Influence of a specific Structural Typology on the Seismic Capacity of Masonry Buildings in Zakinthos after the 1953 Earthquake

Transcript

1 Επιρροή του Τρόπου όµησης στην Αντισεισµική Ικανότητα Κτιρίων της Ζακύνθου µετά το Σεισµό του 1953 Inluence o a speciic Srucural Typology on he Seismic Capaciy o Masonry Buildings in Zakinhos aer he 1953 Earhquake Ευτυχία ΑΠΟΣΤΟΛΙ Η 1, Στέφανος ΡΙΤΣΟΣ 2 Λέξεις κλειδιά: Τρίστρωτη Τοιχοποιία, Σεισµός, Ζάκυνθος ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Μετά το σεισµό του 1953, στα Ιόνια Νησιά εµφανίστηκε µια ειδική τυπολογία κτιρίων µε την καθοδήγηση της πολιτείας που στόχευε στην αναβαθµισµένη συµπεριφορά τους σε µελλοντικούς σεισµούς. Ο τρόπος δόµησης περιλάµβανε δύο σειρές δροµικής οπτοπλινθοδοµής, οι οποίες συνδέονταν µεταξύ τους µε µεγάλης αντοχής σκυρόδεµα. Στην παρούσα εργασία, αρχικά ελέγχεται και επιβεβαιώνεται η αποδοτικότητα αυτής της τυπολογίας σε µελλοντικό σεισµό µε βάση τον Αντισεισµικό Κανονισµό που ισχύει σήµερα, µέσω της ανάλυσης ενός τυπικού κτιρίου. Στη συνέχεια, εξετάζεται η επιρροή της µεταρρύθµισης της κάτοψης του ισογείου ενός τέτοιου κτιρίου, µετά από καθαίρεση διαχωριστικών τοιχοποιιών, αλλά και αυξάνοντας τα ανοίγµατα στην περίµετρο, για χρήση ως κατάστηµα. Επίσης, εξετάζεται και η περίπτωση ενίσχυσης του διαρρυθµισµένου κτιρίου, για την επανάκτηση της φέρουσας ικανότητας που είχε πριν την καθαίρεση. Τέλος, στα πλαίσια των παραπάνω προβληµατισµών διερευνάται και προτείνεται µια διαδικασία προσοµοίωσης αυτής της ιδιότυπης τρίστρωτης τοιχοποιίας µε µία ισοδύναµη µονόστρωτη. ABSTRACT: Aer he 1953 earhquake, wih he guidance o he governmen, a new srucural ype was inroduced in he Ionian Islands in order o upgrade he seismic capaciy o buildings in uure earhquakes. This new srucural ype included wo plain brick walls conneced o each oher wih high resisance concree. In he presen paper, he eiciency o his srucural ype in a uure earhquake is veriied hrough he analysis o a ypical building according o he presen aniseismic code. Then, he impac o some inervenions in he ground loor level, such as he demoliion o some secondary walls and an increase in he 1 Πολιτικός Μηχανικός, Λ. Κατσώνη 15, Τ.Κ , Πάτρα, e.aposolidi@homail.com 2 Καθηγητής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, sdrisos@uparas.gr 1

2 size o openings in he perimeer, is esimaed. In addiion, he building is reinorced in order o achieve he capaciy i had beore he inervenions. On accoun o he above ramework, a procedure is proposed and examined in order o model his speciic srucural ype o hree-lea masonry wih an equivalen onelea masonry. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μετά το σεισµό του 1953, στα Ιόνια Νησιά εµφανίστηκε µια νέα τυπολογία κτιρίων µε την καθοδήγηση και αρωγή της πολιτείας που στόχευε στην αναβαθµισµένη συµπεριφορά τους σε µελλοντικό σεισµό. Ο φέρων οργανισµός αυτών των κτιρίων ήταν µια µορφή τρίστρωτης τοιχοποιίας (που στην καθοµιλουµένη των τεχνικών της περιοχής ονοµατίστηκαν δίσκοι ) που περιελάµβανε δύο σειρές δροµικής οπτοπλινθοδοµής πάχους 8 cm από διάτρητους