Αποτίμησι -Ενίσχυση κατά ΚΑΝ.ΕΠΕ. κτιρίου από Ο.Σ. Αξιολόγηση εναλλακτικών σεναρί.ν ανασχηδιασμού Κτίριο Μανδαλιδείου κληροδοτήματος του Α.Π.Θ.

Transcript

1 Αποτίμησι -Ενίσχυση κατά ΚΑΝ.ΕΠΕ. κτιρίου από Ο.Σ. Αξιολόγηση εναλλακτικών σεναρί.ν ανασχηδιασμού Κτίριο Μανδαλιδείου κληροδοτήματος του Α.Π.Θ. Assessment and redesign of R.C. building Evaluation of alternative strengthening scenarios Γεώργλςς-Αχλνλεύς Π. ΣΤΟΛΑΣ 1, Σάββας ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ 2, Χρήστος ΙΓΝΑΤΑΚΗΣ 3 Λέξηλς κληλδιά: αποτίμηση, ηνίσχ. σι, ΚΑΝ.ΖΠΖ. ΠΖΡΙΛΗΨΗ: Παρς. σιάζεταλ ηφαρμογή των διατάξεων τς. ΚΑΝ.ΖΠΕ. για αποτίμηση και ανασχεδιασμό με ελαστικές μεθόδους ανάλυσης επταώροφου κτιρίου με αμιγώς πλαισιακό σκελετό Ο.Σ. ηλικίας 75 ετών. Αρχικά παρατίθενται στοιχεία αποτύπωσης του φέροντα οργανισμού. Ακολουθεί η αποτίμηση σε πρώτη φάση του γυμνού σκελετού και διαπιστώνονται εκτεταμένες αοεπάρκελες υπό το σελσμό σχεδιασμού. Ολ ανεπάρκειες περιορίσττκαν ελαφρά με τη συνεκτίμησι, ση δεύτερι φάση, και των τοιχοποιλών πλήρ. σης. Τέλος σε τρίτη φάση, ο πλαισιακός σκελετός αποδεικνύεται οριακά ικανός για την ανάληψη μόνον των φορτίων βαρύτητας, όπως άλλωστε είχε σχεδιαστεί αρχικά (1935). Πρςτείνεται εοίσχυσι με εμφατνούμηνα τςλχώματα. Αρχλκά αξλςλογςύνταλ επτά σενάρια διάταξτς τςλχ. μάτ. ν μη βάση γηνικής λωχύςς κρλτήρλα. Τέλςς στς πρςσομοί. μα με τη βέλτλστη διάταξη τοιχωμάτων γίνεται διαστασιολόγηση των απαιτούμενων ενισχύσεωο στύλ. ν καλ δοκών. ABSTRACT: Τhe application of the new Hellenic Code for Rehabilitation of Buildings (ΚΑΝ.ΕΠΕ.) is presented for the assessment and re-design, on the basis of elastic analysis, of a 75 year old, seven-storey bare frame building. Initially, details regarding the configuration of the structure are given. In the following, the assessment of the structure is performed and extensive locations of inadequate seismic supply-to-demand ratio are spotted. The above locations are slightly reduced after considering the contribution of the masonry infills. Finally, it is shown that the frame structure is only capable of carrying the vertical loads, as it was actually designed initially (1935). Based on the above, the construction of new shear walls, embedded within the frame, is proposed and seven alternative configurations of the shear walls are assessed on the basis of general criteria. Having defined the optimal configuration of the rehabilitation scheme, the design of the required members (columns and beams) is finally performed and presented. 1 Διπλωματούχος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., gapistol@gmail.com 2 Διπλωματούχος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., savvaspp@civil.auth.gr 3 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ., ignatak@civil.auth.gr 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το επταώροφο κτίριο του «Μανδαλιδείου» κληροδοτήματος βρίσκεται στη γωνία της Λεωφόρου Νίκης και της οδού Βογατσικού στην παλιά παραλία της Θεσσαλονίκης. Κατασκευάστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1930 ως κτίριο κατοικιών. Το 1972 παραχωρήθηκε στο Α.