Ενίσχυση με χαλύβδινα στοιχεία κτιρίων με ιστούς τηλεπικοινωνιών Strengthening of buildings with telecommunication masts using steel elements

3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1798 Ενίσχυση με χαλύβδινα στοιχεία κτιρίων με ιστούς τηλεπικοινωνιών Strengthening of buildings with telecommunication masts using steel elements Ιωάννης ΒΑΓΙΑΣ 1, Μαρία Ελένη ΔΑΣΙΟΥ 2, Μαριλένα ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΙΟΥ 3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος της ΓΓΕΤ «Αποτίμηση, ιεράρχηση και μείωση του σεισμικού κινδύνου του Εθνικού τηλεπικοινωνιακού δικτύου» μελετάται η σεισμική αποτίμηση κτιρίων του ΟΤΕ φέροντα ιστούς τηλεπικοινωνιών. Τα ανωτέρω κτίρια εντάσσονται σε υψηλή κατηγορία σπουδαιότητας, καθώς η λειτουργία τους μετά από ενδεχόμενο σεισμό είναι ζωτικής σημασίας. Το δίκτυο του ΟΤΕ περιλαμβάνει περί τα 150 κτίρια με ιστούς τηλεπικοινωνιών στο δώμα, η συντριπτική πλειονότητα των οποίων έχει μελετηθεί με τον Αντισεισμικό Κανονισμό του 1959. Σε πρώτο στάδιο μελετάται η σεισμική τρωτότητα των ανωτέρω κτιρίων, σύμφωνα με τις διατάξεις σύγχρονων κανονισμών, όπως των αμερικάνικων κατά FEMA, των ευρωπαϊκών κατά Ευρωκώδικα 8 και των ελληνικών κατά ΚΑΝΕΠΕ. Παρουσιάζονται συνοπτικά αποτελέσματα των ανωτέρω μεθόδων αποτίμησης για ένα συγκεκριμένο κτίριο του ΟΤΕ. Παράλληλα, πραγματοποιείται παραμετρική ανάλυση για την εξέταση της επιρροής των ιστών, ανάλογα με τη δυσκαμψία τους, στη σεισμική συμπεριφορά των κτιρίων. Στη συνέχεια, προτείνονται δύο εναλλακτικές μέθοδοι ενίσχυσης αποκατάστασης του κτιρίου, με χρήση χαλύβδινων κατακόρυφων συνδέσμων δυσκαμψίας. ABSTRACT : In the frame of a research program of the Greek General Secretariat of Research and Technology with the title Assessment, Ranking and Reduction of the Seismic Risk of the National Telecommunications Network, the vulnerability of the National Telecommunications Organization s (OTE) buildings carrying telecommunication masts is considered. The above buildings are of high class of importance, as they have to be fully operational after a strong seismic event. OTE operates approximately 150 buildings carrying masts, which have been mostly designed according to older seismic regulations. In a first step, the seismic vulnerability of the buildings is checked according to various regulations. The results of these evaluation methodologies are presented for a specific building. In addition, the influence of the masts to the seismic assessment of the buildings, according to their stiffness, is considered through parametrical analyses. In conclusion, two different methodologies for strengthening and repair of the building are presented, using steel concentric bracing systems. 1 Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: vastahl@central.ntua.gr 2 Υπ. Διδάκτωρ, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: medasiou@yahoo.com 3 Υπ. Διδάκτωρ, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, email: mpapage@central.ntua.gr

