Αποτίµηση Σεισµικής Συµπεριφοράς Κατασκευών από Ωπλισµένο Σκυρόδεµα - Τρωτότητα και ιακινδύνευση Α.Ι. Καραµπίνης, ρ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, Εργαστήριο Ωπλισµένου Σκυροδέµατος, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη 671 00, ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζονται οι γενικές αρχές για την αποτίµηση της σεισµικής συµπεριφοράς κατασκευών από ωπλισµένο σκυρόδεµα, ορίζονται η τρωτότητα και η διακινδύνευση και εντοπίζονται οι κυριότεροι παράγοντες οι οποίοι τις διαµορφώνουν. Ταξινοµούνται οι µέθοδοι αποτίµησης και εντοπίζονται τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα κάθε µεθόδου και των συνηθέστερα χρησιµοποιούµένων αναλυτικών προσοµοιωµάτων. Παρουσιάζονται στοιχεία από την σεισµική συµπεριφορά των κτιρίων στο σεισµό των Αθηνών της 7 ης Σεπτεµβρίου 1999, τα οποία αφορούν σε 110 κατασκευές µε καταρρεύσεις και σε 474 µε σηµαντικού βαθµού και έκτασης βλάβες, συσχετίζεται ο βαθµός βλάβης µε τα βασικά δοµικά χαρακτηριστικά και εντοπίζονται τα επικρατέστερα αίτια και µορφές βλαβών. Τέλος παρουσιάζονται αποτελέσµατα, από την αναλυτική αποτί- µηση µε ανελαστική δυναµική ανάλυση, της συµπεριφοράς 6οροφης κατασκευής, η οποία κατέρρευσε στον παραπάνω σεισµό και γίνεται σύγκριση µε την πραγµατική συµπεριφορά της. 1. ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ 1.1 Γενικές Αρχές Η αποτίµηση της σεισµικής ικανότητας αποτελεί µία ποιοτική ή/και ποσοτική εκτίµηση για τον έλεγχο υφισταµένων κατασκευών σε συγκεκριµένη σεισµική δράση. Αφορά σε ένα σηµαντικό πρόβληµα διεθνώς αφού ένας µεγάλος αριθµός των ήδη δοµηµένων κατασκευών παρουσιάζεται µε χαµηλού επιπέδου σεισµική ασφάλεια ως προς τις σηµερινές απαιτήσεις. Η ανάγκη για σεισµική αποτίµηση µπορεί να αφορά τόσο σε προσεισµικό όσο και σε µετασεισµικό έλεγχο και πηγάζει κυρίως από το γεγονός ότι το υφιστάµενο κτιριακό απόθεµα δεν παρουσιάζει το αυτό επίπεδο σεισµικής ασφάλειας ακόµη και στο αυτό οικοδοµικό τετράγωνο. Τα βασικότερα αίτια της (σε πολλές περιπτώσεις) έντονης αυτής διαφοροποίησης είναι: - Η κατά καιρούς έντονη τροποποίηση των σεισµικών δράσεων σχεδιασµού (αλλαγή σεισµικής επικινδυνότητας της περιοχής, διαφορετικός καθορισµός των σεισµικών δράσεων κ.λπ.) - Οι χρησιµοποιούµενες παραδοχές στον προσδιορισµό των εντατικών µεγεθών οι οποίες παρουσιάζουν σηµαντικές αποκλίσεις (πλαισιακή λειτουργία, συνεργασία στο χώρο, ικανοτικός σχεδιασµός). - Η έλλειψη ικανοποιητικής τοπικής πλαστιµότητας των κρισίµων περιοχών στις παλαιότερες κατασκευές (κατασκευαστικές διατάξεις οπλισµού). - Η σε πολλές περιπτώσεις έλλειψη ορθολογικού σχεδιασµού του συνολικού δοµικού συστήµατος το οποίο συχνά παρουσιάζει προβλήµατα υπερκαταπονήσεως (ύπαρξη ασθενών ορόφων, ισόγεια χωρίς τοιχοποιίες πλήρωσης, ασυµµετρία σε κάτοψη ή/και καθ ύψος, πλάκες χωρίς δοκούς, κ.α.). - Σε εγγενή προβλήµατα µείωσης της φέρουσας ικανότητας (αντοχή σκυροδέµατος, σωλήνες δικτύων σε δοµικά στοιχεία). Στόχος της αποτίµησης της σεισµικής ικανότητας (σε υφιστάµενες κατασκευές ) είναι η διακρίβωση µιας επιθυµητής στάθµης επιτελεστικότητας (επιθυµητής συµπεριφοράς) για δεδοµένους σεισµούς (ή προγενέστερους ή αναµενόµενους µε ανεκτή πιθανότητα υπέρβασης σε συγκεκριµένη χρονική διάρκεια).
1.2 Τρωτότητα και ιακινδύνευση Παρουσιάζονται ορισµένες βασικές έννοιες που συνδέονται µε την αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας και διακινδύνευσης. Σεισµική επικινδυνότητα η πιθανότητα να συµβεί σεισµός συγκεκριµένης έντασης σε µία περιοχή. Σεισµική τρωτότητα V η τάση (προδιάθεση) ενός δοµήµατος να υποστεί βλάβες D εξ αιτίας µιας σεισµικής δράσης εντάσεως Η (εκφρασµένης σε µακροσεισµική ένταση ή σε επιταχύνσεις υποβάθρου). Σε µαθηµατικούς όρους θα µπορούσε να εκφρασθεί ως V= dd/dh ή V= [D-Do]/ [H-Ho] : και ο αναµενόµενος βαθµός βλάβης D σε προσεγγιστική µορφή D=Do+V(H-Ho) όπου Do = (ο σχετικά µικρός ) βαθµός βλάβης που αναµένεται να συµβεί από την σεισµική δράση Ηο και Ηο = σεισµική δράση σχεδιασµού η οποία προβλέπεται από τον ισχύοντα κανονισµό. Σεισµική ιακινδύνευση, το σύνολο των πιθανών απωλειών ενός κοινωνικού συνόλου το οποίο ζει και λειτουργεί σε δοµήµατα µέσης τρωτότητας V εξαιτίας ενός σεισµού εντάσεως Η. Στις ενδεχόµενες απώλειες λαµβάνονται υπόψη όχι µόνο οι άµεσες συνέπειες του σεισµού (βλάβες στις κατασκευές και στα δίκτυα, οι πιθανοί θάνατοι ή τραυµατισµοί κ.λπ.), αλλά και οι έµµεσες συνέπειες (διακοπή της οικονοµικής δραστηριότητας, ανάγκες µετεγκατάστασης, εν γένει αρωγή στους σεισµόπλήκτους). Για να υπολογισθεί η σεισµική διακινδύνευση (για µία δεδοµένη σεισµική επικινδυνότητα) απαιτείται η εκτίµηση των απωλειών που προκαλούνται από τον σεισµό σε κάθε υφιστάµενο στην περιοχή τύπο κατασκευής. Οι κυριότεροι παράγοντες οι οποίοι διαµορφώνουν την τρωτότητα των κατασκευών από ω- πλισµένο σκυρόδεµα είναι: Ο σεισµικός κίνδυνος της περιοχής (σεισµική επικινδυνότητα, ειδικός κίνδυνος), Η γεωλογία και γεωµορφολογία της περιοχής (εδαφοτεχνικά στοιχεία, πρανή µε έντονες κλίσεις, επικρεµάµενοι βράχοι κ.λπ.). Η σπουδαιότητα και η χρήση της κατασκευής. Ο σχεδιασµός (παραδοχές, χρησιµοποιηθέντες κανονισµοί, µεθοδολογία αναλύσεως, πιθανά αίτια υπερκαταπόνησης, αξιοπιστία προσοµοιωµάτων αναλύσεως και σχεδιασµού, υπεραντοχές κρισίµων περιοχών, τοιχοποιίες πληρώσεως, κ.λπ.). Η διαδικασία κατασκευής (δοµικό σύστηµα + δευτερεύοντα στοιχεία, ύπαρξη πιθανών αίτιων µείωσης της φέρουσας ικανότητας). Η συντήρηση. Ο χρόνος έκθεσης στον σεισµικό κίνδυνο. Η εφαρµογή ενός προγράµµατος ευρείας κλίµακας για την αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας και της αντίστοιχης διακινδύνευσης αποτελεί απόφαση της πολιτείας και είναι συνάρτηση ο- φέλους κόστους, όπου θα πρέπει να ληφθούν υπόψη όλα τα σχετικά κοινωνικοοικονοµικά κριτήρια (κόστος επεµβάσεων, αποµένουσα ζωή των κατασκευών, κανονισµοί σχεδιασµού, επίπεδο υ- φιστάµενης γνώσης, νοµικές ασυµβατότητες κ.λπ.). 1.3 Μέθοδοι αποτίµησης Οι µέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής συµπεριφοράς ή/και της αντίστοιχης τρωτότητας, ταξινοµούνται συνήθως σε εµπειρικές, αξιολόγησης και σε αντίστοιχες αναλυτικές. α. εµπειρικές µέθοδοι Οι εµπειρικές µέθοδοι διακρίνονται σε εκείνες οι οποίες βασίζονται στην ταξινόµηση της κατασκευής (από ένα σύνολο εµπειρικών κριτηρίων) σε συγκεκριµένη κατηγορία τρωτότητας. Κοινό
