των κατακορύφων δομικών στοιχείων (υποστυλώματα, τοιχώματα), όσο και των οριζοντίων (δοκών), έγινε με γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία δοκού (frame elements). Στην περίπτωση των δοκών ελήφθη συνεργαζόμενο πλάτος πλακοδοκού σύμφωνα με τις διατάξεις του Ε.Α.Κ.,

6 6 (Ε.Α.Κ., 2000). Στη στάθμη κάθε ορόφου θεωρήθηκε πλήρης διαφραγματική λειτουργία ενώ, η μάζα του κάθε ορόφου ελήφθη συγκεντρωμένη στο κέντρο βάρους της κάθε πλάκας. Η ποιότητα του σκυροδέματος εκτιμήθηκε σε C10 (f ck =10MPa). Οι δυσκαμψίες των στοιχείων ελήφθησαν μειωμένες με την παραδοχή σταδίου ΙΙ, (Ε.Α.Κ., 2000). Έτσι η καμπτική δυσκαμψία σταδίου ΙΙ ελήφθη για τα υποστυλώματα ίση με αυτή του σταδίου Ι, χωρίς συνυπολογισμό της συμβολής του οπλισμού (δυσκαμψία γεωμετρικής διατομής), για τα τοιχώματα ίση με τα 2/3 της παραπάνω τιμής και για τα οριζόντια στοιχεία ίση με το 1/2. Η στρεπτική δυσκαμψία όλων των στοιχείων ελήφθη ίση με το 1/10 της αντίστοιχης τιμής του σταδίου Ι. Τα υποστυλώματα, λόγω της ύπαρξης υπογείου με περιμετρικά τοιχώματα, θεωρήθηκαν πλήρως πακτωμένα στη στάθμη της οροφής του υπογείου. Τα μόνιμα και κινητά φορτία της κάθε πλάκας υπολογίστηκαν λαμβάνοντας υπόψη τη διαμόρφωση του δαπέδου, τις υπερκείμενες τοιχοποιίες και τη χρήση του χώρου. Σχήμα 2. Τρισδιάστατο προσομοίωμα της υφιστάμενης κατασκευής.

7 7 Το κτίριο βρίσκεται στη ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας ΙΙ (α g =0,24) κατά τον Ε.Α.Κ. Η ανάλυση έγινε για συντελεστή συμπεριφοράς q=1,5 λόγω της περιορισμένης πλαστιμότητας που διαθέτει ο φορέας εξαιτίας του αρχικού σχεδιασμού του με κανονισμούς προ του Το κτίριο ανήκει στην κατηγορία σπουδαιότητας Σ2 που καλύπτει τα συνήθη κτίρια κατοικιών και γραφείων και κατά συνέπεια ο συντελεστής σπουδαιότητας είναι: γ I =1,00. Το έδαφος θεμελίωσης είναι κατηγορίας Β. Προσομοίωση ενισχυμένης κατασκευής με ελκυστήρες Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η ενίσχυση του κτιρίου με μεταλλικούς ελκυστήρες από ράβδους χάλυβα οπλισμού διαμέτρου Ø25. Η προσομοίωση της ενισχυμένης κατασκευής αξιοποίησε την προσομοίωση της υφιστάμενης. Προβλέπεται η διάταξη ελκυστήρων και στις δύο διευθύνσεις του κτιρίου, όπως θα παρουσιαστεί παρακάτω. Εφεξής, οι ελκυστήρες που διατάσσονται κατά τη μεγάλη πλευρά του κτιρίου θα αναφέρονται ως ΕΛΚ1 ενώ αυτοί που διατάσσονται κατά τη μικρή πλευρά θα αναφέρονται ως ΕΛΚ2. Η προσομοίωση των ελκυστήρων έγινε με γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία δοκού. Κατά την ανάλυση λαμβάνεται συντελεστή συμπεριφοράς του συστήματος q=1,5, θεωρώντας ότι το σύνολο των σεισμικών δυνάμεων θα παραληφθεί από αυτούς. Η επιδιωκόμενη επιτελεστικότητα του υπό ενίσχυση κτιρίου για τον φέροντα οργανισμό ορίζεται στη στάθμη Β 1 κατά τον ΚΑΝ.