Κατασκευή Πολυώροφου Προκατασκευασμένου Κτιρίου Μεγάλων Ανοιγμάτων και Σημαντικών Ωφελίμων Φορτίων Construction of a Prefabricated, Multi-storey Building of Large spans and Considerably Heavy Live Loads Γιάννης ΜΑΝΤΖΑΡΗΣ 1, Γεωργία ΤΣΙΜΠΟΥΚΑΚΗ 2 Λέξεις κλειδιά: Προεντεταμένο Σκυρόδεμα, Βιομηχανικά Κτίρια, Προκατασκευή, Προκατασκευασμένες Πλάκες ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η μελέτη και κατασκευή ενός προκατασκευασμένου βιομηχανικού κτιρίου τεσσάρων ορόφων (υπόγειο και τρεις όροφοι), με εμβαδόν ορόφου 610 m 2. Το ενδιαφέρον του συγκεκριμένου κτιρίου έγκειται στις ιδιαίτερες απαιτήσεις του. Ειδικότερα, το κατά πλάτος άνοιγμα αγγίζει τα 14.00m με τον περιορισμό του ελάχιστου πάχους της πλάκας λόγω κυκλοφορίας γερανογεφυρών σε όλους τους ορόφους, ενώ τα ωφέλιμα φορτία είναι 15 kn/m 2 και 10 kn/m 2. Η ως άνω απαίτηση ικανοποιήθηκε με την κατασκευή προκατασκευασμένων προεντεταμένων πλακών, για τις οποίες μελετήθηκε η μονολιθική σύνδεση με τα υπόλοιπα προκατασκευασμένα στοιχεία (δοκούς, στύλους, τοιχία), καθώς και η εγκάρσια σύνδεσή τους, για να εξασφαλισθεί η διαφραγματική λειτουργία σε κάθε όροφο. Το αποτέλεσμα ήταν κάτι παραπάνω από ικανοποιητικό, καθώς δημιουργήθηκε ένας ενιαίος χώρος σε κάθε όροφο που επέτρεπε στους χρήστες να τον αξιοποιήσουν χωρίς περιορισμούς. ABSTRACT : Presented in this paper is the design and construction of a prefabricated, four storey building (basement and three storeys). The plan area is about 610 m2. The interest of this building lies in his special requirements. The span needed to be covered is about 14.00m, and at the same time, the thickness of the slabs should be the minimum possible, because a bridge crane is planned to be placed in every floor. Additionally, the live loads needed to be accommodated are 15 kn/m 2 and 10 kn/m 2. These demands were satisfied by the use of prestressed slabs, which were also transversally connected, so that every floor functions diaphragmatically. The result was more than satisfying, creating a large, single space in each floor that allows the users to develop it without restrictions. 1 Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ, ΙMΤΑ Paris, email: imant@tee.gr 2 Πολιτικός Μηχανικός ΠΠ, Msc ΕΜΠ, email: georgiatsimp@teemail.gr 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατασκευή ενός βιομηχανικού χώρου συνοδεύεται σχεδόν πάντα από την απαίτηση όσο το δυνατόν μεγαλύτερων χώρων χωρίς στύλους σε συνδυασμό με την ανάληψη σημαντικών ωφελίμων φορτίων. Η χρήση της προέντασης μπορεί να δώσει λύσεις, καθώς εξασφαλίζει την ανάληψη των σημαντικών αυτών φορτίων χωρίς να περιορίζει τα ανοίγματα. Παράλληλα, η προκατασκευή συνδυάζει ταχύτητα και υψηλή ποιότητα κατασκευής. Ένα προκατασκευασμένο κτίριο σκυροδέματος, με προεντεταμένες πλάκες, αποτελεί την ιδανική λύση. