Αξιολόγηση µεθόδων πρωτοβάθµιου προσεισµικού ελέγχου µε κριτήριο τη συµπεριφορά των κτιρίων σε συγκεκριµένους σεισµούς Κ. Χ. Στυλιανίδης, Α. Ι. Κάππος, Γ. Γ. Πενέλης Καθηγητής ΑΠΘ Χ. Ε. Ιγνατάκης Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ Λέξεις κλειδιά: Πρωτοβάθµιος προσεισµικός έλεγχος, ταχύς οπτικός έλεγχος, εκτίµηση σεισµικής διακινδύνευσης, δοµική βαθµολογία, πιθανότητα κατάρρευσης ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Κατά τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί διάφορες µέθοδοι προσεισµικού ελέγχου κτιρίων, µε στόχο την εκτίµηση της επάρκειας του υφιστάµενου κτιριακού δυναµικού, το οποίο έχει δοµηθεί µε διάφορους κανονισµούς και εντάσσεται σε ποικίλους δοµικούς τύπους. Αποτέλεσµα του προσεισµικού ελέγχου είναι συνήθως η οµική του κτιρίου, η οποία όσο χαµηλότερη προκύπτει, τόσο αυξάνεται (µε εκθετική µάλιστα µορφή) η πιθανότητα κατάρρευσης υπό το σεισµό σχεδιασµού. Στη χώρα µας έχει υιοθετηθεί από τον ΟΑΣΠ και ήδη εφαρµόζεται µια µέθοδος, βασισµένη σε αµερικανικό θεσµικό πλαίσιο (FEMA 14-1988), αλλά κατάλληλα προσαρµοσµένη στα ελληνικά δεδοµένα. Επίσης διατίθεται υλικό που αναφέρεται στη συµπεριφορά οµάδων κτιρίων έναντι των σεισµών της Θεσσαλονίκης (1978) και της Αθήνας (1999) και συγχρόνως αρκετά στοιχεία ώστε να υπολογισθεί η οµική τους. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η επεξεργασία και αξιολόγηση των διαθέσιµων στοιχείων, από την οποία προκύπτει ικανοποιητική συσχέτιση µεταξύ της οµικής ς και της πιθανότητας κατάρρευσης ενός κτιρίου. 1 ΜΕΘΟ ΟΙ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ Στις περιπτώσεις που ο προσεισµικός έλεγχος αναφέρεται σε µεγάλο πλήθος κατασκευών, είναι αναπόφευκτη η χρήση εµπειρικών µεθόδων. Οι µέθοδοι αυτές αποτίµησης περιλαµβάνουν συνήθως οπτικό έλεγχο των προς αποτίµηση κατασκευών. ιακρίνονται σε εκείνες που βασίζονται στην ταξινόµηση (categorization), την ένταξη δηλαδή κάθε κατασκευής µε βάση κάποια κρίσιµα χαρακτηριστικά της σε µια συγκεκριµένη κατηγορία τρωτότητας και σε εκείνες που βασίζονται στην αξιολόγηση ή βαθµολόγηση (rating) της κατασκευής ως προς τη σεισµική επάρκειά της, µε τη βοήθεια ενός κατάλληλα επιλεγµένου συνόλου εµπειρικών κριτηρίων (Kappos 1997). Οι µέθοδοι αξιολόγησης (ή βαθµολόγησης) είναι πιο λεπτοµερείς από τις µεθόδους ταξινόµησης, δεδοµένου ότι σ αυτές είναι απαραίτητος ο επιτόπου έλεγχος του κτιρίου. Επιπλέον, οι µέθοδοι αξιολόγησης επικεντρώνονται σε όποια δοµικά ή άλλα στοιχεία µιας κατασκευής είναι κρίσιµα ως προς τη σεισµική συµπεριφορά. Τα αποτελέσµατα του επιτόπου οπτικού ελέγχου της κατασκευής συνοψίζονται σε ένα ειδικό έντυπο ελέγχου (inspection form) που αποτελεί βασικό στοιχείο σε κάθε µέθοδο αξιολόγησης. Ένα τέτοιο έντυπο πρέπει να είναι αρκετά απλό ώστε να συµπληρώνεται από έναν µέσο µηχανικό εντός προκαθορισµένου χρόνου, αλλά και σχετικά λεπτοµερές ώστε µε βάση αυτό να προκύπτει µια σαφής εικόνα της τρωτότητας της κατασκευής. ιεθνώς διατίθενται αρκετές τέτοιες µέθοδοι, π.χ. η µέθοδος της Ιταλικής GNDT (Εθνικής Επιτροπής Αντισεισµικής Άµυνας), οι µέθοδοι της Αµερικανικής FEMA, η Ιαπωνική µέθοδος της Japan Building Disaster Prevention Association (199), η Νεοζηλανδική µέθοδος της New Zealand National Society for Earthquake Engineering και η Ελληνική µέθοδος του ΥΠΕΧΩ Ε - ΟΑΣΠ (2).