χαρακτηριστικό των εµπειρικών µεθόδων είναι ότι µέσα από ένα οπτικό έλεγχο και λαµβάνοντας υπόψη τυχόν διατιθέµενα στοιχεία (κατασκευαστικά σχέδια κ.λπ.) η οικοδοµή κατατάσσεται σε συγκεκριµένη κατηγορία τρωτότητας αφού ληφθούν υπόψη ορισµένα βασικά χαρακτηριστικά της όπως: - Το είδος και το υλικό του δοµικού συστήµατος (ωπλισµένο σκυρόδεµα, χάλυβας, τοιχοποιία, πλαισιωτό, δυαδικό, κ.λπ.). - Οι κανονισµοί σχεδιασµού. - Η σεισµική επικινδυνότητα της περιοχής. - Η πρόβλεψη σεισµικών δράσεων κατά την φάση της µελέτης. - Τα πιθανά προβλήµατα σεισµικής υπερκαταπόνησης ή/και µείωσης της σεισµικής ικανότητας (ισόγειο χωρίς τοιχοποιίες πληρώσεως, κοντά υποστυλώµατα κ.λπ.). - Η µορφή και το σχήµα του δοµικού συστήµατος σε κάτοψη και καθ ύψος (µη κανονικότητα). - Οι τοιχοπληρώσεις. - Η αλληλεπίδραση µε παρακείµενες κατασκευές. - Το έδαφος θεµελίωσης. Η βασική παραδοχή αυτής της µεθοδολογίας είναι ότι το µέγεθος των αναµενόµενων απωλειών (σαν ποσοστό της αξίας της κατασκευής κατά τον χρόνο αποτίµησης) είναι το ίδιο για όλες τις κατασκευές της ίδιας κατηγορίας. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η χρησιµοποιούµενη µεθοδολογία του οπτικού ελέγχου να παρουσιάζει ένα ελάχιστο επίπεδο αξιοπιστίας µέσω κατάλληλης βαθµονόµησης των επιµέρους χρησιµοποιουµένων κριτηρίων (Πενέλης 2002, Καραµπίνης κ.α. 2002, 2003). Η µέθοδος εφαρµόζεται κυρίως σε σύνολα κατασκευών (µέθοδος ευρείας εφαρµογής). β. µέθοδοι αξιολόγησης Οι µέθοδοι αποτίµησης µε αξιολόγηση είναι περισσότερο λεπτοµερείς από τις αντίστοιχες της ταξινόµησης και επικεντρώνονται κυρίως σε στοιχεία της κατασκευής τα οποία επηρεάζουν και διαµορφώνουν σε σηµαντικό βαθµό την σεισµική συµπεριφορά. Απαιτούν επιτόπου καταγραφή (των στοιχείων αυτών) σε ειδικό έντυπο ελέγχου το οποίο συνδυάζει απλότητα αλλά και σχετική πληρότητα ώστε η προκύπτουσα εικόνα τρωτότητας της κατασκευής να είναι κατά το δυνατόν α- ξιόπιστη. Τα επιµέρους χαρακτηριστικά της κατασκευής αξιολογούνται ανάλογα µε την επάρκεια τους ως προς τις σεισµικές απαιτήσεις και στην συνέχεια ποσοτικοποιούνται κατάλληλα. Βασικό κριτήριο συµµόρφωσης αποτελεί η τελική βαθµολογία της κατασκευής η οποία προκύπτει ως ά- θροισµα των βαθµολογιών των επιµέρους στοιχείων (πολλαπλασιασµένων µε κατάλληλους συντελεστές βαρύτητας). Η τελική βαθµολογία µπορεί να οδηγήσει στην λήψη απόφασης ως προς το εάν η κατασκευή απαιτεί παραπέρα έρευνα, τοπική ή γενική ενίσχυση ή καλύπτει τις σχετικές απαιτήσεις. γ. αποτίµηση µε αναλυτικές µεθόδους Εφαρµόζεται για όσες περιπτώσεις απαιτούνται αναλυτικές και λεπτοµερείς πληροφορίες για την συµπεριφορά συγκεκριµένων (individual) κατασκευών και απαιτούν σηµαντικά µεγαλύτερο κόπο και κόστος. Συνήθως µία αποτίµηση µε αναλυτικές µεθόδους περιλαµβάνει τα εξής βήµατα: i. Καθορισµό των επιµέρους παραµέτρων σεισµικής επικινδυνότητας από τις οποίες θα προκύψουν οι σεισµικές δράσεις (φάσµατα επιταχύνσεων ή µετακινήσεων ή για την περίπτωση της ανελαστικής δυναµικής ανάλυσης χρονοϊστορία επιταχύνσεων βάσης). ii. Επιλογή του καταλληλότερου αναλυτικού προσοµοιώµατος της κατασκευής και των επιµέρους δοµικών και µη στοιχείων τα οποία συµµετέχουν στην διαµόρφωση της σεισµικής συµπεριφοράς. iii. Υπολογισµό των µεγεθών απόκρισης (µετακινήσεις, εντάσεις). iv. Προσδιορισµό των επιµέρους βαθµών βλάβης των δοµικών στοιχείων ή των δοµικών υποσυστηµάτων της κατασκευής. v. Αποτίµηση των απωλειών (σε οικονοµικούς όρους) σε συνάρτηση µε τους βαθµούς βλάβης κάθε δοµικού υποσυστήµατος και του συνόλου της κατασκευής. vi. Αποτίµηση της σεισµικής διακινδύνευσης (για τις περιπτώσεις προσεισµικού ελέγχου), της κατασκευής µε βάση την σχέση:
SR=H x V x SL όπου Η η σεισµική επικινδυνότητα (πχ πιθανότητα υπέρβασης σεισµικής έντασης Ι), V η τρωτότητα (βαθµός βλάβης για την ένταση Ι), SL η διακινδυνευόµενη αξία σε οικονοµικούς όρους. Η συνολική διακινδύνευση αποτελεί το άθροισµα όλων των στοιχείων που επηρεάζονται από τον σεισµικό κίνδυνο (κατασκευές, επιπτώσεις στην οικονοµική δραστηριότητα κ.λπ.). Οι αναλυτικές µέθοδοι αποτίµησης παρουσιάζουν σηµαντική διασπορά του βαθµού κόστους και πολυπλοκότητας µε (συνήθως) ανάλογη αξιοπιστία αποτελεσµάτων. Μπορεί κανείς να εντάξει σε αυτές ελαστικές µεθόδους αντίστοιχες αυτών που προβλέπονται κανονιστικά για νεοανεγειρόµενες κατασκευές, µέχρι ανελαστικές δυναµικές αναλύσεις της χρονοϊστορίας της απόκρισης. 1.3 Καθορισµός σεισµικών δράσεων Όπως και στον σχεδιασµό µίας νέας κατασκευής, οι παραδοχές για τον καθορισµό των σεισµικών δράσεων αφορούν στην πρόβλεψη της πιθανής σεισµικής δράσης, υποθέτοντας την αναµενό- µενη σεισµική συµπεριφορά. Η εισαγωγή της σεισµικής διέγερσης για την αποτίµηση της συµπεριφοράς γίνεται ανάλογα µε την χρησιµοποιούµενη µέθοδο και τον επιδιωκόµενο βαθµό αξιοπιστίας. Στις εµπειρικές µεθόδους αποτίµησης εισάγεται η σεισµική επικινδυνότητα µέσα από όρους µακροσεισµικής έντασης (I MM, I MSK ) ή σαν συνάρτηση βασικών παραµέτρων της σεισµικής κίνησης, όπως η σεισµική επιτάχυνση ή ταχύτητα βάσεως. Για τις περιπτώσεις όπου χρησιµοποιούνται αναλυτικές µέθοδοι αποτίµησης η σεισµική δράση είναι δυνατόν σε µία απλή µορφή να εισαχθεί µε την βοήθεια των φασµάτων απόκρισης σχεδιασµού προεκτιµώντας την θεµελιώδη ιδιοπερίοδο Τ 1, τον δείκτη ανελαστικής συµπεριφοράς q και την απόσβεση του συνολικού δοµήµατος. Βέβαια στην περίπτωση αυτή η όλη ανάλυση βασίζεται σε µία στιγµιαία τιµή της σεισµικής