Στα πλαίσια αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας, μελετήθηκαν οι χρόνοι αντοχής ενός κτιρίου, αντισεισμικά σχεδιασμένου, όταν λαμβάνεται ως πυροδιαμέρισμα, είτε όλος ο προς μελέτη όροφος, είτε τμήμα αυτού (ο μισός ή και ακόμα μικρότερο τμήμα). Επιπλέον, αναπτύχθηκαν διάφοροι τρόποι προσομοίωσης της πυρκαγιάς στα μέλη του κτιρίου. Απ’ αυτούς άλλοι οδήγησαν στα επιθυμητά αποτελέσματα και άλλοι όχι.

Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε εξαώροφο κτίριο, ο φέρων οργανισμός του οποίου μορφώνεται ως πλαίσιο στο χώρο. Οι δοκοί είναι διατομής IPE από χάλυβα S235, τα δε υποστυλώματα αποτελούνται από κοίλες τετραγωνικές συγκολλητές κοιλοδοκούς από χάλυβα S355. Οι πλάκες των ορόφων, πάχους 20cm, αποτελούνται από οπλισμένο σκυρόδεμα, κατηγορίας C30/37. Η στήριξη τους εξασφαλίζεται μέσω της έδρασης τους επί συμμίκτων διαδοκίδων, με διατομή σιδηροδοκού IPE, οι οποίες διατάσσονται κατά την διεύθυνση x στηριζόμενες αρθρωτά στις δοκούς. Τα εσωτερικά χωρίσματα αποτελούνται από ελαφρά διαχωριστικά στοιχεία. Στην περίμετρο του κτιρίου τοποθετούνται υαλοπετάσματα.

Στο κτίριο επιβάλλονται τα εξής φορτία με ονομαστικές τιμές:

 Μόνιμα φορτία g

Ίδιο βάρος σιδηροκατασκευής: προσδιορίζεται με βάση το ειδικό βάρος του χάλυβα  γ = 78,5 ΚΝ / m³

Ίδιο βάρος πλακών:προσδιορίζεται με βάση το ειδικό βάρος του σκυροδέματος  γ = 25 ΚΝ / m³  

Επιστρώσεις – Δάπεδα:  1,5 ΚΝ / m²

Εσωτερικά ελαφρά χωρίσματα:  0,5 ΚΝ / m²

Εξωτερικά υαλοπετάσματα:  2,0 ΚΝ / m

Λοιπά μόνιμα φορτία (ψευδοροφές, δίκτυα εγκαταστάσεων, κ.τ.λ.):    1,0 ΚΝ / m²

Ωφέλιμα φορτία q    2,0 ΚΝ /m²

Η διαστασιολογήση του κτιρίου έγινε για το εξής φάσμα σεισμού:

1. Σεισμική επιτάχυνση εδάφους: Α=0,16g (ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας II)

2. Συντελεστής σπουδαιότητας γ1 = 1,00 (κατηγορία σπουδαιότητας Σ2 για συνήθη κτίρια κατοικιών και γραφείων, βιομηχανικά κτίρια, ξενοδοχεία, κ.τ.λ.)

3. Τιμές χαρακτηριστικών περιόδων: Τ1 = 0,15 sec , T2 = 0,60 sec (έδαφος κατηγορίας Β)

4. Συντελεστής σεισμικής συμπεριφοράς: q=4 (Σύστημα μορφής πλαισίου)

5. Συντελεστής φασματικής ενίσχυσης: β0 = 2,5

6. Συντελεστής επιρροής της θεμελίωσης: θ = 1,0

7. Τιμή ποσοστού απόσβεσης: ζ = 4% ( είδος κατασκευής: μεταλλική με κοχλιώσεις)

Αρχικά έγινε η διαστασιολόγηση των κτιρίων, μέσω του προγράμματος SAP 2000, με βάση τους παρακάτω συνδυασμούς φορτίσεων:  

 1,35G + 1,50Q            

 G + Q            

G + 0,3Q + 0,3Ex + Ey            

G + 0,3Q + Ex + 0,3Ey

Οι έλεγχοι που έγιναν, ήταν ο ικανοτικός, ο έλεγχος μη γραμμικότητας P-Δ, ο έλεγχος καμπτικού λυγισμού, ο έλεγχος βλαβών και ο έλεγχος οριακής κατάστασης λειτουργικότητας (βελών). Μετά τον έλεγχο μη γραμμικότητας προέκυψε ότι έπρεπε κατά την διαστασιολόγηση να ληφθούν υπόψη οι επιρροές δευτέρας τάξεως (P-Δ), οι οποίες και ελήφθησαν.  

Σε δεύτερη φάση, υπολογίστηκαν με ελαστική και πλαστική ανάλυση (Pushover), οι χρόνοι πυραντίστασης των ορόφων των κτιρίων σε συνθήκες πυρκαγιάς, τόσο απουσίας μόνωσης, όσο και για παρουσία αυτής με χρόνο αντοχής μέλους έναντι πυρκαγιάς 30 min και 60min. Ως πυροδιαμέρισμα θεωρήθηκε όλος ο όροφος, ο μισός και δύο εσωτερικά υποστυλώματα. Στην ελαστική ανάλυση λήφθηκε ως κρίσιμο στοιχείο η αστοχία του μεμονωμένου μέλους, ενώ στην πλαστική ανάλυση, με την οποία προσομοιώθηκαν οι γεωμετρικές ατέλειες του κτιρίου με οριζόντια επιβαλλόμενα φορτία ομοιόμορφης ορθογωνικής κατανομής στις στάθμες των ορόφων, ως κρίσιμο στοιχείο λήφθηκε η κατάρρευση του ορόφου. H εισαγωγή της πυρκαγιάς στο  πυροδιαμέρισμα μελέτης έγινε με τη μείωση των ιδιοτήτων του χάλυβα (τάση διαρροής fy, μέτρο ελαστικότητας Ε, όπως προέκυψαν από χρήση προγράμματος προηγούμενης διπλωματικής εργασίας, Fire Strength) και με την επιβολή της θερμοκρασίας ως φορτίο στα  υποστυλώματα.