2 ΜΕΘΟ ΟΙ ΤΗΣ ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΗΣ FEMA Από τις παραπάνω µεθόδους είναι σκόπιµο να παρουσιασθούν συνοπτικά πρώτα οι µέθοδοι της Αµερικανικής FEMA, δεδοµένου ότι αποτέλεσαν τη βάση της ελληνικής µεθόδου. Στις ΗΠΑ, τα υπάρχοντα κείµενα οδηγιών και συστάσεων για θέµατα σεισµικής αποτίµησης περιλαµβάνουν καταρχήν το Εγχειρίδιο FΕΜΑ 14 (1988), το οποίο αναθεωρήθηκε το 21, που αφορά στον ταχύ οπτικό έλεγχο των κτιρίων. Η µέθοδος βασίζεται στη συµπλήρωση ενός σχετικά σύντοµου εντύπου που περιλαµβάνει βασικά στοιχεία για το κτίριο. Το έντυπο συνοδεύεται από ένα συνοπτικό φύλλο αναφοράς που βοηθά το µηχανικό στη συµπλήρωσή του. Το κλειδί στην εφαρµογή αυτής της µεθόδου είναι η κατάταξη του κτιρίου σε έναν από τους 12 βασικούς δοµικούς τύπους που ορίζει η µέθοδος, οπότε και παίρνει καταρχήν τη λεγόµενη βασική βαθµολογία που κυµαίνεται από 1. ως. ( άριστα ). Η βαθµολογία αυτή µειώνεται κατόπιν εφόσον συντρέχουν µια σειρά από δυσµενείς παράγοντες που σχετίζονται κυρίως µε τη µορφολογία του κτιρίου, ενώ αυξάνεται (κατά 2 µονάδες) αν το κτίριο έχει σχεδιαστεί µε βάση ένα σύγχρονο αντισεισµικό κανονισµό. Η σεισµική διακινδύνευση εκτιµάται τελικά µε συνδυασµό της βαθµολογίας του κτιρίου και της σεισµικής επικινδυνότητας της περιοχής όπου βρίσκεται. Η µέθοδος του Εγχειριδίου FΕΜΑ 14 (1988) εφαρµόστηκε σε πάνω από 7 κτίρια στις ΗΠΑ, κυρίως (αλλά όχι αποκλειστικά) δηµόσια ή/και υψηλής σπουδαιότητας. Το Εγχειρίδιο FEMA 178 (1992) περιλαµβάνει µια µεθοδολογία αποτίµησης σε δύο στάδια, ήτοι αρχική εµπειρική αποτίµηση, ακολουθούµενη από απλούς αναλυτικούς υπολογισµούς, όταν απαιτείται. Το εγχειρίδιο αυτό αποτέλεσε και το συνοδευτικό τεχνικό κείµενο του αµερικανικού Π του 1994 που αναφέρεται στον προσεισµικό έλεγχο δηµοσίων κτιρίων. Το κριτήριο επιτελεστικότητας που υιοθετεί το Εγχειρίδιο FEMA 178 είναι η ασφάλεια της ζωής, δεν τίθεται δηλαδή για τα υφιστάµενα συνήθη κτίρια θέµα ενίσχυσης για µείωση µελλοντικών βλαβών (που µπορεί να αντιµετωπιστεί για κτίρια µεγάλης σπουδαιότητας). Η µεθοδολογία του FEMA 178 περιλαµβάνει 1 γενικό και 1 ειδικά έντυπα, ένα για κάθε τύπο κτιρίου ( για χαλύβδινα, 3 για Ο/Σ, 2 για ξύλινα, 2 για προκατασκευασµένα, 1 για κοινή τοιχοποιία, 2 για οπλισµένη τοιχοποιία). Το Εγχειρίδιο FEMA 178 αναµένεται να αντικατασταθεί από το νέο κανονισµό ASCE-FEMA 31 (2), ο οποίος ενσωµατώνει και το πλέον ενδιαφέρον (από επιστηµονικής κυρίως πλευράς) σχετικό κείµενο που είναι οι Οδηγίες FEMA 273 (1997) για τη σεισµική αποτίµηση και αναβάθµιση των κτιρίων, στο οποίο, για πρώτη φορά διεθνώς, δίνονται λεπτοµερείς οδηγίες και βοηθήµατα (πίνακες κλπ.) για την αποτίµηση κτιρίων µε τη βοήθεια προχωρηµένων αναλυτικών µεθόδων όπως η ανελαστική στατική ή δυναµική ανάλυση. 3 Η ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΕΘΟ ΟΣ ΤΟΥ ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ (2) Στις αρχές του 1998 συγκροτήθηκε από τον ΟΑΣΠ Οµάδα Εργασίας, µε αντικείµενο την πρόταση µεθόδου προσεισµικού ελέγχου, επικεντρωµένης στα δηµόσια κτίρια. Όπως προκύπτει από την τελική έκθεση της οµάδας (ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ, 2), η οποία υιοθετήθηκε από τον ΟΑΣΠ µε µικρές τροποποιήσεις, η πρότασή της διαµορφώθηκε προς την κατεύθυνση της υιοθέτησης του αντίστοιχου Π του 1994 των ΗΠΑ, µε κατάλληλη προσαρµογή στα ελληνικά δεδοµένα, συγχρόνως δε προτάθηκε µια διαδικασία ελέγχου σε τρία βήµατα, σύµφωνα και µε τη διεθνή πρακτική (Japan Building Disaster Prevention Association 199, ASCE 2). Το πρώτο βήµα, βασισµένο ενπολλοίς στο Εγχειρίδιο FΕΜΑ 14 (1988), συνίσταται στον ταχύ οπτικό έλεγχο του κτιρίου και στην επί τόπου συµπλήρωση κατάλληλου εντύπου. Το έντυπο περιλαµβάνει γενικά στοιχεία, στοιχεία κανονικότητας και µορφολογίας του κτιρίου, κατάταξη του κτιρίου σε έναν από τους βασικούς δοµικούς τύπους, κατάταξη του εδάφους σε συγκεκριµένη κατηγορία και κατάταξη του κτιρίου σε συγκεκριµένη ζώνη σεισµικής επικινδυνότητας. Με βάση τα στοιχεία αυτά (βλέπε Πίν. 1, 2, 3) προκύπτει µια βαθµολογία από την οποία εκτιµάται η σεισµική ικανότητα του κτιρίου. Εάν ο προκύπτων βαθµός είναι µικρότερος ενός ορίου (π.χ. 2.), το κτίριο θεωρείται ως καταρχήν µη ανταποκρινόµενο στον ΕΑΚ και απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση (αλλιώς ο έλεγχος ολοκληρώνεται µε το 1ο βήµα).
