ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΤΗΡΗΤΕΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΕΙ ΠΑΤΡΑΣ Τμήμα Ανακαίνισης και Αποκατάστασης Κτιρίων Δρ Π. Κακαβάς, Επίκουρος καθηγητής ΠΑΤΡΑ 17-06-2013 ΔΙΑΛΕΞΗ ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ, ΜΟΚΕ, ΕΣΠΑ
ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (Π.Σ.) ΙΔΡΥΤΗΣ (John Argyris) 1. ΠΡΟΕΠΙΛΟΓΕΣ (Γεωμετρία,υλικά,είδος στοιχείων, ) 2. ΛΥΣΗ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΣ (Μέθοδος Gauss) 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ (γραφικά ) 2
ΕΠΙΣΚΕΥΗ ΚΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΛΙΘΟΚΤΙΣΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ Λιθόκτιστο σχολικό κτίριο - Αθήνα. 3
Κλασικιστικό κτίριο και έχει χαρακτηριστεί διατηρητέο για αρχιτεκτονικούς και ιστορικούς λόγους, γεγονός που έθεσε περιορισμούς στις μεθόδους επέμβασης για την αποκατάσταση των βλαβών. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΕΡΟΝΤΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ 1. Λήψη δοκιμίων για τον προσδιορισμό αντοχής λίθου, κονιάματος και τελικά της λιθοδομής σε εφελκυσμό, θλίψη, διάτμηση σύμφωνα με τις διατάξεις του ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΑ 6. 2. Λήψη δοκιμίων για τον προσδιορισμό ποιότητας ξυλείας, σύμφωνα με τις διατάξεις του ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΑ 5. 3. Εκτέλεση τομών σε επιλεγμένα σημεία θεμελίωσης του κτιρίου για τον προσδιορισμό του συστήματος θεμελίωσης και της γεωμετρίας της θεμελίωσης. 4. Λήψη δοκιμίων για τον προσδιορισμό γεωτεχνικών χαρακτηριστικών του εδάφους όπου θεμελιώνεται το κτίριο 4
ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΤΟΥ ΦΟΡΕΑ Προκειμένου να ελεγχθεί και να προσδιοριστούν οι επεμβάσεις/ενισχύσεις του φέροντος οργανισμού του κτιρίου επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία Τα σεισμικά φορτία υπολογίστηκαν με βάση τον ΕΑΚ-2000 (ΦΕΚ 2184Β /20.12.99) και το νέο Χάρτη Σεισμικής Επικινδυνότητας της Ελλάδος (ΦΕΚ 1154/Β/12.8.2003). Πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ROBOT Millenium της γαλλικής εταιρείας Robobat. 5
Από την επίλυση του φορέα προέκυψαν υπερβάσεις τάσεων σε εφελκυσμό από κάμψη, γεγονός που οδήγησε στην απόφαση ενισχύσεως του κτιρίου χρησιμοποιώντας την λύση του εκτοξευομένου σκυροδέματος για την βελτίωση συμπεριφοράς της λιθοδομής. ΠΑΡΑΔΟΧΕΣ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Οπλισμένο σκυρόδεμα γενικά C 20/25 Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα C 20/25 Σκυρόδεμα καθαριότητας C 12/15 Οπλισμένο σκυρόδεμα δαπέδων επί εδάφους C16/20 ΧΑΛΥΒΑΣ ΟΠΛ. ΣΚΥΡ. Χάλυβας κύριου & βοηθητικού οπλισμού S 500s 6
ΦΕΡΟΥΣΕΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΕΣ Κατηγορία λιθοσωμάτων II Ομάδα λιθοσωμάτων 1 Κατηγορία κατασκευής Γ Θλιπτική αντοχή σχεδ/μού κάθετη προς τους αρμούς fwc.d.per=1,93 N/mm2 Θλιπτική αντοχή σχεδ/μού παράλληλη προς τους αρμούς fwc.d.par=0,48 N/mm2 Εφελκτική αντοχή σχεδ/μού κάθετη προς τους αρμούς fwt.d.per=0,04 N/mm2 Εφελκτική αντοχή σχεδ/μού παράλληλη προς τους αρμούς fwt.d.par=0,09 N/mm2 Διατμητική ατνοχή σχεδιασμού fwv.d.s=0,54 N/mm2 ΔΟΜΙΚΗ ΞΥΛΕΙΑ Κωνοφόρα Κατηγορία Αντοχής C18 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΔΑΦΟΥΣ Δείκτης εδάφους Ks=0.20 MPa/cm Ενδεικτική τάση εδάφους σεπ= 200 kn/m2 7