απόκρισης για την οποία θεωρείται ότι εµφανίζεται η µέγιστη διάτµηση στην βάση σε µία ισοδύναµη µε την πραγµατική ελαστική κατασκευή. Παράλληλα γίνεται αποδεκτό ότι η σεισµική δράση (τέµνουσα βάσης) εξαρτάται και προσδιορίζεται µόνο από την τιµή της θεµελιώδους ιδιοπεριόδου της κατασκευής (Τ 1 ), η οποία και αυτή αφορά σε χαρακτηριστικά της ελαστικής δυσκαµψίας των επιµέρους µελών και υπόκειται κατά την διάρκεια του σεισµού σε σηµαντική µεταβολή εξαρτώµενη από την εκάστοτε ένταση. Ειδικά για την περίπτωση της ανελαστικής δυναµικής ανάλυσης, η σεισµική δράση εκφράζεται µε µορφή χρονοϊστορίας των επιταχύνσεων της βάσης της κατασκευής (επιταχυνσιογραφήµατα) προερχόµενη από: - Πραγµατικές καταγραφές από προηγούµενους σεισµούς (µε κυριότερα προβλήµατα τα κριτήρια επιλογής των επιταχυνσιογραφηµάτων και την αναγκαιότητα αναγωγής στην κατάλληλη ένταση). - Συνθετικά επιταχυνσιογραφήµατα συµβατά µε το ελαστικό φάσµα απόκρισης της περιοχής (προσέγγιση µηχανικού). - Συνθετικά επιταχυνσιογραφήµατα τα οποία έχουν προκύψει από κατάλληλα προσοµοίωση της προβλεπόµενης σεισµικής πηγής, του µηχανισµού διάρρηξης του σεισµού και του τρόπου διάδοσης των σεισµικών κυµάτων (σεισµολογική προσέγγιση). Ο καθορισµός των επιµέρους παραµέτρων οι οποίες πρέπει να λαµβάνονται υπόψη για την επιλογή των χρησιµοποιουµένων επιταχυνσιογραφηµάτων αποτελεί κυρίως αντικείµενο της Τεχνικής Σεισµολογίας και Εδαφοδυναµικής µε κυρίαρχες το µέγεθος του σεισµού, την απόσταση από την σεισµική πηγή, τις εδαφικές συνθήκες και την απόσταση του σταθµού καταγραφής. 1.4 Μεθοδολογία αναλυτικής αποτίµησης Εάν εξαιρέσει κανείς τις εµπειρικές µεθόδους, η χρήση του ηλεκτρονικού υπολογιστή µε τις αλµατωδώς αυξανόµενες δυνατότητες,αποτελεί στις µέρες µας την συνήθη διαδικασία αποτίµησης της σεισµικής συµπεριφοράς µε προσοµοιώµατα του δοµικού συστήµατος τριών διαστάσεων (3D) και αντίστοιχα των δοµικών στοιχείων σύνθετης µηχανικής συµπεριφοράς (υλικών ή δοµικών στοιχείων). Όµως και για αυτές τις περιπτώσεις ορισµένα στοιχεία, όπως η αλληλεπίδραση παρα-
κειµένων κατασκευών, αγνοούνται ή λαµβάνονται προσεγγιστικά υπόψη παρότι είναι δυνατόν να διαφοροποιήσουν σηµαντικά την σεισµική συµπεριφορά. Βέβαια θα πρέπει να σηµειωθεί ότι η α- ποτίµηση µε περισσότερο σύνθετες αναλύσεις δεν οδηγεί πάντα σε προβλέψεις µεγαλύτερης αξιοπιστίας αφού συνήθως ισχύει ότι: Αξιοπιστία ανάλυσης = αξιοπιστία [{µηχανικού} {ποσοµοιωµάτων} {λογισµικού} {.}] Πρακτικά οι διαθέσιµες µέθοδοι ανάλυσης που µπορούν να χρησιµοποιηθούν είναι : - Ελαστική στατική ανάλυση (αντίστοιχη µε αυτή του σχεδιασµού νέων κατασκευών). - Ελαστική δυναµική ανάλυση (ιδιοµορφική ανάλυση για ανελαστικό φάσµα σχεδιασµού). - Ανελαστική στατική ανάλυση (push over). - Ανελαστική δυναµική ανάλυση µε χρονοϊστορία. Η επιλογή της χρησιµοποιούµενης µεθοδολογίας και των σχετικών προσοµοιωµάτων ανάλυσης και υπολογισµού αποτελεί άµεση συνάρτηση του επιθυµητού επιπέδου αξιοπιστίας και του αντίστοιχου κόστους και εξαρτάται άµεσα από την κλίµακα εφαρµογής της διαδικασίας αποτίµησης. Συνήθως ακολουθείται η λογική των διαδοχικών σταδίων από την απλούστερη στην συνθετότερη. Οι απλές ελαστικές αναλύσεις χρησιµοποιούνται συνήθως για να δώσουν µία ποιοτική ένδειξη σχετικά µε τα αδύνατα σηµεία της κατασκευής στα οποία αναµένεται να εµφανισθεί σεισµική βλάβη. Η ανελαστική στατική µέθοδος, έχει εισαχθεί σε σύγχρονα κανονιστικά κείµενα (FEMA 273/274, ASCE2000), και πλεονεκτεί σε σχέση µε την ελαστική ανάλυση επειδή προσδιορίζει το µέγεθος των πλαστικών παραµορφώσεων, παρουσιάζει µεγαλύτερη αξιοπιστία στην εκτίµηση των δυνάµεων, αναγνωρίζει τις περιοχές του δοµικού συστήµατος µε µειωµένη ικανότητα και τέλος προσφέρει δυνατότητα ελέγχου της ροής των δυνάµεων στο δοµικό σύστηµα. Κρίσιµα σηµεία της µεθόδου αποτελούν η συσχέτιση της µετακίνησης για την αποτίµηση µε την αντίστοιχη σεισµική δράση και η επιλογή της κατάλληλης καθ ύψος κατανοµής της σεισµικής φόρτισης (τριγωνική, οµοιόµορφη). Στα βασικά της µειονεκτήµατα εντάσσονται, η αδυναµία εφαρµογή της σε χωρικά δοµικά συστήµατα µε προβλήµατα µορφολογίας, η αναγνώριση του αρχικού µόνο µηχανισµού αστοχίας και η ανακρίβεια των υπολογιζοµένων παραµορφώσεων για τις περιπτώσεις κατασκευών που η συµ- µετοχή των ανωτέρων ιδιοµορφών είναι ουσιαστική. Η δυναµική ανάλυση της χρονοϊστορίας της ανελαστικής απόκρισης της κατασκευής θεωρείται η καταλληλότερη προσέγγιση λόγω του δυναµικού χαρακτήρα της σεισµικής δράσης και της ανελαστικής συµπεριφοράς της κατασκευής. Τόσο τα απαιτούµενα όσο και τα διαθέσιµα µεγέθη (δυνά- µεις, µετακινήσεις, παραµορφώσεις) παρουσιάζουν σηµαντικές αβεβαιότητες οι οποίες πρέπει να συνεκτιµηθούν στην αποτίµηση. Στις σηµαντικές αβεβαιότητες εντάσσονται επίσης η σεισµική δράση και τα µηχανικά χαρακτηριστικά των τµηµάτων των δοµικών στοιχείων που θα παραµείνουν στην ελαστική περιοχή (δυσκαµψία EJ, δυστµησία GA, δυστένεια EA, αντοχή υλικών κ.λπ.). (Κάππος 2003). Τα χρησιµοποιούµενα προσοµοιώµατα ανάλυσης µπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε: α. µακροσκοπικά προσοµοιώµατα (ισοδύναµα µονοβάθµια συστήµατα, προσοµοιώµατα διατµητικού κτιρίου κ.α). ίνουν συνολικά µεγέθη απόκρισης της κατασκευής και χρησιµοποιούνται για ποιοτικές εκτιµήσεις όταν απαιτείται σηµαντικός αριθµός αναλύσεων. β. προσοµοιώµατα διακριτοποίησης ανά δοµικό στοιχείο όπου σε κάθε δοµικό στοιχείο της κατασκευής αντιστοιχεί ένα αντίστοιχο στοιχείο προσοµοίωσης. Με αυτά υπολογίζονται µεγέθη α- πόκρισης των δοµικών στοιχείων αλλά και δοµικών υποσυστηµάτων της κατασκευής. γ. µικροσκοπικά προσοµοιώµατα τα οποία αφορούν επίσης σε δοµικά στοιχεία και διαχωρίζονται σε αντίστοιχα λωρίδων (διακριτοποίηση σε λωρίδες ή ίνες) και σε πεπερασµένων στοιχείων (επίπεδης έντασης ή επίπεδης παραµόρφωσης). Με τα προσµοιώµατα αυτά υπολογίζονται τάσεις, παραµορφώσεις και καµπυλότητες σε κρίσιµες περιοχές.