ΕΠΕ., (ΚΑΝ.ΕΠΕ., 2004), η οποία ορίζεται ως «Προστασία ζωής» για πιθανότητα υπέρβασης της σεισμικής δράσης εντός του συμβατικού χρόνου ζωής των 50 ετών, 10%. Ο στόχος αυτός αντιστοιχεί στη στάθμη σχεδιασμού που προβλέπει ο Ε.Α.Κ. Σύμφωνα με την επιδιωκόμενη επιτελεστικότητα κατά τον σεισμό σχεδιασμού αναμένεται να παρουσιασθούν επισκεύασιμες βλάβες στον φέροντα οργανισμό του κτιρίου, χωρίς όμως να συμβεί θάνατος ή σοβαρός τραυματισμός ατόμων εξαιτίας των βλαβών αυτών, και χωρίς να συμβούν ουσιώδεις φθορές στην οικοσκευή ή τα αποθηκευόμενα υλικά στο κτίριο. Επιλογή αριθμού και διάταξης ελκυστήρων Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται οι ελάχιστες απαιτούμενες μειώσεις και οι μέγιστες επιτρεπόμενες μετακινήσεις του υφιστάμενου κτιρίου. Στόχος της ενίσχυσης είναι η επίτευξή των παραπάνω μειώσεων των μετακινήσεων του κτιρίου. Αξίζει να αναφερθεί ότι οι ράβδοι ΕΛΚ1 επηρεάζουν τις μετακινήσεις u y αφήνοντας σχεδόν ανεπηρέαστες τις u x, ενώ οι ΕΛΚ2 επηρεάζουν μόνο τις u x και όχι τις u y. Έτσι, για την επιλογή της κατάλληλης διάταξης και αριθμού ράβδων εργαζόμαστε ανεξάρτητα και η σύνθεση των δύο συστημάτων γίνεται στο τέλος για τον τελικό έλεγχο της αντοχής των στύλων. Οι ελκυστήρες ΕΛΚ1, όπως αναφέρθηκε, θα διαταχθούν παράλληλα προς την μεγάλη πλευρά του κτιρίου. Το πλεονέκτημα στο συγκεκριμένο κτίριο είναι ότι βρίσκεται σε συνεχές σύστημα δόμησης και έτσι οι δύο μεγάλες πλευρές του, δεν διαθέτουν ανοίγματα κάνοντας έτσι την διέλευση των ράβδων ιδιαίτερα εύκολη υπόθεση. Εξαιτίας αυτού του πλεονεκτήματος επιλέχθηκε η διάταξη συνεχών

8 8 ράβδων που θα έχουν όλες αφετηρία το υπόγειο του κτιρίου και κατάληξη την απέναντι γωνία στο ύψος της οροφής κάθε πλάκας. Έτσι για κάθε όροφο και πλευρά θα τοποθετηθεί από ένα ζεύγος ελκυστήρων. Στην αριστερή πλευρά του κτιρίου η οποία παρουσιάζει ελαφρά αλλαγή της διεύθυνσής της, θα διαταχθούν δύο ζεύγη ανά όροφο. Η τοποθέτηση γίνεται ανά ζεύγη επειδή λαμβάνουμε υπόψη μόνο την εφελκυστική αντοχή των ράβδων. Στο προσομοίωμα, επειδή η ανάλυση είναι γραμμική ελαστική, δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη η μονόπλευρη αυτή λειτουργία των ράβδων και το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με την εισαγωγή μειωτικών συντελεστών ίσων με 0,50 στο εμβαδόν κάθε ελκυστήρα- «ψευδοθλιπτήρα». Και αντίστοιχα η πραγματική αξονική δύναμη θα προκύπτει από την ανάλυση πολλαπλασιασμένη επί 2. Πίνακας 1. Απαιτούμενες μειώσεις και μέγιστες επιτρεπόμενες μετακινήσεις. Όροφος