ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Πρόλογος Εισαγωγή...15

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος...11 1. Εισαγωγή...15 2. Σεισμοί και σεισμική συμπεριφορά κτηρίων από τοιχοποιία...19 2.1 Εισαγωγή...19 2.2 Σεισμοί και σεισμική εδαφική κίνηση...20 2.2.1 Αίτια των σεισμών...20 2.2.2 Σεισμικά κύματα και σεισμική εδαφική κίνηση...24 2.2.3 Μέγεθος και ένταση...25 2.2.4 Συχνότητα των σεισμών...32 2.2.5 Η σεισμική κίνηση του εδάφους και οι επιδράσεις της στα κτήρια...34 2.3 Σεισμική συμπεριφορά κτηρίων από τοιχοποιία...42 2.3.1 Δομική τυπολογία...42 2.3.2 Σεισμική συμπεριφορά και κατάταξη των βλαβών...45 2.4 Βιβλιογραφικές αναφορές...50 3. Υλικά και δομικά συστήματα της τοιχοποιίας...53 3.1 Εισαγωγή...53 3.2 Υλικά τοιχοποιίας...54 5

6 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ 3.1.1 Λιθοσώματα...54 3.2.2 Κονίαμα...59 3.2.3 Σκυρόδεμα πλήρωσης...61 3.2.4 Χάλυβας οπλισμού...62 3.2.5 Τοιχοποιία...64 3.3 Συστήματα δόμησης...72 3.3.1 Άοπλη τοιχοποιία...74 3.3.2 Περισφιγμένη τοιχοποιία...78 3.3.3 Οπλισμένη τοιχοποιία...82 3.4 Βιβλιογραφικές αναφορές...90 4. Αρχιτεκτονικές και δομικές αρχές για τη μόρφωση αντισεισμικών κτηρίων...93 4.1 Εισαγωγή...93 4.2 Μόρφωση του κτηρίου...94 4.3 Διαστάσεις, ύψος κτηρίου και αριθμός ορόφων...98 4.4 Κατανομή των φερόντων τοίχων...99 4.5 Ανοίγματα τοίχων...101 4.6 Απλά κτήρια...102 4.7 Μη φέροντα στοιχεία...103 4.8 Βιβλιογραφικές αναφορές...105 5. Πατώματα και στέγες...107 5.1 Εισαγωγή...107 5.2 Δάπεδα...108 5.3 Οριζόντια διαζώματα...111 5.4 Ανώφλια, πρόβολοι και μαρκίζες...113 5.5 Στέγες...115 5.6 Βιβλιογραφικές αναφορές...116 6. Βασικές έννοιες των ελέγχων οριακής κατάστασης της σεισμικής αντοχής κτηρίων από τοιχοποιία...117 6.1 Βασικά...117 6.2 Έλεγχος ασφαλείας και επιμέρους συντελεστές ασφαλείας υλικών...118

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 7 6.3 Σεισμική δράση σχεδιασμού...122 6.3.1 Σεισμική δράση και φάσμα απόκρισης σχεδιασμού...123 6.3.2 Τέμνουσα βάσης σχεδιασμού...127 6.3.3 Κατανομή της τέμνουσας βάσης σχεδιασμού...129 6.3.4 Δείκτης συμπεριφοράς...131 6.4 Βιβλιογραφικές αναφορές...134 7. Έλεγχος σεισμικής αντίστασης φερόντων τοίχων...135 7.1 Εισαγωγή...135 7.2 Πειραματική προσομοίωση της σεισμικής συμπεριφοράς τοίχων από τοιχοποιία...138 7.3 Εξιδανίκευση των πειραματικών αποτελεσμάτων...142 7.4 Διατμητική αντίσταση...150 7.4.1 Άοπλη τοιχοποιία...150 7.4.2 Οπλισμένη τοιχοποιία...154 7.4.3 Περισφιγμένη (διαζωματική) τοιχοποιία...164 7.5 Καμπτική αντίσταση...168 7.5.1 Άοπλη τοιχοποιία...168 7.5.2 Οπλισμένη τοιχοποιία...173 7.5.3 Περισφιγμένη (διαζωματική) τοιχοποιία...176 7.6 Διατμητική ολίσθηση...178 7.7 Διατομές με πέλματα...179 7.8 Εκτός επιπέδου συμπεριφορά...182 7.9 Μη φέροντα στοιχεία...186 7.10 Βιβλιογραφικές αναφορές...188 8. Τοιχοπληρωμένα πλαίσια οπλισμένου σκυροδέματος...193 8.1 Εισαγωγή...193 8.2 Σεισμική συμπεριφορά και μηχανισμοί...194 8.3 Έλεγχος σεισμικής αντίστασης...199 8.3.1 Σεισμικά φορτία σχεδιασμού...199 8.3.2 Πλευρική αντίσταση...201

8 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ 8.3.3 Δυσκαμψία...205 8.3.4 Έλεγχος σεισμικής αντίστασης...207 8.4 Βιβλιογραφικές αναφορές...208 9. Αντισεισμικός έλεγχος κτηρίων από τοιχοποιία...211 9.1 Εισαγωγή...211 9.2 Διαδικασία υπολογισμού...213 9.3 Δομικά προσομοιώματα...215 9.4 Περιβάλλουσα αντίστασης ορόφου...220 9.4.1 Παραδοχές...222 9.4.2 Διαδικασία υπολογισμού...223 9.4.3 Πειραματικός έλεγχος...228 9.5 Αντισεισμικός έλεγχος...229 9.6 Βιβλιογραφικές αναφορές...232 10. Επισκευή και ενίσχυση κτηρίων από τοιχοποιία...235 10.1 Εισαγωγή...235 10.2 Κριτήρια για την επισκευή και την ενίσχυση...239 10.3 Αντισεισμικός έλεγχος υπαρχόντων κτηρίων από τοιχοποιία...242 10.3.1 Δυναμική συμπεριφορά και δείκτης συμπεριφοράς...242 10.3.2 Ιδιότητες των υλικών...244 10.3.3 Έλεγχος σεισμικής τρωτότητας...246 10.4 Μέθοδοι ενίσχυσης τοιχοποιίας...248 10.4.1 Επισκευή ρωγμών...249 10.4.2 Αρμολόγημα...252 10.4.3 Οπλισμένος μανδύας...253 10.4.4 Ενέματα...258 10.4.5 Προένταση...264 10.4.6 Ανακατασκευή...265 10.5 Μέθοδοι αποφυγής μερικής ή ολικής κατάρρευσης...267 10.5.1 Σύνδεση των τοίχων με μεταλλικούς συνδέσμους...268 10.5.2 Επεμβάσεις σε δάπεδα και στέγες...274 10.5.3 Επισκευές γωνιών και συμβολών τοίχων...278 10.5.4 Ενίσχυση τοίχων με περίσφιξη...280