Το δεύτερο βήµα, επηρεασµένο από το Εγχειρίδιο FΕΜΑ 178 (1992), περιλαµβάνει µη καταστροφικούς ελέγχους, επαλήθευση διατοµών σκυροδέµατος και οπλισµών, προσεγγιστικό υπολογισµό της τέµνουσας βάσης που µπορεί να φέρει η κατασκευή και σύγκρισή της µε την απαιτούµενη. Εάν δεν ικανοποιείται ο έλεγχος, ενεργοποιείται το επόµενο βήµα. Το τρίτο βήµα περιλαµβάνει λεπτοµερή ανάλυση και διαστασιολόγηση µε βάση τους ισχύοντες κανονισµούς για τµήµα των σεισµικών δράσεων (π.χ. 8%) και κατάλληλη τιµή του συντελεστή συµπεριφοράς. 4 ΙΑΘΕΣΙΜΑ ΜΕΤΑΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Μετά από ισχυρούς σεισµούς στη χώρα µας, έχουν γίνει στο παρελθόν καταγραφές της συµπεριφοράς κτιρίων και προσπάθειες συσχέτισης της συµπεριφοράς αυτής µε διάφορα δοµικά χαρακτηριστικά τους. Ειδικά για κτίρια µε φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα είναι γνωστές οι βάσεις δεδοµένων των Πενέλη κ.α. (198), Κωστίκα κ.α. (2) και Καραµπίνη (2). Τα στοιχεία των βάσεων αυτών, κυρίως της πρώτης, εν µέρει όµως και της δεύτερης, δεν ήταν προσανατολισµένα προς την εφαρµογή µιας συγκεκριµένης µεθοδολογίας εκτίµησης της τρωτότητας. Για το λόγο αυτόν τα στοιχεία που περιέχουν δεν είναι όλα αξιοποιήσιµα, ούτε πλήρη, είναι όµως αρκετά ώστε να υπολογισθεί η οµική των κτιρίων. Τα επιµέρους χαρακτηριστικά των βάσεων αυτών είναι τα εξής: 4.1 Βάση δεδοµένων Πενέλη κ.α. (198) Η βάση αυτή συγκροτήθηκε µετά το σεισµό της Θεσσαλονίκης (1978). Συντίθεται από 74 κτίρια του κέντρου της Θεσσαλονίκης, εκ των οποίων τα 377 έχουν φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα. Το δείγµα είναι απολύτως αντιπροσωπευτικό, καθώς έγινε σάρωση των οικοδοµικών τετραγώνων µε πυκνότητα καταγραφής 1/2. Στη βάση αυτή περιέχονται διάφορα στοιχεία όπως ο δοµικός τύπος, τα χαρακτηριστικά µορφολογίας και κανονικότητας κάθε κτιρίου και το χρώµα της κάρτας του µετασεισµικού ελέγχου (πράσινη, κίτρινη, κόκκινη). Ενδιαφέρον στοιχείο της βάσης αυτής είναι ότι περιλαµβάνει στοιχεία κόστους αποκατάστασης των κτιρίων, ανηγµένα στη µονάδα όγκου, όπως αυτά προέκυψαν από τις µελέτες επισκευής των κτιρίων. Υπενθυµίζεται ότι στο σεισµό της Θεσσαλονίκης οι βλάβες ήταν περιορισµένες, δεν υπήρξαν καταρρεύσεις (πλην µιας) σε κτίρια από οπλισµένο σκυρόδεµα, τα δε κόκκινα (προς καθαίρεση) κτίρια αποτελούσαν µικρό ποσοστό του συνόλου. 4.2 Βάση δεδοµένων Κωστίκα κ.α.(2) Η βάση αυτή δηµιουργήθηκε µετά το σεισµό της Αθήνας (1999) από Επιτροπή του ΟΑΣΠ µε συντονιστή τον Χ. Κωστίκα. Συντίθεται από 12 επιλεγµένα κτίρια µε σοβαρές κατά κανόνα βλάβες, µε φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα. Στη βάση έχουν καταγραφεί διάφορα στοιχεία µεταξύ των οποίων χαρακτηριστικά του δοµικού τύπου, της µορφολογίας και κανονικότητας αλλά και παράµετροι φέρουσας ικανότητας. Στην καταγραφή περιλαµβάνεται χαρακτηρισµός της βλάβης (µέτρια, βαρειά, κατάρρευση). 4.3 Βάση δεδοµένων Καραµπίνη (2) Και αυτή η βάση δηµιουργήθηκε µετά το σεισµό της Αθήνας (1999). Συντίθεται από 463 επιλεγµένα κτίρια της επικεντρικής περιοχής, όχι απαραίτητα µε σοβαρές βλάβες, µε φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα. Στη βάση έχουν καταγραφεί διάφορα στοιχεία µεταξύ των οποίων χαρακτηριστικά του δοµικού τύπου, της µορφολογίας και κανονικότητας καθώς και χαρακτηρισµού της βλάβης (πράσινη, κίτρινη, κόκκινη, κατάρρευση). Σηµειώνεται ότι τα στοιχεία της καταγραφής είναι προσανατολισµένα προς τις απαιτήσεις της µεθόδου ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ (2), τη βαθµονόµηση της οποίας έχει ως κύριο στόχο η συγκεκριµένη έρευνα.