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Βασικό στοιχείο για την αξιοπιστία ενός Εθνικού δικτύου τηλεπικοινωνιών αποτελούν τα κτίρια του δικτύου, τα οποία στεγάζουν εξοπλισμό παντός είδους (ψηφιακά κέντρα, διάφορα μηχανήματα τηλεπικοινωνιών κλπ.) και καταστήματα υπηρεσιών, ενώ στο δώμα τους έχουν εγκαταστημένους ιστούς με πληθώρα κεραιών. Σύμφωνα με τους σύγχρονους Αντισεισμικούς Κανονισμούς, τα κτίρια αυτά κατατάσσονται στις κρίσιμες εγκαταστάσεις που πρέπει να λειτουργήσουν αμέσως μετά το σεισμό, και για το λόγο αυτό οι απαιτήσεις σεισμικής τους ασφάλειας είναι σημαντικά αυξημένες σε σχέση με τα συνήθη κτίρια. Τυχόν αστοχία τους, πέραν των επιπτώσεων που έχει στην αντιμετώπιση της έκτακτης ανάγκης, μπορεί να θέσει εκτός λειτουργίας τμήματα του δικτύου για μη αποδεκτά χρονικά διαστήματα. Το δίκτυο του ΟΤΕ περιλαμβάνει περί τα 150 κτίρια με ιστούς τηλεπικοινωνιών στο δώμα, η συντριπτική πλειονότητα των οποίων έχει μελετηθεί με τον Αντισεισμικό Κανονισμό του 1959, που ως γνωστό είναι εντελώς ανεπαρκής με βάση τις σημερινές γνώσεις και κριτήρια σεισμικής ασφάλειας. Πέραν τούτου, σε πολλά από τα κτίρια αυτά έχουν προστεθεί στο δώμα τους ιστοί με κεραίες διαφόρων μεγεθών και βαρών, χωρίς να ελεγχθεί η επίδρασή τους στη σεισμική ικανότητα του κτιρίου. Ο μεγάλος αριθμός των κτιρίων του δικτύου, η μη αποδεκτή με σημερινά κριτήρια σεισμική τους επάρκεια, η μεγάλη ποικιλία των δομικών τους χαρακτηριστικών, οι μεταγενέστερες προσθήκες και τέλος η διαφορετική συμβολή και σημασία του καθενός για την ομαλή λειτουργία του Εθνικού τηλεπικοινωνιακού δικτύου, καθιστά το πρόβλημα της σεισμικής ασφάλειας των επικοινωνιών στη χώρα μας εξαιρετικά πολύπλοκο. Σημειώνεται ότι επειδή οι προαναφερθέντες ιστοί αξιοποιούνται και από μέρος της κινητής τηλεφωνίας, τυχόν αστοχία τους θα έχει δυσμενείς επιπτώσεις και σε αυτή. Ένα αναγκαίο βήμα για την αντιμετώπιση του προβλήματος αποτελεί η αποτίμηση της τρωτότητας των κτιρίων του δικτύου, γεγονός που απαιτεί προσαρμογή υπαρχουσών μεθόδων στα υπάρχοντα δεδομένα και περαιτέρω ανάπτυξη ορισμένων από αυτές. Εν προκειμένω, στα πλαίσια ερευνητικού έργου της ΓΓΕΤ χρηματοδοτούμενου από το Γ ΚΠΣ, με συμμετοχή του ΟΤΕ, του ΕΜΠ (επιστ. υπεύθυνος Ι. Βάγιας) και του ΠΠ (επιστ. υπεύθυνος Σ. Αναγνωστόπουλος) έγινε προσεισμικός έλεγχος των κτιρίων του ΟΤΕ. ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΑΡΚΕΙΑΣ Σύμφωνα με τα ανωτέρω, και αφού προηγήθηκε ταχύς οπτικός έλεγχος (πρωτοβάθμιος έλεγχος) σε πλήθος κτιρίων, τα πλέον κρίσιμα από άποψη σεισμικού κινδύνου και επίπτωσης στη λειτουργία του δικτύου κτίρια υποβλήθηκαν σε αναλυτική αποτίμηση της σεισμικής τους συμπεριφοράς. Η αποτίμηση και αποκατάσταση υφισταμένων κτιρίων δεν καλύπτεται προς το παρόν από εθνικό κανονισμό. Έχει εκδοθεί όμως από τον ΟΑΣΠ ένα πρώτο σχέδιο κανονισμού (ΟΑΣΠ, 