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 9 10.6 Θεμέλια...282 10.7 Μη φέροντα στοιχεία...284 10.8 Βιβλιογραφικές αναφορές...285 Πίνακας συμβόλων...289 Ευρετήριο...295

Κεφάλαιο 6 Βασικές έννοιες των ελέγχων οριακής κατάστασης της σεισμικής αντοχής κτηρίων από τοιχοποιία 6.1 Βασικά Μετά από πολλούς αιώνες παραδοσιακής χρήσης και δεκαετίες χρήσης των μεθόδων επιτρεπομένων τάσεων, πρόσφατα εισήχθη στους αντισεισμικούς κανονισμούς η χρήση των ελέγχων οριακής κατάστασης της σεισμικής αντοχής των κτηρίων από τοιχοποιία. Η φιλοσοφία του Ευρωκώδικα 6: Σχεδιασμός κατασκευών από τοιχοποιία [1] και του Ευρωκώδικα 8: Απαιτήσεις για το σχεδιασμό αντισεισμικών κατασκευών [2], οι οποίοι ρυθμίζουν το σχεδιασμό και την κατασκευή των κατασκευών από τοιχοποιία, βασίζεται στη στοιχειώδη απαίτηση ότι μια κατασκευή πρέπει να σχεδιάζεται ώστε, με αποδεκτή πιθανότητα, να παραμείνει σε χρήση μέσα στην αναμενόμενη περίοδο ζωής της και με αναμενόμενες συνθήκες συντήρησης. Αυτό σημαίνει ότι η κατασκευή θα αντέξει σε όλες τις πιθανές δράσεις και επιδράσεις που θα συμβούν στη ζωή της χωρίς ουσιώδεις βλάβες, αλλά επίσης δε θα υποστεί δυσανάλογες βλάβες στις περιπτώσεις που θα συμβούν τυχαία γεγονότα όπως εκρήξεις, προσκρούσεις, σεισμοί, ή ανθρώπινα λάθη. Σε σεισμογενείς περιοχές, κατά το σχεδιασμό λαμβάνονται υπόψη δύο βασικές απαιτήσεις: Απαίτηση για μη κατάρρευση και Απαίτηση για περιορισμό των βλαβών. Η κατασκευή πρέπει να σχεδιάζεται και να κατασκευάζεται έτσι ώστε να αντέχει στη σεισμική δράση σχεδιασμού χωρίς τοπική ή γενική κατάρρευση. 117

118 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Θα πρέπει επίσης, αφού υποστεί ένα σεισμό αναμενόμενης έντασης, (το σεισμό σχεδιασμού), να διατηρήσει τη δομική της ακεραιότητα και ικανότητα ανάληψης φορτίων. Αν η κατασκευή υποστεί σεισμικές δράσεις που έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να συμβούν από το σεισμό σχεδιασμού, αλλά μικρότερη ένταση, δεν πρέπει να συμβούν βλάβες σε φέροντα ή μη φέροντα στοιχεία, οι οποίες μπορούν να περιορίσουν τη χρήση του κτηρίου ή το κόστος επισκευής τους να είναι δυσανάλογα υψηλό. Για το λόγο αυτόν, κατά το σχεδιασμό μιας αντισεισμικής κατασκευής πρέπει να ελέγχονται δύο βασικές οριακές καταστάσεις, που αντιστοιχούν στα παραπάνω κριτήρια: Οριακή κατάσταση αστοχίας, η οποία συνδέεται με την κατάρρευση ή άλλες μορφές δομικής αστοχίας και μπορεί να θέτει σε κίνδυνο την α- σφάλεια των ανθρώπων. Οριακή κατάσταση λειτουργικότητας, η οποία συνδέεται με τις συνέπειες των βλαβών, παραμορφώσεων, ή κλίσεων, πέρα από τις οποίες δεν καλύπτονται οι προδιαγραφόμενες απαιτήσεις λειτουργικότητας του κτηρίου. Λόγω των ειδικών χαρακτηριστικών των κατασκευών από τοιχοποιία και των υλικών της τοιχοποιίας, συνήθως δεν απαιτείται ο έλεγχος των οριακών καταστάσεων λειτουργικότητας. Γενικά, τα κτήρια από τοιχοποιία είναι δύσκαμπτες κατασκευές στις οποίες ακόμη και οι οριακές παραμορφώσεις και μετακινήσεις είναι σχετικά μικρές. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αν μια κατασκευή από τοιχοποιία ελέγχεται για οριακή κατάσταση αστοχίας, αυτόματα καλύπτονται και οι απαιτήσεις για οριακή κατάσταση λειτουργικότητας. 6.2 Έλεγχος ασφαλείας και επιμέρους συντελεστές ασφαλείας υλικών Η ασφάλεια μιας κατασκευής σε σεισμό είναι μια πιθανοτική συνάρτηση, η οποία εξαρτάται από την αναμενόμενη σεισμική δράση και την ικανότητα του δομικού συστήματος να αντέξει το σεισμό. Σύμφωνα με τους EC 6 και EC8, για όλα τα δομικά μέλη πρέπει να ικανοποιείται η εξής γενική σχέση: E d R d (6.1) όπου E d είναι η τιμή σχεδιασμού για τα αποτελέσματα των δράσεων και R d είναι η αντίσταση σχεδιασμού του υπόψη δομικού μέλους. Όταν θεωρούμε την οριακή κατάσταση μετασχηματισμού της κατασκευής σε μηχανισμό, πρέπει να ε- λέγχεται ότι η κατασκευή δε θα μετατραπεί σε μηχανισμό εκτός αν οι δράσεις υπερβούν τις τιμές σχεδιασμού.