Π.Θ. και το 1974 τέθηκε στη διάθεση της οδοντιατρικής σχολής του, αλλά παρέμεινε αναξιοποίητο λόγω νομικών εμποδίων. Το διάστημα εκτελέστηκαν εργασίες επισκευής βλαβών στις τοιχοποιίες πλήρωσης από τους σεισμούς του Το 1985 το κτίριο καταλήφθηκε από ομάδες άστεγων φοιτητών. Μετά την αποχώρηση των καταληψιών το 1991 συντάχθηκε μελέτη αρχιτεκτονικής διαρρύθμισης, η οποία προέβλεπε καθαιρέσεις μερικών διαχωριστικών τοιχοποιιών κυρίως στους ανώτερους ορόφους για διαμόρφωση αλθς. σών δλδασκαλίας. Ολ ηργασίες εκτηνέσθηκαν τς 1992 καλ την άνοιξη τς εγκαταστάθηκε στς κτίριο το Τμήμα Δημοσιογραφίας και Μέσων Μαζικής Επλκςλνωνίας. Το 2002 στο πλαίσιο ερεωνι τικού πρςγράμματος τς. Α.Π.Θ. με τίτλο «Δλερεύνηση σηλσμικής τρωτότττας κτλρίων του Α.Π.Θ.» (Στυλιανίδης, 2002) έγινε αποτύπωση του φέροντα οργανισμού, διαπιστώθηκε σοβαρή ανεπάρμεια έναντι των απαλτήσεων του ΕΑΚ (2000) και διερευνήθηκαν εναλλακτικές προτάσεις ενίσχυσης με εμφατνούμενα τοιχώματα. Έτσι το 2002 το κτίριο εκκενώκι κε και έκτοτε παραμένει κηνό, ενώ το 2006 κηρύχθτμε δλατηρττέο ως πρςς τις όψεις του. Στην παρςύσα ηργασία επλχηιρήθηκε αποτίμηση τς. φέροντα οργανισμού και έγινε αξιολόγηση εναλλακτικών σεναρίων ηνίσχυστς σύμφωνα με τις διατάξεις τς. σχηδίς. 2 του Κανςνλσμςύ Ζπεμβάσηων (ΚΑΝ.ΖΠΕ.2005) και των τρςπςπςλτμένων άρθρων τς. μη εφαρμςγή τ. ν ηλαστικών μεθόδωο αοάλυσι ς και καθςλλκό δείκτη σ. μπεριφοράς q (Παπαδόπουλος, 2008). Η διάταξη, ςλ διαστάσεις καλ οι οπλισμςί τ. ν δςμλκών στοιχείων, η ποιότητα σκυροδέματος και χάλυβα καθώς και πληροφςρίες για την παθολογία του κτιρίου λήφθηκαν από το φάκελο του ερευνητικού προγράμματος. Στο στάδιο της αποτίμησης έγιναν τα ακόλουθα βήματα: Ελέγχθηκε η απόκριση, έναντι της σεισμικής δράσης του ισχύοντος αντισεισμλκςύ κανονισμού (ΕΑΚ2000), του αμιγώς πλαισιακού φέροντςς οργανισμού της κατασκευής. Δλαπιστώθηκε γενικηυμέντ ανεπάρκελα. Ζπαναλήφθτκε ι αποτίμηση μη σ. νηκτίμτστ και των τςλχοπςλλών πλήρ.σ ις κατά ΚΑΝ.ΕΠΖ. Δλαυλστώθι κη σημαντική αύξτση της δυσκαμψίας, μείωση των αστοχιών στις δοκούς αλλά όχι στους στύλους. Τέλος έγινε έλεγχος επάρκειας του φέροντος οργανισμού έναντι μόνον του συνδυασμού κατακόρυφων φορτίων. Διαπιστώθηκε ικανοποιητική επάρκεια των δοκών, αλλά ανηπάρμεια των μισών περίπου στύλων, οι ςπςί οι όμως επαρκούν για την ανάληψη μόνον των αξονλκών δυνάμεων. Στο στάδιο της ενίσχυσης έγιναν τα ακόλουθα βήματα: 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 2

3 Αποφασίσθηκε η τοποθέτηση σημαντικού αριθμού εμφατνούμενων τοιχωμάτ. ν ώστε να μελ. θεί τς κόστος έναντλ της δαπανηρής και εξαλρητικά οχλτρής καθςλλκής ενίσχ. σι ς δςκώο καλ στύλων. Έγινε συγκριτική αξιολόγηση επτά εναλλακτικών διατάξεων τοιχωμάτων με κριτήρια την επαρκή ανακούφιση του υφιστάμηνς. φέροντα οργανλσμςύ, τι ν ανεμτή λειτς.ρ γλκή όχλτστ και τον περιορισμό ττς στροφικής καταπόνησης του κτιρίου. Επελέγη η βέλτιστη δλάταξη τοιχωμάτων και με διαδοχικές αναλύσεις, προσδιορίσθηκαν ςλ ανεπάρκειες και ενισχύθηκαν μεμονωμένοι στύλολ και δοκςί με μανδύες και λνςπνλσμένα πςλ.μ ερή αντίστοιχα. ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΗΣ ΥΠΑΡΧΟΥΣΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Το κτίριο βρίσκεται σε επαφή επί της Λεωφόρου Νίκης με επταώροφη οικοδομή, ενώ επί της οδού Βογατσικού με τετραώρςφη οικοδομή. Η κάλυψη φθάνει τα 225,60m 2. Απςτελείται από ημιυπόγειο, ανώγηλο, τέσσερλς τ.πλκςύς ορόφους και έναν όροφο σε εσοχή εμβαδού m 2. Το συνολικό ύψος του φθάνει τα 23.75m από το πεζοδρόμιο (Σχήμα 1). Ο φέρων οργανισμός του κτιρίου είναι αμιγώς πλαισιακή κατασκευή από Ο.Σ., ενώ η θεμελίωσή του είναι γενική κοιτόστρωση. Ο οργανισμός πλήρωσης αποτελείται από λιθοδομές στην περίμετρο του ημιυπόγειου, οι περιμετρικοί τοίχοι των ορόφων είναι μπατικές ή υπερμπατικές πλινθοδομές πλήρων πλίνθων, ενώ όλοι οι διαχωριστικοί εσωτερικοί τοίχοι πλινθοδομές πλήρων ή μικρών εξάοπων πλίνθων. Φέρων οργανισμός Το κτίριο εμφανίζει όλα τα χαρακτηριστικά των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα της περιόδου του μεσοπολέμου: Απουσία τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος. Τοιχοποιίες πλήρωσης καλά δομημένες και σφηνωμένες στα φατνώματα του σκελετού. Τα υποστυλώματα είναι τοποθετημένα σε σχετικά κανονικό και μάλλον πυκνό κάναβο. Οι διατομές τους είναι τετραγωνικές από 25X25cm μέχρι 45Χ45cm περίπου και φέρουν τέσσερις διαμήκεις γωνιακές ράβδους. Οι δοκοί τοποθετούνται με κύριο γνώμονα τις θέσεις των υπερκείμενων τοιχοποιιών, με αποτέλεσμα να υπάρχουν αρκετές έμμεσες εδράσεις. Οι διατομές τους είναι μικρές με πλάτος 18 ή 20cm οι περιμετρικές και 14cm οι εσωτερικές. Συχνά φέρουν τριγωνικές ενισχύσεις (γουσέδες) στις στηρίξεις. Η διάτμηση αναλαμβάνεται κυρίως με λοξές ράβδους. Πλήρης απουσία οποιουδήποτε αντισεισμικού υπολογισμού. Οι στύλοι έχουν διαστασιολογηθεί μόνον έναντι αξονικού φορτίου. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφςς, Κύπρος 3

4 Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του φέροντα οργανισμού αποτελούν δύο φυτευτοί στύλοι στην εσοχή του δώματος ο ένας εκ των οποίων εδράζεται επί δοκού ενώ ο άλλος σε πλάκα της οροφής του υποκείμενου ορόφς. ( Σχήμα 1). Σχήμα 1. Γενική άποψη του κτιρίου. Διάταξη φέροντος οργανισμού τυπικού ορόφου. Με κόκκινο σημειώνονται οι θέσεις των φυτευτών υποστυλωμάτων. Στοιχεία παθολογίας Η ηλικία του κτιρίου σε συνδυασμό με ττ θέση του δίπλα στη θάλασσα προκάλεσαν τοπικά σοβαρές βλάβες λόγω ενανθράκωσης του σκυροδέματος και οξείδωσης των οπλισμών. Οι σοβαρότερες βλάβες εντοπίσθηκαν στους πόδες αρκετών στύλων του ημιυπογείου, όπου κατασκευάσθηκαν το 1992 τοπικοί μανδύες και στα δομικά στοιχεία της εσοχής και ιδιαίτερα στις πλάκες δώματος λόγω διείσδυσης ομβρίων. Παρά την κακή ποιότητα του εδάφους, δεν διαπιστώθηκαν ενδείξεις καθιζήσεων, ούτε απόκλιση από την κατακόρυφο. Οι εκτεταμένες βλάβες στον οργανισμό πλήρωσης από τους σεισμούς του 1978 (περιμετρικές αποκολλήσεις και πολλές διαγώνιες και χιαστί ρηγματώσεις) επισκευάστηκαν κατά τις επεμβάσεις της περιόδου Οι όποιες μεταγενέστερες φθορές ή βλάβες επισκευάσθηκαν κατά τις επεμβάσεις της περιόδου Σημειώνεται ότι και στις δύο φάσεις επέμβασης καθαιρέθηκαν αρκετοί διαχωριστικοί τοίχοι για τη δημιουργία αιθουσών διδασκαλίας. Ποιότητα υλικών Για την εκτίμι σι τι ς πςλότητας τς. σκυρςδέματςς τ επλστημονική ςμάδα του ερευνητικού προγράμματος (Στυλιανίδης,2002) διεξήγαγε κρουσιμετρήσεις. Από στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων το σκυρόδεμα χαρακτηρίσθηκε ποιότητας Β160 (~ C12/15). 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρςς 4