Απαιτούμενες μειώσεις Μετακινήσεις ασφαλείας U x (%) U y (%) U x (m) U y (m) Ισόγειο , , ος , , ος , , ος , , ος , , ος , ,04817 Η επιλογή της κατάλληλης διάταξης των ελκυστήρων έγινε κατόπιν εκτεταμένης παραμετρικής διερευνήσεως. Στους Πίνακες 2 και 3 παρουσιάζονται τα προσομοιώματα που διερευνήθηκαν με στόχο την επίτευξη των απαιτούμενων μειώσεων των μετακινήσεων. Πίνακας 2. Προσομοιώματα ανάλυσης με ίδιο αριθμό ράβδων ανά ζεύγος ελκυστήρα. Αριθμός ράβδων ανά ζεύγος ελκυστύρων Όροφος Προσομοίωμα Α1 Α2 Α3 Α4 Ισόγειο 1Φ25+1Φ25 2Φ25+2Φ25 4Φ25+4Φ25 6Φ25+6Φ25 1ος 2Φ25+2Φ25 3Φ25+3Φ25 5Φ25+5Φ25 7Φ25+7Φ25 2ος 3Φ25+3Φ25 4Φ25+4Φ25 6Φ25+6Φ25 8Φ25+8Φ25 3ος 4Φ25+4Φ25 5Φ25+5Φ25 7Φ25+7Φ25 9Φ25+9Φ25 4ος 5Φ25+5Φ25 6Φ25+6Φ25 8Φ25+8Φ25 10Φ25+10Φ25 5ος

9 Πίνακας 3. Προσομοιώματα ανάλυσης με διαφορετικό αριθμό ράβδων ανά ζεύγος ελκυστήρα. Αριθμός ράβδων Όροφος Α5 Προσομοίωμα Α6 Ισόγειο 1Ζ 2ΕΛΚ6Φ25+2Ζ 2ΕΛΚ3Φ25 1Ζ 2ΕΛΚ6Φ25+2Ζ 2ΕΛΚ6Φ25 1ος 1Ζ 2ΕΛΚ7Φ25+2Ζ 2ΕΛΚ3Φ25 1Ζ 2ΕΛΚ7Φ25+2Ζ 2ΕΛΚ7Φ25 2ος 1Ζ 2ΕΛΚ10Φ25+2Ζ 2ΕΛΚ10 Φ25 1Ζ 2ΕΛΚ10Φ25+2Ζ 2ΕΛΚ10Φ25 3ος 1Ζ 2ΕΛΚ6Φ25 +2Ζ 2ΕΛΚ9 Φ25 1Ζ 2ΕΛΚ9Φ25 +2Ζ 2ΕΛΚ6Φ25 4ος 1Ζ 2ΕΛΚ6Φ25 +2Ζ 2ΕΛΚ10 Φ25 1Ζ 2ΕΛΚ10Φ25 +2Ζ 2ΕΛΚ6Φ25 5ος - - Στον Πίνακα 4 παρουσιάζονται οι μειώσεις των μετακινήσεων u y για τα 6 προσομοιώματα που διερευνήθηκαν. Παρατηρούμε ότι τα προσομοιώματα Α4 και Α5 καθώς και το Α6 με μια μικρή υστέρηση είναι τα επικρατέστερα. Παρόλα αυτά όμως το προσομοίωμα Α5 έχει το μικρότερο συνολικό αριθμό ράβδων και άρα μικρότερο κόστος, και επομένως είναι αυτό που τελικώς επιλέγουμε για την μείωση των μετακινήσεων στην διεύθυνση y. Στο Σχήμα 3 παρουσιάζεται η τελική διάταξη των ελκυστήρων όπως εισήχθη στο πρόγραμμα. Πίνακας 4. Μειώσεις μετακινήσεων u y ανά διερευνηθέν προσομοίωμα. Όροφος Απαιτούμενη Μείωση Πραγματοποιούμενη Μείωση Α1 Α2 Α3 Α4 Α5 Α6 Ισόγειο 50% 43% 51% 61% 68% 67% 67% 1ος 48% 45% 53% 63% 69% 69 68% 2ος 70% 48% 55% 65% 71% 69% 69% 3ος 63% 49% 56% 65% 71% 68% 69% 4ος 60% 51% 57% 65% 71% 67% 66% 5ος 26% 47% 52% 59% 63% 61% 57% Κατά την διεύθυνση x λόγω της ύπαρξης ανοιγμάτων στις τοιχοποιίες δεν είναι δυνατή η διάταξη ελκυστήρων με την λογική των ελκυστήρων ΕΛΚ1. Για τον λόγο αυτό τοποθετούμε τους ελκυστήρες τμηματικά σε όσα φατνώματα το επιτρέπουν. 9