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 119 Σύμφωνα με τον EC 8, η τιμή σχεδιασμού E d για τα αποτελέσματα των δράσεων, δηλαδή στην περίπτωση του αντισεισμικού σχεδιασμού, η τιμή σχεδιασμού των καμπτικών ροπών, των αξονικών και διατμητικών δυνάμεων, προσδιορίζεται από το συνδυασμό των χαρακτηριστικών τιμών των σχετικών δράσεων που ορίζονται στον EC 8 και EC 1: Βάσεις σχεδιασμού και δράσεις στις κατασκευές [3]: E d = ΣG k,j + γ I A Ed + P k + Σψ 2,i Q k,i (6.2) όπου G k,j = η χαρακτηριστική τιμή της μόνιμης δράσης j, δηλαδή του ιδίου βάρους της κατασκευής (νεκρά φορτία), σταθερού εξοπλισμού, κλπ., A Ed = η τιμή σχεδιασμού του σεισμικού φορτίου για τη συγκεκριμένη περίοδο επανάληψης, P k = η χαρακτηριστική τιμή της τυχόν δύναμης προέντασης, Q k,i = η χαρακτηριστική τιμή της μεταβλητής δράσης i. Χιόνι, άνεμος και φωτιά δε λαμβάνονται υπόψη στην περίπτωση σεισμού, γ Ι = ο συντελεστής σπουδαιότητας, ψ 2,i = ο συντελεστής συνδυασμού για οιωνεί μόνιμες τιμές του μεταβλητού φορτίου i (κινητά φορτία). Στην περίπτωση κτηρίων κατοικιών και γραφείων ψ 2 =0.30, αλλά στην περίπτωση κτηρίων όπου συγκεντρώνονται άνθρωποι και καταστημάτων ψ 2 =0.60. Οι κατηγορίες σπουδαιότητας και οι συντελεστές σπουδαιότητας γ Ι δίνονται στον Πίνακα 6.1. Ο συντελεστής σπουδαιότητας γ Ι = 1.0 σχετίζεται με σεισμό σχεδιασμού που έχει περίοδο επανάληψης 475 έτη. Πίνακας 6.1. Κατηγορίες σπουδαιότητας και συντελεστές σπουδαιότητας για κτήρια (EC 8). Κατηγορία σπουδαιότητας Ι ΙΙ Κτήρια Κτήρια των οποίων η ακεραιότητα κατά τη διάρκεια των σεισμών είναι ζωτικής σημασίας για την πολιτική προστασία, π.χ. νοσοκομεία, πυροσβεστικοί σταθμοί, εγκαταστάσεις ενέργειας, κλπ. Κτήρια που η σεισμική τους αντίσταση είναι σημαντική όσο αφορά τις συνέπειες κατάρρευσης, π.χ. σχολεία, αίθουσες συνάθροισης, πολιτιστικά ιδρύματα, κλπ. Συντελεστής σπουδαιότητας 1.4 1.2

120 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Κατηγορία σπουδαιότητας ΙΙΙ IV Κτήρια Κτήρια μέσου μεγέθους και κανονικής χρήσης, π.χ. κτήρια κατοικιών, γραφείων, κλπ. Κτήρια μικρής σημασίας για τη δημόσια ασφάλεια, π.χ. γεωργικά κτήρια, κλπ. Συντελεστής σπουδαιότητας 1.0 0.8 Κατά τον ΕΑΚ 2000, οι συντελεστές σπουδαιότητας γ 1 δίνονται από τον εξής πίνακα: ΕΑΚ Πίνακας 2.3 ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Σ1 Σ2 Σ3 Σ4 Κατηγορία σπουδαιότητας Κτήρια μικρής σπουδαιότητας ως προς την ασφάλεια του κοινού, π.χ. αγροτικά οικήματα, υπόστεγα, στάβλοι, κλπ. Συνήθη κτήρια κατοικιών και γραφείων, βιομηχανικά κτήρια, ξενοδοχεία, κλπ. Εκπαιδευτικά κτήρια, κτήρια δημοσίων συναθροίσεων, αίθουσες αεροδρομίων και γενικώς κτήρια στα οποία ευρίσκονται πολλοί άνθρωποι σε μεγάλο μέρος του 24ώρου. Κτήρια τα οποία στεγάζουν εγκαταστάσεις πολύ μεγάλης οικονομικής σημασίας (π.χ. κτήρια που στεγάζουν υπολογιστικά κέντρα, ειδικές βιομηχανίες), κλπ. Κτήρια των οποίων η λειτουργία, τόσο κατά τη διάρκεια του σεισμού όσο και μετά τους σεισμούς, είναι ζωτικής σημασίας, όπως κτήρια τηλεπικοινωνιών, παραγωγής ενέργειας, νοσοκομεία, πυροσβεστικοί σταθμοί, κτήρια δημοσίων επιτελικών υπηρεσιών. Κτήρια που στεγάζουν έργα μοναδικής καλλιτεχνικής αξίας (π.χ. μουσεία) γ I 0.85 1.00 1.15 1.3 Σύμφωνα με τη φιλοσοφία σχεδιασμού των Ευρωκωδίκων, οι χαρακτηριστικές τιμές των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στους υπολογισμούς της αντοχής σχεδιασμού R d των δομικών μελών από τοιχοποιία. Όμως, για να υπάρχει συμβατότητα με τα φορτία σχεδιασμού στη σεισμική κατάσταση, οι χαρακτηριστικές τιμές των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών μειώνονται περαιτέρω από τον επιμέρους συντελεστή ασφαλείας των υλικών γ Μ, στην περίπτωση που η οριακή κατάσταση αστοχίας ελέγχεται σύμφωνα με την Εξίσωση (6.1). Οι τιμές των επιμέρους συντελεστών ασφαλείας για την τοιχοποιία σε κανονική κατάσταση δίνονται στον Πίνακα 6.2.

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 121 Τοιχοποιία (βλ. Σημείωση) Πίνακας 6.2. Επιμέρους συντελεστές ασφαλείας για τις ιδιότητες των υλικών γ Μ (EC 6). γ Μ Κατηγορία εκτέλεσης έργου Α Β C Κατηγορία ελέγχου παραγωγής Ι 1.7 2.2 2.7 των λιθοσωμάτων ΙΙ 2.0 2.5 3.0 Αγκύρια και εφελκυόμενοι και θλιβόμενοι σύνδεσμοι 2.5 2.5 2.5 Συνάφεια αγκύρωσης χάλυβα οπλισμού 1.7 2.2 Χάλυβας (γ S) 1.15 1.15 Σημείωση: Η τιμή γ Μ για το σκυρόδεμα πλήρωσης πρέπει να λαμβάνεται όπως εκείνη που αντιστοιχεί στην κατηγορία ελέγχου παραγωγής των λιθοσωμάτων στην περιοχή που θα χρησιμοποιηθεί το σκυρόδεμα πλήρωσης. ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Στο ΕΚΕ του EC 6 δεν αναφέρονται κριτήρια για τον προσδιορισμό τόσο της κατηγορίας εκτέλεσης έργου (κατηγορία κατασκευής), όσο και της κατηγορίας ε- λέγχου της εργοστασιακής παραγωγής των λιθοσωμάτων. Παρόλα αυτά, ορίζεται ότι οι επιμέρους συντελεστές ασφαλείας για την τοιχοποιία θα λαμβάνονται, ακόμη και αν πρόκειται για σχεδιασμό σε σεισμικές συνθήκες, ίσες με αυτές του Πίνακα 2.3 του EC 6, δηλαδή από τον παραπάνω Πίνακα 6.2. Σε σεισμικές συνθήκες όμως, οι τιμές των επιμέρους συντελεστών ασφαλείας για την τοιχοποιία γ Μ μειώνονται. Οι συνιστώμενες τιμές ορίζονται στον Πίνακα 6.3. Ο επιμέρους συντελεστής ασφαλείας για το χάλυβα οπλισμού πρέπει να λαμβάνεται γ s = 1.0. Πίνακας 6.3. Επιμέρους συντελεστές ασφαλείας για την αντοχή της τοιχοποιίας γ Μ σε σεισμικές συνθήκες (EC 8). γ m Κατηγορία ελέγχου παραγωγής των λιθοσωμάτων Βλέπε ανωτέρω Σχόλιο Κατηγορία εκτέλεσης έργου Α Β C I 1.2 1.5 II 1.5 1.8 ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Είναι σαφές ότι, αν προσδιοριστεί το επίπεδο ασφαλείας της κατασκευής έναντι σεισμών, ο προσδιορισμός της σεισμικής δράσης σχεδιασμού και της αντοχής σχεδιασμού γίνεται μια αλληλένδετη διαδικασία. Η φιλοσοφία του