5 Από τους στατικςύς υπολογισμούς ττς αρχικής μελέτι ς (1931) και από οπτική παρατήρηση των ράβδων οπλισμού δλαπιστώθηκε ότι πρόκηλταλ για λείο χάλ. βα StI που αντλστοιχεί στην κατηγορία S220 των σημερινών κανονισμών. Τα είδη τοιχοποιίας που συναντώνται στο κτίριο είναι αργολιθοδομές πλήρωσης στην περίμετρο του υπογείου πάχους 35-40cm και οπτοπλινθοδομές μικρών πλήρων πλίνθ. ν στην ανωδομή. Οι εσωτερικές τοιχοποιίες είναι δρομικές πάχους 15cm, οι εξωτερικές μπατικές πάχους 25cm, ενώ στις δύο κύριες όψεις είναι υπερμπατικές πάχους 35cm. Στον Πίνακα 1 περιλαμβάνεται η εκτίμηση των μηχανικών χαρακτηριστικών των επί μέρους υλικών και των τοιχοποιιών σύμφωνα με τις σχετικές διατάξεις του ΚΑΝ.ΖΠΕ. Πίνακας 1. Μι χανικά χαρακτηριστικά τςλχςπολλών πλήρ.σ ης. Ζίδος τοιχςποιίας f bc [MPa]* f mc [MPa]* k λ f wc [MPa] E [MPa] Λιθοδομή ~2850 Οπτοπλινθοδομή ~2850 *εκτίμηση από τη βιβλιογραφία ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΤΑ ΚΑΝ.ΕΠΕ. Η ανίσωση ασφαλείας που εφαρμόζεται κατά την αποτίμηση και τον ανασχεδιασμό υφιστάμενων δομημάτων, έχει την ίδια γενική μορφή που προβλέπεται στους ΕΚΩΣ και ΕΑΚ2000 αλλά με τροποποιήσεις των τιμών των συντελεστών γ κατά περίπτωση: S d < R d, όπου S d = γ Sd S (S k γ f ) και R d = (1/γ Rd ) R (R k /γ m ) (1) Για τις δράσεις: Η στάθμη αξιοπιστίας των δεδομένων (ΣΑΔ) θεωρήθηκε ικανοποιητική και εφαρμόσθηκε η προσαύξηση των μόνιμων δράσεων με το συντελεστή γ g = 1,10. Θεωρήθηκε ότι στον ανασχεδιασμένο φορέα το σύνολο σχεδόν των σεισμικών δράσεων θα αναληφθεί κυρίως από νέους ικανούς και επαρκείς φορείς, οπότε δεν προσαυξάνονται τα φορτία (γ Sd = 1,00). Έτσι ο βασικός και τυχηματικός συνδυασμός δράσεων προκύπτουν: G Q και G Q Ε εγκ. Για τις αντιστάσεις: Με θεώρηση ικανοποιητικής ΣΑΔ οι τιμές γ m των υφιστάμενων υλικών δεν τροποποιούνται (γ c =1.5, γ s =1.15) ενώ για τα υλικά ενίσχυσης, σκυρόδεμα C20/25 και χάλυβας S500s, και με κανονικές συνθήκες προσπελασιμότητας λαμβάνονται αυξημένοι κατά 5%, οπότε (γ c =1.58, γ s =1.21). ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ Αρχικά γίνεται έλεγχος της δυνατότητας εφαρμογής της δυναμικής ελαστικής μεθόδου, η οποία είναι δυνατή εφόσον από προκαταρκτική ανάλυση με συντελεστή συμπεριφοράς q=1 προκύψει: 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 5