10 10 Σχήμα 3. Όψη ελκυστήρων αριστερής πλευράς (Προσομοίωμα Α5). Εξαιτίας αυτής της διαμόρφωσης, δεν έχουν την ικανότητα παραλαβής των δυνάμεων των ΕΛΚ1. Έχοντας εξαντλήσει όλες τις πιθανές θέσεις τοποθέτησης και φτάνοντας τον αριθμό των 4 ράβδων Ø25 ανά ελκυστήρα, ο οποίος ορίστηκε ως ο μέγιστος ανά ελκυστήρα εξαιτίας κατασκευαστικών και οικονομικών λόγων, το μέγιστο ποσοστό μείωσης των μετακινήσεων έφτανε το 26%. Η μείωση αυτή απέχει κατά πολύ από την απαιτούμενη η οποία είναι τουλάχιστον 50% σύμφωνα με τον Πίνακα 1. Για τον λόγο ότι οι ελκυστήρες στην x διεύθυνση δεν επαρκούν για την μείωση των μετακινήσεων και κατά συνέπεια την παραλαβή επαρκούς σεισμικής δύναμης, θα γίνει η εφαρμογή μιας μεικτής λύσεως, δηλαδή της τοποθέτησης ελκυστήρων και της εμφάτνωσης τοιχωμάτων. Έτσι στην διεύθυνση x τοποθετούνται 2 τοιχώματα (στοιχεία Κ90 και Κ93, Σχήμα 1) και επιπλέον γίνεται αύξηση του πάχους των δύο πλευρών του πυρήνα με παράλληλη επέκταση του στους δύο ανώτερους ορόφους. Τα υλικά κατασκευής των νέων στοιχείων είναι σκυρόδεμα C25 και χάλυβας B500C.

11 11 Εναλλακτική, της εναλλακτικής, λύση με χρησιμοποίηση χάλυβα προεντάσεως Ως υλικό κατασκευής των ελκυστήρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκτός από κοινό χάλυβα οπλισμού, και χάλυβας προεντάσεως. Ο χάλυβας αυτός έχει πολύ υψηλό όριο διαρροής της τάξεως των 1500 MPa. Αυτό συνεπάγεται ότι μια συνήθης διατομή ενός καλωδίου προέντασης 12Ø10 (9,4cm 2 2Ø25) μπορεί να παραλάβει δύναμη 1226kN, δηλαδή κατά πολύ μεγαλύτερη από την μέγιστη αναπτυσσομένη. Τα καλώδια αυτά φέρουν εξωτερική προστασία από διάβρωση και είναι κατάλληλοι για χρήση σε διατάξεις εξωτερικής προέντασης. Ως ελκυστήρες διαθέτουν το πλεονέκτημα να τανύονται υπό μικρή τάση, έτσι ώστε να μειωθεί η χαλάρωση τους και να είναι σε θέση να λειτουργήσουν από την πρώτη στιγμή του σεισμού. Τα πλεονεκτήματα της λύσεως αυτής είναι τα ακόλουθα: Οι ελκυστήρες είναι συνεχείς, λόγω της χρήσεως χάλυβα προεντάσεως, ο οποίος διατίθεται σε απεριόριστα μήκη, αποφεύγοντας έτσι τις συνδέσεις για κάλυψη μεγάλων μηκών. Μπορούν με κατάλληλες διατάξεις εκτροπής να έχουν καλύτερη προσαρμογή στις γεωμετρικές ανάγκες. Στα Σχήματα 4 και 5 παρουσιάζονται ενδεικτικές μορφές αγκύρωσης ελκυστήρων από κοινό χάλυβα και χάλυβα προέντασης αντίστοιχα. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης της αποδοτικότητας της προτεινόμενης μεθόδου ενίσχυσης της μελετηθείσας κατασκευής με τη χρήση ελκυστήρων κοινού χάλυβα. Έλεγχος επάρκειας των στύλων Ο έλεγχος της επάρκειας των υφισταμένων στύλων σε κάμψη γίνεται με την βοήθεια των διαγραμμάτων συσχέτισης της ροπής αντοχής M Rd με την αναπτυσσόμενη ροπή για την περίπτωση του σεισμικού συνδυασμού φόρτισης, M sd. Ως γνωστόν, τα σεισμικά αδρανειακά φορτία, οι σεισμικές μετακινήσεις και οι σεισμικές καταπονήσεις ευρίσκονται σε σχέση αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και το ένα επηρεάζει και τροφοδοτείται από το άλλο. Επομένως εάν το υφιστάμενο χωρικό σύστημα φορτιστεί σύμφωνα με τις προβλέψεις του Ε.Α.Κ., (Ε.Α.Κ., 2000), είναι δυνατόν να προσδιοριστούν τα φόρτια και οι μετακινήσεις που αντιστοιχούν στην οριακή, από άποψη ασφαλείας, κατάσταση των κρίσιμων κατακόρυφων μελών. Επειδή μάλιστα η εξάντληση των αντοχών των εν λόγω δομικών στοιχείων δεν είναι ταυτόχρονη απαιτείται μια διαδικασία όπως αυτή