οπτόπλινθους που συνδέονται µεταξύ τους µε µια στρώση από σκυρόδεµα πάχους 12 cm οπλισµένο µε ένα πλέγµα στο µέσον τους. Ένα ερώτηµα που συχνά απαντάται στην περιοχή είναι το µέγεθος της αντισεισµικής ικανότητας αυτών των κατασκευών, και ειδικότερα, το εάν θα µπορούσαν να θεωρηθούν σεισµικώς επαρκείς µε βάση τις σηµερινές απαιτήσεις του Αντισεισµικού Κανονισµού. Εξάλλου, επειδή στα χρόνια που πέρασαν, αρκετά από αυτά τα κτίρια διαρρυθµίστηκαν στο ισόγειό για χρήση ως καταστήµατα, καταργώντας ενδιάµεσες τοιχοποιίες και αυξάνοντας τα ανοίγµατα στην περίµετρό τους. Ένα ερώτηµα που εγείρεται είναι ο προσδιορισµός του βαθµού επιρροής αυτών των διαρρυθµίσεων στην αντισεισµική ικανότητα των κτιρίων. Επίσης, θα άξιζε να διερευνηθούν οι δυνατότητες ενίσχυσης των διαρρυθµισµένων κτιρίων για να αποκατασταθεί η αντισεισµική τους ικανότητα στην κατάσταση που ήταν πριν τη µεταρρύθµιση. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να απαντηθούν τα παραπάνω ερωτήµατα διερευνώντας ένα τυπικό κτίριο αυτής της µορφής. Ένα θέµα που εξετάζεται ιδιαίτερα στα πλαίσια της παρούσας έρευνας είναι ο τρόπος προσοµοίωσης αυτής της ιδιότυπης µορφής τρίστρωτης τοιχοποιίας και η αντικατάστασή της από µια ισοδύναµη µονόστρωτη. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΡΙΣΤΡΩΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Ο προσδιορισµός των µηχανικών χαρακτηριστικών της τρίστρωτης τοιχοποιίας είναι µια αρκετά σύνθετη διαδικασία, καθώς η κατανοµή των τάσεων εξαρτάται όχι µόνο από τις διαστάσεις και από τα µηχανικά χαρακτηριστικά της κάθε στρώσης, αλλά και από τον τρόπο που είναι συνδεδεµένες µεταξύ τους. 2

3 Η βιβλιογραφία για την εκτίµηση της θλιπτικής ανοχής µιας τρίστρωτης τοιχοποιίας είναι σχετικά περιορισµένη. Στην εργασία των Da Poro e al (2006) αναφέρεται ως πιθανή δυνατή παραδοχή, το εξωτερικό φορτίο να φέρεται εξ ολοκλήρου από τα πιο δύσκαµπτα στοιχεία: s wc = wc, s (1) w Όπου: s και wc,s είναι το πάχος και η θλιπτική αντοχή της πιο δύσκαµπτης στρώσης αντίστοιχα και w είναι το συνολικό πάχος της τρίστρωτης τοιχοποιίας. Επίσης, στην ίδια εργασία ως δεύτερη πιθανή παραδοχή θεωρείται το εξωτερικό φορτίο να φέρεται από κάθε στρώση ανάλογα µε το πάχος της διατοµής της: ex in wc = wc, ex + wc in (2) w w Όπου: ex και in είναι το πάχος των εξωτερικών και της εσωτερική στρώσης αντίστοιχα. wc,ex και wc,in η θλιπτική αντοχή των εξωτερικών και της εσωτερική στρώσης αντίστοιχα. Όµως η πιο ενδιαφέρουσα, ίσως, σχέση, που έχει υιοθετηθεί και από άλλους ερευνητές (Vinzileou E. and Tassios TP., 1995), (Da Poro e al, 2004), (Binda e al, 2006), είναι µια προσαρµογή της παραπάνω σχέσης (2) που έχει προταθεί από τον Egermann (1993): = Θ + Θ ex in wc ex wc, ex in wc,in w w Οι συντελεστές Θ ex και Θ in εισάγονται για να προσαρµόσουν την αντοχή κάθε στρώσης ανάλογα µε τη σχετική διαξονική ένταση. Έτσι, Θ in > 1 λόγω ενός είδους περίσφιγξης που ασκούν οι εξωτερικές στρώσεις, παθητικά, στην εσωτερική στρώση, παρεµποδίζοντας τη διόγκωση. Ενώ, Θ ex < 1 λόγω της εγκάρσιας ώθησης που ασκεί διογκούµενη η εσωτερική στρώση, στις εξωτερικές. Μια αντίστοιχη