2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΣΤΟΝ ΣΕΙΣΜΟ της 7 ης -9-1999 Αποτελεί πλέον συνήθη πρακτική, µετά από κάποιο καταστροφικό σεισµό, η αξιολόγηση της συµπεριφοράς των κατασκευών µε στόχο αφ ενός την βελτίωση της γνώσης για την συνολική διαδικασία σχεδιασµού και κατασκευής, αφ ετέρου για την διακρίβωση της τρωτότητας των κατασκευών και την βαθµονόµηση των χρησιµοποιουµένων µεθόδων αποτίµησης. Στην συνέχεια παρουσιάζονται συνοπτικά ορισµένα συµπεράσµατα από την σεισµική τρωτότητα των οικοδοµικών κατασκευών στον σεισµό των Αθηνών της 7-9-1999 (Καραµπίνης κ.α 2003). Συγκεκριµένα παρουσιάζονται στοιχεία από 584 κατασκευές οι οποίες αστόχησαν (κατέρρευσαν) κατά την διάρκεια του σεισµού ή παρουσίασαν σηµαντικότατου βαθµού και έκτασης βλάβες µε αποτέλεσµα να κριθεί η αποκατάσταση τους ασύµφορη (κατεδαφιστέες). Χρησιµοποιούνται δεδοµένα από τις καταγραφές των βλαβών τις οποίες παρουσίασαν τα κτίρια µε δοµικό σύστηµα ωπλισµένο σκυρόδεµα στην ευρύτερα πληγείσα περιοχή και διερευνάται η συµµετοχή βασικών δοµικών παραµέτρων οι οποίες συσχετίζονται µε την σεισµική τρωτότητα (πίνακες 1-3). Παρουσιάζονται επίσης στοιχεία από την εφαρµογή εµπειρικής µεθόδου αποτίµησης της τρωτότητας (Ταχύς Οπτικός Έλεγχος) σε κατασκευές της πλειόσειστης περιοχής των Αθηνών µε διαφορετικό βαθµό και έκτασης βλάβες και συσχετίζεται ο βαθµός βλάβης µε ορισµένες βασικές δο- µικές παραµέτρους. 2.1 Κατασκευές οι οποίες κατέρρευσαν κατά την διάρκεια του σεισµού Τα στοιχεία αφορούν σε 110 κατασκευές (πίνακες 1 και 2) από την επεξεργασία των οποίων προέκυψε ότι: - Σηµαντικά στοιχεία υπερκαταπόνησης υπήρχαν σε 63 κατασκευές (ποσοστό 57%) εκ των ο- ποίων 12 (11%) αφορούσαν σε κοντά υποστυλώµατα 33 (30%) σε pilotis και 18 (16%) σε α- νοικτά ισόγεια. - Πιθανή αλληλεπίδραση εκτιµήθηκε ότι υπήρξε σε 39 κατασκευές (ποσοστό 35.5%) από τις οποίες 23 (ποσοστό 21%) αφορούσαν σε γωνιακές κατασκευές και 16 (ποσοστό 14.5%) σε ευρισκόµενες στο εσωτερικό του οικοδοµικού τετραγώνου. - 23 κατασκευές ήσαν µικρού µεγέθους (ποσοστό 21%), 48 µεσαίου µεγέθους (ποσοστό 43.6%) ενώ 39 κατασκευές (ποσοστό 35.5%) ανήκουν στην κατηγορία µεγάλου µεγέθους. - Η χρήση 77 κατασκευών ήταν κατοικία ενώ ως χώροι εργασίας χρησιµοποιούντο 33. - Η µορφολογία του δοµικού συστήµατος σε 40 κατασκευές (ποσοστό 36.4%) παρουσίαζε µη κανονικότητα σε κάτοψη και σε 38 κατασκευές (ποσοστό34.5%) µη κανονικότητα καθ ύψος. - Ο αριθµός των ορόφων παρουσίασε σχετική διασπορά µε 17 κατασκευές να είναι ισόγειες, 28 κατασκευές µε 2 ορόφους (ισόγειο+1 όροφος ), 44 µε 3ορόφους (ισόγειο+2 όροφοι), 13 µε 5 ορόφους, 6 µε 5 ορόφους και 2 µε 6 ορόφους. - Το 94.5% των κατασκευών (104 κατασκευές ) είχαν µελετηθεί και κατασκευασθεί µε τους προγενέστερους κανονισµούς (Β 54+Β 59 ) ή δεν καλύπτονταν από Αντισεισµικό Κανονισµό (αυθαίρετα τµήµατα ή/και παρεµβάσεις). Να σηµειωθεί ότι το σύνολο των κατασκευών µε δοµικό σύστηµα από ωπλισµένο σκυρόδεµα, οι οποίες κατέρρευσαν και είχαν ανθρώπινα θύµατα, ανήκει στην κατηγορία αυτή (πίνακας 2). 2.2 Κατασκευές µε σηµαντικού βαθµού και έκτασης βλάβες (κατεδαφιστέες) Σε συνολικό αριθµό από 474 κατασκευές µε δοµικό σύστηµα ωπλισµένο σκυρόδεµα παρουσιάσθηκαν σηµαντικού βαθµού και έκτασης βλάβες, µε αποτέλεσµα να κριθεί η αποκατάσταση τους ασύµφορη (κατεδαφιστέες). Στις κατασκευές αυτές οι οποίες εµφάνιζαν παρόµοια χαρακτηριστικά µε αυτά των κατασκευών που κατέρρευσαν (πίνακας 3), σηµαντικά στοιχεία υπερκαταπόνησης ε- ντοπίσθηκαν σε 208 κατασκευές (ποσοστό 43.9%) µε 45 να περιλαµβάνουν κοντά υποστυλώµατα, 87 να αφορούν σε pilotis και 76 σε ανοικτά ισόγεια. Επιπρόσθετα: - Πιθανή αλληλεπίδραση εµφάνισαν 187 κατασκευές (ποσοστό 39.5%) µε 122 κατασκευές να είναι στο εσωτερικό του οικοδοµικού τετραγώνου και 65 σε γωνιακή θέση.