2005), το οποίο προτείνει μεθόδους αποτίμησης και επεμβάσεων. Το σχέδιο στηρίζεται κατά μεγάλο μέρος στις αντίστοιχες αμερικανικές συστάσεις FEMA (FEMA, 1997), κατάλληλα τροποποιημένες, ώστε να ανταποκρίνονται στις ελληνικές συνθήκες και τους ευρωπαϊκούς κανονισμούς. Για το σκοπό αυτό, η αποτίμηση των κτιρίων έγινε με βάση τις ανωτέρω προδιαγραφές, κυρίως δε τις αμερικανικές, οι οποίες σε ότι αφορά τους επιμέρους ελέγχους δίνουν πληρέστερους κανόνες εφαρμογής. 2

Η αναλυτική αποτίμηση βασίστηκε στα υπάρχοντα κατασκευαστικά σχέδια. Δεν έγιναν μετρήσεις για να ελεγχθεί η ποιότητα των δομικών υλικών, η θέση και το μέγεθος των οπλισμών κλπ., αλλά μόνο οπτικός έλεγχος της γεωμετρίας. Με βάση τα σχέδια, τα κτίρια προσομοιώθηκαν και αναλύθηκαν δυναμικά ως χωρικοί φορείς. Ο σεισμός σχεδιασμού ελήφθη σύμφωνα με τις προδιαγραφές του ΕΑΚ 2003 (ΟΑΣΠ, 2003) για συντελεστή σπουδαιότητας γ Ι = 1,30 και στάθμη επιτελεστικότητας «ασφάλεια ζωής» (LS). Οι μέθοδοι ανάλυσης, ως εφαρμόσθηκαν εν προκειμένω, παρουσιάζονται συνοπτικά στον Πίνακα 1. Προϋπόθεση εφαρμογής μη γραμμικής ανάλυσης είναι η επιτόπου έρευνα των ιδιοτήτων της κατασκευής, γεγονός που όπως αναφέρθηκε προηγουμένως δεν έγινε στο εν λόγω πρόγραμμα. Παρόλα αυτά, ορισμένα κτίρια αναλύθηκαν πιλοτικά με μη γραμμικές στατικές μεθόδους, για να διερευνηθεί η επίπτωση της μεθόδου στην τελική αξιολόγηση. Επίσης, για τον ίδιο λόγο εξετάσθηκαν διάφορες τιμές των συντελεστών ασφαλείας των αντιστάσεων γ και του συντελεστή κ. Στην ελαστική ανάλυση τα μεγέθη σύγκρισης είναι δρώσες δυνάμεις και ροπές υπό το σεισμό σχεδιασμού, οι οποίες συγκρίνονται με τα αντίστοιχα μεγέθη αντοχής (R d ). Στην ανελαστική στατική ανάλυση, τα μεγέθη σύγκρισης είναι μεγέθη έντασης και μεγέθη παραμόρφωσης (πλαστικές στροφές) στο σημείο επιτελεστικότητας. Τα τελευταία συγκρίνονται με αντίστοιχα οριακά μεγέθη, ως συνάρτηση του τύπου του στοιχείου (δοκός, υποστύλωμα), όσο και από τη διατεθειμένη περίσφιξη (συνδετήρες). Το σημείο επιτελεστικότητας προσδιορίζεται είτε με εφαρμογή ορισμένων συντελεστών στην ελαστική πλευρική παραμόρφωση, είτε ως σημείο τομής της καμπύλης της ωθητικής ανάλυσης με το φάσμα σχεδιασμού, κατάλληλα τροποποιημένο. Πίνακας 1. Μέθοδοι ανάλυσης για αποτίμηση σεισμικής συμπεριφοράς κτιρίων. Μέθοδος ανάλυσης Δυναμική ελαστική ανάλυση με q = 1 και επιμέρους συντελεστές συμπεριφοράς Δυναμική ελαστική ανάλυση με ολικό συντ. συμπ. q > 1 Ανελαστική στατική ανάλυση Παρατηρήσεις επί των συντελεστών Δράσεις ελεγχόμενες από παραμορφώσεις (Κάμψη και θλίψη) m κ R d S d με S d = G + 0, 30 Q ± E d S d Κριτήρια αποδοχής Δράσεις ελεγχόμενες από παραμορφώσεις (Διάτμηση) S d κ R με d S d = G + 0,30 Q ± C R με S d = G + 0, 30 Q ± E 1 E C C Προσδιορισμός σημείου επιτελεστικότητας με τρεις μεθόδους (μέθοδος ικανότητας φάσματος, Ν2 και μέθοδος κατά FEMA). Έλεγχος 2 3 Συντελεστές ασφαλείας αντιστάσεων γ c = 1,00 γ = 1,00 s γ = 1,00 ή 1,50 c γ = 1,00 ή 1,15 s γ c = 1,00 γ = 1,00 κ = συνάρτηση της ποιότητας κατασκευής και υλικών, της σημερινής κατάστασης των δομικών μελών και του επιπέδου γνώσης ( 0,75 για χαμηλό επίπεδο και 1,00 για υψηλό επίπεδο γνώσης.) m = συνάρτηση της ολκιμότητας (π.