6 Για όλα τα δομικά στοιχεία δείκτες ανεπάρκειας λ 2.5, ή Για ορισμένα στοιχεία λ>2.5, αλλά το κτίριο να μπορεί να χαρακτηρισθεί ως μορφολογικά κανονικό. Τα αποτελέσματα της προκαταρκτικής ανάλυσης είναι αρνητικά (Πίνακας 2). Πίνακας 2. Δείκτες ανεπάρκειας στοιχείων από την προκαταρκτική ανάλυση (q=1) Δομικά Έλεγχος σε κάμψη Έλεγχος σε διάτμηση Κάμψη και διάτμηση στοιχεία λ<2.5 λ>2.5 λ<2.5 λ>2.5 λ<2.5 λ>2.5 Δοκοί 19.4% 80.6% 100% 0.0% 19.4% 80.6% Στύλολ 0.0% 100% 100% 0.0% 0.0% 100% Επιπλέον το κτίριο δεν μπορεί να θεωρηθεί κανονικό καθώς εμφανίζονται «καμπτοδιατμητικά ασθενείς όροφοι» (λ k >1.5λ k-1 ή λ k >1.5 λ k+1 ). Παρόλα αυτά επλλέγεται γλα λόγους αυλότιτα ς η δυναμική ελαστική μέθοδος καθώς η εφαρμογή της επιτρέπεται από τον ΚΑΝ.ΕΠΕ. αλλά με αύξηση των συντελεστών γ sd της εξίσωσης (1) κατά 30%. Αποτίμηση χωρίς τη συμβολή των τοιχοποιιών πλήρωσης Επιλέγεται στάθμη επιτελεστικότητας «προστασία ζωής» και, καθώς από την αποτύπωση διαπιστώθηκε ευμενής παρουσία τοιχοπληρώσεων, απουσία ουσιωδών βλαβών σε πρωτεύοντα στοιχεία και το κτίριο μελετήθηκε και κατασκευάστηκε πριν το 1985, προκύπτει συντελεστής συμπεριφοράς q=1.7. Από την ανάλυση προέκυψε αστοχία όλων των στύλων και του 91% των δοκών. Σημειώνεται ότι πρόκειται ουσιαστικά για αποτίμηση με το 76.5% της σεισμικής επιτάχυνσης σχεδιασμού της προκαταρκτικής ανάλυσης λόγω αύξησης των γ sd κατά 30% και q=1.7. Από στατιστική επεξεργασία των δεικτών ανεπάρκειας φαίνεται ότι τα δομικά στοιχεία πάσχουν κυρίως σε κάμψη και οι στύλοι εμφανίζονται σημαντικά ασθενέστεροι των δοκών (Πίνακας 3). Πίνακας 3. Στατιστική επεξεργασία δεικτών ανεπάρκειας δοκών και στύλων. Δομικό Γυμνό πλαίσιο Ο.Σ. Συνεκτίμηση τοιχοπληρώσεων στοιχείο Κάμψη Διάτμηση Κάμψη Διάτμηση λ m s λ m s λ m s λ m s Δοκοί Στύλοι Αποτίμηση με συνεκτίμηση των τοιχοποιιών πλήρωσης κατά ΚΑΝ.ΕΠΕ. Μετά τα απογοητευτικά αποτελέσματα του γυμνού πλαισιακού φέροντα οργανισμού αποφασίσθηκε να ληφθούν υπόψη και οι τοιχοποιίες σύμφωνα με τις αυστηρές διατάξεις του ΚΑΝ.ΕΠΕ. οι οποίες συνοπτικά είναι οι ακόλουθες: Οι τςλχςπςλίες σ. νεκτιμώνται μόνο γλα ττν ανάλτψη ωεισμικής καταπόνησης. 16ο Συοέδρλς Σκ. ρςδέματςς, ΤΖΖ, ΖΤΖΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφςς, Κύπρος 6

7 Συμμετέχς. ν μόνο τοίχςι που περιβάλλονται από δοκούς και στύλς.ς Ο.Σ. Αγνςςύ νται δρομικές τοιχοποιίες πάχους 10 cm, τοίχοι με ανοίγματα και στα δύο άκρα ή με κεντρικό άνοιγμα διαστάσεων 50% των αντίστοιχων του φατνώματςς. Θεώρησι θλιβόμενι ς διαγωνίου μήκς. ς L και πλάτους w («προστασία ζωής» : w = 0.1L). Προσομοίωση του τοίχου πλήρωστς με ζεύγος χιαστί ράβδων με το ήμισυ της δυστένειας ττς θλιβόμενι ς διαγωνίου η κάθε μία. Θλλπτλκή αντοχή και μέτρο ελαστικότητας τοιχςποιίας κατά τςν E.C.6 (βλέπε Πίνακα 1). Τςλχοποιία με κεντρικό άνοιγμα διαστάσεων 20-50% του φατνώματςς προσομοιώνεται με δύο ζεύγη ράβδων, εκατέρωθεν του ανοίγματος. Με τις παραπάνω αυστηρές προϋποθέσεις συμμετέχουν μόνο οι τυφλές μπατικές τοιχοποιίες των δύο πλάγιων ορίων και μερικοί εσωτερικοί διαχωριστικοί τοίχοι. Από την ανάλυση προέκυψε και πάλι αστοχία όλων των στύλων και του 84% των δοκών, εμφανίζεται όμως σημαντική μείωση των μέσων τιμών των δεικτών ανεπάρκειας κυρίως σε κάμψη και λιγότερο σε διάτμηση σε σύγκριση με το γυμνό πλαίσιο (Πίνακας 3). Διαπιστώθηκε επίσης σχετική αύξηση της δυσκαμψίας του οργανισμού καθώς η πρωτεύουσα ιδιοπερίοδος μειώθηκε κατά 11% περίπου από 2.20 σε 1.96sec. Οι μετακινήσεις των διαφραγμάτων μειώθηκαν σημαντικά αλλά αυξήθηκε η στρεπτική παραμόρφωση του φορέα λόγω της έκκεντρης χωροθέτησης των τοιχοποιιών στο προσομοίωμα (Σχήμα 2). Σχήμα 2.