122 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ προσδιορισμού των επιμέρους και ολικών συντελεστών ασφαλείας που χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό των R d και οι συντελεστές δομικής συμπεριφοράς που χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό των E d πρέπει να είναι συμβατοί, διαφορετικά ο έλεγχος σύμφωνα με την Εξίσωση (6.1) θα οδηγήσει σε λάθος συμπεράσματα. Για να υπολογιστούν οι ακριβείς τιμές των παραμέτρων που εμφανίζονται και στα δύο μέρη της Εξίσωσης (6.1), πρέπει να είναι γνωστά ρεαλιστικά δεδομένα για τη σεισμική συμπεριφορά της υπόψη κατασκευής και της αναμενόμενης σεισμικής κίνησης. Αφού θεωρούνται οριακές καταστάσεις της δομικής συμπεριφοράς, πρέπει να αναπτύσσονται μαθηματικά με βάση τις πειραματικές επαληθεύσεις των θεωρητικών υποθέσεων που λαμβάνουν υπόψη τα χαρακτηριστικά της πραγματικής σεισμικής συμπεριφοράς των κατασκευών. 6.3 Σεισμική δράση σχεδιασμού Για τον προσδιορισμό των σεισμικών δράσεων σχεδιασμού, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η παρουσία όλων των φορτίων βαρύτητας (με άλλα λόγια των μαζών που εισάγουν τις σεισμικές δυνάμεις) με τον εξής συνδυασμό: W = Σ G kj + Σψ Ei Q ki (6.3) όπου ψ Ei = φ ψ 2i (6.4) και οι τιμές τού φ δίνονται στον Πίνακα 6.4. Πίνακας 6.4. Τιμές του φ για τον υπολογισμό του ψ Εi (ΕC 8). Είδος μεταβλητής δράσης Κατοικίες, γραφεία, συγκέντρωση πληθυσμού Κατοικίες, γραφεία, συγκέντρωση πληθυσμού Καταστήματα, αποθήκες, χώροι στάθμευσης Χρήση Θέση φ Όροφοι με ανεξάρτητη χρήση Μερικοί όροφοι έχουν συνδυασμένη χρήση Τελευταίος όροφος: Άλλοι όροφοι: Τελευταίος όροφος: Συνδυασμένες χρήσεις: Άλλοι όροφοι: 1.0 0.5 1.0 0.8 0.5 1.0

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 123 Στο εδάφιο 3.5.2 του ΕΑΚ αναφέρεται ότι στον υπολογισμό της τέμνουσας βάσης συμμετέχει η συνολική ταλαντούμενη μάζα της κατασκευής. Επειδή ο σεισμός είναι τυχηματική δράση, κατά το εδάφιο 4.1.2.1 πρέπει τα εντατικά μεγέθη να συνδυάζονται σύμφωνα με την εξίσωση: S d = G k + P ± E + ψ 2Q k, i (ΕΑΚ, Εξ. 4.1) όπου: G k από μόνιμες δράσεις με τη χαρακτηριστική τους τιμή, P από προένταση μετά τις χρόνιες απώλειες, E από το σεισμό σχεδιασμού, Q k,ι από τη χαρακτηριστική τιμή της μεταβλητής δράσης i και ψ 2 είναι η τιμή του συντελεστή συνδυασμού για μακροχρόνιες («οιονεί μόνιμες») μεταβλητές δράσεις. Οι τιμές του ψ 2 δίδονται στον επόμενο πίνακα: ΕΑΚ Πίνακας 4.1 ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Α/Α Φορτία Χρήσης ψ 2 1 1.1 Κατοικίες, γραφεία, καταστήματα, ξενοδοχεία, νοσοκομεία 0.3 1.2 Χώροι συχνής συνάθροισης προσώπων (σχολεία, θέατρα, στάδια, κλπ.) 0.5 1.3 Χώροι στάθμευσης 0.6 1.4 Χώροι μακροχρόνιας αποθήκευσης (βιβλιοθήκες, αρχεία, αποθήκες, δεξαμενές, σιλό, υδατόπυργοι, κλπ.) 1.5 Μη βατές στέγες 0.0 2 Άνεμος 0.0 3 Χιόνι (μόνο σε μη βατές στέγες) 0.3 0.8 6.3.1 Σεισμική δράση και φάσμα απόκρισης σχεδιασμού Η σεισμική δράση μπορεί να αποδοθεί με διάφορους τρόπους, όπως εδαφική επιτάχυνση ή εν χρόνω (time-history) ταχύτητα (καταγεγραμμένη ή τεχνητή), φάσμα ενέργειας και φάσμα απόκρισης. Η μορφή της σεισμικής δράσης που θα χρησιμοποιηθεί στον αντισεισμικό έλεγχο εξαρτάται από τη σπουδαιότητα και την πολυπλοκότητα της υπόψη κατασκευής. Σε μερικές περιπτώσεις μπορεί να συνυπολογιστούν ακόμη και τρισδιάστατα χαρακτηριστικά της εδαφικής κίνησης. Όμως, λαμβάνοντας υπόψη την κανονικότητα των κτηρίων από τοιχοποιία, η προσομοίωση της εδαφικής κίνησης με το φάσμα απόκρισης, όπως περιγράφηκε στην Ενότητα 2.2.5, θα δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα για τις περισσότερες περιπτώσεις των κατασκευών από τοιχοποιία.

