Αποτίμηση αντοχής σκελετού υπαρχόντων κτιρίων

Αποτίμηση αντοχής σκελετού υπαρχόντων κτιρίων που έχουν κατασκευαστεί με παλαιά υλικά ή/και παλαιούς κανονισμούς

Στα παλαιά κτίρια που έχουν κατασκευαστεί χωρίς τους κανόνες της περίσφιγξης, δηλαδή χωρίς πύκνωση συνδετήρων κολονών και δοκών στις περιοχές εκατέρωθεν των κόμβων και βέβαια χωρίς την απαίτηση πολύτμητων συνδετήρων και περιμετρικών διαμήκων ράβδων στις κολόνες, δεν μπορεί να γίνει αποτίμηση σε κατάσταση αστοχίας.

Μπορεί όμως και πρέπει η αποτίμηση να γίνεται σε κατάσταση διαρροής.

Τόσο στην κατάσταση αστοχίας όσο και στην κατάσταση διαρροής υπάρχουν οι ρηγματώσεις της κάμψης, που αυξάνουν την καμπυλότητα και επομένως ελαττώνουν τη δυσκαμψία των δομικών στοιχείων. Επειδή όμως ο τρόπος εκπαίδευσής μας έως τώρα ήταν μόνο ο προσδιορισμός της αντοχής αστοχίας, που ξεκίνησε από χώρες ή από περιοχές χωρών που δεν είχαν σεισμούς, δεν σημαίνει ότι θα πρέπει να αντιμετωπίζονται με αυτόν τον τρόπο, υπέρ της θεωρούμενης ασφαλείας, και τα υπάρχοντα κτίρια. Ο σεισμός είναι μία ιδιαίτερη κατάσταση που μας οδηγεί σε εμβάθυνση των φαινομένων, ώστε να αντιμετωπίσουμε ορθολογιστικά τις επιπτώσεις του, χωρίς υπερβολές όμως, τουλάχιστον στις περιπτώσεις της αντιμετώπισης των υπαρχόντων κτιρίων. Δηλαδή, σε ένα καινούργιο κτίριο δεν μας πειράζει να υπερδιαστασιολογήσουμε τα στοιχεία, αλλά σε ένα υπάρχον κτίριο αυτό δεν είναι εφικτό.

Η εμβάθυνση στην κατάσταση διαρροής βοηθά και στον προσδιορισμό της πραγματικής συμπεριφοράς των υπό μελέτη νέων κτιρίων, δεδομένου ότι, όπως προκύπτει από την ανάλυση των προηγούμενων παραγράφων, πάνω από το 85% του μήκους των κολονών και δοκών λειτουργεί σε κατάσταση διαρροής, όσο μεγάλος και αν είναι ο σεισμός. Η πραγματικότητα του μικρού μήκους του φαινομένου της αστοχίας στα δομικά στοιχεία μας οδηγεί και στην αύξηση της υπολογιστικής και κατασκευαστικής προσοχής στα σημεία της αστοχίας, τα οποία είναι γύρω από τους κόμβους του σκελετού του κτιρίου.

Τα αποτελέσματα των προηγούμενων διαστασιολογήσεων σε κάμψη, στην περίπτωση κατάστασης διαρροής και κατάστασης αστοχίας ταυτόχρονα, είναι τα εξής:

A. Οι ροπές αντοχής σε κατάσταση αστοχίας και σε κατάσταση διαρροής διαφέρουν πολύ λίγο μεταξύ τους και αυτό έχει ως συνέπεια το μήκος πλαστιμότητας l_p να είναι μικρό και επομένως το μεγαλύτερο μήκος των κολονών και δοκών να λειτουργεί σε κατάσταση διαρροής.

B. Συνέπεια του μικρού μήκους πλαστιμότητας l_p είναι το μεγαλύτερο μήκος των κολονών και δοκών να λειτουργεί σε κατάσταση διαρροής, δηλαδή στο άνω όριο της ελαστικότητας. Συνεπώς, η ανάγκη ενίσχυσης περιορίζεται σε μικρό μήκος και αυτό μειώνει το άμεσο κόστος ενίσχυσης, αλλά και τα έμμεσα κόστη, όπως καθαιρέσεων, καθαρισμών, αισθητικών κ.λπ.

C. Τα μεγέθη που καθορίζουν τη συμπεριφορά ενός στοιχείου, κολόνας ή δοκού, είναι η καμπυλότητα φ λόγω ρηγματώσεων του σκυροδέματος και η καμπυλότητα φ_e που θα είχε το στοιχείο αν δεν υπήρχαν ρηγματώσεις. Ενδιαφέρον έχουν οι καμπυλότητες στην κατάσταση διαρροής φ_y και φ_e,y και οι αντίστοιχες στην κατάσταση αστοχίας φ_u και φ_e,u.