Πίνακας 1: οµικοί τύποι κτιρίων ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΠΡΟΚΑΤΑ ΣΚΕΥΗ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΟΜΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ ΟΣ1 ΟΣ2 ΟΣ3 ΟΣ4 ΟΣ ΟΣ6 ΟΣ7 ΠΟΣ1 ΠΟΣ2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΟΜΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ Κτίριο µε πλαισιακό φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα (ΟΣ) Κτίριο µε µικτό φέροντα οργανισµό από ΟΣ (υποστυλώµατα και τοιχώµατα) Κτίριο µε µικτό φέροντα οργανισµό από ΟΣ (υποστυλώµατα και τοιχώµατα επαρκή ώστε να απαλλάσσεται του Α/Σ υπολογισµού) Κτίριο µε πλαισιακό φέροντα οργανισµό από ΟΣ Κτίριο µε µικτό φέροντα οργανισµό από ΟΣ (υποστυλώµατα και τοιχώµατα) Κτίριο µε πλαισιακό φέροντα οργανισµό από ΟΣ Κτίριο µε µικτό φέροντα οργανισµό από ΟΣ (υποστυλώµατα και τοιχώµατα) Κτίρια µε προκατασκευασµένο πλαισιακό φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα Κτίρια µε προκατασκευασµένα τοιχώµατα οπλισµένου σκυροδέµατος ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ Αντισεισµικός Κανονισµός 199 (Α/Σ '9) Κανονισµός Σκυροδέµατος 194 (Κ/Σ '4) Αντισεισµικός Κανονισµός 199 (Α/Σ '9) Κανονισµός Σκυροδέµατος 194 (Κ/Σ '4) Αντισεισµικός Κανονισµός 199 (Α/Σ '9) Κανονισµός Σκυροδέµατος 194 (Κ/Σ '4) Α/Σ '9 µε πρόσθετα άρθρα 198 Κ/Σ '4 Α/Σ '9 µε πρόσθετα άρθρα 198 Κ/Σ '4 Α/Σ : ΝΕΑΚ Κ/Σ : ΝΕΚΟΣ Α/Σ : ΝΕΑΚ Κ/Σ : ΝΕΚΟΣ Κτίρια µε φέρουσα άοπλη τοιχοποιία, κυρίως ΑΤ1 λιθοδοµή (αργοί ή ηµιλαξευτοί λίθοι), χωρίς διαζώµατα ή διαφράγµατα, µε ξύλινη στέγη ΑΤ2 Κτίρια µε φέρουσα άοπλη τοιχοποιία, µε διαφράγµατα (πατώµατα) από ΟΣ Κτίρια µε φέρουσα άοπλη τοιχοποιία, κυρίως Τ λιθοδοµή (αργοί ή ηµιλαξευτοί λίθοι), µε διαζώµατα και διαφράγµατα από ΟΣ Κτίρια µε φέρουσα οπλισµένη τοιχοποιία, κυρίως από σύγχρονου τύπου τοιχοσώµατα, µε ΟΤ διάσπαρτο οπλισµό (οριζοντίως και κατακορύφως), µε διαφράγµατα και ίσως και πρόσθετα διαζώµατα από ΟΣ Κτίρια µε φέρουσα άοπλη τοιχοποιία, επισκευασµένα και ενισχυµένα µε διαζώµατα, ΕΤ διαφράγµατα και κατάλληλα συνδεδεµένους και θεµελιωµένους ελαφρούς µανδύες από ΟΣ, µονόπλευρους και αµφίπλευρους Σηµ. 1. Ως διαζώµατα νοούνται οριζόντια και κατακόρυφα στοιχεία από ΟΣ, µε ισχυρές συνδέσεις µε τους τοίχους και µε ισχυρούς κόµβους στις συναντήσεις τους, σύµφωνα µε τις σύγχρονες αντιλήψεις και κανονιστικές απαιτήσεις/διατάξεις για διαζωµατική/περισφιγµένη τοιχοποιία. Σηµ. 2. Ως διαφράγµατα νοούνται ελαφρές συνεχείς πλάκες από ΟΣ, µε ισχυρές συνδέσεις µε τους τοίχους και µε το πλέγµα των οριζοντίων και κατακόρυφων διαζωµάτων, χωρίς µεγάλες τρύπες. ΧΛ1α Μονώροφα βιοµηχανικά κτίρια Α/Σ 199, DIN 1 (ή άλλος ξένος κανονισµός ΧΛ1β ΝΕΑΚ Ευρωκώδικας 3 ΧΛ2α ΧΛ2β Παρατήρηση: Πολυώροφα µεταλλικά κτίρια ως χωρικά πλαίσια ή/και µε κατακ. µεταλλικούς συνδέσµους Α/Σ 199, DIN 1 (ή άλλος ξένος κανονισµός) ΝΕΑΚ Ευρωκώδικας 3 Για µεταλλικά κτίρια µε τοιχώµατα ή/και πυρήνες από σκυρόδεµα ισχύουν τα αντίστοιχα των τοιχωµατικών κτιρίων από σκυρόδεµα.
