Διερεύνηση της Επιρροής των Τοιχοπληρώσεων σε Σεισμικά Μονωμένα Κτίρια

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Σίγκας Κωνσταντίνος                                              
Επιβλέπων Καθηγητής: Κουμούσης Β., Αν. Καθηγητής       
Ημερομηνία : Ιούλιος 2003 

Σήμερα η διαστασιολόγηση των νέων κτιρίων είτε από οπλισμένο σκυρόδεμα είτε από χάλυβα γίνεται χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η συνεισφορά της τοιχοποιίας στα υπολογιστικά προσομοιώματα που δημιουργούνται από τα προγράμματα ηλεκτρονικών υπολογιστών, που υπάρχουν στην ελληνική αγορά. Η κατεύθυνση που δίνεται από τον Ε.Α.Κ.(Β1) για την συγκεκριμένη περίπτωση είναι η απαλοιφή της τοιχοποιίας από το μοντέλο της κατασκευής και η τήρηση μιας σειράς κατασκευαστικών διατάξεων που έχουν σαν στόχο την μείωση της σημασίας των αβεβαιοτήτων που προκαλούνται- από την επιδιωκόμενη γραμμικοποίηση ενός κατεξοχήν μη γραμμικού προβλήματος- στα εντατικά μεγέθη και τη συμπεριφορά των δομικών στοιχείων.

Η τοποθέτηση ενός επαρκού αριθμού τοιχωμάτων με βάση ορισμένα κριτήρια, ο ικανοτικός σχεδιασμός των υποστυλωμάτων, οι διατάξεις όπλισης που προδιαγράφονται από τον Ε.Κ.Ω.Σ.(Β2) και άλλες απαιτήσεις που προδιαγράφονται ρητά στοχεύουν, εκτός των άλλων, στην άμβλυνση των αβεβαιοτήτων που εισάγονται με την απαλοιφή της τοιχοποιίας. Όλες αυτές οι διατάξεις τοποθετήθηκαν στους οικείους κανονισμούς δεδομένου ότι η προσομοίωση της τοιχοποιίας κρίθηκε ανέφικτη για μια σειρά λόγων που σχετίζονται αφενός με την πολύ μεγάλη διασπορά των μηχανικών χαρακτηριστικών της αλλά και στην αδυναμία σωστής και αξιόπιστης προσομοίωσης με βάση το διατιθέμενο λογισμικό και τα υπάρχοντα μοντέλα.

Ταυτόχρονα με την μεγάλη ανάπτυξη της αντισεισμικής μηχανικής - την αύξηση των γνώσεων που αφορούσαν κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα ή σχετίζονταν με την απόκριση τους κατά την διάρκεια σεισμικής φόρτισης και την επαρκή μοντελοποίηση τους- υπήρξαν εξελίξεις σε άλλους κλάδους της μηχανικής που έδειξαν να λύνουν αρκετά από τα προβλήματα του μηχανικού στην προσπάθεια αντιμετώπισης του σεισμού, αλλά και να θέτουν μια σειρά νέων ερωτημάτων και προβληματισμών. Μια εξέλιξη που προοιωνίζεται σημαντικές προοπτικές και ταυτόχρονα διατείνεται ότι μπορεί να προσφέρει σημαντικές λύσεις στο θέμα της αντισεισμικής θωράκισης των κατασκευών είναι και η σεισμική μόνωση· μια μέθοδος που ξεκίνησε να εφαρμόζεται ευρέως από τη δεκαετία του 1970 και σήμερα με την συσσωρευμένη εμπειρία η εφαρμογή της διαδίδεται ολοένα και πιο πολύ σε όλο τον κόσμο.

 Η εξάπλωση της μεθόδου εξαρτούνταν σε μεγάλο βαθμό από την αύξηση των γνώσεων για την συμπεριφορά των σεισμικά μονωμένων κατασκευών και με την βελτίωση των προγραμμάτων ηλεκτρονικού υπολογιστή. Έτσι η μόνωση κτιριακών κατασκευών απέδειξε με την προσεκτική αρχικά εφαρμογή της -με την επίλυση των προβλημάτων που εμφανίζονταν- ότι είναι δυνατή η αξιόπιστη χρήση της σε ευρεία κλίμακα. Παράλληλα η ανάπτυξη κατάλληλων προγραμμάτων λογισμικού όπως Sap 2000 και ETABS, με τη δυνατότητα μοντελοποίησης σεισμικά μονωμένων κατασκευών με εύκολο και φιλικό για τον χρήστη τρόπο, «έλυσε» τα χέρια του μηχανικού κάνοντας την επίλυση μονωμένων κατασκευών πιο εύκολη υπόθεση από όσο θεωρούνταν στο παρελθόν.

Ο μηχανικός έχει πλέον στην διάθεση του μια μέθοδο που μπορούσε να δώσει μια πιο θελκτική απάντηση στο πρόβλημα του σεισμού, μειώνοντας το σύνολο των σεισμικών δυνάμεων που εισάγονται στην κατασκευή και μετατρέποντας το προφίλ μετακινήσεων του κτιρίου, που θυμίζει πλέον μετακίνηση στερεού σώματος. Ωστόσο τα ερωτηματικά που υπήρχαν προηγουμένως και αφορούσαν την προσομοίωση της τοιχοποιίας παραμένουν, ενώ προστίθενται και άλλα που αφορούν την αλληλεπίδραση της με το σύστημα της σεισμικής μόνωσης όπως:

Ποια είναι η επίπτωση στα εντατικά μεγέθη από τη χρησιμοποίηση προσομοιωμάτων που δεν περιλαμβάνουν την τοιχοποιία? ποια τα προφίλ το μετακινήσεων? δημιουργούνται ανεπιθύμητες καταστάσεις όπως μαλακός όροφος?

Σε αυτά τα ερωτήματα προσπαθεί να απαντήσει η διπλωματική εργασία που ακολουθεί στη συνέχεια. Για το σκοπό αυτό γίνεται επιλογή ενός κτιρίου με συμμετρικό μοντέλο των στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, που αποκτά ασυμμετρία τόσο μάζας όσο και δυσκαμψίας με την μοντελοποίηση της τοιχοποιίας. Στην συνέχεια το κτίριο μονώνεται σεισμικά με LRB και γίνεται σύγκριση των τεσσάρων μοντέλων -Α1(χωρίς τοιχοποιία και χωρίς σεισμική μόνωση), Α2(με τοιχοποιία και χωρίς σεισμική μόνωση), Α3(χωρίς τοιχοποιία και με σεισμική μόνωση) και Α4(με τοιχοποιία και με σεισμική μόνωση)-σε διάφορες παραμέτρους. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση είναι το πρόγραμμα Sap 2000 Non linear, που έχει τη δυνατότητα μοντελοποίησης μη μονωμένων κατασκευών με χρησιμοποίηση στοιχείων με μη γραμμικές ιδιότητες.

 Όλα τα παραπάνω είναι μια γενική εισαγωγή στο θέμα  της εργασίας ώστε να γίνει καλύτερα αντιληπτό το συνολικό πλαίσιο του θέματος, ορισμένες βασικές παράμετροι που το εκφράζουν και να γίνουν οι πρώτοι πρώιμοι συλλογισμοί σχετικά με όσα πρόκειται να επακολουθήσουν. Όσο το θέμα αναλύεται θα υπάρξει η δυνατότητα, με την υλοποίηση της μελέτης του κτιρίου, τα στοιχεία που προηγήθηκαν να παρουσιαστούν περισσότερο αναλυτικά και να δοθούν απαντήσεις στα ερωτήματα που έχουν ήδη τεθεί.