12 12 ΤΟΜΗ Α-Α ΤΟΜΗ Β-Β Σχήμα 4. Ενδεικτική μορφή αγκύρωσης ελκυστήρων από κοινό χάλυβα.

13 13 ΤΟΜΗ Α-Α Σχήμα 5. Ενδεικτική μορφή αγκύρωσης ελκυστήρων από χάλυβα προέντασης. που περιγράφεται στο Σχήμα 6, (Τέγος Ι., Ρουπακιάς Γ., 2006), για τον καθορισμό της σεισμικής φορτίσεως αστοχίας κάθε ορόφου. Στο σύστημα συντεταγμένων του Σχήματος κάθε κατακόρυφο στοιχείο κάθε ορόφου απεικονίζεται με ένα σημείο του οποίου η τετμημένη παριστάνει την καταπόνηση του από την ομάδα δράσεων με τον σεισμό και η τεταγμένη του την ομόλογη

14 14 αντοχή του. Στην περίπτωση που, για την φόρτιση σχεδιασμού της προκριθείσας επιτελεστικότητας ενισχύσεως, όλα τα κατακόρυφα στοιχεία είχαν εξαντλήσει ταυτοχρόνως την αντοχή τους τότε τα αντίστοιχα σημεία τους θα έκειντο επί ευθείας διερχόμενης από την αρχή του συστήματος συντεταγμένων, ενώ εάν οι σεισμικές καταπονήσεις τους ήταν ίσες με τις αντοχές τους τότε η ληφθείσα φόρτιση θα αποτελούσε την οριακή φόρτιση ασφαλείας. Επειδή αυτό δεν συμβαίνει, όσα σημεία είναι πάνω από την διχοτόμο του συστήματος των αξόνων αντιστοιχούν σε στοιχεία τα οποία διαθέτουν, έναντι των σεισμικών δράσεων που αντιστοιχούν στην επιδιωκόμενη επιτελεστικότητα περιθώρια ασφαλείας, ενώ τα σημεία που είναι κάτω από την διχοτόμο αντιστοιχούν σε στοιχεία που, θεωρητικώς, έχουν αστοχήσει για την υπόψιν φόρτιση σχεδιασμού. Κατόπιν των ανωτέρω απαιτείται κάποιος βαθμός προσωπικής κρίσης για να αχθεί μια ευθεία συσχετίσεως που αντιστοιχεί στην γενικευμένη αστοχία των στοιχείων του κάθε ορόφου, της οποίας μάλιστα η κλίση, συντελεστής διευθύνσεως, εκπροσωπεί τον διορθωτικό, μειωτικό κατά κανόνα, συντελεστή των σεισμικών δράσεων που έχουν ληφθεί, υπό την έννοια ότι τα διορθωμένα φορτία αποτελούν την φόρτιση αστοχίας του φέροντος οργανισμού. Η φόρτιση αφετηρίας θα μπορούσε να είναι η αντιστοιχούσα στην επιδιωκόμενη επιτελεστικότητα της ενισχύσεως. Ο συντελεστής συμπεριφοράς για τις παλιές οικοδομές είναι εύλογο να εκτιμάται κατά περίπτωση 1,50 ή 1,00. Στην συγκεκριμένη περίπτωση λήφθηκε 1,50 όπως προαναφέρθηκε. Οι μετακινήσεις που προκύπτουν για την σεισμική φόρτιση αστοχίας σε συνδυασμό με την τιμή που κρίθηκε ως κατάλληλη για την εξεταζόμενη περίπτωση, χαρακτηρίζονται ως «μετακινήσεις ασφαλείας» του υφιστάμενου φέροντος οργανισμού. Υπό την