σχέση προτείνεται και στον Κανονισµό Επεµβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.) για την περίπτωση ενίσχυσης των τοιχοπληρώσεων µε πρόσθετες στρώσεις σκυροδέµατος: wc οπτ. ac οπτ. + ex = Όπου: ex το πάχος των εξωτερικών στρώσεων σκυροδέµατος και οπτ. και οπτ., το πάχος και η θλιπτική αντοχή των τοιχοπληρώσεων, αντίστοιχα Η σχέση (4) αν και παρόµοια µε τη σχέση (3) διαφέρει ως προς το γεγονός ότι οι συντελεστές προσαρµογής της θλιπτικής αντοχής των επιµέρους στρώσεων επιλέγονται εκ των προτέρων 0,5 και 1,0 για την τοιχοποιία και τις εξωτερικές στρώσεις αντίστοιχα. Θεωρείται δηλαδή, ότι στη φάση της αστοχίας, οι εξωτερικές στρώσεις έχουν εξαντλήσει την αντοχή τους, ενώ η εσωτερική, από w cc (4) (3) 3

4 τοιχοποιία, συνεισφέρει επικουρικά κατά το ήµισυ της θλιπτικής αντοχής της. Προφανώς, η αντοχή που θα προκύψει µέσω της σχέσης (4) θα είναι µικρότερη από αυτή της σχέσης (3) και µια εύλογη αιτία γι αυτό θα πρέπει να αποδοθεί στο γεγονός ότι η σχέση (4) προτείνεται για το σχεδιασµό. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ Προσοµοίωση Ισοδύναµη Μονόστρωτη Τοιχοποιία Η ανάλυση ενός κτιρίου από τρίστρωτη τοιχοποιία µε τη µέθοδο των πεπερασµένων στοιχείων είναι µια χρονοβόρα και επίπονη διαδικασία, εάν πρόκειται να γίνει προσοµοίωση του κάθε τοίχου µε τρείς στρώσεις συνδεδεµένες µεταξύ τους. Για το λόγο αυτό κρίνεται σκόπιµη η εισαγωγή ενός προσοµοιώµατος µίας ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας που θα έχει συµπεριφορά αντίστοιχη µε αυτή των τριών. Για την εκτίµηση των µηχανικών χαρακτηριστικών της ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία: 1. Επιλέγεται µια τοιχοποιία µε γεωµετρικές διαστάσεις όσο το δυνατόν αντιπροσωπευτικές των τοιχοποιιών του κτιρίου που εξετάζεται και προσοµοιώνεται µε τη βοήθεια προγράµµατος πεπερασµένων στοιχείων. Κάθε στρώση έχει διαφορετικά µηχανικά χαρακτηριστικά ανάλογα µε το αν πρόκειται για την εσωτερική ή για µια από τις εξωτερικές στρώσεις. Τα µηχανικά χαρακτηριστικά των εξωτερικών στρώσεων που είναι από άοπλη οπτοπλινθοδοµή υπολογίζονται µε βάση τον Ευροκώδικα 6 (EC6, 2005), (Καραντώνη, 2005): wc, οπτ. = K bc mc (5) Τα πεπερασµένα στοιχεία επιλέγονται µε διαστάσεις ανάλογες του µεγέθους της τοιχοποιίας και η προσοµοίωση της σύνδεσης των διαφορετικών στρώσεων επιτυγχάνεται µε την εισαγωγή διαφράγµατος το οποίο δεσµεύει τους κόµβους δύο γειτονικών στρώσεων καθ' όλο το ύψος του τοίχου (Σχήµα 1α). 2. Προσδιορίζεται το µέγιστο οριζόντιο φορτίο Η max που δρα στην κορυφή του τοίχου, θεωρούµενου ως προβόλου πακτωµένου στη βάση του, για το οποίο παρατηρείται υπέρβαση της εφελκυστικής αντοχής έστω και σ ένα πεπερασµένο στοιχείο σε οποιαδήποτε στρώση του (Σχήµα 1(α)). 3. ίνονται αρχικές κατ εκτίµηση τιµές των διορθωτικών συντελεστών Θ in και Θ ex µε βάση τις οποίες εκτιµάται µια αρχική θλιπτική αντοχή (και κατά συνέπεια ένα αντίστοιχο µέτρο ελαστικότητας και µια αντίστοιχη εφελκυστική αντοχή) της ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας. Στη βιβλιογραφία (Da Poro e al, 2006), οι τιµές που έχουν χρησιµοποιηθεί είναι 0,7 και 1,3 για τα Θ ex και Θ in αντίστοιχα. Στην προκειµένη όµως περίπτωση, οι τιµές των συντελεστών θα πρέπει λογικά να εκτιµηθούν πλησιέστερα στη 0,7 0,3 4