- Η χρήση των κατασκευών αυτών σε σηµαντικό ποσοστό 80.1% (380 κατασκευές) αφορούσε κατοικίες ενώ ως προς το µέγεθός τους υπήρξαν 166 κατασκευές µικρού µεγέθους, ισάριθµες µεσαίου µεγέθους και 142 κατασκευές µεγάλου µεγέθους. - Γεωµετρική µη κανονικότητα σε κάτοψη παρουσίαζαν 104 κατασκευές (ποσοστό 21.9%) και µη κανονικότητα σε τοµή 136 (ποσοστό 28.7%). - Ως προς τον αριθµό των ορόφων και στην οµάδα των κατασκευών αυτών τα µεγαλύτερα ποσοστά (419 κατασκευές, ποσοστό 88%) αφορούσαν σε κτίρια µέχρι και 3 ορόφους (ισόγειο +2 ό- ροφοι) ενώ άνω των 3 ορόφων ήταν 55 κατασκευές. 2.3 Συσχέτιση του βαθµού βλάβης µε βασικά δοµικά χαρακτηριστικά Στο σχήµα 1 παρουσιάζεται η συσχέτιση του βαθµού βλάβης σε 464 κατασκευές των Αθηνών οι οποίες παρουσίασαν διαφορετικό βαθµό και έκτασης βλάβες (καταρρεύσεις, σηµαντικές βλάβες στο δοµικό σύστηµα κόκκινες, µέσου βαθµού βλάβες κίτρινες, πρακτικά ασήµαντες βλάβες πράσινες). Τα στοιχεία προέρχονται από την εφαρµογή της εµπειρικής µεθοδολογίας του ταχέως οπτικού ελέγχου σε πλήρη οικοδοµικά τετράγωνα της πλειόσειστης περιοχής (Καραµπίνης 2003α) και οι δοµικές παράµετροι µε τις οποίες συσχετίσθηκε ο βαθµός βλάβης είναι: - το είδος του δοµικού συστήµατος (πλαισιωτό, δυαδικό) - η ύπαρξη ισογείου χωρίς τοιχοποιίες πλήρωσης (pilotis) - η κανονικότητα σε κάτοψη και καθ ύψος - η ύπαρξη κοντών υποστυλωµάτων - η ύπαρξη προσθήκης καθ ύψος και - ο αντισεισµικός κανονισµός σχεδιασµού (έτος σταθµός 1985). Παρατηρείται ότι σχεδόν όλες οι κατασκευές οι οποίες κατέρρευσαν είχαν σχεδιασθεί πριν από το έτος σταθµό (κανονισµοί Β 54+Β 59) και σε µεγάλο ποσοστό (70%) είχαν δυαδικό δοµικό σύστηµα (απαλλαγή από τον τότε ισχύοντα αντισεισµικό έλεγχο). Σηµαντικό ποσοστό (47%) επίσης αφορούσε σε κατασκευές µε ισόγειο χωρίς τοιχοποιίες (pilotis), και σε γεωµετρική µη κανονικότητες του δοµικού συστήµατος (~ 38%). Αντίθετα οι κατασκευές µε πλαισιωτό δοµικό σύστηµα (σχεδιασµένες µε τον τότε αντισεισµικό κανονισµό) παρουσίασαν σχετικά πλάστιµη συµπεριφορά µε µικρότερες καταρρεύσεις (~ 30%) αλλά σηµαντικού βαθµού και έκτασης βλάβες στο δοµικό σύστηµα (~ 72%). Στην ικανοποιητική αυτή συµπεριφορά τους συνεισέφεραν και άλλες παράµετροι όπως η ανάληψη σηµαντικού ποσοστού της σεισµικής τέµνουσας από τις τοιχοποιίες, η εν γένει καλύτερη µορφολογία τους κ.α. Σε σχέση µε το κριτήριο λειτουργικότητας (µέσου βαθµού βλάβες, περιορισµός βλαβών στις τοιχοποιίες κίτρινα ), είναι εµφανής η υπεροχή των δυαδικών δοµικών συστηµάτων 2.4 Επικρατέστερα αίτια και µορφές βλαβών Από την επεξεργασία των στοιχείων από 584 κατασκευές µε δοµικό σύστηµα από ωπλισµένο σκυρόδεµα οι οποίες αστόχησαν (κατέρρευσαν) κατά την διάρκεια του σεισµού ή παρουσίασαν σηµαντικότατου βαθµού και έκτασης βλάβες µε αποτέλεσµα να κριθεί η αποκατάσταση τους ασύµφορη (κατεδαφιστέες) ως επικρατέστερα αίτια και µορφές βλαβών εντοπίσθηκαν (φωτογραφίες 1-7): α Αστοχία κόµβων β. Αλληλεπίδραση οµικού συστήµατος τοιχοποιιών πληρώσεως γ. Ανεπάρκεια των αγκυρώσεων επιµηκύνσεων του οπλισµού δ. Απουσία τοιχοποιιών από το ισόγειο (pilotis) ε. Κοντά υποστυλώµατα στ. Απουσία περίσφιγξης ζ. Αποµείωση φέρουσας ικανότητας
3. ΜΕΤΑΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Εφαρµόζεται η µεθοδολογία της αναλυτικής αποτίµησης µε ανελαστική δυναµική ανάλυση µε χρονοϊστορία σε µία 6οροφη κατασκευή µε υπόγειο της οποίας σηµαντικό τµήµα κατέρρευσε στον σεισµό της 7-9-1999 (φωτογραφία 8). Συγκεκριµένα η σε κατασκευή αποτελείτο από υπόγειο, ισόγειο, ηµιόροφο, Α, Β, Γ και ορόφους µε µορφή σε κάτοψη σχήµατος L. Οι βασικές εξωτερικές διαστάσεις των πτερύγων της οικοδοµής ήταν 27.25m x 10.25m και 21.60m x 9.92m, µε συνολικό ύψος 25.50m. Το δοµικό σύστηµα της µε δυαδική µορφή αποτελούσαν κυρίως συµβατικά στοιχεία ωπλισµένου σκυροδέµατος (δοκοί, υποστυλώµατα και τοιχώµατα), αλλά και στοιχεία λιγότερο συνήθη όπως αυτά των αναρτήρων του µεσορόφου, των πλακών χωρίς δοκούς, του µεγάλου αριθµού δοκών πολύ µικρού ύψους ( κρυφοδοκών ) και των πολλαπλά εµµέσων στηρίξεων (σχήµα 2). Ο υπόγειος χώρος ήταν εγκιβωτισµένος µε τοιχώµατα ωπλισµένου σκυροδέµατος και τον οργανισµό πληρώσεως αποτελούσαν οπτοπλινθοδοµές και ελαφρά µεταλλικά διαχωριστικά (υαλοστάσια) κυρίως στα καταστήµατα του ισογείου. Η µορφολογία του δοµικού συστήµατος παρουσίαζε έντονα προβλήµατα σεισµικής υπερκαταπόνησης µε κυριότερα την ασυµµετρία σε κάτοψη (µορφή σχήµατος L), την απότοµη µεταβολή της δυσκαµψίας καθ ύψος (απουσία τοιχοποιιών στο ισόγειο) και την ανάρτηση του ηµιορόφου από την οροφή του ισογείου. Κατά την κύρια σεισµική δόνηση το ένα από τα δύο σκέλη του κτιρίου αποτµήθηκε από την υπόλοιπη κατασκευή στην περιοχή της εισέχουσας γωνίας του L και κατέρρευσε εντός του υπογείου. Το υπόλοιπο τµήµα παρουσίασε µικρού έως µέσου βαθµού βλάβες σε ορισµένα φέροντα δοµικά στοιχεία και σοβαρές ζηµιές στα µη φέροντα δοµικά στοιχεία (τοιχοποιίες πλήρωσης). Για την αποτίµηση της σεισµικής συµπεριφοράς χρησιµοποιήθηκαν στοιχεία από την λεπτοµερή αποτύπωση της γεωµετρίας του δοµικού συστήµατος και των δοµικών και µη στοιχείων (γεω- µετρία, διαστάσεις κρισίµων διατοµών ποσότητα και θέση του οπλισµού κ.