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ - ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ Το κτίριο βρίσκεται στη ΒΙΟ.ΠΑ. Άνω Λιοσίων, είναι ιδιοκτησίας της εταιρείας ΑΦΟΙ ΠΕΤΡΟΥΤΣΟΥ Ο.Ε. και η μελέτη και η κατασκευή του έγινε από την εταιρεία προκατασκευής ΦΑΝΤΑ ΡΕΑΛ ΑΒΕΤΕ. Πρόκειται για ένα τετραώροφο κτίριο (υπόγειο, ισόγειο, μεσοπάτωμα και όροφος), εμβαδού 610 m 2 για το υπόγειο, το ισόγειο και τον όροφο και 400 m 2 για το μεσοπάτωμα. Τα καθαρά ύψη ορόφων είναι 4.00m για το υπόγειο, το ισόγειο και το μεσοπάτωμα, και 2.80m για τον όροφο. Μια τυπική κάτοψη ορόφου φαίνεται στο Σχήμα 1. Οι τομές 1-1 και 2-2 φαίνονται στα Σχήματα 2 και 3 αντίστοιχα. Σχήμα 1. Τυπική κάτοψη ορόφου 2
Σχήμα 2. Τομή 1 1 (κατά μήκος του κτιρίου). Διακρίνονται τα ωφέλιμα φορτία των ορόφων και η Διπλοδοκός ανάμεσα στους στύλους Β1 και Β3, στο ύψος του μεσοπατώματος. Σχήμα 3. Τομή 2-2 (εγκαρσίως του κτιρίου). Φαίνεται με σαφήνεια η διάταξη των προκατασκευασμένων στοιχείων και το άνοιγμα των 13.25m που έπρεπε να καλυφθεί. 3
Λόγω του ότι το κτίριο προορίζεται για βιομηχανική χρήση, οι απαιτήσεις ήταν ιδιαίτερες. Κατ αρχήν, τα ωφέλιμα φορτία είναι 15 kn/m 2 για το δάπεδο ισογείου και 10 kn/m 2 για τους υπόλοιπους ορόφους (ίδε και Σχήμα 2). Αυτό από μόνο του δεν θα αποτελούσε πρόβλημα αν δεν υπήρχαν ταυτόχρονα και οι απαιτήσεις: α) να μην υπάρχουν ενδιάμεσοι στύλοι β) το καθαρό ύψος των ορόφων να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο, καθώς προβλεπόταν η τοποθέτηση γερανογέφυρας σε όλους τους ορόφους. Τελικά επελέγη η ανάληψη των φορτίων να γίνει με τη χρήση προεντεταμένων πλακών της εταιρείας ΦΑΝΤΑ ΡΕΑΛ, οι οποίες, πέραν των σημαντικών φορτίων που μπορούν να παραλάβουν, έχουν προβλεφθεί ώστε να εξασφαλίζεται η πλήρης εγκάρσια σύνδεση μεταξύ τους. Παράλληλα, στο ισόγειο, στο τμήμα ανάμεσα στους στύλους Β1 και Β3, το καθαρό ύψος έπρεπε να ήταν τουλάχιστον 4.00m για τη διέλευση φορτηγών, γεγονός που σήμαινε ότι η δοκός που θα τοποθετούνταν εκεί για να στηρίξει το δάπεδο του μεσοπατώματος δεν θα έπρεπε να έχει καθόλου κρέμαση. Η λύση της ανεστραμμένης δοκού όμως δεν ενδεικνυόταν στην προκειμένη περίπτωση, καθώς θα εμπόδιζε τη χρήση του χώρου στο σημείο εκείνο στον αμέσως επόμενο όροφο. Επελέγη η εφαρμογή μιας υψίκορμης δοκού που θα στήριζε ταυτόχρονα τους δύο ορόφους ( Διπλοδοκός ). (Σχήματα 2, 3). ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΚΕΛΕΤΟΥ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ Δεδομένου ότι το κτίριο αποτελείται από προκατασκευασμένα στοιχεία, ήταν ιδιαιτέρως σημαντικό να εξασφαλισθεί η μονολιθική σύνδεση των στοιχείων και η διαφραγματική λειτουργία των ορόφων. Αυτό επιτυγχάνεται με αναμονές κατάλληλου μήκους επικάλυψης που προεξέχουν από όλα τα προκατασκευασμένα στοιχεία και με επί τόπου σκυροδέτηση των κόμβων και του τελικού πάχους των πλακών. Επελέγη ένα σύστημα με 12 προκατασκευασμένους στύλους ορθογωνικής διατομής, διαστάσεων από 100x50 cm μέχρι 50x50 cm (Σχήμα 1). Επί των στύλων αυτών (σε συγκεκριμένες θέσεις έδρασης φουρούσια ) τοποθετήθηκαν προκατασκευασμένες και προεντεταμένες δοκοί ορθογωνικής διατομής 50x50 cm οι οποίες μετά την επί τόπου έγχυση σκυροδέματος είχαν τελική διατομή 50x90 cm και 50x100 cm. Η σύνδεση των δοκών με τα υποστυλώματα γίνεται μέσω πείρων, που προεξέχουν από τα φουρούσια των στύλων, και οπών στις δοκούς, μέσα από τις οποίες περνούν οι πείροι. Ταυτόχρονα, υπήρχαν αναμονές τόσο από τους στύλους όσο και από τις δοκούς και επί τόπου τοποθέτηση συνδετήρων, για την εξασφάλιση της λειτουργίας του κόμβου. Επί των προκατασκευασμένων δοκών τοποθετήθηκαν οι προκατασκευασμένες προεντεταμένες πρόπλακες μορφής, αρχικού πάχους 40cm για την οροφή του υπογείου και 30cm στους υπόλοιπους ορόφους (Σχήματα 1, 4). Η σύνδεση των πλακών με τα υπόλοιπα προκατασκευασμένα στοιχεία γίνεται μέσω αναμονών που υπήρχαν στις δοκούς, στις πλάκες, στους στύλους και τα τοιχία. Επιπλέον, μεριμνήθηκε η εγκάρσια σύνδεση των πλακών με δύο εγκάρσιες δοκούς, στις 4
οποίες η όπλιση και η σκυροδέτηση έγιναν επί τόπου μαζί με το άνω μέρος της πλάκας (Σχήμα 14). Με την επί τόπου σκυροδέτηση 10 cm, το τελικό πάχος των πλακών ήταν 50cm για την οροφή του υπογείου και 40cm στους υπόλοιπους ορόφους. Η σύνδεση της επιπλέον στρώσης σκυροδέματος με την αρχική πρόπλακα γίνεται μέσω αναμονών που προεξείχαν από την πρόπλακα. Συνεπώς, με την σύνδεση των πλακών μεταξύ τους και με τα υπόλοιπα δομικά στοιχεία, εξασφαλίζεται και η διαφραγματική λειτουργία των ορόφων. Η κατασκευή των αντισεισμικών τοιχίων έγινε επί τόπου, τμηματικά από όροφο σε όροφο, και η σύνδεσή τους με τους προκατασκευασμένους στύλους έγινε με αναμονές που προεξείχαν από τους στύλους εφ όλου του ύψους τους. Η πλαγιοκάλυψη του κτιρίου στα υπόλοιπα ανοίγματα έγινε με μη φέροντα προκατασκευασμένα τοιχία σκυροδέματος τύπου σάντουιτς πάχους 20cm, δηλαδή 5cm + 5cm σκυρόδεμα και ανάμεσά τους 10cm διογκωμένη πολυστερίνη. Τα τοιχία αυτά θηλυκώνουν σε ειδικές εγκοπές που υπήρχαν στα υποστυλώματα, και συνδέονται μονολιθικά με αυτά με αναμονές που προεξέχουν από τα υποστυλώματα και με επί τόπου έγχυση σκυροδέματος στις εγκοπές αυτές. Η μεταξύ τους σύνδεση γίνεται επίσης με διατάξεις της μορφής αρσενικό - θηλυκό. Στα τοιχία υπήρχαν και αναμονές στο ύψος των ορόφων, για τη σύνδεση των πλακών με αυτά. (Σχήμα 15) Σχήμα 4. Προκατασκευασμένη προεντεταμένη πλάκα. Διακρίνεται ο οπλισμός προέντασης, ο εγκάρσιος οπλισμός των νευρών (ο οποίος προεξέχει από το ύψος της πρόπλακας, συμβάλλοντας έτσι στην καλύτερη σύνδεση του επί τόπου σκυροδέματος με το προκατασκευασμένο). Ας σημειωθεί ότι το μέσο πάχος του πατώματος είναι 21cm, δηλαδή τα κενά είναι περίπου το 58% του συνολικού πάχους. 5