ΟΠΛΙ- ΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟ- ΕΜΑ Πίνακας 2: Αρχική και βασική βαθµολογία σεισµικού κινδύνου δοµικών τύπων οµικός Τύπος (Πίνακας 1) Ζώνη Σεισµικής Αρχική Επικινδυνότητας (ΑΒΣΚ) I II III/IV Βασικά οµικά Χαρακτηριστικά PILOTIS Κανονική ή/και κοντά διάταξη υποστυλώµατα τοιχοπλήρωσης ΟΣ1 3, -, -1, -1,, ΟΣ2 3, -1, -1, -1,, ΟΣ3 4, -1, -1, -1, - ΟΣ4 4, -1, -1, -1, ΟΣ 4, -1, -1, -, ΟΣ6, -, -1, -, - ΟΣ7, -, -1, -, - ΠΡΟΚΑ- ΠΟΣ1 2, -, -1, -, - ΤΑΣΚΕΥΗ ΠΟΣ2 3, -1, -1, - - ΦΕΡΟΥΣΑ ΑΤ 2, -, -1, - - ΤΟΙΧΟ- Τ 3, -, -1, - - ΠΟΙΙΑ ΟΤ 4, -, -1, - - ΕΤ 3, -, -1, - - ΧΛ1α 7, -, -1, - - ΧΛ1β 7, - - ΧΛ2α 4, -, -1, - - ΜΕΤΑΛ- ΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑ- ΣΚΕΥΣ ΧΛ2β 6, -, -1, - - Βασική (ΒΒΣΚ) ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Για καθένα από τα κτίρια όλων των παραπάνω βάσεων δεδοµένων υπολογίσθηκε η τελική οµική µε τη µέθοδο ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ (2). Τα αποτελέσµατα είναι συνοπτικά τα εξής:.1 Βάση δεδοµένων Πενέλη κ.α. (198) εδοµένου ότι στο σεισµό της Θεσσαλονίκης δεν υπήρξαν καταρρεύσεις ή σηµαντικό ποσοστό κτιρίων µε φέροντα οργανισµό από οπλισµένο σκυρόδεµα προς καθαίρεση, κατ αρχήν έγινε η σκέψη να θεωρηθεί ως βάση για την εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας της µεθόδου η συσχέτιση της οµικής ς µε το κόστος επισκευής. Στο Σχ. 1 (Dimitrakoudi & Penelis, 22) που αποτυπώνει αυτή τη σχέση φαίνεται καθαρά ότι, ενώ θα περίµενε κανείς συσσώρευση σηµείων σε µια διαγωνίως κατερχόµενη λωρίδα, δηλαδή αύξηση του κόστους επισκευής συναρτήσει της µείωσης της οµικής ς, το νέφος των σηµείων του διαγράµµατος δίνει εικόνα τυχαίας µάλλον σχέσης, δηλαδή απουσία συσχέτισης. Είναι προφανές ότι υπάρχουν περιοχές σηµείων µε υψηλό κόστος επισκευής παρά την υψηλή, συγχρόνως δε περιοχές µε χαµηλό κόστος επισκευής παρά τη χαµηλή. Αντίθετα, στο Σχ. 2 (Dimitrakoudi & Penelis, 22) φαίνεται καθαρά η µείωση του ποσοστού των κτιρίων µε βλάβες, ανεξαρτήτως κόστους επισκευής, συναρτήσει της αύξησης της οµικής ς. Έτσι, ενώ στο σύνολο του δείγµατος περίπου το 23% των κτιρίων παρουσίασε κάποιας µορφής βλάβη, το αντίστοιχο ποσοστό είναι 49% στα κτίρια µε χαµηλή βαθµολογία και µόνον 9% στα κτίρια µε υψηλή βαθµολογία. Από το διάγραµµα αυτό προκύπτει το συµπέρασµα ότι η µέθοδος οδηγεί σε ένα λογικό αποτέλεσµα παρά την αποκαρδιωτική εικόνα του Σχ. 1. Πρέπει πάντως να σηµειωθεί ότι στόχος των µεθόδων αυτής της κατηγορίας είναι η εκτίµηση της πιθανότητας κατάρρευσης, είναι κατά συνέπεια αυτονόητο ότι η αξιολόγησή τους πρέπει να γίνεται µε δείγµατα που περιλαµβάνουν κτίρια µε σοβαρές βλάβες και καταρρεύσεις. Ένας πιθανός λοιπόν λόγος για το κάπως ασαφές και αµφιλεγόµενο αποτέλεσµα της επεξεργασίας των στοιχείων του συγκεκριµένου δείγµατος είναι το γεγονός ότι το δείγµα δεν περιλάµβανε κτίρια αυτής της κατηγορίας.