λπ.), όπως αυτά περιγράφονται στην σχετική έκθεση (ΥΠΕΧΩ Ε 2001). Σύµφωνα µε τα σχετικά αποτελέσµατα από τις δοκιµές θραύσης, οι µέσες τιµές αντοχής σκυροδέµατος κυµάνθηκαν στο διάστηµα από 20.4 50.6 MPa, µε συχνότερες επικρατέστερες τις τιµές µεταξύ των 20 26 MPa. Για τον χάλυβα οπλισµού, προέκυψαν τιµές του ορίου διαρροής f y = 445 571 MPa. Η αναλυτική αποτίµηση αφορούσε στην αναπαράσταση της συµπεριφοράς της κατασκευής κατά την διάρκεια του κύριου σεισµού (µέχρι την κατάρρευσή της) προσδιορισµένη µε ορισµένα γενικότερα αποδεκτά προσοµοιώµατα µη γραµµικής συµπεριφοράς. Στόχος η διακρίβωση, µέσα από την εικόνα της αστοχίας, της ικανότητας της χρησιµοποιηθείσας διαδικασίας και των αναλυτικών προσοµοιωµάτων για µια αξιόπιστη πρόβλεψη της συµπεριφοράς κατασκευής µε ακραία µορφολογία δοµικού συστήµατος σε οριακές καταστάσεις σεισµικής συµπεριφοράς, αλλά και η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων σε σχετικά παρόµοιες κατασκευές. Λόγω της ιδιάζουσας µορφολογίας του δοµικού συστήµατος της κατασκευής (ασύµµετρη κάτοψη σχήµατος L, απότοµη µεταβολή της δυσκαµψίας κ.λπ.) απαιτήθηκε διερεύνηση τριών διαστάσεων. Χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα Η/Υ DRAIN-3DX (Prakash et al, 1994) µε διαδικασία βήµα προς βήµα χρονικής ανάλυσης. Για την προσοµοίωση των ιδιοτήτων των επιµέρους δοµικών στοιχείων χρησιµοποιήθηκαν στοιχεία από τις σχετικές βιβλιοθήκες του προγράµµατος (Powell et al, 1994) όπου κάθε κρίσιµη διατοµή των στοιχείων από ωπλισµένο σκυρόδεµα προσοµοιώθηκε ως άθροισµα επιµέρους ζωνών (χάλυβα, σκυροδέµατος) µε µη γραµµική συµπεριφορά (σχήµα 3). Οι κόµβοι προσοµοιώθηκαν ως άκαµπτες ζώνες ενώ οι πλαστικές περιοχές θεωρήθηκαν συγκεντρωµένες στα άκρα του στοιχείου. Οι συναρτήσεις τάσεων παραµορφώσεων του σκυροδέµατος (σ-ε) και οι διαθέσιµες τιµές καµπυλοτήτων των κρίσιµων διατοµών υπολογίσθηκαν µε την εφαρµογή του προγράµµατος RCSA (Καραµπίνης, 1998). Στο σχήµα 4 παρουσιάζονται χαρακτηριστικά ανελαστικά µεγέθη αντοχής (διαγράµµατα τάσεων παραµορφώσεων και ροπών καµπυλοτήτων) της περισφιγµένης διατοµής του υποστυλώ- µατος Κ20 σε διάφορες στάθµες καθ ύψος λαµβάνοντας υπόψη και την επιρροή του εκάστοτε α- ξονικού του φορτίου.
Ως διέγερση βάσης χρησιµοποιήθηκαν επιταχυνσιογραφήµατα τα οποία προέκυψαν µετά από κατάλληλη επεξεργασία ώστε να αντιστοιχούν στην περιοχή της κατασκευής (σχήµα 5). Η εφαρ- µογή των επιταχύνσεων έγινε για ταυτόχρονη δράση των τριών επιµέρους συνιστωσών και για διάφορες διευθύνσεις εφαρµογής σε σχέση µε τις κύριες πλευρές της κατασκευής. Στο σχήµα 6 παρουσιάζεται το ιστορικό µετακινήσεων της κεφαλής του υποστυλώµατος Κ20 για τις διάφορες στάθµες καθ ύψος όπως προέκυψε για επιταχυνσιογραφήµατα βάσης σύµφωνα µε καταγραφή στο Σύνταγµα και σεισµική δράση Ε=Ε 0 x + 0.3Εy + 0.3 Εz (όπου Ε 0 x: εφαρµογή της οριζόντιας σεισµικής συνιστώσας παράλληλα προς την διαµήκη διεύθυνση του κτιρίου. Είναι εµφανές ότι το σύνολο της κατασκευής πάνω από την οροφή του ισογείου εµφανίζει πρακτικά συ- µπεριφορά ανεστραµµένου εκκρεµούς, µε ελάχιστες διαφορές στις µετακινήσεις µεταξύ των ορόφων, αποτέλεσµα της έντονα προβληµατικής µορφολογίας καθ ύψος (εύκαµπτο ισόγειο, ανηρτη- µένη µάζα). Ταυτόχρονα παρουσιάζεται από τα πρώτα δευτερόλεπτα του σεισµικού κραδασµού µία αυξανόµενη απόκλιση της κατασκευής από την αρχική θέση ισορροπίας. Στο σχήµα 7 παρουσιάζονται, σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της ανάλυσης, οι απαιτήσεις των σχετικών µετακινήσεων και των στροφών των άκρων για τα υποστυλώµατα Κ5, Κ20 και Κ26. Παρατηρείται η σηµαντικά ανοµοιόµορφη κατανοµή του λόγου x/h καθ ύψος µε συγκέντρωση στην οροφή του ισογείου και µε τιµές από τις οποίες προκύπτει ουσιαστική πλευρική αστάθεια (διαµήκης διεύθυνση x/h>0.03). Στο ίδιο σχήµα παρουσιάζονται επίσης οι σηµαντικά υψηλές απαιτήσεις ανελαστικών στροφών των άκρων των υποστυλωµάτων όπου παρατηρείται µία έντονη συγκέντρωση στην περιοχή του ισογείου. Τιµές οι οποίες υπερέχουν σηµαντικά των αντιστοίχων διαθεσίµων από δοµικά στοιχεία σχεδιασµένα µε τους παλαιούς κανονισµούς. Παράλληλα από την περιβάλλουσα των α- παιτήσεων σε µεγέθη ικανότητας στροφής των άκρων των υποστυλωµάτων (σχήµα 7β) προκύπτει επίσης µία έντονη συγκέντρωση των απαιτήσεων αυτών καθ ύψος µεταξύ δαπέδου και οροφής ισογείου µε τιµές οι οποίες είναι σηµαντικά µεγαλύτερες (θ max =0,09 rad) από τις αντίστοιχες διατιθέµενες. Στο σχήµα 8 παρουσιάζεται το ιστορικό της δηµιουργίας των ανελαστικών περιοχών της κατασκευής όπου είναι εµφανής η συγκέντρωση τους κυρίως στα δοµικά στοιχεία της οροφής του ισογείου. Παρατηρείται, από τα αρχικά δευτερόλεπτα του σεισµικού κραδασµού µία έντονη ανελαστικοποίηση των κρισίµων υποστυλωµάτων στις περιοχές υπογείου ισογείου, η οποία οδήγησε στην πρακτικά άµεση κατάρρευση του τµήµατος της υπόψη κατασκευής µε απότµηση του διαφράγµατος των πλακών στην περιοχή της ασθενέστερης γραµµής. Τέλος στο σχήµα 9 παρουσιάζεται ο πιθανός µηχανισµός κατάρρευσης σύµφωνα µε τα αναλυτικά αποτελέσµατα από όπου προκύπτει εξαιρετική συµφωνία των αναλυτικών αποτελεσµάτων µε την όλη εικόνα µηχανισµό της κατάρρευσης από την επιτόπου αποτύπωση. Βιβλιογραφία 1. ASCE 2000a: Seismic Evaluation of Buildings ASCE Draft Standard, New York 2000. 2. ASCE 2000b: Prestandard and Commentary for the Seismic rehabilitation of Buildings FEMA, Washington 2000. 3. BSSC, 1992a, NEHRP Handbook of Techniques for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, developed by the Building Seismic Safety Council for the Federal Emergency Management Agency (Report No. FEMA 172), Washington, D.C. 4. BSSC, 1992b, NEHRP Handbook for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, developed by the Building Seismic Safety Council for the Federal Emergency Management Agency (Report No. FEMA 178), Washington, D.C. 5. FEMA, 154, 1988: Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook, Report No 154, Washington D.C., USA. 6. FEMA 273, 1997: NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings.