124 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Η εδαφική επιτάχυνση ή η εν χρόνω ταχύτητα αντιπροσωπεύουν μια απευθείας έκφραση της σεισμικής δράσης, η οποία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της απόκρισης και, άρα, των αποτελεσμάτων της δράσης. Το φάσμα απόκρισης όμως ήδη προϋποθέτει τον υπολογισμό της απόκρισης. Στην περίπτωση όπου τα σεισμικά φορτία σχεδιασμού προσδιορίζονται με βάση το φάσμα απόκρισης, απαιτείται μόνον ο υπολογισμός των αποτελεσμάτων των δράσεων. Οι παρατηρήσεις των σεισμικών βλαβών και οι επακόλουθες πειραματικές και αναλυτικές προσομοιώσεις της σεισμικής συμπεριφοράς δείχνουν ότι τα περισσότερα δομικά συστήματα αντέχουν επίσης σε σεισμικά φορτία και στη μη γραμμική περιοχή. Για το λόγο αυτόν, δεν είναι αναγκαίο να σχεδιάζουμε για ελαστικές δυνάμεις. Όμως, στη διάρκεια ενός ισχυρού σεισμού η περίοδος ταλάντωσης της κατασκευής, Τ, δεν είναι πλέον σταθερή. Όπως αποδείχθηκε από πειράματα, όταν η κατασκευή αναπτύξει βλάβες και εισέλθει στη μη γραμμική περιοχή, η δυσκαμψία και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειάς της αλλάζουν σημαντικά κατά τη διάρκεια της ταλάντωσης [4-7]. Στο Σχ. 6.1 φαίνονται τυπικές αλλαγές που παρουσιάζονται ως συνάρτηση της διάρκειας της σεισμικής διέγερσης. Σχ. 6.1. Αλλαγές σε (α) πλευρική δυσκαμψία και (β) απορρόφηση ενέργειας ενός προσομοιώματος κτηρίου από τοιχοποιία κατά την απόκριση σε ισχυρή σεισμική εδαφική κίνηση. Ως αποτέλεσμα αυτών των αλλαγών, η απόκριση επίσης αλλάζει. Τυπικά αποτελέσματα από ελέγχους προσομοιωμάτων κτηρίων από τοιχοποιία σε σεισμική τράπεζα παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.5, όπου οι τιμές του συντελεστή δυναμικής μεγέθυνσης, προσδιορισμένου ως λόγου της μέγιστης μετρηθείσας επιτάχυνσης του προσομοιώματος α m,max προς τη μέγιστη εδαφική επιτάχυνση α g,max, δίνεται σε χαρακτηριστικές οριακές περιπτώσεις. Όπως μπορείτε να δείτε, ο συντελεστής δυναμικής ενίσχυσης μειώνεται με την αύξηση της έντασης της κίνησης και έτσι οδηγεί σε δομικές βλάβες.

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 125 Πίνακας 6.5. Τυπικές αλλαγές στη δυναμική ενίσχυση με την αυξανόμενη ένταση της δόνησης [5,7]. Προσομοίωμα Μ1 α m,max/α g,max Προσομοίωμα Μ2 α m,max/α g,max Προσομοίωμα Μ3 α m,max/α g,max Ελαστικό όριο 4.72 1.53 2.53 Μέγιστη αντοχή 0.92 1.07 1.99 Όριο αστοχίας 0.92 0.74 0.64 Σημείωση: Προσομοίωμα Μ1 = απλής, Μ2 = οπλισμένης, Μ3 = περισφιγμένης τοιχοποιίας Η απευθείας δυναμική μη γραμμική ανάλυση, η οποία λαμβάνει υπόψη της τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας, είναι ο μόνος τρόπος για να εξαχθούν ακριβείς πληροφορίες σχετικές με την πραγματική συμπεριφορά μιας κατασκευής από τοιχοποιία, η οποία υπόκειται σε σεισμικά φορτία. Όμως, για να αποφευχθεί η πολύπλοκη άμεση μη γραμμική δυναμική ανάλυση, η μη γραμμική συμπεριφορά και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας της κατασκευής λαμβάνονται υπόψη πραγματοποιώντας απλές γραμμικές ελαστικές α- ναλύσεις, αλλά θεωρώντας ένα μειωμένο φάσμα απόκρισης το οποίο λέγεται φάσμα σχεδιασμού και παράγεται με την εισαγωγή του συντελεστή συμπεριφοράς q, δηλαδή του συντελεστή μείωσης της δύναμης (βλ. Ενότητα 6.3.5). Το φάσμα σχεδιασμού S d (T), οι τεταγμένες του οποίου είναι ανηγμένες στην επιτάχυνση της βαρύτητας g = 9.81 ms -2, προσδιορίζεται με τον ίδιο τρόπο ό- πως το ελαστικό φάσμα απόκρισης (βλ. Ενότητα 2.5.5): Αν 0 Τ Τ Β : S D (T) = α S 1 + T T B η β ο q 1, (6.5α) Αν Τ Β < Τ Τ C : S D (T) = α S β ο q, (6.5β) Τ C Αν Τ C < Τ Τ D : S D (T) = α S η β ο q Τ kd1, (6.5γ) Τ C Αν Τ D < Τ: S D (T) = α S η β ο q Τ kd1 Τ D Τ kd2, (6.5δ)

126 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ όπου: S d (T) = η τεταγμένη του φάσματος απόκρισης σχεδιασμού, διαιρεμένη με g, Τ = η περίοδος ταλάντωσης ενός γραμμικού μονοβάθμιου συστήματος, α = ο λόγος της επιτάχυνσης σχεδιασμού του εδάφους α g προς την επιτάχυνση της βαρύτητας g = 9.81 ms -2 (α = α g /g), q = ο δείκτης συμπεριφοράς (βλ. Ενότητα 6.2.3), S = η παράμετρος του εδάφους με τιμή αναφοράς 1.0 για υπέδαφος κατηγορίας Α, η = ο συντελεστής διόρθωσης της απόσβεσης με τιμή αναφοράς 1.0 για ιξώδη απόσβεση 5%. β ο = η μέγιστη κανονικοποιημένη φασματική τιμή θεωρούμενη σταθερή μεταξύ Τ Β και Τ C (β ο = 2.5) k d1 = 2/3, k d2 = 5/3 = εκθέτες που επηρεάζουν το σχήμα του ελαστικού φάσματος απόκρισης Αν η περίοδος ταλάντωσης Τ της κατασκευής είναι μεγαλύτερη από Τ C, η τιμή του φάσματος σχεδιασμού S d (T) δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 0.20 α. ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Κατά τον ΕΑΚ, οι οριζόντιες συνιστώσες των σεισμικών κινήσεων του εδάφους καθορίζονται με το επόμενο ελαστικό φάσμα επιτάχυνσης Φ e (T), που αντιστοιχεί σε φάσμα σχεδιασμού αντίστοιχο αυτού του Σχ. 2.10 με το Τ 1 να ταυτίζεται με το Τ Β και το Τ 2 να ταυτίζεται με το Τ C αλλά χωρίς την ύπαρξη της χαρακτηριστικής τιμής Τ D : T ( T ) = γ A 1 + ( η β ) 0 T < T1 : Φe I o 1 T1 T T T : Φ 1 2 e ( T ) ( T ) = γia η θ βo T2 < T : Φe = γ IA η θ β o T2 T