5 µονάδα, επειδή οι εξωτερικές στρώσεις, που είναι από οπτοπλινθοδοµή, αναµένεται να αστοχήσουν πρώτες (λόγω της µικρής τους αντοχής) χωρίς να προσφέρουν ικανοποιητική περίσφιγξη στην εσωτερική στρώση του σκυροδέµατος. Η max Η max (α) (β) Σχήµα 1: (α) Προσοµοίωση τρίστρωτης τοιχοποιίας, (β) Ισοδύναµη µονόστρωτη τοιχοποιία 4. Προσδιορίζεται η µέγιστη κύρια εφελκυστική τάση που αναπτύσσεται στην ισοδύναµη µονόστρωτη τοιχοποιία για οριζόντια φόρτιση Η max εφαρµοζόµενη κατά τον ίδιο τρόπο όπως και στην τρίστρωτη.(σχήµα 1(β)). 5. Ελέγχεται αν η τιµή της µέγιστης κύριας εφελκυστικής τάσης που προσδιορίστηκε στο βήµα 4 είναι ίση µε την αντίστοιχη εφελκυστική που προσδιορίστηκε από το βήµα 3. Στην περίπτωση που είναι ίσες, οι επιλεγείσες τιµές Θ in και Θ ex θεωρούνται σωστές. ιαφορετικά, η διαδικασία επαναλαµβάνεται εκτιµώντας νέες τιµές των συντελεστών Θ in και Θ ex µέχρις ότου επιτευχθεί η σύγκλιση που περιγράφηκε παραπάνω. Εφαρµογή σε Τοιχοποιία της Εξεταζόµενης Τυπολογίας Η διαδικασία που περιγράφηκε παραπάνω εφαρµόστηκε για µια τοιχοποιία της εξεταζόµενης τυπολογίας µε διαστάσεις: 2m X 3m X 0,28m. Οι εξωτερικές στρώσεις είναι πάχους 8cm η καθεµία και είναι από άοπλη οπτοπλινθοδοµή. Η εσωτερική στρώση είναι από σκυρόδεµα οπλισµένο µε ένα πλέγµα στο µέσον του και έχει πάχος 12 cm. Τα πεπερασµένα στοιχεία κάθε στρώσης επελέγησαν µε διαστάσεις 0,50 X 0,50 m. Τα µηχανικά χαρακτηριστικά κάθε στρώσης, δίνονται στον Πίνακα 1: 5

6 Πίνακας 1. Μηχανικά Χαρακτηριστικά υπό µελέτη τοίχου Υλικό Θλιπτική Αντοχή (MPa) Μέτρο Ελαστικότητας (MPa) Τοιχοσώµατα ( bc ) Κονίαµα ( mc ) Εξωτερικές Στρώσεις (οπτοπλινθοδοµή) ( wc,οπτ. ) (Εξ. 5) Εσωτερική Στρώση (C16) ( cc ) Το µέτρο ελαστικότητας που υπολογίστηκε στην 3η στήλη του Πίνακα 1 δίνεται από την παρακάτω σχέση (Τάσιος, 1992): (6) E = 1000 w wc Η εφελκυστική αντοχή της οπτοπλινθοδοµής θα υποτεθεί ίση µε την εφελκυστική αντοχή για κατακόρυφο εφελκυσµό ( w 90 ), για λ=0,7 (Τάσιος, 1992), (Βέρρας κ.α., 2004), και ισούται µε: µε 1 =λ MPa (7) m = 0. m = mc = 0. 4 MPa 4 90 w 28 Ενώ, η εφελκυστική αντοχή της ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας θα θεωρηθεί ίση µε το 1/10 της θλιπτικήςαντοχής της. Με βάση τα παραπάνω δεδοµένα, το µέγιστο οριζόντιο φορτίο για το οποίο η τιµή της κύριας εφελκυστικής τάσης προέκυψε ίση µε την εφελκυστική αντοχή ( w,οπτ. 90 = 0,28 MPa) σε δύο πεπερασµένα στοιχεία, στις απέναντι εξωτερικές πλευρές στη βάση της τοιχοποιίας, προέκυψε ίσο µε Η max = 54 ΚΝ στην κορυφή του τοίχου. Η αντίστοιχη µέγιστη τιµή στην εκ σκυροδέµατος εσωτερική στρώση υπολογίστηκε ίση µε 1,57 MPa. Μετά από δοκιµές που ακολουθούν τη διαδικασία των βηµάτων 3, 4 και 5 της προηγούµενης παραγράφου, επιλέγονται τιµές των διορθωτικών συντελεστών Θ in = 1,1 και Θ ex = 0,8. Για τις τιµές αυτές η θλιπτική αντοχή της ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας προκύπτει (κατ εφαρµογή της Εξ.4) ίση µε 8,45 MPa µε εκτιµώµενη εφελκυστική αντοχή ίση µε 0,85 MPa, που ελάχιστα διαφέρει από την ισοδύναµη µέγιστη κύρια εφελκυστική τάση της τρίστρωτης τοιχοποιίας: σ V σ V σ ex in 1= Θex 1, ex+ Θin 1in = = 0.87 Vw Vw MPa για την οποία παρατηρείται υπέρβαση της εφελκυστικής αντοχής στην εξωτερική στρώση της. 6