χ. επάρκεια περίσφιξης) με τιμές από 1,00 έως 2,00 για υποστυλώματα και 2,00 έως 3,00 για δοκούς. C 1, C 2, C 3 συντελεστές που λαμβάνουν υπόψη ανελαστικές μετατοπίσεις, τύπο βρόχου υστέρησης και επιρροές 2ης τάξης. s 3

Ενδεικτικά αποτελέσματα της αναλυτικής αποτίμησης δίνονται στη συνέχεια για ένα ιδιαίτερης σημασίας, λόγω παρουσίας πολλών μηχανημάτων, κτίριο. Το εν λόγω κτίριο είναι εξαώροφο, διαστάσεων κάτοψης 41 m x 33 m, ύψους 26,50 m και φέρει ορθογωνικό ιστό ύψους 20 m (Σχήμα 1). Το κτίριο, έτους κατασκευής 1979, έχει τις συνήθεις ιδιότητες των ελληνικών κτιρίων εκείνης της περιόδου (ρετιρέ, έμμεσες στηρίξεις, τοίχοι που δημιουργούν κοντά υποστυλώματα, απουσία επαρκούς εγκάρσιου οπλισμού στα υποστυλώματα κλπ). Για λόγους σύγκρισης των μεθόδων αποτίμησης, το κτίριο υπεβλήθη σε διάφορες αναλύσεις, ως αναφέρονται στον Πίνακα 2. Οι αναλύσεις έγιναν τόσο με, όσο και χωρίς ιστό, για να μελετηθεί η επιρροή του ιστού στο δώμα του κτιρίου. Συνοπτικά αποτελέσματα των αναλύσεων παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Σχήμα 1. Εξαώροφο κτίριο σεισμικής αποτίμησης και αναλυτικό προσομοίωμα. Πίνακας 2. Εναλλακτικές μέθοδοι ανάλυσης του κτιρίου. Α/Α Μέθοδοι ανάλυσης Τιμές παραμέτρων 1α Δυναμική ελαστική ανάλυση με επιμέρους κ = 1,00 q = 1,00 γ c = 1,00 γ s = 1,00 1β συντελεστές συμπεριφοράς κ = 0,75 q = 1,00 γ c = 1,00 γ s = 1,00 2α Δυναμική ελαστική ανάλυση με ολικό q = 2,00 γ c = 1,00 γ s = 1,00 2β συντελεστή συμπεριφοράς q = 2,00 γ c = 1,50 γ s = 1,15 3 Ανελαστική στατική ανάλυση γ c = 1,00 γ s = 1,00 Πίνακας 3. Ποσοστά αστοχίας μελών για διάφορες μεθόδους ανάλυσης του κτιρίου. Μέθοδος επίλυσης Πίνακα 2 Ελαστική ανάλυση Ανελαστική στατική ανάλυση Υποστυλώματα σε διάτμηση Υποστυλώματα σε θλίψη και κάμψη Δοκοί σε διάτμηση Δοκοί σε κάμψη 1α 70% 71% 64% 53% 1β 81% 92% 85% 79% 2α 14% 60% 63% 92% 2β 27% 80% 77% 93% 41% 13% 69% 7% 4

Το κτίριο επιλύθηκε για λόγους σύγκρισης και ανελαστικά, παρόλο που η εφαρμογή της ανελαστικής στατικής μεθόδου προϋποθέτει εκτεταμένες επιτόπου έρευνες των ιδιοτήτων των στοιχείων. Εξετάστηκαν δύο καθ ύψος κατανομές της πλευρικής φόρτισης, σύμφωνα με την κύρια ιδιομορφή στην υπό εξέταση διεύθυνση και ομοιόμορφη κατανομή. Παράλληλα, λόγω μη συμμετρίας της κατασκευής, οι πλευρικές φορτίσεις ασκήθηκαν σε τέσσερεις διευθύνσεις (-X, +X, -Y, +Y). Σε ό,τι αφορά τον υπολογισμό του σημείου επιτελεστικότητας, χρησιμοποιήθηκαν τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται στον ATC 40 (ATC, 1997), η δεύτερη στις αμερικάνικες οδηγίες FEMA (FEMA, 1997) και η τρίτη προτείνεται από τον Fajfar (Fajfar, 2000) αποκαλούμενη ως Ν2. Τελικά, για τον υπολογισμό της σεισμικής επάρκειας της κατασκευής, προτιμήθηκε η μέθοδος του ATC 40 (ATC, 1997), αποκαλούμενη ως μέθοδος ικανότητας φάσματος, καθώς δίνει ενδιάμεσες τιμές των σημείων επιτελεστικότητας σε σχέση με τις άλλες μεθόδους (Πίνακας 4). Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι καμπύλες της ωθητικής ανάλυσης και τα σημεία επιτελεστικότητας σύμφωνα με τον ATC 40 (ATC, 1997). Πίνακας 4. Εκτίμηση σημείου επιτελεστικότητας σύμφωνα με τρεις μεθόδους. Κατανομή Μέθοδος ATC 40 Μέθοδος FEMA Μέθοδος N2 Ιδιομορφική X 0,171 m 0,162 m 0,177 m Ιδιομορφική +X 0,168 m 0,163 m 0,178 m Ιδιομορφική Y 0,189 m 0,183 m 0,200 m Ιδιομορφική +Y 0,188 m 0,185 m 0,202 m 14000 12000 10000 Τέμνουσα βάσης (kn) 8000 6000 4000 2000 Ιδιομορφική -X Ιδιομορφική +X Ιδιομορφική -Y Ιδιομορφική +Y Ομοιόμορφη -X Ομοιόμορφη +X Ομοιόμορφη -Y Ομοιόμορφη +Y 0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Μετατόπιση (m) Σχήμα 2. Καμπύλες ωθητικής ανάλυσης και σημεία επιτελεστικότητας σύμφωνα με τον ATC 40. Παρατηρείται ότι το κτίριο παρουσιάζει λίγο μεγαλύτερη αντοχή και δυσκαμψία κατά τη διεύθυνση Χ, ενώ η επιρροή της καθ' ύψος κατανομής της φόρτισης είναι σημαντική. Παράλληλα, ο υλοποιούμενος συντελεστής συμπεριφοράς είναι περίπου 1,55 για ιδιομορφική κατανομή και περίπου 2,15 για ομοιόμορφη κατανομή. Δεδομένης της 5

υπεραντοχής του κτιρίου πέραν του σημείου επιτελεστικότητας, επιβεβαιώνεται η ορθότητα της τιμής q=2,00 που λήφθηκε υπ' όψιν στην ελαστική ανάλυση. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΤΙΡΙΟΥ ΙΣΤΟΥ Ως αναφέρθηκε εισαγωγικά, στις αρχικές μελέτες, τα κτίρια και οι ιστοί εξετάστηκαν ξεχωριστά, χωρίς εξέταση της δυναμικής αλληλεπίδρασής τους. Πιο συγκεκριμένα, σε ό,τι αφορά κτίρια στο δώμα των οποίων τοποθετούντο, εκ των υστέρων και μετά την κατασκευή τους, ιστοί, ελεγχόταν μόνο η στατική επάρκεια των υποστυλωμάτων υπό το πρόσθετο βάρος των ιστών, ενώ δεν γινόταν πρόσθετος έλεγχος της σεισμικής τους επάρκειας. Στα πλαίσια του προγράμματος εξετάσθηκε η δυναμική συμπεριφορά του συστήματος κτιρίου ιστού προς έλεγχο των ως άνω παραδοχών και εξαγωγή συμπερασμάτων για την πράξη. Πιο συγκεκριμένα και σε ό,τι αφορά το κτίριο, εξετάζεται αν επιτρέπεται να λαμβάνεται υπόψη ο ιστός μόνο ως πρόσθετη μάζα στο δώμα, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη τα δυναμικά χαρακτηριστικά του. Ένα άλλο ερώτημα αφορά την τιμή του συντελεστή συμπεριφοράς του συστήματος. Για αυτό το λόγο, το σύστημα κτίριο ιστός προσομοιώθηκε ως διβάθμιος ταλαντωτής και προσδιορίστηκαν με φασματική ανάλυση οι σεισμικές δυνάμεις του ιστού και του κτιρίου, συγκρίθηκαν δε με τις αντίστοιχες δυνάμεις του ιστού, αν βρισκόταν επί του εδάφους και του κτιρίου αν δεν είχε τον ιστό στο δώμα του. Ως παράμετροι του προβλήματος χρησιμοποιήθηκαν οι ιδιοπερίοδοι του ιστού και του κτιρίου, θεωρούμενων ως μεμονωμένων και ο λόγος μ της μάζας του ιστού προς τη μάζα του κτιρίου, ο οποίος μ κυμαίνεται, ανάλογα με το ύψος του