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 127 όπου: A = η σεισμική επιτάχυνση του εδάφους, γ Ι = συντελεστής σπουδαιότητας του κτηρίου, η = ο διορθωτικός συντελεστής για ποσοστό κρίσιμης απόσβεσης διάφορο του 5%, θ = ο συντελεστής επιρροής της θεμελίωσης, Τ 1, Τ 2 = χαρακτηριστικές περίοδοι του φάσματος που εξαρτώνται από την κατηγορία εδάφους και β ο = 2.5, συντελεστής φασματικής ενίσχυσης. Ο συντελεστής επιρροής της θεμελίωσης δίνεται στον επόμενο πίνακα: 1α. 1β. 1γ. 2α. 2β. 2γ. ΕΑΚ Πίνακας 2.7 Προϋποθέσεις ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Το κτήριο διαθέτει ένα υπόγειο Η θεμελίωση του κτηρίου είναι γενική κοιτόστρωση Η θεμελίωση του κτηρίου είναι με πασσάλους που φέρουν δοκούς σύνδεσης στην κεφαλή Το κτήριο διαθέτει δύο τουλάχιστον υπόγεια Το κτήριο διαθέτει ένα τουλάχιστον υπόγειο και η θεμελίωση είναι γενική κοιτόστρωση Η θεμελίωση του κτηρίου είναι με πασσάλους που συνδέονται με ενιαίο κεφαλόδεσμο (όχι αναγκαστικά ενιαίου πάχους) Παρατήρηση: Υπόγειος θεωρείται ένας όροφος όταν έχει περιμετρικά τοιχώματα έτσι ώστε οι συνδεόμενες πλάκες να είναι πρακτικά αμετάθετες. 0.90 0.80 6.3.2 Τέμνουσα βάσης σχεδιασμού Η επόμενη εξίσωση προσδιορίζει την τιμή σχεδιασμού της τέμνουσας βάσης F bd : F bd = S d (T) W (6.6) όπου: S d (T) = η τεταγμένη του φάσματος απόκρισης σχεδιασμού, όπως προσδιορίζεται από τις Εξ. (6.5), W = το βάρος του υπέρ το έδαφος μέρους του κτηρίου, όπως προσδιορίζεται σε συμφωνία με την Εξ. (6.3).

128 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Κατά το Εδάφιο 3.5.2 του ΕΑΚ η τέμνουσα βάσης υπολογίζεται από τη σχέση V o = M Φ όπου: Μ = η συνολική ταλαντούμενη μάζα της κατασκευής Φ d (Τ) = η τιμή της φασματικής επιτάχυνσης σχεδιασμού, όπως προκύπτει από την εφαρμογή του εδαφίου 2.3.1 του ΕΑΚ Τ = η θεμελιώδης ασύζευκτη ιδιοπερίοδος μεταφορικής ταλάντωσης κατά τη θεωρούμενη κύρια διεύθυνση του κτηρίου, η οποία υπολογίζεται με οποιαδήποτε αναγνωρισμένη μέθοδο της Μηχανικής. Στο ίδιο Εδάφιο προτείνεται και μια εμπειρική σχέση για τον υπολογισμό της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου στην περίπτωση ορθογωνικών κατόψεων. d ( T) Πολύ συχνά, η τιμή σχεδιασμού της τέμνουσας βάσης προσδιορίζεται με μια αδιάστατη μορφή ως «συντελεστής τέμνουσας βάσης σχεδιασμού», ο οποίος είναι ο λόγος της τέμνουσας βάσης προς το βάρος του κτηρίου πάνω από την κρίσιμη τομή. Σε αυτή την ειδική περίπτωση, ο συντελεστής τέμνουσας βάσης σχεδιασμού προσδιορίζεται απλώς από την τεταγμένη του ανηγμένου (κανονικοποιημένου) φάσματος απόκρισης σχεδιασμού: BSC d = F bd /W = S d (T) (6.7) Λαμβάνοντας υπόψη τις συνιστώμενες τιμές των δεικτών συμπεριφοράς και υποθέτοντας την παράμετρο του εδάφους S = 1.0 (κανονικές εδαφικές συνθήκες), το συντελεστή διόρθωσης της απόσβεσης η = 1.0 (για ιξώδη απόσβεση 5%) και σταθερή τη μέγιστη φασματική τιμή β ο = 2.5 (φυσική περίοδος ταλάντωσης μεταξύ 0.1 s και 0.4 s), η οποία είναι η φυσιολογική περίπτωση για τα κτήρια από τοιχοποιία, μπορεί να υπολογιστεί η τιμή του συντελεστή τέμνουσας βάσης σχεδιασμού BSC d για τα διαφορετικά συστήματα κατασκευών από τοιχοποιία που μπορούν να αναγερθούν σε διάφορες σεισμικές ζώνες. Αυτές οι τιμές δίνονται στον Πίνακα 6.6. Πίνακας 6.6. Τιμές σχεδιασμού του συντελεστή τέμνουσας βάσης BSC d (EC 8). Σεισμική ζώνη (MSK) VII VIII IX Εδαφική επιτάχυνση σχεδιασμού 0.1g 0.2g 0.4g Άοπλη τοιχοποιία: q = 1.5 0.17 0.33 0.67 Περισφιγμένη τοιχοποιία: q = 2.0 0.125 0.25 0.50 Οπλισμένη τοιχοποιία: q = 2.5 0.10 0.20 0.40

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 129 Στον EC 8, οι τιμές των δεικτών συμπεριφοράς καθώς και οι παράμετροι που προσδιορίζουν το σχήμα του ανηγμένου ελαστικού φάσματος απόκρισης δίνονται ενδεικτικά. Όμως, δεν δίνονται υποδείξεις σχετικές με τις τιμές των επιταχύνσεων σχεδιασμού του εδάφους. Η τιμή της επιτάχυνσης σχεδιασμού του εδάφους α g, η οποία είναι ένα μέγεθος της έντασης του σεισμού, αντιστοιχεί σε ένα σεισμό αναφοράς με περίοδο επανάληψης τα 475 χρόνια. Η πιθανότητα να συμβεί ένας τέτοιος σεισμός στη διάρκεια της 100ετούς διάρκειας ζωής ενός μέσου κτηρίου με συντελεστή σπουδαιότητας γ Ι = 1.0 είναι 19%. Αν χρησιμοποιηθούν οι τιμές που συνιστώνται στις κλίμακες σεισμικής έντασης, οι προκύπτουσες τιμές του BSC d για τις κατασκευές από τοιχοποιία είναι σχετικά υψηλές. Πράγματι, είναι μέχρι 100% μεγαλύτερες από αυτές που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο οριακής αστοχίας, σύμφωνα με τους περισσότερους ισχύοντες κανονισμούς. ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ Όπως έχει ήδη αναφερθεί, στο Εδάφιο 2.2.3 στον ΕΑΚ προσδιορίζονται οι εδαφικές επιταχύνσεις σχεδιασμού με πιθανότητα υπέρβασης 10% στα 50 χρόνια. 6.3.3 Κατανομή της τέμνουσας βάσης σχεδιασμού H τέμνουσα βάσης σχεδιασμού, δηλαδή η μέγιστη τιμή των συνιστωσών σεισμικών δυνάμεων που αναπτύσσονται καθύψος του κτηρίου όταν αυτό υπόκειται σε σεισμούς αναμενόμενης έντασης, υπολογίζεται από την Εξ. (6.6). Όμως, για να υπολογιστούν οι σεισμικές δράσεις σχεδιασμού Α Ed, δηλαδή εσωτερικές δυνάμεις όπως καμπτικές ροπές, αξονικές και διατμητικές δυνάμεις σε ξεχωριστά δομικά μέλη, η τέμνουσα βάσης σχεδιασμού πρέπει να κατανεμηθεί καθύψος του κτηρίου. Λαμβάνοντας υπόψη την κανονικότητα των τυπικών κατασκευών από τοιχοποιία, μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι οριζόντιες δυνάμεις που αναπτύσσονται στο κτήριο κατά τη διάρκεια ενός σεισμού κατανέμονται καθύψος ανάλογα με το σχήμα της πρώτης ιδιομορφής της ταλάντωσης (Σχ. 6.2α). F id = F s iw i bd Σs j W, (6.8) j όπου: F id = η οριζόντια δύναμη σχεδιασμού που δρα στον i όροφο, s i, s j = οι παραμορφώσεις των μαζών m i, m j στην πρώτη ιδιομορφή, W i, W j = το βάρος των μαζών m i, m j, υπολογισμένο σύμφωνα με την Εξ. (6.3).

