Ενίσχυση υφιστάμενου κτιρίου με μεταλλικούς συνδέσμους δυσκαμψίας

Abstract

Η σεισμική αναβάθμιση ενός υφισταμένου κτιρίου σε χώρες μ’ έντονη σεισμική δραστηριότητα όπως η Ελλάδα, καθίσταται σημαντική διότι συνδράμει τα υπάρχοντα κτίρια ν’ αντέξουν σε μεγάλους σεισμούς και ενισχύει την οικοδομική δραστηριότητα. Η παρέμβαση στα κτίρια ώστε να αναβαθμιστούν σεισμικά αποτελεί μια δόκιμη λύση ώστε να διατηρηθεί η μορφολογία και η αρχιτεκτονική των περιοχών που είναι δομημένα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορούμε ν’ αναβαθμίσουμε σεισμικά ένα κτίριο για παράδειγμα είναι η σεισμική μόνωση μ’ εφέδρανα, η χρήση μεταλλικών συνδέσμων δυσκαμψίας, η συνδέσμων περιορισμένου λυγισμού BRB, ή ακόμα και η χρήση αποσβεστήρων (dumper).Ανάλογα με τις ανάγκες, την περιοχή, την μορφολογία και τον οικονομικό προϋπολογισμό επιλέγεται η κατάλληλη μέθοδος σεισμικής αναβάθμισης του κτιρίου μελέτης. Η αρχική ιδέα για την χρήση μεταλλικών συνδέσμων δυσκαμψίας ως σύστημα σεισμικής αναβάθμισης ήρθε από την Ιαπωνία και ήταν την δεκαέτια του 1970-1980, που η εταιρεία Nippon Steel σε συνεργασία με τον καθηγητή A.Wada μεταφέρει την τεχνογνωσία και διερευνά την συμπεριφορά των αντιλυγισμικών συνδέσμων και παράγει τελικό προϊόν, που βαίνει στην αγορά το 1980 και χρησιμοποιείται ως σύστημα απόσβεσης. Όμως στα τέλη της δεκαετίας του 1990 και ύστερα από δυο ισχυρούς σεισμούς Kobe,California, η τεχνολογία αυτή μεταφέρεται στις Η.Π.Α., όπου ξεκινούν σημαντικά ερευνητικά προγράμματα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία δίνεται ως πρόταση σεισμικής αναβάθμισης υφισταμένου κτιρίου το σύστημα των αντιλυγισμικών συνδέσμων BRB.Επίσης γίνεται διαστασιολόγηση αυτών και των δεδομένων διατομών σκυροδέματος για να αποφευχθούν οι πιθανές αστοχίες κατά τη διαδικασία σύνδεσης. Το κτίριο που εξετάζεται βρίσκεται στην Ελλάδα και πιο συγκεκριμένα στην Αθήνα είναι πενταώροφο κατασκευασμένο το 1971 και κανονικό ως προς την συμπεριφορά του. Η επιλογή του συγκεκριμένου κτιρίου δεν έγινε τυχαία διότι το κτίριο έχει μελετηθεί και χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση του Κανονισμού Επεμβάσεων ΚΑΝ.ΕΠΕ. και είναι αντιπροσωπευτικό των κτιρίων που δομήθηκαν με τον παλαιό αντισεισμικό κανονισμό. Στο κτίριο αυτό θα τοποθετηθούν συνδέσμοι περιορισμένου λυγισμού BRB και θα μελετηθεί η συμπεριφορά του αναφορικά μ’ όλα τα σεισμικά και στατικά φορτία, για όλα τα στοιχεία πέραν της θεμελίωσης. Όλοι οι υπολογισμοί θα γίνουν σύμφωνα με τις κανονιστικές διατάξεις του Ευρωκώδικα-8 (EC-8). Η διπλωματική εργασία χωρίστηκε σε έξι επιμέρους κεφάλαια. Αρχικά στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια θεωρητική προσέγγιση όπου αναλύονται οι κατηγορίες, οι τύποι, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους καθώς και μερικοί μηχανισμοί αστοχίας αυτών στα πλαίσια. Ενώ στο τέλος του αναφέρονται μερικά γενικά συμπεράσματα για την χρήση αυτού του συστήματος. Στο δέυτερο κεφάλαιο έχουμε μια αναλυτική θεωρητική περιγραφή για τους συνδέσμους περιορισμένου λυγισμού (BRB). Εξετάζονται στοιχεία όπως η μόρφωση τους, η φιλοσοφία κατασκευής τους, η ιστορία τους, τα πειράματα που έχουν γίνει σε πραγματικά κτίρια καθώς και οι κανονιστικές διατάξεις που διέπουν τόσο το σχεδιασμό τους, όσο και τον τρόπο σύνδεσης τους στον φορέα. Ενώ στο τέλος γίνεται αναφορά ποια στατικά προγράμματα είναι εφικτό να προσομοιώσουν τα BRB στο περιβάλλον εργασίας τους. Στο τρίτο κεφάλαιο έχουμε την αποτίμηση του κτιρίου με τον Ελληνικό κανονισμό ΚΑΝ.ΕΠΕ. με την ελαστική μέθοδο και με την μέθοδο του ενιαίου συντελεστή q . Το κτίριο αποτιμάται αρχικά με το λογισμικό SCADA PRO και έπειτα με το λογισμικό ETABS. Όπου επιβεβαιώνεται η τάση που παρουσιάζουν οι δοκοί και τα υποστυλώματα. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται αναλυτικά και με την βοήθεια εικόνων η περιγραφή και η μεθοδολογία της σύνδεσης των συνδέσμων περιορισμένου λυγισμού, με το φορέα ωπλισμένου σκυροδέματος, καθώς παράλληλα γίνεται και η διαστασιολόγηση των διατομών BRB που θα τοποθετηθούν στο κτίριο μελέτης. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η τελική αποτίμηση του φορέα με το σύστημα των συνδέσμων περιορισμένου λυγισμού. Η τελική αποτίμηση γίνεται με την γραμμική ανάλυση χρονοϊστορίας. Γιά την ανάλυση αυτή έχουν επιλεχθεί τρία επιταχυνσηογραφήματα. Τέλος στο κεφάλαιο έξι θα αναλυθούν τα συμπεράσματα που θα προκύψουν από την χρήση της μεθόδου. Όπως θα δούμε και πιο αναλυτικά χάρις σ’ αυτή τη μέθοδο παρουσιάζεται μια μεγάλη μείωση των σχετικών μετακινήσεων των ορόφων έως και 85%. Στην Ελλάδα που ως γνωστόν πλήττεται από μεγάλους σεισμούς η λύση της σεισμικής μόνωσης είναι ένας καλός τρόπος αντισεισμικής αναβάθμισης και θωράκισης πολλών παλαιών κτιρίων. Όμως η κατασκευή νέων κτιρίων ίσως θα έπρεπε να είναι υποχρεωτική, ή τουλάχιστον να προτείνεται από τους Ελληνικούς κανονισμούς κατ’ ελάχιστον για δημόσια κτίρια, όπως νοσοκομεία σχολεία, υπουργεία και σταθμούς.