D. Παραμορφωσιμότητα διαρροής στοιχείου είναι ο λόγος των καμπυλοτήτων φ_y/φ_e,y, ενώ παραμορφωσιμότητα αστοχίας είναι ο αντίστοιχος λόγος φ_u/φ_e,u.

E. Για συνήθη υποστυλώματα, οι τιμές φ_y/φ_e,y είναι της τάξης μεγέθους του 4. Οι αντίστοιχες τιμές φ_u/φ_e,u είναι της τάξης μεγέθους του 8. Κατά την §2.4.1 και σύμφωνα με τον κανονισμό [EC8, §4.3.1(6) & (7)], αν δεν γίνει ακριβής υπολογισμός, προφανώς για λόγους ασφαλείας, ώστε να καλύπτονται και οι πιο ακραίες περιπτώσεις, λαμβάνεται ως τάξη μεγέθους ίση με 2 αντί για 4. Η διαφορά του 2 με το 4 είναι πολύ μεγάλη, επειδή αφορά όλο το μήκος της ράβδου, h_y = h. Το ανάλογο, σε λίγο μικρότερο μήκος, συμβαίνει στην κατάσταση αστοχίας του 4 με 8, όπου το h_y = h - 2×l_p (βλέπε §2.7).

F. Για συνήθεις δοκούς, οι τιμές της κατάστασης διαρροής φ_y/φ_e,y είναι πάλι της τάξης μεγέθους του 4, αλλά οι αντίστοιχες τιμές της κατάστασης αστοχίας φ_u/φ_e,u είναι της τάξης μεγέθους του 25!

Για να αποτιμηθεί σωστά η αντοχή ενός παλαιού κτιρίου, χρειάζεται να αποτιμηθούν σωστά οι δυσκαμψίες των κολονών και των δοκών μέχρι το όριο διαρροής τους. Όσα από τα δομικά στοιχεία υπερβαίνουν το όριο διαρροής τους είναι υποψήφια για ενίσχυση.

Μικρές πραγματικές δυσκαμψίες σημαίνουν μεγάλες σχετικές μετακινήσεις δ_y και δ_u της κεφαλής των υποστυλωμάτων σε σχέση με τη βάση τους, άρα και του διαφράγματος του ορόφου. Αποτέλεσμα των μεγάλων μετακινήσεων των ορόφων είναι η αύξηση των ιδιοπεριόδων των κτιρίων, με αποτέλεσμα οι σεισμικές επιταχύνσεις, άρα και οι σεισμικές δυνάμεις, να είναι χαμηλές, πράγμα πολύ σημαντικό για τον υπολογισμό των πραγματικών δυνατοτήτων αντοχής των κτιρίων σε σεισμό, ιδιαίτερα μάλιστα όταν είναι ήδη κατασκευασμένα.

Οι καμπυλότητες και επομένως οι δυσκαμψίες διαρροής και αστοχίας εξαρτώνται από την ποσότητα του οπλισμού, την αντοχή του χάλυβα οπλισμού, την αντοχή του σκυροδέματος και το μέγεθος της ανηγμένης αξονικής δύναμης.

Ο υπολογισμός της πραγματικής καμπυλότητας, τόσο σε κατάσταση διαρροής όσο και σε κατάσταση αστοχίας, προκύπτει βάσει των αντίστοιχων παραμορφώσεων σκυροδέματος και χάλυβα από την απλούστατη εξίσωση:

Ο υπολογισμός των παραμορφώσεων σκυροδέματος ε_c και χάλυβα ε_s1 υπό αξονική δύναμη N και ροπή M ή, ισοδύναμα, οπλισμό A_s, είναι ένα εξαιρετικά πολύπλοκο υπολογιστικό θέμα με μεγάλο εύρος επιμέρους λύσεων.

Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν πίνακες υπολογισμού, που ήταν όμως μόνο για κατάσταση αστοχίας και κατά κανόνα για συγκεκριμένα υλικά, ενώ σήμερα υπάρχει η ανάγκη προσδιορισμού της αντοχής υπαρχόντων κτιρίων που έχουν κατασκευαστεί με μεγάλη ποικιλία παλαιών υλικών εφαρμογής, με τα οποία πρέπει να γίνει η διαστασιολόγηση. Η κυριότερη όμως σημερινή ανάγκη είναι η διαστασιολόγηση σε επίπεδο διαρροής, παράλληλα με τη διαστασιολόγηση σε επίπεδο αστοχίας, με σκοπό όχι μόνο τον υπολογισμό του αναγκαίου οπλισμού, αλλά και των παραμορφώσεων του σκυροδέματος και του χάλυβα, ώστε να υπολογισθούν οι σχετικές καμπυλότητες και συνεπώς οι σχετικές δυσκαμψίες.