7 Στη συνέχεια, στην ανάλυση του τυπικού κτιρίου που ακολουθεί οι τιµές της θλιπτικής αντοχής, του µέτρου ελαστικότητας και της εφελκυστικής αντοχής της ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας θεωρούνται ίσες µε 8,45 MPa, 8450 MPa και 0,85 MPa, αντίστοιχα, που προκύπτουν µε αποδεκτές τιµές Θ in = 1,1 και Θ ex = 0,8. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ Στο Σχήµα 2 παρουσιάζεται η κάτοψη και µια χαρακτηριστική τοµή σε µια τοιχοποιία του ισογείου σε ένα τυπικό κτίριο της εξεταζόµενης τυπολογίας στην περιοχή της Ζακύνθου. Σηµειώνεται η ύπαρξη σενάζ στο µέσο του ύψους του τοίχου και στη στέψη του τοίχου µε πλάκα από οπλισµένο σκυρόδεµα (Σχήµα 2β). (α) (β) Σχήµα 2: (α) Κάτοψη Ισογείου και Ορόφου του υπό µελέτη κτιρίου και (β) Τοµή τοιχοποιίας ισογείου σε θέση παραθύρου. Το κτίριο αυτό αποτελείται από ισόγειο και πρώτο όροφο από 73 m 2 ο καθένας. Σε κάθε όροφο υπάρχει πλάκα οπλισµένου σκυροδέµατος πάχους 15 cm. Η κάτοψη ισογείου και ορόφου του κτιρίου συµπίπτουν λόγω του υλικού κατασκευής τους που είναι Φέρουσα Τοιχοποιία και απεικονίζεται στο Σχήµα 2α. 7

8 Παρατηρείται επίσης η ύπαρξη κάποιων δροµικών διαχωριστικών τοίχων, οι οποίοι έχουν καθαρά λειτουργική - χρηστική σηµασία και η συµβολή τους στην ανάληψη φορτίων (µόνιµων ή σεισµικών) θα αγνοηθεί. Το κτίριο αυτό θα προσοµοιωθεί µε τη χρήση προγράµµατος πεπερασµένων στοιχείων, όπου οι τοίχοι από την τρίστρωτη τοιχοποιία έχουν αντικατασταθεί από ισοδύναµες µονόστρωτες. Οι τοίχοι του κτιρίου καθώς και οι πλάκες από οπλισµένο σκυρόδεµα ορίζονται σαν κελύφη και οι παραδοχές που λήφθηκαν κατά την προσοµοίωση του κτηρίου είναι οι εξής: Ορίζονται πεπερασµένα στοιχεία κελύφους διαστάσεων 0,50 x 0,50 m. Το κτίριο θεωρείται πακτωµένο στη στάθµη θεµελίωσης του. Το κτίριο ελέγχεται για σεισµικές φορτίσεις σύµφωνα µε τον Ε.Α.Κ. 2000, για τους συνδυασµούς δράσεων 1.35G+1.5Q, G+0.3Q±Ex±0.3Ey και G+0.3Q±0.3Ex±Ey, για στάθµη επιτελεστικότητας Άµεση Χρήση µετά από σεισµό. Η ζώνη σεισµικής επικινδυνότητας για την περιοχή των Ιονίων Νήσων είναι ΙΙΙ (0,36g) σύµφωνα µε τον Ε.Α.Κ. Ο συντελεστής σπουδαιότητας επιλέγεται Σ2 και η κατηγορία εδάφους Γ. Ο συντελεστής συµπεριφοράς q λαµβάνεται ίσος µε µονάδα, το ίδιο και ο συντελεστής θεµελίωσης. Οι παραπάνω επιλογές είναι εσκεµµένα ιδιαίτερα συντηρητικές. Για αντιπροσωπευτικότερες επιλογές των συντελεστών συµπεριφοράς και σπουδαιότητας εκτιµάται ότι τα αντίστοιχα εντατικά µεγέθη θα µειώνονταν στο µισό αυτών. Αποτίµηση Υφιστάµενης Κατάστασης Για την παραστατικότερη απεικόνιση των αποτελεσµάτων χρησιµοποιούνται διαγράµµατα εφελκυστικών τάσεων (maps). Στα διαγράµµατα αυτά οι περιοχές µε τις χαµηλότερες εφελκυστικές τάσεις απεικονίζονται µε κίτρινο και αυτές µε τις υψηλότερες εφελκυστικές τάσεις απεικονίζονται µε κόκκινο. Στο σχήµα 3(α) απεικονίζονται οι κύριες εφελκυστικές τάσεις