Μετακινήσεις κέντρου μάζας (δx,δy) και στροφές ορόφων για σεισμό Εx. Σαφέστερη εικόνα για την επιρροή των τοιχοποιιών λαμβάνεται από τις αστοχίες ανά όροφο ως ποσοστό του πλήθους των θέσεων ελέγχου δοκών και στύλων χωριστά σε κάμψη και διάτμηση (Σχήμα 3). Φαίνεται ότι η συνεκτίμηση των τοιχοπληρώσεων προκαλεί σημαντική και σχετικά ομαλή μείωση των αστοχιών στις δοκούς σε όλους τους ορόφους. Αντίθετα στους στύλους το πλήθος των 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 7

8 θέσεων αστοχίας σε κάμψη παραμένει (μειώθηκαν όμως σημαντικά, όπως προαναφέρθηκε, οι τιμές των δεικτών ανεπάρκειας), ενώ σε διάτμηση παρατηρείται αλαφρά αύξηση των αστοχιών. Σχήμα 3.Θέσεις αστοχιών ανά όροφο ως ποσοστό των θέσεων ελέγχου δοκών και στύλ. ν χωριστά σε κάμψη και διάτμηση. Έλεγχος μόνο για κατακόρυφα φορτία Από τις αναλύσεις που προηγήθηκαν είναι φανερό ότι για την ανάληψη των σεισμικών φορτίων είναι απαραίτητη η κατασκευή νέων εμφατνούμενων τοιχωμάτων. Είναι όμως σημαντικό να ελεγχθεί κατά πόσον ο υφιστάμενος πλαισιακός φέρων οργανισμός είναι σε θέση να φέρει τουλάχιστον τα κατακόρυφα φορτία (συνδυασμός 1.35G+1.50Q), καθώς σε αντίθετη περίπτωση θα απαιτηθούν εκτεταμένες ενισχύσεις στύλων και δοκών με συνέπεια το εγχείρημα να καθίσταται οικονομικά ασύμφορο. Σχήμα 4. Αποτελέσματα αποτίμησης δοκών και στύλων σε κάμψη με αξονική δύναμη (συνδυασμός 1.35G+1.5Q). Επανέλεγχος στύλων σε κεντρική θλίψη. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται συνοπτικά στο Σχήμα 4. Η απόκριση των δοκών είναι ικανοποιητική, γεγονός που αποδεικνύει ότι τα προσομοιώματα και οι παραδοχές ανάλυσης και διαστασιολόγησής τους κατά την αρχική μελέτη του έργου (συνεχείς δοκοί επί ελεύθερα στρεπτών στηρίξεων) δεν απέχουν ιδιαίτερα 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 8

9 από τις στμηρινές θεωρήσεις. Αντίθετα, τα μισά υποστυλώματα εμφανίζουν ανεπάρκεια, καθώς κατά την αρχική μελέτη είχαν διαστασιολογηθεί μόνο σε κεντρική θλίψη. Στο τρίτο διάγραμμα του Σχήματος 4 φαίνεται πράγματι ότι οι στύλοι επαρκούν σε κεντρική θλίψη έστω και οριακά. ΑΝΑΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Βελτιστοποίηση σχεδιασμού της τοιχωματικής ενίσχυσης Η κατασκευή εμφατνούμενων τοιχωμάτων είναι η προσφορότερη μέθοδος ριζικής ενίσχυσης του πλαισιακού φέροντα οργανισμού έναντι σεισμικής καταπόνησης αλλά και ταυτόχρονης αύξησης της δυσκαμψίας και της πλαστιμότητας του. Απαιτείται όμως μία διερευνητική φάση με στόχο τόσο τον προσδιορισμό του απαιτούμενου μεγέθους και πλήθους των τοιχωμάτων όσο και τη βέλτιστη επιλογή της θέσης και διάταξής τους, με τα ακόλουθα κριτήρια: (i) (ii) (iii) (iv) Σεβασμός των βασικών λειτουργικών απαιτήσεων και περιορισμών του οικοδομήματος. Αποφυγή αρνητικών επιπτώσεων στη δυναμική απόκριση του φέροντα οργανισμού. Περιορισμός κατά το δυνατόν των ενισχύσεων στον υπόλοιπο πλαισιακό φέροντα οργανισμό. Εξασφάλιση των προϋποθέσεων του ΕΑΚ2000 περί απαλλαγής από τον ικανοτικό έλεγχο κόμβων και από την απαίτηση