ιστού και το μέγεθος του κτιρίου, μεταξύ 1% και 5%. Οι ιδιοπερίοδοι των ιστών κυμαίνονται, ανάλογα με το ύψος τους, μεταξύ 0,10 και 0,70 sec. Ως φάσματα σχεδιασμού χρησιμοποιήθηκαν ελαστικά και ανελαστικά φάσματα του ΕΑΚ 2003 (ΟΑΣΠ, 2003) για έδαφος Β. Οι τιμές των συντελεστών συμπεριφοράς q των ανελαστικών φασμάτων διαφέρουν για τους ιστούς και τα κτίρια. Για τους ιστούς είναι q = 1, δεδομένου ότι ο κρίσιμος συνδυασμός διαστασιολόγησης των ιστών είναι συνήθως ο άνεμος που δεν συνδυάζεται με το σεισμό. Από την άλλη τα κτίρια έχουν δεδομένη τιμή του q, ανάλογα με το στατικό σύστημα του φορέα και το υλικό δόμησης. Στα ακόλουθα Σχήματα (3 & 4) παρουσιάζονται οι λόγοι σεισμικών δυνάμεων κτιρίων με ιστό προς κτιρίων χωρίς ιστό για διάφορες τιμές των παραμέτρων. Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων προκύπτει ότι οι σεισμικές δυνάμεις των κτιρίων με ιστούς στο δώμα τους είναι μεγαλύτερες κατά το συντελεστή (1+μ), εφόσον ο ιστός είναι πλέον δύσκαμπτος του κτιρίου (χαμηλός ιστός ψηλό κτίριο), ενώ είναι περίπου ίσες με αυτές κτιρίου χωρίς ιστό αν ο ιστός είναι πιο εύκαμπτος του κτιρίου (υψηλός ιστός χαμηλό κτίριο). Στην περιοχή συντονισμού, όπου οι ιδιοπερίοδοι κτιρίου και ιστού είναι περίπου ίδιες, διαπιστώνεται μείωση, μέχρι 30%, της σεισμικής δύναμης του κτιρίου με ιστό. Οι ανωτέρω διαπιστώσεις ισχύουν ανεξαρτήτως της τιμής του συντελεστή συμπεριφοράς q. Εξάλλου, επειδή η τιμή του μ (μάζα ιστού προς μάζα κτιρίου) είναι πολύ μικρή, η πρόσθετη δύναμη στα κτίρια λόγω των ιστών, παρατηρούμενη μόνο όταν ο ιστός είναι πλέον δύσκαμπτος του κτιρίου, είναι αμελητέα. Αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι απαιτήσεις απορρόφησης σεισμικής ενέργειας, και επομένως και οι τιμές των συντελεστών συμπεριφοράς q, σε κτίρια 6

με ή χωρίς ιστούς είναι παρόμοιες. Το πρακτικό συμπέρασμα των ως άνω παρατηρήσεων είναι ότι κατά τη σεισμική ανάλυση κτιρίων με ιστούς στο δώμα τους μπορεί, υπέρ της ασφαλείας, να λαμβάνεται υπόψη η ύπαρξη του ιστού με προσθήκη μάζας στο δώμα, ίσης με τη μάζα του ιστού. Δεν απαιτείται επομένως για την ανάλυση των κτιρίων πρόσθετη προσομοίωση του ιστού στο δώμα. 1,05 1,00 q=1 F συστήματος /F κτιρίου 0,95 0,90 0,85 0,80 μ=0,0250 μ=0,0125 μ=0,0050 0,75 0,70 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 T ιστού /T κτιρίου Σχήμα 3. Τέμνουσα βάσης κτιρίου με ιστό προς κτίριο χωρίς ιστό για q = 1,00. 1,05 1,00 q=4 F συστήματος /F κτιρίου 0,95 0,90 0,85 0,80 μ=0,0250 μ=0,0125 μ=0,0050 0,75 0,70 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 T ιστού /T κτιρίου Σχήμα 4. Τέμνουσα βάσης κτιρίου με ιστό προς κτίριο χωρίς ιστό για q = 4,00. 7

ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΧΑΛΥΒΔΙΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Για την ενίσχυση μιας κατασκευής υπάρχουν αρκετές λύσεις, οι οποίες στοχεύουν στην αύξηση της δυσκαμψίας αυτής, στην αύξηση της πλαστιμότητας ή και το συνδυασμό αυτών. Τα τελευταία χρόνια πολλές κατασκευές έχουν ενισχυθεί αποκατασταθεί, κυρίως με χρήση μανδυών ή/και τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος, ρητινών αλλά και μεταλλικών στοιχείων. Στην παρούσα εργασία προτείνονται δύο μέθοδοι ενίσχυσης του κτιρίου που παρουσιάστηκε ανωτέρω, με χρήση κατακόρυφων συνδέσμων δυσκαμψίας χωρίς εκκεντρότητα. Η πρώτη μέθοδος συνίσταται στη χρήση κλασσικών συνδέσμων δυσκαμψίας, ενώ στη δεύτερη μέθοδο τα μέσα συνδέσεως των συνδέσμων δυσκαμψίας με το πλαίσιο, μέσα στο οποίο εντάσσονται οι σύνδεσμοι, παρέχουν τη δυνατότητα απορρόφησης ενέργειας (συνδέσεις INERD, Σχήμα 5β). Με την ενίσχυση μιας κατασκευής με κατακόρυφους συνδέσμους δυσκαμψίας, η συμπεριφορά αυτής παρουσιάζει αρκετές διαφορές σε σχέση με την αρχική. Η δυσκαμψία αυξάνεται αρκετά, με αποτέλεσμα το σημείο επιτελεστικότητας της ενισχυμένης κατασκευής να μικραίνει. Τα φέροντα στοιχεία του αρχικού κτιρίου καλούνται να παραλάβουν μικρότερες δυνάμεις, ενώ και η απαίτηση σε παραμορφώσεις μειώνεται (Σχήμα 6). Πιο συγκεκριμένα, για την περίπτωση του κτιρίου που παρουσιάστηκε ανωτέρω, αρχικώς επιλέγονται οι θέσεις τοποθέτησης των συνδέσμων δυσκαμψίας ούτως ώστε να εξασφαλίζεται η συνέχεια υποστυλωμάτων και ανοιγμάτων καθ ύψος του κτιρίου. Παράλληλα, προτιμώνται θέσεις κοντά σε μέλη που παρουσιάζουν σημαντική αστοχία (σύμφωνα με τις αναλύσεις που αναφέρονται ανωτέρω) καθώς επίσης αποφεύγεται η τοποθέτηση δύο συνδέσμων δυσκαμψίας στο ίδιο υποστύλωμα (Σχήμα 5α). A B C D E F Σχήμα 5. α) Επιλογή θέσεων συνδέσμων δυσκαμψίας και β) σύνδεση τύπου INERD. 8

24000 22000 Τέμνουσα βάσης (kn) 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 Ιδιομορφική (αρχική) +Y Ιδιομορφική (σύνδεσμοι) +Y Ιδιομορφική (INERD) +Y 6000 4000 2000 0 0,00 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 Μετατόπιση (m) Σχήμα 6. Καμπύλες ωθητικής ανάλυσης και σημεία επιτελεστικότητας για την αρχική κατασκευή, την ενισχυμένη με κλασσικούς συνδέσμους δυσκαμψίας και την ενισχυμένη με συνδέσμους δυσκαμψίας με συνδέσεις INERD. Το βασικό πλεονέκτημα των συνδέσμων δυσκαμψίας INERD, σε σχέση με τους κλασσικούς συνδέσμους δυσκαμψίας, είναι η μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας, με αποτέλεσμα τη μείωση της σεισμικής δύναμης και την απαίτηση μικρότερων διατομών των συνδέσμων δυσκαμψίας. Στο Σχήμα 6 παρατηρούμε ότι με χρήση συνδέσεων INERD η μετατόπιση του σημείου επιτελεστικότητας μειώνεται περίπου στο μισό και παράλληλα, η δυσκαμψία της κατασκευής σχεδόν διπλασιάζεται. Οι κλασσικοί σύνδεσμοι προκαλούν μεν σημαντική μείωση της μετατόπισης του σημείου επιτελεστικότητας, μετατρέπουν ωστόσο την κατασκευή σε πολύ δύσκαμπτη, γεγονός που μεταβάλει εντελώς τη συμπεριφορά αυτής έναντι σεισμού. Για το εν λόγω κτίριο, οι σύνδεσμοι δυσκαμψίας αποτελούνται από διατομές τύπου κοιλοδοκού και διαστασιολογούνται σύμφωνα με τις διατάξεις του Ευρωκώδικα 3 (CEN, 2003) και την προτεινόμενη