για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Χ και στο σχήµα 3(β) κατά τη διεύθυνση Υ. Και στις δύο περιπτώσεις οι µέγιστες κύριες εφελκυστικές τάσεις αναµένονται στις τοιχοποιίες στις οποίες ο σεισµός δρα εκτός του επιπέδου τους. Οι τιµές αυτές είναι 0,74 MPa για σεισµό κατά Χ και 0,57 MPa για σεισµό κατά Υ. Παρατηρείται ότι οι τιµές αυτές δεν ξεπερνούν την εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας που υπολογίστηκε ίση µε 0,85 MPa. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην καλή διαφραγµατική λειτουργία των πλακών, των διαζωµάτων στο ύψος του παραθύρου, αλλά και των µεγάλων διαζωµάτων από οπλισµένο σκυρόδεµα που έχουν κατασκευαστεί στη στέψη του τοίχου µε την πλάκας. 8

9 Σύµφωνα µε τις εφελκυστικές τάσεις που προέκυψαν από την ανάλυση επιβεβαιώνει την αποδοτικότητα αυτού του τρόπου δόµησης σε περιοχές µε υψηλή σεισµικότητα και µάλιστα για στάθµη επιτελεστικότητας Άµεση Χρήση µετά από σεισµό, αφού σαν αστοχία θεωρείται η εµφάνιση ρωγµών. Εξαιρετικό ρόλο παίζει όµως και η επιµεληµένη δόµηση, η µερική συµµετρία και η σχετικά µικρή επιφάνεια ανοιγµάτων σε σχέση µε τη συνολική επιφάνεια των τοίχων του υπό µελέτη κτιρίου. (α) (β) Σχήµα 3: ιάγραµµα Εφελκυστικών Τάσεων (map) για Κύρια ράση Σεισµού (α) κατά τη ιεύθυνση Χ και (β) κατά τη ιεύθυνση Υ Επέµβαση στην Κάτοψη για Αλλαγή Χρήσης Στη συνέχεια εξετάζεται η περίπτωση µεταρρύθµισης της κάτοψης ισογείου του κτιρίου που έχει ήδη ελεχθεί για τη δηµιουργία καταστήµατος. Τα καθαιρεµένα τµήµατα απεικονίζονται µε γραµµοσκίαση στο Σχήµα 5. Και πάλι, η προσοµοίωση του κτιρίου θα γίνει πάλι µε πρόγραµµα πεπερασµένων στοιχείων, χρησιµοποιώντας τα ίδια στοιχεία κελύφους και κάνοντας ακριβώς τις ίδιες παραδοχές, όπως και στο προηγούµενο κτίριο. Για την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων θα χρησιµοποιηθούν και πάλι διαγράµµατα κύριων εφελκυστικών τάσεων (maps). Στο Σχήµα 5 απεικονίζονται οι κύριες εφελκυστικές τάσεις για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Χ. Παρόλο που αναµένεται η µεγαλύτερες τάσεις να εµφανιστούν στους τοίχους της διεύθυνσης Υ, όπου ο σεισµός δρα εκτός του επιπέδου τους, αυτές παρατηρούνται στα εναποµείναντα τµήµατα του τοίχου 1, στον οποίο έγινε η καθαίρεση. Παρόλο που ο τοίχος αυτός δέχεται δράση σεισµού εντός του επιπέδου του, η πολύ µικρή επιφάνεια του τον αναγκάζει να εµφανίσει τάσεις πολύ µεγαλύτερες από την εφελκυστική αντοχή του. Έτσι, µε αυτά τα 9

10 µηχανικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας και αυτό το εµβαδό τοίχων στη διεύθυνση Χ, ο σεισµός δεν µπορεί να αναληφθεί και εποµένως το κτίριο χρειάζεται ενίσχυση. 2 1 Σχήµα 4: Κάτοψη υπό µελέτη κτιρίου µετά την επέµβαση για αλλαγή χρήσης Σχήµα 5: ιάγραµµα Εφελκυστικών Τάσεων (map) για Κύρια ράση Σεισµού κατά τη ιεύθυνση Χ, µετά την καθαίρεση. 10