Η δοκός που στηρίζει ταυτόχρονα το δάπεδο του μεσοπατώματος και του ορόφου ( Διπλοδοκός ) κατασκευάστηκε επί τόπου, σε τρία στάδια: 1. Κατασκευή του κάτω πέλματος, σκυροδέτηση 2. Κατασκευή του κορμού, τοποθέτηση των πλακών του μεσοπατώματος, σκυροδέτηση του άνω μέρους των πλακών και του κορμού της Διπλοδοκού 3. Κατασκευή του άνω πέλματος, σκυροδέτηση. Η σύνδεσή της με τα υποστυλώματα έγινε με αναμονές που προεξείχαν από τα υποστυλώματα Β1 και Β3. (Σχήμα 5) Σχήμα 5. Διπλοδοκός Οι προκατασκευασμένοι στύλοι τοποθετήθηκαν σε προκατασκευασμένες θήκες θεμελίωσης, διαστάσεων 1.10x1.30m και ύψους 1.10m, οι οποίες εδράζονται στα πέλματα θεμελίωσης ύψους 50cm (Σχήμα 10). Η θεμελίωση του κτιρίου έγινε με πεδιλοδοκούς ύψους 1.75m και πλάτους πέλματος από 1.50m έως 2.50m. Περιμετρικά του υπογείου και μέχρι τη στάθμη ±0.00m κατασκευάστηκαν επί τόπου τοιχία σκυροδέματος, πάχους 25cm. (Σχήματα 6, 11, 13). 6
Σχήμα 6. Θεμελίωση ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ - ΜΕΛΕΤΗ Το κτίριο προσομοιώθηκε με πλαισιωτό φορέα με αντισεισμικά τοιχία. Οι στύλοι, οι δοκοί και τα νεύρα των προκατασκευασμένων πλακών προσομοιώθηκαν με γραμμικά στοιχεία, ενώ οι πλάκες και τα αντισεισμικά τοιχία προσομοιώθηκαν με επιφανειακά στοιχεία. Η ανάλυση του κτιρίου έγινε με το πρόγραμμα SAP 2000. Το στατικό μοντέλο του κτιρίου φαίνεται στο Σχήμα 7. Σχήμα 7. Προσομοίωση κτιρίου 7
Τα προεντεταμένα στοιχεία υπολογίστηκαν σε δύο φάσεις (Guyon 1968, Τάσιος κ.α. 1986) : Αρχική φάση (προσωρινή), κατά την επί τόπου έγχυση του σκυροδέματος. Το στοιχείο είναι αμφιέρειστο, έχει την αρχική του διατομή και καταπονείται από το ίδιο βάρος και το βάρος του νωπού επί τόπου σκυροδέματος. Τελική φάση (οριστική), όπου το επί τόπου σκυρόδεμα έχει αποκτήσει αντοχή. Η λειτουργία είναι πλέον πλαισιωτή. Τα φορτία που καταπονούν πλέον το στοιχείο είναι τα πρόσθετα μόνιμα, τα ωφέλιμα κτλ. Ο υπολογισμός της απαιτούμενης προέντασης γίνεται για τα φορτία της τελικής διατομής, αλλά για τη δεδομένη προένταση ελέγχεται και η αρχική διατομή. Όλα τα προκατασκευασμένα στοιχεία υπολογίστηκαν επιπλέον και για τη φάση μεταφοράς. Η Διπλοδοκός προσομοιώθηκε με μια δοκό Vierendeel. (Σχήματα 8, 9), η οποία υπολογίστηκε τόσο με επιφανειακά στοιχεία όσο και με γραμμικά στοιχεία, για να μελετηθεί καλύτερα η ροή των τάσεων. Σχήμα 8. Διπλοδοκός προσομοίωση με επιφανειακά στοιχεία Σχήμα 9. Διπλοδοκός προσομοίωση με γραμμικά στοιχεία 8
