Τα κτιριακά έργα από οπλισμένο σκυρόδεμα αποτελούν την πλειονότητα των κατασκευών που έχουν οικοδομηθεί στην Ελλάδα έως  σήμερα. Η φυσική φθορά και οι βλάβες  που υφίστανται με την πάροδο του χρόνου μειώνουν την αντοχή τους  ενώ κατά την αρχική μελέτη των παλαιότερων εξ ’αυτών δεν έχουν υιοθετηθεί οι βασικές αρχές του σύγχρονου αντισεισμικού σχεδιασμού. Εύλογα ,λοιπόν τίθενται ερωτήματα περί της σεισμικής τρωτότητας των κτιρίων αυτών καθώς και της ανάγκης επεμβάσεων για την ανάληψη σεισμικών φορτίων.

Η μελέτη κτιρίων σε περιοχές με έντονη σεισμική δραστηριότητα έχει ιδιαίτερες απαιτήσεις. Ο σχεδιασμός κατασκευών ικανών να φέρουν τις σεισμικές δράσεις του ισχυρότερου πιθανού σεισμού χωρίς καμία βλάβη είναι εξαιρετικά αντιοικονομικός, για το λόγο αυτό είναι συνήθης πρακτική τα κτίρια να σχεδιάζονται ώστε να μην εμφανίζουν βλάβες σε μέτριας έντασης σεισμούς, ενώ σε περίπτωση ισχυρού σεισμού είναι αποδεκτές βλάβες αλλά όχι σε τέτοιο βαθμό ώστε να επέρχεται κατάρρευση του κτιρίου. Με βάση το επίπεδο των αποδεκτών βλαβών , το οποίο καθορίζεται από το είδος και τις απαιτήσεις κάθε κατασκευής, ορίζονται τρείς στάθμες επιτελεστικότητας (Performance Levels): Αποφυγή Διακοπής Λειτουργίας (Immediate Occupancy, IO), Προστασία Ανθρώπινης Ζωής (Life Safety, LS) και Αποφυγή Κατάρρευσης (Collapse Prevention, CP).

Κύριος στόχος του αντισεισμικού σχεδιασμού για πολλές δεκαετίες ήταν η προστασία της ανθρώπινης ζωής (LS) που βασιζόταν στην παραδοχή ότι μετά το σεισμό τα μη φέροντα στοιχεία θα υποστούν σημαντικές βλάβες, ενώ τα φέροντα στοιχεία, ακόμα και αν εισέλθουν στην πλαστική περιοχή, θα μπορούν να μεταφέρουν τα κατακόρυφα φορτία με ασφάλεια. Στα συνήθη συστήματα δυσκαμψίας (πλαίσια ροπής, κεντρικοί και έκκεντροι κατακόρυφοι σύνδεσμοι, χαλύβδινα και σύμμικτα τοιχώματα) αυτό επιτυγχάνεται με απορρόφηση της σεισμικής ενέργειας σε συγκεκριμένες θέσεις του φορέα (μέλη ή συνδέσεις) περιορίζοντας την έκταση των βλαβών. Ωστόσο, σε έναν εξαιρετικά μεγάλο σεισμό η δημιουργία πλαστικών αρθρώσεων σε φέροντα στοιχεία, ακόμα και όταν αποτρέπεται η μερική ή ολική κατάρρευση του κτιρίου εξασφαλίζοντας την προστασία της ανθρώπινης ζωής, μπορεί να οδηγήσει σε εκτεταμένες παραμένουσες γωνιακές παραμορφώσεις ορόφων (permanent interstory drifts). Στην περίπτωση αυτή, η επισκευή του κτιρίου ενδέχεται να έχει υψηλότερο κόστος σε σχέση με την κατεδάφιση και ανακατασκευή του.

Η έρευνα τα τελευταία χρόνια επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων συστημάτων για τη βελτίωση της αντισεισμικής συμπεριφοράς των κτιρίων τα οποία μπορούν να απορροφήσουν τη σεισμική ενέργεια μέσω της υστερητικής τους συμπεριφοράς σε ελεγχόμενες θέσεις (συνδέσεις ή μέλη), ανεξάρτητες από το σύστημα παραλαβής κατακόρυφων φορτίων, ώστε η κύρια κατασκευή να εμφανίζει μόνο ελαστικές παραμορφώσεις. Επιπλέον, λόγω του μικρού μεγέθους τους, μπορούν να επισκευαστούν ή να αντικατασταθούν εύκολα ενώ με κατάλληλο σχεδιασμό είναι δυνατή ακόμα και η απρόσκοπτη λειτουργία του κτιρίου αμέσως μετά το σεισμό (ΙΟ). Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία επιχειρεί την ενίσχυση υφιστάμενου κτιρίου από Ωπλισμένο σκυρόδεμα με την χρήση των καινοτόμων αντισεισμικών συστημάτων INERD. Τα συστήματα INERD αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του Ευρωπαικού Ερευνητικού προγράμματος «Two Innovations for Earthquake Resistant Design”, που χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από την Ευρωπαική Κοινότητα Άνθρακα και Χάλυβα.            