ΜΟΝΙΜΑ ΦΟΡΤΙΑ ΚΙΝΗΤΑ ΦΟΡΤΙΑ Ι.β. οπλισμένου σκυροδέματος 25.00 kn/m3 Μη βατών Δωμάτων 2.00 kn/m2 Ι.β. χάλυβα 78.50 kn/m3 Διαδρόμων, εξωστών, πλατύσκαλων 5.00 kn/m2 Αιθουσών 3.50 kn/m2 Ι.β. γαιών 20.00 kn/m3 Ι.β. δρομικής οπτοπλινθοδομής 2.10 kn/m2 Ι.β. μπατικής οπτοπλινθοδομής 3.60 kn/m2 Φορτίο χιονιού 0.75 kn/m2 Ι.β. ελαφρών διαχωρισμάτων 0.75 kn/m2 Ι.β. επικάλυψης δαπέδων γενικά 1.50 kn/m2ταχύτητα ανέμου Vref=36.00 m/sec Ι.β. επικάλυψης δωμάτων 3.00 kn/m2 Ι.β. επικάλυψης στέγης 1.30 kn/m2 Κατηγορία εδάφους ΙΙΙ 8
ΣΕΙΣΜΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ [6] Ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας Ι αh=0.16 Συντελεστής σπουδαιότητας Σ3 γ=1.15 Συντελεστής σεισμικής συμπεριφοράς q=1.50 Συντελεστής θεμελίωσης θ=1.00 Κατηγορία εδάφους Β Συντ. συνδυασμού μεταβλητών δράσεων γενικά Ψ2=0.50 Συντ. συνδυασμού μεταβλητών δράσεων βιβλιοθηκών Ψ2=0.80 Χαρακτηριστικές περίοδοι Τ1=0.15 9
Λεπτομέρειες ενίσχυσης της τοιχοποιίας (α) και της θεμελίωσης (β). 10
Λεπτομέρεια του διαζώματος στην στάθμη της στέγης. Λεπτομέρεια στήριξης των πλακών σε εσωτερική τοιχοποιία. 11
Διατηρητέα Κτίρια ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (FINITE ELEMENTS)
Κτίριο ΙΚΥ Λυσικράτους 14, Πλάκα (1908) Κτίριο ΟΑΣΑ Μετσόβου και Ρεθύμνης Εξάρχεια ΙΕΡΑ ΜΟΝΗ ΧΡΥΣΙΝΟΥ Κλεινός Καλαμπάκας ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΒΥΖΑΝΤΙΝΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ στο Μυστρά 13
Έτος κατασκευής 1908 Κτίριο ΙΚΥ 14
15
Κτίριο ΙΚΥ ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΙΘΟΔΟΜΗΣ οροφές με γύψινα και ζωγραφικό διάκοσμο) Υπάρχουσα κατάσταση fwc = 2.30 MPa fwt = 0.20 MPa E = 1.50 GPa v = 0.25 fwc = 4.00 MPa Ενισχυμένη λιθοδομή fwt = 0.30 MPa E = 2.40 GPa v = 0.25 ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Ισοδύναμη στατική (qυπ/qεν=1,50/2,00) ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ GENF, ASE, MAXIMA, BEMESS της εταιρείας Sofistik Συστηματικές τσιμεντενέσεις Βαθύ αρμολόγημα Ωπλισμένο επίχρισμα Εξασφάλιση διαφραγματικής λειτουργίας 16
ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΤΙΡΙΟΥ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (FINITE ELEMENT ANALYSIS) 17
ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ 18
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών 19
Κτίριο ΟΑΣΑ Ρεθύμνης και Μετσόβου Εξάρχεια (~1935) 20
21
ΣΤΑΤΙΚΑ ΣΧΕΔΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗΣ 22
23
ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΙΘΟΔΟΜΗΣ f 2 00 MP Υπάρχουσα κατάσταση wc = 2.00 MPa fwt = 0.20 MPa E = 1.00 GPa v = 0.25 fwc = 4.20 MPa fwt = 0.42 MPa Ενισχυμένη λιθοδομή E = 2.10 GPa v = 0.25 ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Ισοδύναμη στατική (qυπ/qεν=1,50/1,50) ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ MSC Nastran for Windows V4.5 24
ΤΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕ ΙΣ ΣΤΗΝ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ 25
Ιερά Μονή Χρυσίνου Κλεινός Καλαμπάκας, Ι.Μ. Σταγών και Μετεώρων (~1830) 26