130 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Σχ. 6.2 Κατανομή της τέμνουσας βάσης καθύψος του κτηρίου. Κατά το Εδάφιο 3.5.2 του ΕΑΚ: Η καθύψος κατανομή των σεισμικών φορτίων γίνεται σύμφωνα με τη σχέση: F m φ i i ( Vo VH ) i, j 1, 2,... N m i φ j i = = όπου: m i είναι η συγκεντρωμένη μάζα στη στάθμη i, φ i είναι η συνιστώσα στη στάθμη i της θεμελιώδους ιδιομορφής της μεταφορικής ταλάντωσης κατά τη θεωρούμενη κύρια διεύθυνση του κτηρίου, η οποία υπολογίζεται με οποιαδήποτε αναγνωρισμένη μέθοδο της Μηχανικής, V H = 0.07 T V o ( 0.25 V ) o ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ είναι μια πρόσθετη δύναμη που εφαρμόζεται στην κορυφή του κτηρίου όταν T 1.0 sec και N ο αριθμός των ορόφων. Με την πρόσθετη δύναμη V H, επιδιώκεται να καλυφθεί η αυξημένη τέμνουσα δύναμη που εμφανίζεται στους τελευταίους ορόφους των εύκαμπτων κτηρίων. Με τη σχέση αυτή επιτυγχάνεται ακριβέστερη καθύψος κατανομή των σεισμικών φορτίων σε κάθε περίπτωση. Ο υπολογισμός μπορεί να απλουστευθεί περαιτέρω αν υποτεθεί ανάστροφη τριγωνική κατανομή των πλευρικών μετακινήσεων καθύψος του κτηρίου (Σχ. 6.2β): F id = F bd z iw i Σz j W j (6.9)

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 131 όπου: z i, z j = τα ύψη των μαζών m i, m j πάνω από τη στάθμη εφαρμογής των σεισμικών φορτίων. Κατά το Εδάφιο 3.5.2 του ΕΑΚ: Σε κανονικά κτήρια επιτρέπεται η καθύψος κατανομή των σεισμικών φορτίων να γίνεται σύμφωνα με τη σχέση: F = m z i i ( Vo VH ) i, j 1, 2,... N m i z j i = ÅËËÇÍÉÊÏÉ ÊÁÍÏÍÉÓÌÏÉ όπου z i η απόσταση της στάθμης i από τη βάση. Η κατανομή των σεισμικών φορτίων σύμφωνα με την ανωτέρω σχέση επιτρέπεται να εφαρμόζεται επίσης στις παρακάτω περιπτώσεις: α) Μη κανονικά κτήρια σπουδαιότητας Σ1, Σ2 και Σ3 μέχρι δύο ορόφους σε οποιαδήποτε ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας. β) Μη κανονικά κτήρια σπουδαιότητας Σ1 και Σ2 μέχρι τρεις ορόφους στις ζώνες σεισμικής επικινδυνότητας Ι, ΙΙ και ΙΙΙ. γ) Μη κανονικά κτήρια σπουδαιότητας Σ1 και Σ2 μέχρι τέσσερις ορόφους στις ζώνες σεισμικής επικινδυνότητας Ι και ΙΙ. Αυτή η προσεγγιστική σχέση είναι κατάλληλη για κανονικά μικτά συστήματα, στα οποία η θεμελιώδης ιδιομορφή ταλάντωσης λαμβάνεται ευθύγραμμη (τριγωνική κατανομή). 6.3.4 Δείκτης συμπεριφοράς Αν και η τοιχοποιία θεωρείται ψαθυρό δομικό υλικό, τα πειράματα και οι αναλύσεις των σεισμικών βλαβών δείχνουν ότι ακόμη και τα κτήρια από άοπλη τοιχοποιία έχουν μια σχετικά υψηλή ικανότητα απορρόφησης ενέργειας, η ο- ποία κάνει δυνατή τη μείωση των ελαστικών σεισμικών δυνάμεων. Με ποσοτικό και απλοποιημένο τρόπο, ο πολύ γνωστός ορισμός του δείκτη συμπεριφοράς q (δείκτης μείωσης της δύναμης) εξηγείται στο Σχ. 6.3, όπου η περιβάλλουσα της σεισμικής απόκρισης μιας πραγματικής κατασκευής που εξιδανικεύεται ως μια γραμμική ελαστική-πλήρως πλαστική περιβάλλουσα, συγκρίνεται με την απόκριση μιας πλήρως ελαστικής κατασκευής με την ίδια αρχική ελαστική δυσκαμψία. Ως αποτέλεσμα της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας της πραγματικής κατασκευής, η οποία εκφράζεται με το συνολικό δείκτη πλαστιμότητας μ u = d u /d e, συνήθως δεν υπάρχει ανάγκη να σχεδιαστεί η κατασκευή για αντοχή,