11 Για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Υ, οι µέγιστες κύριες εφελκυστικές τάσεις εµφανίζονται στους τοίχους της διεύθυνσης Χ όπως ήταν αναµενόµενο. Παρόλο που ο τοίχος έχει καθαιρεθεί σε µεγάλο ποσοστό, οι τάσεις που εµφανίζονται είναι ίσες µε 0,74 MPa και άρα µικρότερες από την εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας που υπολογίστηκε (<0,85 MPa). Εποµένως, µετά από την παραπάνω ανάλυση καταλήγει κανείς στο συµπέρασµα ότι θα πρέπει να ενισχυθούν και οι τρείς εναποµείναντες πεσσοί του τοίχου 1 της διεύθυνσης Χ, καθώς και ο ακραίος και µεσαίος πεσσός του εσωτερικού φέροντος τοίχου 2 για προληπτικούς λόγους. Ενίσχυση Υφισταµένου Κτιρίου µετά την Καθαίρεση Για την ενίσχυση του κτιρίου επιλέγεται η κατασκευή πρόσθετων, αµφίπλευρων στρώσεων, πάχους 8 cm, από εκτοξευόµενο σκυρόδεµα κατηγορίας C 25/30. Το σχέδιο ενίσχυσης περιλαµβάνει τους τρείς εναποµείναντες πεσσούς του εξωτερικού φέροντος τοίχου 1, καθώς και τους δύο µικρότερους πεσσούς του εσωτερικού φέροντος τοίχου 2 (Σχήµα 4, κίτρινη διαγράµµιση). Τα µηχανικά χαρακτηριστικά των ενισχυµένων πεσσών (Θλιπτική αντοχή: 13,78 MPa, Μέτρο ελαστικότητας: MPa και Εφελκυστική αντοχή: 1,378 MPa) προέκυψαν µε εφαρµογή ανάλογης διαδικασίας προσδιορισµού της νέας ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας. Σ αυτή την περίπτωση της ενίσχυσης οι εξωτερικές στρώσεις είναι οι στρώσεις εκτοξευόµενου σκυροδέµατος, ενώ ο πυρήνας είναι η τρίστρωτη τοιχοποιία. Μετά την ανάλυση προκύπτει το Σχήµα 6(α) στο οποίο απεικονίζονται οι κύριες εφελκυστικές τάσεις για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Χ. Όπως και πριν την ενίσχυση (Σχήµα 5), έτσι και εδώ, οι µέγιστες κύριες εφελκυστικές τάσεις παρατηρούνται στα εναποµείναντα τµήµατα του τοίχου 1. Στην περίπτωση του σχήµατος 6(α) όµως, τα τµήµατα αυτά έχουν εφελκυστική αντοχή ίση µε 1,378 MPa, η οποία δεν υπερβαίνεται (1,32 MPa). Μπορεί η τιµή που προκύπτει από την ανάλυση να είναι πολύ κοντά στην εφελκυστική αντοχή της ενισχυµένης ισοδύναµης µονόστρωτης τοιχοποιίας, όµως µε βάση τις παραδοχές της ανάλυσης οι τιµές που προκύπτουν είναι υπέρ της ασφάλειας. Στο Σχήµα 6(β) απεικονίζονται οι κύριες εφελκυστικές τάσεις για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Υ. Οι πεσσοί του ισογείου που ενισχύθηκαν µε αµφίπλευρες στρώσεις εµφανίζουν αυξηµένη αντοχή σε σχέση µε αυτή που είχαν πριν την ενίσχυση. Οι αυξηµένες τάσεις για δράση σεισµού σ αυτή τη διεύθυνση εµφανίζονται στους δύο άκρη δεξιά πεσσούς του ορόφου, οι οποίοι δεν έχουν ενισχυθεί. Η εφελκυστική τους αντοχή ( w = 0,85 MPa) είναι λίγο µεγαλύτερη από τις µέγιστες κύριες εφελκυστικές τάσεις που προκύπτουν από την ανάλυση. Εποµένως συµπεραίνεται ότι µε την εφαρµογή του σχεδίου ενίσχυσης η αδύναµη περιοχή µεταφέρεται από το ισόγειο στον όροφο για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Υ. 11

12 (α) (β) Σχήµα 6: ιάγραµµα Εφελκυστικών Τάσεων (map) για Κύρια ράση Σεισµού (α) κατά τη ιεύθυνση Χ και (β) κατά τη διεύθυνση Υ, µετά την ενίσχυση. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την ανάλυση που προηγήθηκε προκύπτουν τα εξής συµπεράσµατα: 1. Η συγκεκριµένη τυπολογία κτιρίων, µε τα χαρακτηριστικά που περιγράφηκαν παραπάνω, µε µερική συµµετρία και µικρό εµβαδό ανοιγµάτων σε σχέση µε το συνολικό εµβαδό των τοίχων, µπορεί να είναι πολύ αποδοτική σε περιοχές µε υψηλή σεισµικότητα. 