7. FEMA 274, 1997: NEHRP Commentary on the Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings. 8. Κάππος Α.: Τρωτότητα Υφισταµένων Κτιρίων, Προσεισµικός και Μετασεισµικός Έλεγχος, Σεµινάριο Μηχανικών, Αθήνα 2003. 9. Καραµπίνης Α.: Συµβολή στην µελέτη των δυναµικών χαρακτηριστικών κατασκευών από Ωπλισµένο σκυρόδεµα, ιδακτορική ιατριβή ΠΘ, Ξάνθη 1986. 10. Καραµπίνης Α.: Κατασκευές ωπλισµένου σκυροδέµατος,τόµος Ι, Ξάνθη 1993. 11. Καραµπίνης Α.: Reinforced Concrete Section Analysis, Πρόγραµµα ηλεκτρονικού υπολογιστή, Εργ. ΩΣ/ΠΣ/ ΠΘ, 1993, 1998. 12. Καραµπίνης Α..: Βαθµονόµηση της ιαδικασίας Προσεισµικού Ελέγχου σε Κατασκευές Ω- πλισµένου Σκυροδέµατος A Έκθεση προόδου, Οργανισµός Αντισεισµικού Σχεδιασµού και Προστασίας, 2002. 13. Καραµπίνης Α., Περιστέρη Β., ρόσης Γ. : Σεισµική Απόκριση Κατασκευής από Ωπλισµένο Σκυρόδεµα στον Σεισµό των Αθηνών, 2 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής και Τεχνικής Σεισµολογίας, Θεσ/νίκη 2001, Τοµ. Β. σελ. 229-238 14. Καραµπίνης Α.: ιερεύνηση της δοµικής τρωτότητας µε τα στοιχεία του σεισµού της Πάρνηθας, ιηµερίδα Σεισµική ιακινδύνευση των Κατασκευών, Βόλος, Μάιος 2003. 15. Καραµπίνης Α., Πλέσιας Α., Φωτοπούλου Μ., Αβραµόπουλος Ι. : Συµπεράσµατα για την σεισµική τρωτότητα των κτιρίων από τον σεισµό της Αθήνας της 7 ης Σεπτεµβρίου 1999, 14 ο Ελληνικό Συνέδριο Σκυροδέµατος, Κως 2003. 16. Καραµπίνης Α..: Βαθµονόµηση της Α φάσης του Προσεισµικού ελέγχου (Ταχύς Οπτικός Έλεγχος 14 ο Ελληνικό Συνέδριο Σκυροδέµατος, Κως 2003. 17. Πενέλης Γ. : Η µέθοδος του Ταχέως Οπτικού Ελέγχου, ελτίο Συλλόγου Πολιτικών Μηχανικών Ελλάδος, 2002. 18. Τάσιος Θ. : Προσωπική επικοινωνία 19. Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδος (ΤΕΕ): Εκτίµηση Σεισµικής Τρωτότητας των Κτιρίων Τελική Έκθεση, Μάιος 2002. 20. Τεχνικό Επιµελητήριο Ελλάδος (ΤΕΕ): Αντισεισµική Ενίσχυση Υφισταµένων Κτιρίων Περιληπτική παρουσίαση 1 ης Φάσης, Επιτελική Επιτροπή ΤΕΕ, Σεπτέµβριος 2001. 21. ΥΠΕΧΩ Ε Επιτροπή για την διερεύνηση των αιτιών κατάρρευσης των οικοδοµών από σεισµό των Αθηνών 7-9-199, Τελική Έκθεση, ΥΠΕΧΩ Ε 2001. 22. ΥΠΕΧΩ Ε/ΟΑΣΠ, 2000: Τεχνικές Οδηγίες Προσεισµικού Ελέγχου Τρωτότητας ηµοσίων Κτιρίων, Τεύχος Α, Αθήνα. 23. ΥΠΕΧΩ Ε, 2001: Πρωτοβάθµιος προσεισµικός έλεγχος κτιρίων δηµόσιας και κοινωφελούς χρήσης, Αθήνα. 24. Φαρδής Μ., 1998 : Προσεισµικός Έλεγχος Υφιστάµενων Κατασκευών Οπλισµένου Σκυροδέ- µατος, Μονογραφία, Πάτρα.
Πίνακας 1 Βασικά δοµικά χαρακτηριστικά ΚΩΣ οι οποίες αστόχησαν (κατέρρευσαν) κατά τον σεισµό της 7-9-1999 Σύνολο κτιρίων Κοντά υπ/τα Εσωτερική µη κανονικότητα (1) Pilotis Ανοικτά ισόγεια Πιθανή αλληλεπίδραση (2) Χρήση Μέγεθος (3) Γεωµετρική µη κανονικότητα (4) Γωνιακά Εσωτερικά Κατοικία Εργασία µ µμ M Σε κάτοψη Σε τοµή Ωπλισµένο Σκυρόδεµα Καταρρεύσεις 41 6 14 4 8 3 31 10 5 27 9 15 15 Σοβαρές βλάβες Οιονεί Καταρρεύσεις Προσαρτήµατα (Απολήξεις- ώµατα) 30 3 9 8 4 3 28 2 5 15 10 18 15 11 - - - - - - 11 11 - - - - Καταρρεύσεις µε Θύµατα 28 3 10 6 11 10 18 10 2 6 20 7 8 Σύνολο 110 12 33 18 23 16 77 33 23 48 39 40 38 (1) Στοιχεία υπερκαταπόνησης Ύπαρξη pilotis ή "ανοιχτού" ισογείου, χωρίς τοιχοπληρώσεις, 'ύπαρξη κοντών υποστυλωµάτων. (2) Πιθανή αλληλεπίδραση Πιθανή αλληλεπίδραση µεταξύ κτιρίων σε επαφή µε διαφορετικά χαρακτηριστικά. (3) Μέγεθος Κτίρια ενός ή δύο ορόφων και έως 150 m2 συνολικά θεωρήθηκαν µικρού µεγέθους (µ). Κτίρια έως τριών ορόφων ή/και έως 300 m2 συνολικά θεωρήθηκαν µεσαίου µεγέθους (µμ). Κτίρια µε περισσότερους των τριών ορόφων ή/και µεγαλύτερα των 300 m2 συνολικά θεωρήθηκαν µεγάλου µεγέθους (Μ). (4) Γεωµετρική µη κανονικότητα Ως γεωµετρική µη κανονικότητα θεωρήθηκε η ύπαρξη είτε κατόψεων σύνθετης µορφής (L, Π, Τ, κλπ) µε µη κανονικότητα σε κάτοψη, είτε εσοχές µεγάλων δωµάτων ή/και ηµιορόφων (µη κανονικότητα καθ ύψος).