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Στις εικόνες που ακολουθούν φαίνονται μερικά στιγμιότυπα από την κατασκευή του κτιρίου. Σχήμα 10. Σκυροδέτηση εξομαλυντικής στρώσης Τοποθέτηση προκατασκευασμένων θηκών θεμελίωσης. Διακρίνονται οι αναμονές κάτω από τις θήκες. Σε επόμενη φάση, θα τοποθετηθεί ο οπλισμός των πελμάτων θεμελίωσης, και θα σκυροδετηθούν, οπότε οι θήκες θα συνδεθούν μονολιθικά με τα πέλματα. Σχήμα 11. Σιδέρωμα θεμελίωσης. Διακρίνονται τα πεπλατυσμένα πέλματα των πεδιλοδοκών στα άκρα τους. 9
Σχήμα 12. Τοποθέτηση προκατασκευασμένων στύλων. Η στήριξή τους στις θήκες θεμελίωσης γίνεται με την επί τόπου έγχυση σκυροδέματος στον κενό χώρο ανάμεσα στη θήκη και το στύλο, καθώς και με την κεντρική αναμονή στον πάτο της θήκης, στην οποία θηλυκώνει ο στύλος. Στη φωτογραφία διακρίνονται επίσης οι διαφόρων ειδών αναμονές που προεξέχουν από τους στύλους, για τη σύνδεσή τους με τα υπόλοιπα δομικά στοιχεία. Σχήμα 13. Θεμελίωση σκυροδετημένη. Διακρίνονται οι αναμονές καθ ύψος των στύλων, για τη σύνδεσή τους με τα αντισεισμικά τοιχία, καθώς και οι αναμονές στα επίπεδα των ορόφων, για την ανάληψη της ροπής στηρίξεως από τις δοκούς. 10
Σχήμα 14. Τοποθέτηση προεντεταμένων πλακών. Διακρίνονται τα δύο εγκάρσια δοκάρια που έχουν μείνει κενά για να οπλισθούν και να σκυροδετηθούν μαζί με το πάνω μέρος της πλάκας. Σχήμα 15. Τοποθέτηση προκατασκευασμένων τοιχίων (μη φέροντα) 11
Σχήμα 16. Άποψη του ορόφου κατά την κατασκευή ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Για την κατασκευή πολυώροφων βιομηχανικών κτιρίων με ιδιαίτερες απαιτήσεις ανοιγμάτων και φορτίων, η χρήση προκατασκευασμένων προεντεταμένων πλακών μπορεί να δώσει λύσεις, όπου η ποιότητα κατασκευής συνδυάζεται με τη λειτουργικότητα του τελικού αποτελέσματος, αρκεί να δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην μονολιθική σύνδεση των προκατασκευασμένων στοιχείων και στην εξασφάλιση της διαφραγματικής λειτουργίας των ορόφων. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] Guyon Y. : «Constuctions en beton precontraint», Tome 2, Eyrolles, Paris (1968) [2] Μάντζαρης I., Πνευματικός N. : «Συγκριτική ανάλυση κόστους και βάρους της σύμμεικτης δοκού Τόξο του Οδυσσέα με άλλα κλασσικά δομικά συστήματα», 6 ο Συνέδριο Μεταλλικών Κατασκευών, Γιάννενα (2-4 Οκτωβρίου 2008). [3] Τάσιος Θ., Γιαννόπουλος Π., Τρέζος Κ., Τσουκαντάς Σ.: «Προεντεταμένο Σκυρόδεμα με βάση τον Νέο Ελληνικό Κανονισμό Σκυροδέματος», Ε.Μ.Π., Αθήνα (1986). [4] Τσουκαντάς Σ., Μάντζαρης Ι., Λουκάτος Ν. : «Πειραματική διερεύνηση συμπεριφοράς προκατασκευασμένου-προεντεταμένου φορέα», 15ο Ελληνικό Συνέδριο Σκυροδέματος, Αλεξανδρούπολη (25-27 Οκτωβρίου 2006). 12