2. Σε περιπτώσεις µεταρρυθµίσεων µε αφαίρεση ενδιάµεσων τοίχων και αύξηση του εµβαδού των ανοιγµάτων στην περίµετρο παρατηρούνται υψηλές κύριες εφελκυστικές τάσεις στους πεσσούς που έχουν το µικρότερο εµβαδό, για σεισµικές δράσεις και ως προς τις δύο διευθύνσεις. Εποµένως, παρόλο που αυτός ο τύπος τρίστρωτης τοιχοποιίας είναι αρκετά ισχυρότερος από µια απλή αργολιθοδοµή,σ αυτές τις περιπτώσεις υπάρχει ανάγκη ενίσχυσης. 3. Έπειτα από ενίσχυση των προβληµατικών πεσσών του ισογείου στο υπό µελέτη κτίριο µε τη µέθοδο των αµφίπλευρων στρώσεων παρατηρείται µικρή µείωση κυρίων εφελκυστικών τάσεων, της τάξης του 12%, και γενικότερη βελτιωµένη συµπεριφορά του κτιρίου για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Χ. Για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Υ παρατηρείται αύξηση των τάσεων της τάξης του 7%, αλλά οι µέγιστες τάσεις εµφανίζονται στους κεντρικούς πεσσούς της διεύθυνσης Χ του ορόφου, οι οποίοι δεν έχουν ενισχυθεί και δέχονται καταπόνηση εκτός του επιπέδου τους. Για δράση σεισµού κατά τη διεύθυνση Υ µετά την εφαρµογή του σχεδίου ενίσχυσης παρατηρείται µεταφορά της αδύναµης περιοχής του κτιρίου από το ισόγειο στον όροφο. 12

13 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστίες απευθύνονται στην εταιρία Χ. Μαραβέας και Συνεργάτες Ε.Ε. για την προσφορά του προγράµµατος Robo Millennium και ιδιαίτερα στους κους Χ. Μαραβέα και Π. Μίµογλου για τη βοήθεια τους στην χρήση του προγράµµατος. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Άρθρα σε επιστηµονικά περιοδικά Vinzileou E., Tassios T., Three-lea sone masonry srenghened by injecing cemen grous. Journal o Srucural Engineering, ASCE, Vol. 5, No 121 (1995) Binda L., Pina-Henriques J., Anzani A., Fonana A., Lourenco P.B., A conribuion or he undersanding o load-ranser mechanisms in muli-lea masonry walls: Tesing and modeling, Engineering Srucures, No 28 (2006) Βιβλία Βέρρας., Βιντζηλαίου Ε., Τριανταφύλλου Α., Αποτίµηση σεισµικών Βλαβών, Επισκευές και Ενισχύσεις Παραδοσιακών και Μνηµειακών Κτηρίων, Εκδόσεις Ανοικτού Πανεπιστηµίου, Τόµος Β, Πάτρα (2004) ρίτσος Σ., Ενισχύσεις Επισκευές Κατασκευών από Οπλισµένο Σκυρόδεµα, Εκδόσεις Πανεπιστηµίου Πατρών, Πάτρα (2006) Καραντώνη Τ., Σχεδιασµός και ανασχεδιασµός κτηρίων από φέρουσα τοιχοποιία, Εκδόσεις Πανεπιστηµίου Πατρών, Πάτρα (2004) Τάσιος Θ., Η µηχανική της Τοιχοποιίας, Εκδόσεις Συµµετρία, Αθήνα (1992) Τεχνικές εκθέσεις Da Poro F., Modena C., Valluzzi M.R. (UNIPD)/Binda L., Saisi A., (POLIMI)/Bosiljkov V. (ZAG), On-sie invesigaion echniques or he srucural evaluaion o hisoric masonry buildings, Projec unded by he European Communiy under he Environmen and Susainable Developmen Program (2004) Άρθρα σε διεθνή επιστηµονικά συνέδρια (δηµοσιευµένα σε πρακτικά) Egermann R., Invesigaions on he Load Bearing Behaviour o Muliple Lea Masonry, IABSE Symposium, Rome (1993) Πρότυπα (sandards) ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ (ΚΑΝ.ΕΠΕ.), Σχέδιο3, Φεβρουάριος, Αθήνα (2008) Eurocode 6, Design o masonry srucures Par 1-1: General rules or reinorced and unreinorced masonry srucures, ENV : 1995, Brussels (2005) 13