Πίνακας 2 Βασικά δοµικά χαρακτηριστικά ΚΩΣ οι οποίες αστόχησαν (κατέρρευσαν) κατά τον σεισµό της 7-9-1999 (συνέχεια). Ωπλισµένο Σκυρόδεµα Σύνολο κτιρίων Αριθµός Ορόφων Ισόγειο Ισογ+1 Ισογ+2 Ισογ+3 Ισογ+4 Ισογ+5 Έτος κατασκευής - 1959 Καταρρεύσεις 41 3 11 22 4-1 18 21 2 Σοβαρές βλάβες ( Οιονεί Καταρρεύσεις ) Προσαρτήµατα (Απολήξεις- ώµατα) Καταρρεύσεις µε Θύµατα 30 2 13 9 6 - - 7 21 2 11 11 - - - - - 11 - - 28 1 4 13 3 6 1 4 24 - Σύνολο 110 17 28 44 13 6 2 40 66 4 60-80 85-94 Πίνακας 3 Βασικά δοµικά χαρακτηριστικά ΚΩΣ οι οποίες υπέστησαν σηµαντικότατες ζηµιές κατά τον σεισµό της 7-9-1999 και κρίθηκαν κατεδαφιστέες (σύνολο κτιρίων 474) Κοντά υπ/τα Μη κανονικά (1) Pilotis Ανοικτά ισόγεια Πιθανή αλληλεπίδραση (2) Χρήση Μέγεθος (3) Γωνιακά Εσωτερικά Κατοικία Εργασία µ µμ M 45 87 76 65 122 380 94 166 166 142 Γεωµετρική µη κανονικότητα (4) Αριθµός Ορόφων Σε κάτοψη Σε τοµή Ισόγειο Ισογ+1 Ισογ+2 Ισογ+3 Ισογ+4 Ισογ+5 104 136 83 203 133 39 10 6
80% 70% 60% Καταρρεύσεις (94) (Κίτρινα) µέτριες βλάβες (72) (Κόκκινα) βαριές βλάβες (202) (Πράσινα) χωρίς ή ελαφριές βλάβες (96) 50% 40% 30% 20% 10% 0% πλαισιωτό.σ. µεικτό.σ. pilotis κοντά υποσ/τα οριζόντια ακανονικότητα ακανονικότητα καθ ύψος κρούση µετά από έτος 'σταθµό' προσθήκη Σχήµα 1. Συσχέτιση του βαθµού βλάβης µε τα βασικά δοµικά χαρακτηριστικά σε 464 κατασκευές ΩΣ
20/100 20/50 Ä13 K16 45/45 Ä12 Ä4 20/100 20/60 Ä4' 130/28 Ä8 40/70 Ðâ 14 Ä' 30/50 60/35 Ä' Ä5 130/28 Ä5' 20/60 20/20 20/20 35/35 15 Ä9 40/70 14 ÐK ÄK 20/40 20/160 ÐK 14 Ä 6 130/28 Ä' Ä 15/20 170/40 15/160 13/15 Ä7' 20/60 Ä10 40/70 Ä7 K1 30/90 130/28 20/20 Ä' Ðá 14 17' 19 60/35 Ð1 8 Ä1 20/60 20/20 30/50 Ä11' 50/28 Ä11 40/70 Ä' Ä11' 130/28 Ð4' 8 Ä' 80/28 80/28 Ð2 20/20 Ä2 20/20 20/60 20/20 20/20 20/20 24 13/15 60/40 60/40 60/40 20/100 Ä4 20/60 45/45 Ä4' 100/25 Ä 8 40/60 Ä 14 60/20/20/35 25/25 Ä5 35/55 Ä9 40/60 ÄK 20/40 20/120 20/60 Ä6 20/60 35/20/20/35 Ä 35/55 15/20 160/15 15/120 45/25 Ä10 Ä7 40/60 20/60 19 35/35 30/90 Ä3 20/40 Ä16 20 Ä 18 Ä1 20/55 50/20 Ä11 40/60 Ä 2 20/55 100/20 Ä21 23 24 45/30 32.30 K2 40/60 T3 100/20 32.30 Ä 20/60 Ä 20 130/28 Ä 40/90 K1 K2 35/50 T3 ΟΡΟΦΗ ΙΣΟΓΕΙΟΥ K4 35/35 K5 50/20 K6 Ä 20/60 Ä 100/25 Ä 40/90 Ä' 80/28 8 Ä 20/60 130/28 Ä18 K7 40/90 ΤΥΠΙΚΟΣ ΟΡΟΦΟΣ K4 20/60 K5 K6 50/35 K11 K12 35/20/20/35 Ä23 23.05 T9 Ð3 8 K10 Ä 20/40 T14 20/40 T13 T15 Ð 8 K27 20/20 K20 130/28 Ä17 23.40 23.05 T9 K10 K11 35/35 20/40 Ä15 T14 K12 Ä' 20/40 T13 T15 20/60 Ä17 K7 25/45 Ä 40/90 23.40 K17 K18 50/30 K19 50/30 K8 20/40 50/28 Ä 13 20/55 K17 K18 45/25 K19 K20 50/30 K8 20/50 80/28 80/28 Ð4 8 80/28 Ä16 120/28 Ä22' K16 130/25 40/90 Ä 21 40/60 Ä 12 20/55 T22 K23 40/65 K24 40/60 K25 40/70 K26 T22 20/100 K23 K24 K25 35/60 K26 40/40 28.95 28.95 α. οροφή ισογείου β. οροφή τυπικού ορόφου γ. ιαµήκης τοµή Σχήµα 2: Βασικά γεωµετρικά στοιχεία δοµικού συστήµατος. δ. Εγκάρσια τοµή
z y Σχήµα 3. Προσοµοίωση δοµικού χείου µε ίνες στοι- 0.6 0.4 0.2 Σύνταγµα t=1.920sec maxg: -0.410g t=1.835sec ming: 0.308g a : g 0.0-0.2-0.4 Φωτογραφία 8. Εικόνα της κατασκευής µετά την κατάρρευση -0.6 0 1 2 t : sec 3 4 5 Σχήµα 5. Επιταχυνσιογράφηµα του κυρίου σεισµού για την περιοχή της Ν. Φιλαδέλφειας (µετά από αναγω-
920 1520 1420 όροφος Γ όροφος ιαµήκης διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση 1320 Β όροφος Α όροφος 1220 Ισόγειο 1120 Πατάρι Ισόγειο 1020 Μετακίνηση (m) 820 z 0,04 0,02 0,00 t (sec) -0,020,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00-0,04-0,06 οροφή υπογείου (920) -0,08 πατάρι (1020) οροφή ισογείου (1120) -0,10 οροφή α ορόφου (1220) Εγκάρσια διεύθυνση x y οροφή β ορόφου (1320) οροφή γ ορόφου (1420) οροφή δ ορόφου (1520) Υπόγειο -0.09-0.07-0.05-0.03-0.01 0.01 0.03 0.05 Κ5 (διαµήκης διεύθυνση) Κ20 (διαµήκης διεύθυνση) Κ26 (διαµήκης διεύθυνση) Κ5 (εγκάρσια διεύθυνση) Κ20 (εγκάρσια διεύθυνση) Κ26 (εγκάρσια διεύθυνση) α. Απαιτήσεις σχετικών µετακινήσεων όροφος Γ όροφος Β όροφος ιαµήκης διεύθυνση Εγκάρσια διεύθυνση x/h Μετακίνηση (m) 0.02 0.01 0.00 t (sec) -0.010.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00-0.02-0.03-0.04 οροφή υπογείου (920) -0.05 πατάρι (1020) -0.06 οροφή ισογείου (1120) ιαµήκης διεύθυνση οροφή α ορόφου (1220) οροφή β ορόφου (1320) οροφή γ ορόφου 1420 οροφή δ ορόφου (1520) Σχήµα 6 Ιστορικό µετακινήσεων της κεφαλής του υποστυλώµατος Κ20 Α όροφος Ισόγειο Πατάρι Υπόγειο -0,10-0,08-0,06-0,04-0,02 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 β. Απαιτήσεις στροφών Κ5 (διαµήκης διεύθυνση) Κ20 (διαµήκης διεύθυνση) Κ26 (διαµήκης διεύθυνση) Κ5 (εγκάρσια διεύθυνση) Κ20 (εγκάρσια διεύθυνση) Κ26 (εγκάρσια διεύθυνση) Σχήµα 7. Περιβάλλουσα ανελαστικών απαιτήσεων για τα υποστυλώµατα Κ5, Κ20, Κ26 rad
1407 1525 1520 1425 1420 1405 1402 1325 1320 1307 1305 1302 1225 1220 1207 1205 1202 1120 1107 1105 1102 1125 1025 1020 1007 1005 1002 925 920 907 905 902 z x 820 807 805 y 1519 1520 1417 1418 1419 1420 1408 1317 1318 1319 1320 1308 1217 1218 1219 1220 1208 1117 1118 1119 1120 1108 1017 1018 1019 1020 1008 917 918 919 920 908 z y 817 818 819 820 x K20 Σχήµα 8. Ιστορικό δηµιουργίας ανελαστικών περιοχών Σχήµα 9. Πιθανός µηχανισµός κατάρρευσης
Φωτογραφία 5. ιατµητική αστοχία τοιχωµάτων Φωτ. 6. Μείωση ικανότητας (υδρορροή στην µάζα του στύλου) Φωτογραφία 7. Αστοχία από δηµιουργία κοντών υποστυλωµάτων
Φωτογραφία 3. Ανεπάρκεια επιµηκύνσεων αγκυρώσεων του διαµήκους οπλισµού υποστυλωµάτων Φωτογραφία 4. Απουσία περίσφιγξης σε στοιχεία υποστυλωµάτων
Φωτογραφία 1. Αστοχία κόµβων Φωτογραφία 2. Αλληλεπίδραση οµικού συστήµατος τοιχοποιιών πληρώσεως