27
ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΑ ΣΧΕΔΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗΣ 28
ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧ 29
ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧ ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Λ Υπάρχουσα κατάσταση fwc = 2.87 MPa f = 0 20 Mpa fwt 0.20 E = 1.18 GPa Ενισχυμένη λιθοδομή fwc = 4.75 MPa fwt = 0.33 MPa E = 1.96 GPa v = 0.25 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ GENF, ASE, MAXIMA, BEMESS τη εταιρείας Sofistik 30
Επισκευή Ενίσχυση Διατηρητέου Κτιρίου 46ου ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΘΗΝΩΝ 31
Τριόροφο κτίριο αστική κατοικία 1914 Αργολιθοδομή 50-60 cm (ασβεστολιθικής προέλευσης) Mπατικοί διαχωριστικοί τοίχοι με συμπαγή τούβλα Μεταγενέστερες επεμβάσεις κλείσιμο/διάνοιξη ανοιγμάτων με οπτόπλινθους στους εσωτερικούς τοίχους Λοξές ρηγματώσεις σε τοίχους με μεγάλο ελεύθερο Ύψος του Α ορόφου, πάνω από τα πρέκια, αποδιοργάνωση γωνιών κυρίως εσωτερικά Κατακόρυφες ρηγματώσεις αποκόλλησης εγκαρσίων Τοίχων Αποκόλληση περιμετρικά των ανοιγμάτων από τη φέρουσα λιθοδομή, τα οποία είχαν κτιστεί μεταγενέστερα με τούβλα Αποδιοργάνωση των υπερθύρων από συμπαγή τούβλα Συστηματικές κατακόρυφες ρωγμές στη στέψη των διαχωριστικών τοίχων από οπτοπλινθοδομή, στο χώρο υποδοχής του Α ορόφου Οξείδωση των μεταλλικών δοκών ΙΡΕ 140 που υποστηρίζουν τα δάπεδα 32
ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ fb,c Μpa fm,c Μpa fw,c Μpa fw,t Μpa Εw Gpa 40 ~100 0.50~1.00 1.67~1.88 0.14~0.19 1.00~1.12 Τα μηχανικά χαρακτηριστικά των κονιαμάτων και των αντιστοίχων λιθοδομών είναι αρκετά χαμηλά ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΣΚΕΥΗ/ΕΝΙΣΧΥΣΗ Κονιάματα επισκευής M5 Συμβατά σύνθετα υλικά επισκευής (με υδράσβεστο, ποζολάνη και σε περιορισμένη περιεκτικότητα τσιμέντο) Το ποσοστό των κενών 15~20% του συνολικού όγκου της λιθοδομής Για κτήρια με αυξημένο συντελεστή σπουδαιότητας (διατηρητέα, εκπαιδευτικά) κρίνεται απαραίτητη η εφαρμογή δέσμης πρόσθετων ενισχύσεων προκειμένου να εξασφαλιστεί η επιθυμητή στάθμη επιτελεστικότητας κύρια έναντι σεισμικών δράσεων 33
Το προσομοίωμα αποδίδει τη γεωμετρία, τοπολογία του δομήματος και τη διακριτοποίηση των υλικών Εξασφαλίζεται η διαφραγματική λειτουργία των πλακών με κινηματικές εξαρτήσεις Οι κόμβοι βάσης θεωρήθηκαν απλώς δεσμευμένοι και στις 3 διευθύνσεις Η λιθοδομή και οι τοίχοι από πλινθοδομή προσομοιώθηκαν με επιφανειακά τετρακομβικά πεπερασμένα στοιχεία κελύφους (shell elements) Το περιμετρικό διάζωμα προσομοιώθηκε με γραμμικά μέλη 34
Ως περιβάλλουσα αστοχίας (failure envelope) της τοιχοποιίας, υπό συνθήκες διαξονικής έντασης, υιοθετείται εκείνη των Kupfer and Gerstle με λόγο εφελκυστικής προς θλιπτική αντοχή= 1/12 35
MH ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΤΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Eπιβάλλονται τα κατακόρυφα φορτία των πλακών (G+0.5Q) ως ομοιόμορφα γραμμικά φορτία στους κόμβους κάθε στάθμης Mη γραμμική στατική ανάλυση για τα κατακόρυφα φορτία και αποθηκεύεται το τρέχον πεδίο τάσεων/παραμορφώσεων Mη γραμμική στατική ανάλυση για μονότονη οριζόντια φόρτιση (σε όλους τους κόμβους). Η σεισμική δράση θεωρείται ως οριζόντια δύναμη μάζας στο σώμα του δομήματος Oι αναλύσεις Προ ενισχύσεων διενεργήθηκαν με το λογισμικό Μετά των ASE του οίκου SOFISTIK ενισχύσεων 36
ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΦΕΡΟΥΣΑΣ ΤΟΙΧ 37
ΤΣΙΜΕΝΤΕΝΕΣΕΙΣ Αποκατάσταση συνοχής και αύξηση της αντοχής της φέρουσας τοιχοποιίας με συστηματικές τσιμεντενέσεις 38
ΕΚΤΟΞΕΥΟΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Στην εσωτερική πλευρά των αετωμάτων εφαρμόζεται μανδύας από εκτοξευόμενο σκυρόδεμα C20/25 39
ΕΠΙΚΟΛΛΗΣΗ ΧΙΑΣΤΙ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΕΛΑΣΜΑΤΩΝ FRP 40
ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Ανακατασκευή κεραμοσκεπής Μόνωση δωμάτων Επισκευή και ανακατασκευή κουφωμάτων Ανακατασκευή ψευδοροφών Κατασκευή νέων Η/Μ εγκαταστάσεων Ανακατασκευή όλων των τραβηχτών επιχρισμάτων, γύψινων, κορνιζών,περιθωρίων και των μορφολογικών στοιχείων Αφαίρεση των επικαλύψεων από πλαστικό δάπεδο Eπαναφορά των πατωμάτων στην αρχική τους μορφή Χρωματισμοί 41
Ινστιτούτο Βυζαντινών Σπουδών Πανεπιστημίου Πελοποννήσου στο Μυστρά (προεπαναστατικό) Πέτρινο διώροφο κτίριο με παλαιό πυρήνα 42
Ιχνογραφία και μαρτυρία του κτιρίου το 1829 43
Από τις τομές που έγιναν διαπιστώθηκε ότι είναι λίθινα, πάχους 1.00μ όσο η υπερκείμενη λιθοδομή και βάθους 1,70 & 1,30 αντίστοιχα Το κτίριο παρουσιάζει αρχιτεκτονικό και μορφολογικό ενδιαφέρον Συμμετρία στις όψεις Αυστηρό καιχλιτό ύφος στα μορφολογικά στοιχεία Εξωτερικά έχει εμφανή λιθοδομή Ορθογωνικό σχήμα 25.35m Χ 15.55m Διώροφο Η Πρόσβαση στον όροφο γίνεται μόνο με εξωτερικά κλιμακοστάσια Καλύπτεται με τετράριχτες στέγες με βυζαντινά κεραμίδια Στη δυτική πλευρά του ορόφου, ο χώρος είναι κλεισμένος με πρόχειρη μεταλλική κατασκευή με επικάλυψη από κυματοειδή φύλλα λαμαρίνας τραπεζοειδούς διατομής 44
ΣΤΑΤΙΚΑ ΣΧΕΔΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗΣ 45
ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΑ ΣΧΕΔΙΑ ΠΡΟΤΑΣΗΣ 46
ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Οι τοιχοποιϊες των φερόντων τοίχων και θολοδομιών προσομοιώνονται με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία με μεμβρανική και καμπτική δράση, τετραπλευρικά συμβατά (conforming) 47
[DL]-Παραμορφωμένος Φορέας 48
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ GENF, ASE, MAXIMA, BEMESS της εταιρείας Sofistik ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Συστηματικές τσιμεντενέσεις Βαθύ αρμολόγημα Ωπλισμένο επίχρισμα Κρυφό διάζωμα ωπλ. σκυροδέματος στη στέψη Α ορόφου Εξασφάλιση διαφραγματικής λειτουργίας Κατασκευή κτιστών αντηρίδων στη ΒΑ πλευρά 49
[Εx]-Παραμορφωμένος Φορέας 50
[Εy]-Παραμορφωμένος Φορέας 51
ΠΑΡΑΔΟΧΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Στο προσομοίωμα του φορέα εισάγονται και τα πρόσθετα μεταλλικά δομικά στοιχεία του πλαισίου της δυτικής όψης Για τις σεισμικές αναλύσεις επιλέχθηκε η ισοδύναμη στατική μέθοδος Η τιμή της σεισμικής επιτάχυνσης λαμβάνεται σταθερή καθ ύψος, παραδοχή πολύ κοντά στην πραγματικότητα για κατασκευές από τοιχοποιία λιθοδομή ενισχυμένη με βαθιά αρμολογήματα, ενέματα και οριζόντια διαζώματα στη στέψη των τοίχων Α ορόφου 52