Αντικείμενο αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας είναι η Στατική και Δυναμική ανάλυση ενός εννιαόροφου μεταλλικού κτηρίου ακαδημαϊκού ιδρύματος, με και χωρίς εσωτερικό πυρήνα σκυροδέματος, με χρήση του προγράμματος SAP2000 (εύρεση εντατικών μεγεθών, παραμορφώσεων, έλεγχοι κατά EC8, EC3 και EC2). Η εναλλακτική λύση που εξετάζεται σε περίπτωση απουσίας του πυρήνα σκυροδέματος, είναι η τοποθέτηση στα αντίστοιχα σημεία περιμετρικά των κλιμακοστασίων και του ανελκυστήρα, χιαστί συνδέσμων δυσκαμψίας.

Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 παρατίθεται μια ιστορική αναδρομή στις μεταλλικές κατασκευές και στη χρήση του χάλυβα ως δομικό υλικό. Συγκεκριμένα, εξετάζονται συνοπτικά οι πρώτες εφαρμογές του χάλυβα στις κατασκευές και διαφαίνεται όλη η εξέλιξη της χρήσης του υλικού αυτού από τις αρχές του 19^ου αιώνα οπότε και εμφανίστηκαν τα πρώτα χαλύβδινα κτήρια, μέχρι και σήμερα. Μερικά παραδείγματα χαλύβδινων κατασκευών που θεωρήθηκαν ορόσημα στην πάροδο της ιστορίας είναι η γέφυρα στο Coalbrookdale στην Αγγλία (1779), η Εθνική Βιβλιοθήκη του Παρισιού (1851),  ο πύργος του Eiffel (1876) και η στέγη του Ολυμπιακού σταδίου του Μονάχου (1976). Στόχος του κεφαλαίου είναι να γίνει εν τέλει η σύγκριση των δύο διαδεδομένων κατασκευαστικών υλικών (μπετό, χάλυβας) και να καταδειχθούν τα συγκριτικά πλεονεκτήματα του χάλυβα, είτε αυτά αφορούν μηχανικά χαρακτηριστικά, ευκολία εφαρμογής είτε αισθητικά και αρχιτεκτονικά κριτήρια σχεδιασμού.

Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 παρουσιάζονται τα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του έργου (είδη διατομών, υλικά, σχεδιασμός) και κατόπιν γίνεται η ανάλυση του φορέα μέσω του προγράμματος SAP2000 και στις δύο περιπτώσεις. Συγκεκριμένα, το ακαδημαϊκό κτήριο προς ανάλυση, είναι εννιαόροφο, με διαστάσεις κάτοψης 28x34m. Στα κεντρικά φατνώματα υπάρχουν οι χώροι των ανελκυστήρων και των κλιμακοστασίων, οι οποίοι θα ενισχυθούν είτε με τοιχεία από σκυρόδεμα είτε με χιαστί συνδέσμους δυσκαμψίας. Τυπικές κατόψεις και τομές των δύο κτηρίων φαίνονται στα παρακάτω σχήματα.

Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στα φορτία καταπόνησης της κατασκευής και στους συνδυασμούς φόρτισης με βάση τους οποίους έγινε η επίλυση. Συγκεκριμένα, συνυπολογίστηκαν τα ίδια βάρη και γενικά μόνιμα φορτία, κινητά φορτία που εκτός των άλλων συμπεριλάμβαναν φορτίο χιονιού και ανέμου (υπολογισμένα κατά τον Ευρωκώδικα 1) και σεισμική φόρτιση για κατηγορία εδάφους Β κατά ΕΑΚ2000. Τελικά μορφώθηκαν οι συνδυασμοί φόρτισης οι οποίοι επιβλήθηκαν στην κατασκευή. Οι συνδυασμοί αυτοί είναι οι ακόλουθοι:

Οριακή Κατάσταση Αστοχίας – Δυσμενής συνδυασμός

·                  S₁ = 1,35·G + 1,5·Q + 1,5·ψ·W_x + 1,5·ψ·S,  (Κύρια μεταβλητή δράση το κινητό φορτίο και άνεμος για Θ=90^ο)

·                  S₂ = 1,35·G + 1,5·Q + 1,5·ψ*W_ψ + 1,5·ψ·S  (Κύρια μεταβλητή δράση το κινητό φορτίο και άνεμος για Θ=0^ο)

·                  S₃ = 1,35·G + 1,5·W_x + 1,5·ψ·Q + 1,5·ψ·S  (Κύρια μεταβλητή δράση ο άνεμος για Θ=90^ο)

·                  S₄ = 1,35·G + 1,5·W_ψ + 1,5·ψ·Q + 1,5·ψ·S,  (Κύρια μεταβλητή δράση ο άνεμος για Θ=0^ο)