περίσφιξης των στύλων. Με δεδομένη τη γωνιακή θέση της οικοδομής και το συνεχές σύστημα δόμησης, οι προσφορότερες θέσεις τοιχωμάτων είναι τα τυφλά φατνώματα των πλάγιων ορίων και η περίμετρος του κλιμακοστασίου. Τα ανοίγματα και οι κλειστοί εξώστες στις δύο όψεις περιορίζουν τις δυνατότητες, είναι όμως απαραίτητη η τοποθέτηση τοιχωμάτων και στις όψεις ώστε να περιορισθεί η στρεπτική καταπόνηση. Στο Σχήμα 5 φαίνονται τα επτά σενάρια τοποθέτησης τοιχωμάτων τα οποία αξιολογήθηκαν συγκριτικά. Σημειώνεται ότι σε όλα τα σενάρια οι περιμετρικές λιθοδομές του ημιυπογείου αντικαταστάθηκαν με τοιχώματα και ότι σε όλους τους ορόφους όλων των σεναρίων ικανοποιούνται οι απαιτήσεις του κριτηρίου (iv) καθώς τα τοιχώματα της ανωδομής αναλαμβάνουν σεισμική τέμνουσα μεγαλύτερη του 75% της τέμνουσας βάσης (V T /V o >0.75). Όλα τα προσομοιώματα θεωρήθηκαν τοιχωματικού χαρακτήρα και εφαρμόστηκε συντελεστής συμπεριφοράς q=3.0. Τα συμπεράσματα από την αξιολόγηση των αναλύσεων είναι τα ακόλουθα: Το ποσοστό της σεισμικής τέμνουσας βάσης που αναλαμβάνουν τα τοιχώματα είναι υψηλό σε όλα τα σενάρια, αλλά ο ρυθμός αύξησής του με την προσθήκη νέων τοιχωμάτων βαίνει μειούμενος και στα τρία τελευταία σενάρια το ποσοστό διατηρείται σχεδόν σταθερό (Σχήμα 6). 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 9

10 Σενάριο 1 Σενάριο 2 Σενάριο 3 Σενάριο 4 Σχήμα 5. Εναλλακτικά σενάρια διάταξης εμφατνούμενων τολχ. μάτων. Σενάριο 5 Σενάριο 6 Σενάρλο 7 Σχήμα 6. Αριστερά: Σχέστ μεταξύ εμβαδού τοιχωμάτωο και αοαλαμβανόμηντς σεισμλκής τέμνο.σα ς. Δεξλά:Σχέση μεταξύ εμβαδού τοιχωμάτων και πρωτεύουσας ιδιοπεριόδου. Η πρωτεύουσα ιδιοπερίοδος της κατασκευής μειώνεται με την προσθήκη τοιχωμάτων αλλά με φθίνοντα ρυθμό (Σχήμα 6). Η σημασία της κατάλληλης τοποθέτησης των τοιχωμάτων γίνεται αντιληπτή στο Σχήμα 7 όπου φαίνεται η θεαματική βελτίωση της δυναμικής απόκρισης του κτιρίου (δραστική μείωση της στροφής των διαφραγμάτων) με την τοποθέτηση τοιχωμάτων με ανοίγματα στη γωνία των δύο κύριων όψεων. 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 10

11 Τέλος, στο Σχήμα 7 (δεξιά) φαίνεται το πλήθος των αστοχιών ως ποσοστό των θέσεων ελέγχου στύλ. ν και δςκών ανά όροφο για κάθε σενάρις ενίσχυσι ς. Είναλ φανηρό ότλ το σενάρλο 4 υπερέχελ σαφώς τ. ν 1,2 και 3 ενώ τ προσθήκη επιπλέςν τςλχωμάτων (σενάρια 5,6,7) επιφέρει αμελητέα μείωση των αστοχιών. Είναι σκόπιμο να σημειωθεί ότι το σύνολο των αστοχιών των στύλων και οι περισσότερες αστοχίες δοκών είναι καμπτικού τύπου. Σχήμα 7. Αριστερά: Επιρροή της διάταξης των τοιχωμάτων στη στροφή των ορόφων (σεισμός Εx). Δεξιά: Πλήθος αστοχιών στύλων και δοκών προς πλήθος θέσεων ελέγχου ανά όροφο. Διαδικασία διαστασιολόγησης ενισχύσεων Από την αξιολόγηση που προηγήθηκε προκρίνεται η διάταξη τοιχωμάτων του σεναρίου 4. Ο τύπος και ο βαθμός ανεπάρκειας των στύλων και δοκών που αστοχούν οδήγησε στην επιλογή των ακόλουθων μεθόδων ενίσχυσής τους: Ενίσχυση στύλων: Αποδείχθηκε ότι σε όλους τους προς ενίσχυση στύλους ήταν υπεραρκετή η εφαρμογή μανδύα εκτοξευόμενου σκυροδέματος με το ελάχιστο πάχος που προκύπτει από κατασκευαστικές