έννοια ότι αυτές αποτελούν τις μέγιστες μετακινήσεις που μπορούν να παραληφθούν με ασφάλεια από αυτόν. Κατόπιν τούτου το μέγεθος και το είδος της ενισχύσεως επιλέγεται με κριτήριο τον περιορισμό των μετακινήσεων του ενισχυμένου φορέα για τις σεισμικές δράσεις της επιλεχθείσας επιτελεστικότητας τουλάχιστον στο επίπεδο των μετακινήσεων ασφαλείας που υπολογίστηκαν για το υφιστάμενο φέρον σύστημα. Υπολογιστική Αντοχή 45 o Ki,Ai Υπολογιστική Καταπόνηση Σχήμα 6. Διαδικασία προσδιορισμού δράσεων και μετακινήσεων ασφαλείας.

15 15 Στη συγκεκριμένη περίπτωση, ως φόρτιση αφετηρίας θεωρείται ο βασικός σεισμικός συνδυασμός που ορίζει ο Ε.Α.Κ., (Ε.Α.Κ., 2000), με συντελεστή συμπεριφοράς 1,50 λόγω της περιορισμένης αντισεισμικότητας του κτιρίου. Μετά από τη φόρτιση του υφιστάμενου φορέα προκύπτουν τα εντατικά μεγέθη των υποστυλωμάτων και οι ελαστικές μετακινήσεις των ορόφων. Η εντατική κατάσταση των στύλων υπολογίζεται από τον συνδυασμό G+0,3Q±E. Οι δυσμενέστερες, σύμφωνα με τον προηγούμενο συνδυασμό, ροπές τοποθετούνται σε διαγράμματα σε συνδυασμό με την υπολογιστική αντοχή κάθε υποστυλώματος και υπολογίζεται η φόρτιση αστοχίας του υφιστάμενου φορέα. Οι υπολογιστικές αντοχές υπολογίζονται σύμφωνα με τις υφιστάμενες ράβδους οπλισμού ποιότητας S220, θεωρώντας για κάθε διατομή ένα ανηγμένο αξονικό φορτίο ν d = 0,50 το οποίο αποτελεί μια μέση τιμή για την καταπόνησή τους από το σεισμό σχεδιασμού. Στο Σχήμα 7 παρουσιάζεται ενδεικτικά το διάγραμμα συσχέτισης των ροπών M x για τους στύλους του ισογείου. Στο Σχήμα αυτό, η διχοτόμος (κόκκινη γραμμή) δηλώνει την οριακή επάρκεια. Όσα στοιχεία βρίσκονται πάνω από την γραμμή διαθέτουν επάρκεια αντοχής, ενώ όσα είναι από κάτω έχουν πρόβλημα αντοχής. Γενικώς, παρατηρείται επάρκεια του συνόλου των στοιχείων σε κάμψη, η οποία είναι οριακή σε ορισμένα στοιχεία, εκτός κάποιων εξαιρέσεων λόγω απότομης πτώσης της αντοχής τους και του δυσμενούς της θέσης τους. Σημειώνεται επίσης για λόγους πληρότητας ότι, κατά τον έλεγχο των στύλων σε τέμνουσα διαπιστώθηκε η επάρκεια αυτών. Έλεγχος αντοχής των ελκυστήρων Στον Πίνακα 5 παρουσιάζεται, ενδεικτικά, ο έλεγχος της αντοχής σε αξονικό εφελκυσμό για κάποιους από τους ελκυστήρες ΕΛΚ1. Κατά τον έλεγχο αυτόν, διαπιστώθηκε ότι όλοι οι ελκυστήρες έχουν μεγαλύτερη αντοχή από την αναπτυσσόμενη καταπόνηση. Πίνακας 5. Έλεγχος αντοχής ελκυστήρων ΕΛΚ1. Ελκυστήρας Αρ. Ράβδων Ν t,sd (kn) Ν t,rd (kn Έλεγχος 1Α , ,44 PASS 1Α , ,44 PASS 1Α , ,44 PASS 1Α , ,44 PASS 1D , ,88 PASS 1D , ,88 PASS 2Α , ,44 PASS 2Α , ,44 PASS 2Α , ,44 PASS

16 16 Σχήμα 7. Διαγράμματα συσχέτισης ροπών M x για τους στύλους του ισογείου.