Πίνακας 3: οµικές βαθµολογίες και τροποποιητικοί συντελεστές ΟΜΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ (βλέπε Πίνακα 1) Βασική (όπως προκύπτει από τον πίνακα 2) ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟ ΕΜΑ ΠΡΟΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΟΣ1 ΟΣ2 ΟΣ3 ΟΣ4 ΟΣ ΟΣ6 ΟΣ7 ΠΟΣ1 ΠΟΣ2 ΑΤ1 Τ ΟΤ ΕΤ ΧΛ1α ΧΛ1β ΧΛ2α ΧΛ2β *Χωρίς Αντισεισµικό Κανονισµό -, -, - - - - - - - -, -, -, -, -, - -, - Κακή κατάσταση -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, -, Προηγούµενες επιβαρύνσεις -1, -1, -1, -, -, -, -, -1, -1, -, -, -, -, -, -, -, -, Μεγάλο ύψος -1, -1, -1, -, -, -, -, -, -, -, -, -1, -1, - -1 - -1 Μη κανονικότητα καθ' ύψος -1, -1, -1, -, -, -, -, -1, -1, -, -, -, -, -, -, -, -, Οριζόντια µη κανονικότητα -1, -1, -1, -, -, -, -, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -, -, -, -, Στρέψη -, -, -, -, -, - -, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -, -, -, -, Κρούση µε γειτονικά -, -, -, -, - - - -, -, - - - - - - - - Βαριές επικαλύψεις - - - - - - - - - - - - - -1-1 -, -, Έδαφος Ε 2 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 -,3 Έδαφος Ε 3 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 -,6 Έδαφος Ε 3 και άνω των ορόφων ΤΕΛΙΚΗ ΟΜΙΚΗ ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ ΣΠΟΥ ΑΙΟΤΗΤΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 -,8 ΖΩΝΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑΣ ΚΑΤΑ ΤΟ ΧΡΟΝΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ * Αφορά σε κατασκευές που έχουν µελετηθεί / κατασκευαστεί χωρίς την εφαρµογή Αντισεισµικού Κανονισµού (π.χ. προ 199)
οµική 4 3 2 1-1 -2-3 -4-2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Κόστος επισκευής (δρχ/µ 3 ) Σχ. 1 Βάση δεδοµένων Πενέλη κ. α. (198). Συσχέτιση κόστους επισκευής και οµικής ς για το σύνολο των κτιρίων (Dimitrakoudi & Penelis, 22). 49.1 4 Ποσοστό % 4 3 3 2 2 1 1 36.1 33.47 27.61 27.99 2.22 2.12 R 2 =.894 16.21 16.16 14.81 11.71 9.9-2. -2-1. -1 -.. 1 1. 2 2. 3 οµική Σχ. 2 Βάση δεδοµένων Πενέλη κ.α. (198). Συσχέτιση ποσοστού κτιρίων Ο/Σ µε βλάβες και οµικής ς (Dimitrakoudi & Penelis, 22).
.2 Βάση δεδοµένων Κωστίκα κ.α. (2) Η σύνθεση του συγκεκριµένου δείγµατος φαίνεται στην αριστερή στήλη διαγραµµάτων του Σχ. 3. Είναι φανερό ότι το δείγµα συντίθεται κυρίως από κτίρια µε σοβαρές βλάβες και καταρρεύσεις. Κατά συνέπεια η µέση τιµή.89 της οµικής ς δεν είναι αντιπροσωπευτική ενός τυπικού µη προσανατολισµένου δείγµατος. Από µια µατιά στα πρωτογενή στοιχεία της αριστερής στήλης του Σχ. 3 είναι εµφανές ότι υπάρχει µια λογική αλληλουχία τιµών των µέσων όρων της ς καθώς βαίνουν µειούµενες συναρτήσει της σοβαρότητας της βλάβης. Η αλληλουχία αυτή υποδηλώνει συσχέτιση µεταξύ οµικής ς και πιθανότητας κατάρρευσης. Για να ανεξαρτητοποιηθεί το δείγµα από το πλήθος των κτιρίων που εµπίπτουν σε κάθε διάστηµα τιµών της οµικής ς, υπολογίσθηκαν οι αντίστοιχες εκατοστιαίες συµµετοχές κάθε κατηγορίας κτιρίων (µέτριες βλάβες, βαρειές βλάβες, καταρρεύσεις) και σχεδιάσθηκαν τα διαγράµµατα της δεξιάς στήλης του Σχ. 3 συναρτήσει της οµικής ς. Στα ίδια διαγράµµατα σχεδιάσθηκαν και οι ευθείες της γραµµικής παλινδρόµησης του δείγµατος. Είναι φανερό ότι όσο αυξάνεται η οµική τόσο αυξάνει το ποσοστό των κτιρίων µε µέτριες βλάβες και µειώνεται το ποσοστό των καταρρεύσεων. Μια πυκνότερη έκφραση της συσχέτισης µεταξύ της οµικής ς και των καταρρεύσεων φαίνεται στο κάτω δεξιά διάγραµµα του Σχ. 3. Η ουσία του διαγράµµατος αυτού είναι η εξής: Αν δεν διετίθετο προσεισµική οµική και κάποιος επέλεγε κατά τυχαίο τρόπο να ενισχύσει τα µισά κτίρια του δείγµατος, τότε θα ενίσχυε συνολικά τα 1 από τα 12 κτίρια και στατιστικώς θα απέτρεπε τις 17 από τις 34 καταρρεύσεις. Εάν αντίθετα διετίθετο προσεισµική οµική και επέλεγε και πάλι να ενισχύσει τα µισά κτίρια, όχι όµως κατά τυχαίο τρόπο αλλά µε κριτήριο την ελάχιστη οµική, από το διάγραµµα προκύπτει ότι θα επέλεγε τα κτίρια µε οµική κάτω του.. Στην περίπτωση αυτή επίσης από το διάγραµµα προκύπτει ότι στο συγκεκριµένο % του συνόλου των κτιρίων ανήκει το 73% των καταρρεύσεων. Με τον τρόπο αυτόν θα απέτρεπε την κατάρρευση.73 34 = 2 κτιρίων από τα 34, θα αύξανε δηλαδή την αποτελεσµατικότητα της επέµβασης κατά (2-17) / 17 = 47%. εδοµένου ότι για το δείγµα αυτό διετίθεντο τα πρωτογενή στοιχεία της βάσης δεδοµένων, η διαδικασία βαθµολόγησης επαναλήφθηκε µε τη µέθοδο FEMA 14 (21), µετά από κατάλληλη προσαρµογή της, ανάλογη προς αυτήν του Εγχειριδίου FEMA 14 (1988) που υιοθέτησε η Οµάδα Εργασίας του ΟΑΣΠ. Τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας αυτής φαίνονται στο Σχ. 4 και σε γενικές γραµµές είναι παρόµοια µε τα προηγούµενα. Επισηµαίνεται πάντως ότι µε την αναθεωρηµένη µέθοδο αµβλύνονται οι σωρευτικές µειώσεις της οµικής ς λόγω διαφόρων µη-κανονικοτήτων. Έτσι προκύπτουν τελικά µεγαλύτερες οµικές Βαθµολογίες, όλες µάλιστα έχουν θετική τιµή (σηµειώνεται εδώ ότι η φυσική σηµασία της βαθµολογίας είναι ότι βαθµός x σηµαίνει πιθανότητα 1 -x βαρειάς βλάβης ή κατάρρευσης κατά το «σεισµό σχεδιασµού», άρα οι αρνητικές βαθµολογίες δεν έχουν φυσική σηµασία). Αποτέλεσµα της τροποποίησης αυτής είναι η µείωση του εύρους τιµών της µεθόδου FEMA 14 (21) (1. έως 4.) έναντι της FEMA 14 (1988) (-2. έως 4.), γεγονός που δηµιουργεί συσσώρευση κτιρίων σε στενή περιοχή οµικής ς και δυσχεραίνει τη σχετική κατάταξη των κτιρίων..3 Βάση δεδοµένων Καραµπίνη (2) Τα χαρακτηριστικά του δείγµατος περιγράφονται στην αριστερή στήλη του Σχ.. Το δείγµα αυτό δεν περιλαµβάνει µόνον κτίρια µε σοβαρές βλάβες και καταρρεύσεις αλλά περιλαµβάνει και κτίρια µε ελαφρές και µέτριες βλάβες. Η διαφοροποίηση αυτή έναντι του προηγουµένου δείγµατος αποτυπώνεται στη µέση τιµή της οµικής ς που προκύπτει 1.48, η οποία όµως και πάλι είναι χαµηλή έναντι της αναµενόµενης ενός τυπικού δείγµατος. Τα αποτελέσµατα της αξιολόγησης του δείγµατος αυτού είναι παραπλήσια µε τα προηγούµενα, συµπεριλαµβανοµένων και των επεξεργασµένων στοιχείων της δεξιάς στήλης του Σχ.. Η αύξηση της αποτελεσµατικότητας της ενδεχόµενης επιλεγµένης ενίσχυσης, για το % και πάλι του δείγµατος, είναι και πάλι περίπου %. Λόγω έλλειψης στοιχείων η διαδικασία βαθµολόγησης µε την αναθεωρηµένη µέθοδο FEMA 14 (21) δεν ήταν δυνατόν να επαναληφθεί.
6 Κτίρια µε µέτριες βλάβες: 26 κτίρια 1 Κτίρια µε µέτριες βλάβες 4 3 2 1 8 6 4 2 r=.8-2. -1. -1. -1. -1. -. -..... 1. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 3. 4. 4. 4. -2. -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. ΟΑΣΠ (Μέση τιµή: 1.6) ΟΑΣΠ 8 7 Κτίρια µε βαρειές βλάβες (42 κτίρια) 1 Κτίρια µε βαρειές βλάβες 6 4 3 2 1 8 6 4 2 r=.19-2. -1. -1. -1. -1. -. -..... 1. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 3. 4. 4. 4. -2. -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. ΟΑΣΠ (Μέση τιµή:.9) ΟΑΣΠ 11 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Κτίρια µε καταρρεύσεις (34 κτίρια) 1 8 6 4 2 Κτίρια µε καταρρεύσεις r=.73-2. -1. -1. -1. -1. -. -..... 1. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 3. 4. 4. 4. -2. -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. ΟΑΣΠ (Μέση τιµή:.31) ΟΑΣΠ 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2-2. -1. -1. -1. Σύνολο δείγµατος: 12 κτίρια -1. -. -..... 1. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 3. 4. ΟΑΣΠ (Μέση τιµή:.89) 4. 4. 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Αθροιστικό ποσοστό κτιρίων Αθροιστικό ποσοστό καταρρεύσεων -2. -2. -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4. ΟΑΣΠ Αθροιστικό ποσοστό συνολικού δείγµατος Αθροιστικές καταρρεύσεις ως προς το συνολικό δείγµα Σχ. 3 Βάση δεδοµένων Κωστίκα κ.α. (198). Χαρακτηριστικά του δείγµατος συναρτήσει της οµικής ς κατά τη µέθοδο ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ (2).
1 9 Κτίρια µε µέτριες βλάβες: 26 κτίρια 1 Κτίρια µε µέτριες βλάβες 8 7 6 4 3 8 6 4 r=.6 2 2 1 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. 4.2 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. FEMA 14 (Μέση τιµή: 2.7) FEMA 14 2 Κτίρια µε βαρειές βλάβες (42 κτίρια) 1 Κτίρια µε βαρειές βλάβες 2 1 1 8 6 4 2 r=.26 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. 4.2 FEMA 14 (Μέση τιµή: 2.2) 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. FEMA 14 2 Κτίρια µε καταρρεύσεις (34 κτίρια) 1 Κτίρια µε καταρρεύσεις 2 1 1 8 6 4 2 r=.9 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. 4.2 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. FEMA 14 (Μέση τιµή: 2.9) FEMA 14 4 4 3 3 2 2 1 1 Σύνολο δείγµατος: 12 κτίρια 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. 4.2 FEMA 14 (Μέση τιµή: 2.27) 1 9 8 7 6 4 3 2 1 Αθροιστικό ποσοστό καταρρεύσεων Αθροιστικό ποσοστό κτιρίων Αθροιστικό ποσοστό συνολικού δείγµατος Αθροιστικές καταρρεύσεις ως προς το συνολικό δείγµα 1. 1.7 2. 2.2 2. 2.7 3. 3.2 3. 3.7 4. 4.2 FEMA 14 Σχ. 4 Βάση δεδοµένων Κωστίκα κ.α. (2). Χαρακτηριστικά του δείγµατος συναρτήσει της οµικής ς κατά την αναθεωρηµένη µέθοδο FEMA 14 (21).