132 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ δηλαδή για το αναμενόμενο ελαστικό σεισμικό φορτίο H e. Η κατασκευή πρέπει να σχεδιαστεί για το οριακό φορτίο H du. Ο λόγος των δύο ονομάζεται δείκτης συμπεριφοράς q = Η e /H du. Ο λόγος της πλεονάζουσας αντοχής, που ονομάζεται υπεραντοχή γ ο = H max /H du, όπου H max είναι η πραγματική μέγιστη αντίσταση της κατασκευής, έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της τιμής του δείκτη συμπεριφοράς q = γ ο q. Σχ. 6.3. Ορισμός του δείκτη συμπεριφοράς. Οι ακόλουθες τιμές του δείκτη συμπεριφοράς συνιστώνται για χρήση στον αντισεισμικό έλεγχο των κτηρίων από τοιχοποιία: Για άοπλη τοιχοποιία: q = 1.5, Για περισφιγμένη τοιχοποιία: q = 2.0 και Για οπλισμένη τοιχοποιία q = 2.5. Για να επιτευχθεί η υποτεθείσα ικανότητα απορρόφησης ενέργειας, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό της κατασκευής ειδικές απαιτήσεις για τη βασική δομική διαμόρφωση και λεπτομέρειες όπως η ποιότητα των υλικών, η κατανομή των φερόντων τοίχων, τα συνδεόμενα μέλη και οι οπλισμοί. Ειδικοί κανόνες για τα κτήρια από τοιχοποιία, που δίνονται στον ΕC 8, ορίζουν τις ελάχιστες απαιτήσεις που χρειάζονται για να επιτευχθούν οι ανωτέρω τιμές του δείκτη συμπεριφοράς, στην περίπτωση των κτηρίων από τοιχοποιία. Δεν υπάρχουν πολλές πειραματικές μαρτυρίες για την επιβεβαίωση των συνιστώμενων δεικτών συμπεριφοράς. Έγινε μια προσπάθεια για την επιβεβαίωση των τιμών του δείκτη q που συνιστώνται από τον EC 8, με βάση τα πειραματικά

6 Έλεγχοι οριακής κατάστασης αντισεισμικής αντοχής τοιχοποιίας 133 Σχ. 6.4 Για την εκτίμηση του δείκτη συμπεριφοράς q χρησιμοποιούνται πειράματα σεισμικής τράπεζας. δεδομένα από πειράματα σεισμικής τράπεζας προσομοιωμάτων δύο τριώροφων κτηρίων άοπλης τοιχοποιίας (Μ1) και οπλισμένης τοιχοποιίας (Μ2), πανομοιότυπης δομικής διαμόρφωσης [4] και ενός προσομοιώματος τριώροφου κτηρίου περισφιγμένης τοιχοποιίας (Μ3). Αφού η ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς των ελεγχομένων προσομοιωμάτων έδειξε ότι κυριαρχεί η πρώτη ιδιομορφή ταλάντωσης και ο μηχανισμός ορόφου, ο οποίος προσδιορίζει τον τρόπο αστοχίας, χρησιμοποιήθηκε η συνολική συμπεριφορά των προσομοιωμάτων για να υπολογιστούν οι δείκτες q, σύμφωνα με τον ορισμό που εξηγείται στο Σχ. 6.3. Για να συγκριθεί η ελαστική και η μη γραμμική συμπεριφορά των ελεγχθέντων προσομοιωμάτων, υπολογίστηκαν οι αποκρίσεις των υποθετικών προσομοιωμάτων με ελαστικά χαρακτηριστικά δυσκαμψίας στις μέγιστες επιταχύνσεις της σεισμικής τράπεζας, στις οποίες άντεξαν τα προσομοιώματα. Ως αποτέλεσμα της σύγκρισης, οι τιμές του λόγου H e /H max λήφθηκαν ίσες με 3.74, 2.69 και 2.84 για τα προσομοιώματα των κτηρίων από οπλισμένη, περισφιγμένη και άοπλη τοιχοποιία αντίστοιχα. Οι πειραματικές τιμές επιβεβαίωσαν τη γενική ισχύ των τιμών για το q που συνιστά ο EC 8, δείχνοντας συγχρόνως ένα ενδεχόμενο πλεόνασμα. Αν είχαν ληφθεί υπόψη οι απαιτήσεις του EC 8 στο σχεδιασμό των πρωτοτύπων κτηρίων (τα οποία πράγματι σχεδιάστηκαν με μια ελαστική μέθοδο σχεδιασμού), η αντίσταση σχεδιασμού H du των προσομοιωμάτων των κτηρίων, τα

134 ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ οποία ελέγχθηκαν θα ήταν μικρότερη από εκείνη που επιτεύχθηκε πειραματικά. Συνεπώς, θα είχε παρατηρηθεί μια σημαντική εφεδρεία αντοχής (υπεραντοχή) η οποία θα αύξανε περισσότερο τις παρατηρηθείσες τιμές του δείκτη q. Όπως αποδείχθηκε από αυτά τα πειράματα, οι συνιστώμενες τιμές αντανακλούν επαρκώς τις δεδομένες διαφορές στη συμπεριφορά των διαφορετικών τύπων κατασκευής της τοιχοποιίας. Όμως, φαίνεται ότι οι κατασκευές από τοιχοποιία, ανεξαρτήτως τύπου, έχουν μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας από αυτή που αποδίδεται από τις συνιστώμενες τιμές του δείκτη συμπεριφοράς q. Αυτός μπορεί να είναι και ο κύριος λόγος που κτήρια από τοιχοποιία, σχεδιασμένα για μικρές τιμές του BSC d από παλαιότερους αντισεισμικούς κανονισμούς, αντέχουν στους σεισμούς. Όμως, απαιτείται περαιτέρω πειραματική και αναλυτική έρευνα για να επιβεβαιώσει αυτές τις παρατηρήσεις. 6.4 Βιβλιογραφικές αναφορές [1] Eurocode 6: Design of masonry structures, Part 1-1: General rules for buildings. Rules for reinforced and unreinforced masonry. ENV 1996-1-1: 1995 (CEN, Brussels, 1995). [2] Eurocode 8: Design provisions for earthquake resistance of structures, Part 1-1: General rules and rules for buildings Seismic actions and general requirements for structures. ENV 1998-1-1: 1995 (CEN, Brussels, 1995). [3] Eurocode 1: Basis of design and actions on structures, Part 1: Basis of design. ENV 1991-1: 1994 (CEN, Brussels, 1994). [4] D. Benedetti και G. M. Benzoni. A numerical model for seismic analysis of masonry buildings. Earthquake Engrg. Struct. Dynamics, 12 (12) (John Wiley & Sons, Chichester, 1984), pp. 817-831. [5] M. Tomaževič, P. Weiss, T. Velechovsky, C. Modena. Seismic behavior of masonry buildings. Shaking-table study of masonry building models with different structural configuration summary report. Report ZRMK/PI- 90/04 (Institute for Testing and Research in Materials and Structures, Ljubjana, 1990). [6] M. Tomaževič και P. Weiss. Seismic behavior of plain- and reinforcedmasonry buildings. J. Struct. Engrg., 120 (2) (ASCE, New York, 1994) pp. 323-338. [7] M. Tomaževič και I. Klemenc. Verification of seismic resistance of confined masonry buildings. Earthquake Engrg. Struct. Dynamics (John Wiley & Sons, Chichester, 1997), pp. 1073-1088.