·                  S₅ = 1,35·G + 1,5·S + 1,5·ψ·W_x + 1,5·ψ·Q,  (Κύρια μεταβλητή δράση το χιόνι και άνεμος για Θ=90^ο)

·                  S₆ = 1,35·G + 1,5·S + 1,5·ψ·W_ψ + 1,5·ψ·Q,  (Κύρια μεταβλητή δράση το χιόνι και άνεμος για Θ=0^ο)

·                  S₇ = Q+S_Ad,  (τυχηματικός συνδυασμός για αυξημένη χιονόπτωση)

Σεισμικοί συνδυασμοί

·                  S₈ = 1,00·G + 0,50 Q + ψ·S±Ε_x ± 0,30·Ε_y ± 0,30·Ε_z,  (Σεισμικός συνδυασμός με κύριο τον σεισμό κατά x)

·                  S₉ = 1,00·G + 0,50 Q + ψ·S±0,30·Ε_x ± Ε_y ± 0,30·Ε_z,  (Σεισμικός συνδυασμός με κύριο τον σεισμό κατά y)

·                  S₁₀ = 1,00·G + 0,50 Q + ψ·S±0,30·Ε_x ± 0,30·Ε_y ± Ε_z,  (Σεισμικός συνδυασμός με κύριο τον σεισμό κατά z)

Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 με δεδομένα τα αποτελέσματα της στατικής και δυναμικής ανάλυσης, πραγματοποιούνται οι απαραίτητοι έλεγχοι των μελών που απαρτίζουν τους δύο φορείς. Χαρακτηριστικά, παρατίθενται συγκεντρωτικά τα αποτελέσματα από την ιδιομορφική ανάλυση στα δύο κτήρια για τις 12 πρώτες ιδιομορφές.

ΙΔΙΟΜΟΡΦΕΣ ΓΙΑ ΚΤΗΡΙΟ ΜΕ ΠΥΡΗΝΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ

ΙΔΙΟΜΟΡΦΕΣ ΓΙΑ ΚΤΗΡΙΟ ΜΕ ΧΙΑΣΤΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΥΣ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ

Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζεται σχηματικά το διάγραμμα των ροπών του κτηρίου με πυρήνα σκυροδέματος.

Στο κεφάλαιο αυτό παρατίθενται, επίσης, παραδείγματα δυσμενών μελών (ως προς τα εντατικά μεγέθη τους) από κάθε κατηγορία διατομής (υποστυλώματα, κύριες δοκοί, δευτερεύουσες δοκοί) Παρατηρείται πως γενικά το κτήριο με χιαστί συνδέσμους δυσκαμψίας είναι ελαφρώς πιο εύκαμπτο από αυτό με τον πυρήνα σκυροδέματος και πως οι δυσμενείς συνδυασμοί φόρτισης για κάθε κατηγορία διατομής είναι αυτές που περιλαμβάνεται η ανεμοπίεση (είτε συνδυασμός με άνεμο κατά Υ, είτε ο βασικός συνδυασμός με άνεμο κατά Χ).

Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 γίνεται μια σύγκριση της συμπεριφοράς των δύο μοντέλων όπως προκύπτουν έπειτα από την επίλυση μέσω του SAP2000 και επιχειρείται να δοθεί μια ερμηνεία στην επιρροή που έχει η παρουσία του πυρήνα σκυροδέματος σε πολυόροφες μεταλλικές κατασκευές. Επίσης, γίνεται διαστασιολόγηση των μελών της κατασκευής ώστε να είναι επαρκείς σε όλους τους συνδυασμούς φόρτισης και ελέγχους που απαιτούνται. Παρατηρήθηκε πως η αρχική υπόθεση και στις δύο περιπτώσεις κτηρίων (ΗΕΒ 450 υποστυλώματα/ IPE 400 κύριες δοκοί, IPE270 δευτερεύουσες δοκοί) ήταν άστοχη, καθώς ήταν αναγκαίο να αυξηθούν οι κατηγορίες των διατομών και να επιλυθεί εκ νέου ο φορέας. Στις διατομές που επιλέχθηκαν τελικά, προτιμήθηκε το ποσοστό αξιοποίησής τους να φτάνει έως το 95% της αντοχής των μελών. Τέλος, παρατηρούμε πως στην περίπτωση του πυρήνα σκυροδέματος επιβαρύνεται η κατασκευή με ίδια βάρη από τα τοιχεία, και επομένως απαιτούνταν χαλύβδινες διατομές με υψηλότερα μηχανικά χαρακτηριστικά, ιδίως στην περίπτωση των υποστυλωμάτων.

Στο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 παρατίθενται συνοπτικά τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παραπάνω μεταπτυχιακή εργασία.