μεθοδολογία των Ι. Βάγια και Π. Θανόπουλου (Vayas, Thanopoulos, 2005) σε ό,τι αφορά τις συνδέσεις INERD. Ο Πίνακας 5 αναφέρει το συνολικό βάρος των διατομών που απαιτούνται για την ενίσχυση του κτιρίου. Παρατηρούμε ότι η διαφορά του βάρους, μεταξύ των δύο μεθόδων ενίσχυσης, είναι της τάξεως του 66%. Πίνακας 5. Εκτίμηση βάρους μεταλλικών στοιχείων για την ενίσχυση του κτιρίου. Κλασσικοί σύνδεσμοι Σύνδεσμοι δυσκαμψίας Μέθοδος ενίσχυσης δυσκαμψίας με συνδέσεις INERD Βάρος (kg) 49500 32500 9

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσματα του προσεισμικού ελέγχου ενός αριθμού κτιρίων του ΟΤΕ που καλύπτουν τηλεπικοινωνιακές ανάγκες εξάγονται τα παρακάτω συμπεράσματα: Η αναλυτική αποτίμηση των ανωτέρω κτιρίων με σύγχρονες μεθόδους δείχνει ότι πολλά φέροντα στοιχεία δεν καλύπτουν τις απαιτήσεις των νέων κανονισμών και χρειάζονται εκτεταμένες ενισχύσεις. Σε περίπτωση που ελαστικές μέθοδοι οδηγούν σε απαίτηση σημαντικών ενισχύσεων, συνιστάται η λεπτομερής επιτόπου διερεύνηση των χαρακτηριστικών του φορέα και η συνακόλουθη ακριβέστερη μη γραμμική στατική ανάλυση, η οποία πιθανόν να οδηγήσει σε μικρότερες επισκευές, παρά η άκριτη εκτέλεση όλων των επισκευών που προκύπτουν από την απλοποιημένη θεώρηση. Η Πολιτεία ή ο εκάστοτε κύριος του έργου θα πρέπει να γνωρίζουν τις οικονομικές συνέπειες της αποτίμησης και να προτιμούν πληρέστερη μελέτη παρά μεγάλη επισκευή. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Applied Technology Council (1997), ATC 40: Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings European Committee for Standardization CEN (2003), Eurocode 3: Design of steel structures Part 1-1: General rules and rules for buildings, pren 1993-1-1. Fajfar P., Eeri M. (2000), A nonlinear analysis method for performance based seismic design, Earthquake Spectra Volume 16 Federal Emergency Management Agency FEMA (1997), FEMA 273: NEHRP Guidelines for the seismic rehabilitation of buildings. Vayas I., Thanopoulos P. (2005), Innovative Dissipative (INERD) Pin Connections for Seismic Resistant Braced Frames, International Journal of Steel Structures Vol 5, No. 5, pp. 453-464. Vayas I., Thanopoulos P. (2006), Dissipative (INERD) Verbindungen für Stahltragwerke in Erdbebengebieten, Stahlbau 75, H. 12, 993-1003. Vayas I., Thanopoulos P., Castiglioni C. (2007), Stabilitätsverhalten von Stahlgeschossbauten mit dissipativen INERD unter Erdbebenbeanspruchung, Bauingenieur 82, H. 3, 125-133. Οργανισμός Αντισεισμικού Σχεδιασμού και Προστασίας ΟΑΣΠ (2000), «Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός 2000, Τροποποιήσεις και συμπληρώσεις λόγω αναθεώρησης του χάρτη ζωνών επικινδυνότητας, απόφαση υπ. αριθ. Δ17α/115/9ΦΝ275, Εφημερίς της Κυβερνήσεως της Ελληνικής Δημοκρατίας, α.φ. 1154, 2003». Οργανισμός Αντισεισμικού Σχεδιασμού και Προστασίας ΟΑΣΠ (2005), «Κανονισμός Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.), Σχέδιο Κειμένου 2». 10