διατάξεις και με το ελάχιστο ποσοστό οπλισμού. Σημειώνεται ότι η καμπτική ενίσχυση στύλων με FRP s αποκλείστηκε λόγω της αδυναμίας διέλευσης από τους κόμβους. Ενίσχυση δοκών: Οι λόγοι απαιτούμενης προς διαθέσιμη καμπτική ροπή στις προς ενίσχυση δοκούς ήταν σχετικά χαμηλοί ώστε να είναι δυνατή η ενίσχυσή τους με FRP s χωρίς υπέρβαση της αντοχής της θλιβόμενης ζώνης σκυροδέματος. Όσο για τη διατμητική ενίσχυση των δοκών αυτή είναι πάντοτε ευχερής με επικόλληση FRP s στον κορμό. Η ανάλυση του προσομοιώματος και η διαστασιολόγηση των ενισχύσεων έγινε με διαδοχικά βήματα σταδιακής εφαρμογής ενισχύσεων αρχίζοντας από τους πλέον ευάλωτους στύλους. Η διαδικασία αυτή αποδείχθηκε αναγκαία καθώς η μεταβολή της έντασης από την αύξηση της δυσκαμψίας των στύλων που ενισχύονται προκαλούσε διαφοροποιήσεις στην εμφάνιση ανεπαρκειών. Η κακή διαμόρφωση και οι ασθενικές διατομές στύλων και δοκών του τελευταίου σε εσοχή ορόφου απαιτούσαν εκτεταμένες ενισχύσεις. Το γεγονός αυτό σε 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 11

12 συνδυασμό με τη σοβαρή παθολογία του φέροντα οργανισμού (εκτεταμένη διάβρωση από τα όμβρια) καθιστά ρεαλιστική την καθαίρεση και ανακατασκευή του τελευταίου ορόφου εμβαδού 65.70m 2. Στον Πίνακα 4 φαίνεται το πλήθος και ο τύπος ενίσχυσης στύλων και δοκών όπως προέκυψε μετά την ολοκλήρωση των διαδοχικών αναλύσεων εφαρμογής των ενισχύσεων. Κρίνεται σκόπιμο να τονιστεί ότι παρά την εκτεταμένη προσθήκη εμφατνούμενων τοιχωμάτων, απαιτείται ενίσχυση του 25% περίπου των δοκών με FRP s και του 40% περίπου των στύλων με μανδύες εκτοξευόμενου σκυροδέματος. Πίνακας 4. Πλήθος ενισχύσεων δομικών στοιχείων. Σενάριο ενίσχυσης Δοκοί Στύλοι FRP s Μανδύες Μανδύες Ενίσχυση δώματος 68/246 3/246 40/96 Ανακατασκευή δώματος 64/246-37/96 Τέλος σημειώνεται ότι η πρόταση κατασκευής εμφατνούμενων τοιχωμάτων στη γωνία των δύο όψεων και ανακατασκευής του τελευταίου σε εσοχή ορόφου είναι οριακά συμβατή με το καθεστώς διατήρησης των όψεων του κτιρίου. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Αβραμίδης Ι.Ε., Στυλιανίδης Κ., Ιγνατάκης Χ., «Μελέτη διερεύνησης σεισμικής τρωτότητας πανεπιστημιακών κτιρίων-κτίριο Μανδαλίδειο», Ερευνητικό Πρόγραμμα Α.Π.Θ., Τεχνική έκθεση, Θεσσαλονίκη (2002) Δρίτσος Σ., «Επισκευές και ενισχύσεις κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα», Πάτρα (2005) Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (Ε.Α.Κ. 2000),Ο.Α.Σ.Π., Αθήνα (2000) Ελληνικός Κανονισμός Ωπλισμένου Σκυροδέματος (Ε.Κ.Ω.Σ 2000),Ο.Α.Σ.Π. Αθήνα (2000) Κανονισμός Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.) Σχέδιο Κειμένου-2, Ο.Α.Σ.Π. Αθήνα (2005) Παπαδόπουλος Σ., Πιστόλας Γ.-Α., «Έλεγχος σεισμικής τρωτότητας και ενίσχυση κτιρίου οπλισμένου σκυροδέματος: Το Μανδαλίδειο κληροδότημα του Α.Π.Θ.», Διπλωματική εργασία (υπό την επίβλεψη του καθ. Χ.Ιγνατάκη), Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη (2008) Σέξτος Α., «Τεχνικές προγραμματισμού και χρήσης ειδικού λογισμικού στις κατασκευές-πανεπιστημιακές σημειώσεις», Θεσσαλονίκη (2007) 16ο Συνέδριο Σκυροδέματος, ΤΕΕ, ΕΤΕΚ, 21-23/10/ 2009, Πάφος, Κύπρος 12