Στη συνέχεια, υπολογίστηκαν οι χρόνοι πυραντίστασης του 1ου και του 2ου ορόφου για δύο μη γραμμικές αναλύσεις (επιβολή κατακόρυφων φορτίων, επιβολή οριζόντιων αυξανόμενων φορτίων στις στάθμες των ορόφων) για 2, 4, 6 υποστυλώματα, τα οποία είχαν μειωμένα χαρακτηριστικά (Ε, fy), όπως επίσης μειωμένα χαρακτηριστικά είχαν οι δοκοί και η πλάκα που τα περιβάλλει. Επιπλέον υπολογίστηκαν και οι υποχωρήσεις των κόμβων των ανωτέρω υποστυλώματων στους οριακούς χρόνους αστοχίας, καθώς και οι αντίστοιχες υποχωρήσεις των κόμβων στις θέσεις αυτών των υποστυλωμάτων μετά την αφαίρεση τους.

Η σύγκριση των παραπάνω αποτελεσμάτων οδήγησε στα ακόλουθα συμπεράσματα:

• Μετά την μελέτη του κτιρίου με ελαστική και πλαστική (Pushover) ανάλυση προέκυψε ότι οι χρόνοι πυραντίστασης του κτιρίου είναι μεγαλύτεροι, όταν ως κρίσιμο στοιχείο λαμβάνεται το κτίριο, δηλαδή στην περίπτωση της πλαστικής ανάλυσης, σε αντίθεση με τους αντίστοιχους χρόνους, όταν ως κρίσιμο στοιχείο θεωρηθεί το μέλος (υποστύλωμα), όπως συμβαίνει στην ελαστική ανάλυση.

• Βρέθηκαν οι χρόνοι πυραντίστασης του κτιρίου, όταν ως πυροδιαμέρισμα θεωρηθεί ολόκληρος ο όροφος, ο μισός όροφος και δυο ενδιάμεσα υποστυλώματα και διαπιστώθηκε ότι το κτίριο αντέχει περισσότερο σε συνθήκες πυρκαγιάς όταν ως πυροδιαμέρισμα θεωρηθεί ολόκληρος ο όροφος, ενώ οι χρόνοι είναι μειωμένοι στην περίπτωση του μισού ορόφου και των δυο ενδιάμεσων υποστυλωμάτων. H μείωση των χρόνων, καθώς τα μέλη που απαρτίζουν το πυροδιαμέρισμα μειώνονται, οφείλεται στις παραμορφώσεις που προκαλούνται, λόγω επιβολής της θερμοκρασίας στα υποστυλώματα. Για την περίπτωση που η θερμοκρασία επιβάλλεται σε όλα τα υποστυλώματα του ορόφου, η παραμόρφωση που προκαλείται σε αυτά είναι μια ομοιόμορφη επιμήκυνση γνωστή από τον τύπο: δ = α_t * ΔΤ * l  ενώ όταν επιβάλλεται στα μισά υποστυλώματα του ορόφου, προκαλείται μεν επιμήκυνση σε αυτά, ενώ τα άλλα μισά τα εμποδίζουν να παραμορφωθούν και καταπονούνται περισσότερο. Παρόμοια κατάσταση παρατηρείται και στην περίπτωση που η θερμοκρασία επιβάλλεται στα δυο υποστυλώματα του υπό εξέταση ορόφου. 

• Οι χρόνοι πυραντίστασης του κτιρίου, όταν τροποποιούνται τα υλικά δυο, τεσσάρων και έξι υποστυλωμάτων, καθώς και των δοκών και της πλάκας που τα περιβάλλουν, λόγω μόνωσης μελών χρόνου αντοχής 30min, 60min και 0min για τις δυο μη γραμμικές αναλύσεις της Pushover και του συνόλου των κατακόρυφων φορτίων (GRAV), προέκυψαν παραπλήσιοι. Όπως αναμενόταν οι χρόνοι από τις δυο μεθόδους μειώνονται, καθώς ο αριθμός των υποστυλωμάτων των  οποίων το υλικό τροποποιείται αυξάνεται.

•  Υπολογίστηκαν οι υποχωρήσεων στους κόμβους των άνω άκρων δυο, τεσσάρων και έξι  υποστυλωμάτων, των οποίων το υλικό τροποποιείται ανάλογα με την περίπτωση μόνωσης και  στα οποία επιβάλλεται οριζόντιο φορτίο D=5KN στο μέσον τους, καθώς και οι αντίστοιχες υποχωρήσεις μετά την αφαίρεση των υποστυλωμάτων. Προέκυψε ότι οι υποχωρήσεις των κόμβων μετά την αφαίρεση των υποστυλωμάτων είναι πολύ μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες όταν υπάρχουν τα υποστυλώματα.