Πράσινα: 94 κτίρια Πράσινα κτίρια 4 4 3 3 2 2 1 1-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. (µέση τιµή: 1.94) 7 6 4 3 2 1 r=.78-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. Κίτρινα: 74 κτίρια Κίτρινα κτίρια 2 2 1 1 4 3 2 1 r=.79-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. (µέση τιµή: 1.77) -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. Κόκκινα: 22 κτίρια Κόκκινα κτίρια 7 6 4 3 2 1-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. (µέση τιµή: 1.4) 7 6 4 3 2 1 r=.2-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. Καταρρεύσεις: 93 κτίρια Καταρρεύσεις 2 1 2 1 1 8 6 4 2 r=.9-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. (µέση τιµή:.9) -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. Σύνολο δείγµατος: 463 κτίρια Αθροιστικά ποσοστά 12 1 8 6 4 2-1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. (µέση τιµή: 1.48) 1 8 6 4 2 Αθροιστικές καταρρεύσεις ως προς το συνολικό δείγµα Αθροιστικό ποσοστό καταρρεύσεων Αθροιστικό ποσοστό συνολικού δείγµατος -1. -1. -... 1. 1. 2. 2. 3. Σχ. Βάση δεδοµένων Καραµπίνη (2). Χαρακτηριστικά του δείγµατος συναρτήσει της οµικής ς κατά τη µέθοδο ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ (2).
6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την αξιολόγηση των διαθέσιµων στοιχείων, ιδιαίτερα των δύο πρόσφατων βάσεων δεδοµένων µε στοιχεία του σεισµού της Αθήνας (1999), προκύπτουν τα εξής συµπεράσµατα: (α) Η µέθοδος ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ (2) φαίνεται ότι είναι σε θέση να διακρίνει µε σχετικά χαµηλό κόστος και σχετική ακρίβεια τα κτίρια που χρειάζονται περαιτέρω διερεύνηση πριν από την απόφαση για προσεισµική ενίσχυση. (β) Η µέθοδος δεν µπορεί να είναι απόλυτα ακριβής καθώς, πέραν του υποκειµενισµού, ορισµένες βασικές παράµετροι, όπως η ποιότητα κατασκευής, δεν συνεκτιµώνται στη οµική, ενώ και οι λοιπές παράµετροι τρωτότητας εκφράζονται µε ποιοτικό (και όχι ποσοτικό) τρόπο. (γ) Παρόλη την έλλειψη δυνατότητας ακριβούς πρόβλεψης σε επίπεδο κτιρίου, η µέθοδος αναµένεται ιδιαίτερα αποδοτική σε επίπεδο οµάδας κτιρίων ή πολεοδοµικού συγκροτήµατος. (δ) Το όριο που πρότεινε η Οµάδα Εργασίας ( οµική = 2.), κάτω του οποίου απαιτείται περαιτέρω έρευνα, φαίνεται υψηλό. Πιο ρεαλιστική φαίνεται µια αναπροσαρµογή προς τα κάτω, π.χ. οµική = 1.. 7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστίες οφείλονται στην οµάδα Χ. Κωστίκα, στον Α. Καραµπίνη και στον ΟΑΣΠ για την ευγενική συγκατάθεσή τους ως προς τη χρήση πρωτογενών στοιχείων των εργασιών τους. 8 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ASCE 2. Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. FEMA, Washington DC. Dimitrakoudi, K.D. and Penelis, G.G. 22. Validation of the rapid visual screening of buildings for potential seismic hazard. 12 th European Conference of Earthquake Engineering, London 22. FEMA 1988. Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: A Handbook (FEMA-14). ATC, Redwood City, California. FEMA 1992. NEHRP Handbook for the Seismic Evaluation of Existing Buildings (FEMA-178). BSSC, Washington DC. FEMA 1997. NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA-273). Washington D.C. FEMA 21. Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: A Handbook (FEMA-14), 2 nd Edition. ATC, Redwood City, California. Japan Building Disaster Prevention Association 199. Standard for evaluation of seismic capacity and guidelines for seismic retrofit design of existing reinforced concrete buildings. 1977 (revised 199) (στα Ιαπωνικά). Kappos, A.J. 1997. Assessment of seismic vulnerability Course notes, Dept. of Civ. Engineering, Imperial College, London. Καραµπίνης, Αθανάσιος 2. Βαθµονόµηση της διαδικασίας προσεισµικού ελέγχου σε κατασκευές οπλισµένου σκυροδέµατος (σεισµός Αθήνας 1999). Ερευνητικό Πρόγραµµα (χρηµατοδότηση ΟΑΣΠ), Αθήνα. Κωστίκας, Χρήστος κ.α. 2. Καταγραφή αιτίων τυπικών βλαβών από τον σεισµό των Αθηνών. Οµάδα Εργασίας (χρηµατοδότηση ΟΑΣΠ), Αθήνα. Πενέλης, Γεώργιος κ.α. 198. Στατιστική αξιολόγηση των ζηµιών που προκλήθηκαν από το σεισµό της 2.6.78 στα κτίρια της Θεσσαλονίκης. Ερευνητικό Πρόγραµµα (χρηµατοδότηση ΟΑΣΠ), Θεσσαλονίκη. ΥΠΕΧΩ Ε ΟΑΣΠ 2. Τεχνικές οδηγίες προσεισµικού ελέγχου τρωτότητας δηµοσίων κτιρίων (Tεύχος Α). Αθήνα.