Αρχικά αξίζει να αναφερθούμε στην διάταξη των συνδέσεων INERD. Οι συνδέσεις INERD διαμορφώνονται με δύο εξωτερικές μεταλλικές πλάκες και δύο εσωτερικές, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους μέσω ενός μεταλλικού πείρου. Οι εσωτερικές πλάκες συγκολλούνται πάνω στον διαγώνιο σύνδεσμο δυσκαμψίας, ενώ οι εξωτερικές κοχλιώνονται πάνω στο υποστύλωμα (στη συγκεκριμένη περίπτωση πάνω στο μεταλλικό δοκάρι) του υπό μελέτη φατνώματος. Κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας μέσω της αξονικής τους παραμόρφωσης, η οποία επιτυγχάνεται χάριν στην κάμψη του μεταλλικού πείρου.            

Κατόπιν μελετάται η ενίσχυση με την χρήση των συστημάτων INERD ενός κτιρίου γραφείων από οπλισμένο σκυρόδεμα, ορθογωνικής κάτοψης. Το κτίριο αποτελείται από 7 ορόφους και 2 επίπεδα υπογείου, ενώ βρίσκεται σε περιοχή ζώνης σεισμικής επικινδυνότητας Ι (ag=0,16 g). Χαρακτηριστικό του κτιρίου είναι η απουσία δοκαριών στους πρώτους 4 ορόφους, αντ’ αυτού χρησιμοποιείται μία ζώνη ενίσχυσης γύρω από τις θέσεις των υποστυλωμάτων.            

Κατά τον έλεγχο της φέρουσας ικανότητας του κτιρίου παρατηρείται ότι είναι ικανό να φέρει τα κατακόρυφα φορτία, ωστόσο δεν επαρκεί στην δράση του σεισμικού συνδυασμού. Για τον λόγο αυτό κρίνεται αναγκαία η ενίσχυσή του, η οποία πραγματοποιείται με φατνώματα συνδέσμων Λ τα οποία τοποθετούνται και στις τέσσερις πλευρές του κτιρίου και εκτείνονται σε όλο το ύψος του. Επιπλέον, στο ένα άκρο των διαγωνίων των συνδέσμων Λ τοποθετούνται οι διατάξεις INERD. Η διαστασιολόγησή τους πραγματοποιείται σε πρώτο στάδιο αγνοώντας την συνεισφορά τους στη δυσκαμψία στου συστήματος. Κατόπιν εισάγονται στο προσομοίωμα και έπειτα από την διεξαγωγή επαναληπτικής διαδικασίας, σύμφωνα με την ικανοποίηση τόσο των γεωμετρικών απαιτήσεων αλλά και την επάρκεια τους σε σεισμικούς και ικανοτικούς ελέγχους, επιλέγονται οι τελικές διαστάσεις.            

Για την εκτίμηση των αποτελεσμάτων της ενίσχυσης πραγματοποιούνται τόσο ελαστικές όσο και ανελαστικές αναλύσεις.  Πιο συγκεκριμένα προκύπτει το κτίριο μετά την ενίσχυσή του με τα καινοτόμα συστήματα INERD είναι ικανό να αποκριθεί στα σεισμικά φορτία σύμφωνα με τους σύγχρονους κανονισμούς. Κατά την ανελαστική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε γίνεται η σύγκριση της συμπεριφοράς πριν και μετά την ενίσχυση του κτιρίου. Σύμφωνα με αυτήν η φέρουσα ικανότητα του κτιρίου έχει σαφώς αυξηθεί ενώ οι μετακινήσεις και οι γωνιακές παραμορφώσεις όλων των ορόφων είναι μειωμένες και πλέον οι σύγχρονοι αντισεισμικοί κανονισμοί ικανοποιούνται. Στην περίπτωση ενός συνήθους σεισμού το ενισχυμένο πλέον κτίριο δεν ξεπερνάει στην στάθμη επιτελεστικότητας Άμεση Χρήση (ΙΟ). Αξίζει να σημειωθεί ότι στο εξεταζόμενο σενάριο ενός ισχυρότερου σεισμού (μιάμιση φορά ο σεισμός σχεδιασμού) η υπάρχουσα κατασκευή ξεπερνάει τη στάθμη Αποφυγής Κατάρρευσης (CP), ενώ κατόπιν της ενίσχυσης με τα συστήματα INERD υπερβαίνεται η στάθμη Προστασία Ζωής (LS)  και η κατάρρευση αποτρέπεται.            

Συμπερασματικά, η χρήση των διατάξεων INERD στο υπό εξέταση κτίριο μπορεί να χαρακτηριστεί ως επιτυχημένη καθώς οδήγησε στην επιθυμητή συμπεριφορά του κτιρίου το οποίο εμφανιζόταν ανεπαρκές ως προς την ανάληψη σεισμικών φορτίων.