17 17 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εξετάστηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας το πρόβλημα της προσεισμικής ενίσχυσης, υπό τεθέντες περιορισμούς, σε πολυώροφη οικοδομή της οποίας το ιστορικό θα ήταν δυνατό να χαρακτηρισθεί βεβαρημένο. Εξετάστηκαν εναλλακτικώς δύο λύσεις ενισχύσεως εκ των οποίων η μία, η συμβατική, της εμφατνώσεως σε πλαίσια τοιχωμάτων και η άλλη, καινοτόμος, χρησιμοποίησε ελκυστήρες από κοινό χάλυβα στη μία εκδοχή και από χάλυβα προεντάσεως στην άλλη. Ως σημαντικότερα συμπεράσματα της εργασίας αναφέρονται τα παρακάτω: Η αντιμετώπιση μέσω εμφατνώσεως τοιχωμάτων σε πλαίσια απέδωσε ικανοποιητικώς και ανέβασε το επίπεδο ασφαλείας του παλαιού κτιρίου σε παραπλήσιο ύψος με αυτό που παρέχουν οι σύγχρονοι κανονισμοί. Η διερευνητικώς εφαρμοσθείσα, ως διαθέτουσα μάλιστα τον ελάχιστο δυνατό βαθμό οχλήσεως κατά την επέμβαση καθώς επίσης και τον ύψιστο βαθμό ταχύτητας εκτελέσεώς της, λύση των ελκυστήρων είτε κοινού είτε προεντεταμένου χάλυβα, μολονότι αντιμετώπισε πολλαπλάσια φορτία (q=1,50) συγκριτικώς με την συμβατική της εμφάτνωσης τοιχωμάτων (q=3,50) επέτυχε τον ίδιο περίπου βαθμό προστασίας του υφιστάμενου σκελετού. Αξίζει να σημειωθεί, ότι η μέθοδος των ελκυστήρων είναι δυνατόν να χαρακτηρισθεί ως πολλά υποσχόμενη στον τομέα των ενισχύσεων και αναμένεται να διερευνηθεί θεωρητικώς αλλά και εμπειρικώς (παραμετρικώς) και σε άλλες περιπτώσεις οικοδομών είτε αμιγής είτε μεικτή εν συνδυασμώ με την συμβατική της εμφάτνωσης τοιχωμάτων προς εξαγωγή ασφαλέστερων συμπερασμάτων. ΑΝΑΦΟΡΕΣ CEN [Comité Européen de Normalisation], Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, (2003). CEN [Comité Européen de Normalisation], Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance, Part 1: General rules, seismic actions ands rules for buildings, (2003). Computers and Structures Inc.SAP 2000 Nonlinear Version User s Reference Manual, Berkeley, California (2002). ΟΑΣΠ, Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός (Ε.Α.Κ.) (2000). ΟΑΣΠ, Ελληνικός Κανονισμός Οπλισμένου Σκυροδέματος (Ε.K.Ω.Σ.) (2000). ΟΑΣΠ Ομάδα μελέτης για τη σύνταξη Κανονισμού Επεμβάσεων σε κτίρια από Ωπλισμένο Σκυρόδεμα, Ελληνικός Κανονισμός Επεμβάσεων, Σχέδιο 1, (2004). Τέγος Ι., Ρουπακιάς, Προεκτίµηση των αναγκαίων εµφατνωµένων σε πλαίσια ή και ανεξαρτήτων τοιχωµάτων για την ενίσχυση υφιστάµενης οικοδοµής, Πρακτικά, 15ο Ελληνικό Συνέδριο Σκυροδέματος, Αλεξανδρούπολη (2006).