Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια
αναφορά στην ανάγκη αποτίμησης και ενίσχυσης της
φέρουσας ικανότητας μιας ήδη υπάρχουσας κατασκευής,
κυρίως αν αυτή δεν έχει μελετηθεί με τους ισχύοντες
αντισεισμικούς κανονισμούς. Ο ανασχεδιασμός μιας
κατασκευής είναι εργασία σαφώς πολυπλοκότερη από τον
σχεδιασμό νέας κατασκευής λόγω της έλλειψης επαρκούς και
τεκμηριωμένης γνώσης για το υφιστάμενο κτίριο καθώς και
λόγω έλλειψης τεχνογνωσίας για την εφαρμογή των διάφορων
κανονισμών και κυρίως του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Στη συνέχεια
εξετάζονται συνήθη μεταλλικά συστήματα για την παραλαβή
της σεισμικής ενέργειας, όπως τα πλαίσια ροπής και οι
κεντρικοί και έκκεντροι σύνδεσμοι δυσκαμψίας σε
αντιπαραβολή με κάποια καινοτόμα συστήματα.
Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια
περιγραφή της γενικής διάταξης και γεωμετρίας των
καινοτόμων συστημάτων FUSEIS, τα οποία συνδυάζουν την
ολκιμότητα και αρχιτεκτονική ευελιξία των πλαισίων ροπής
με την αυξημένη δυσκαμψία των πλαισίων με συνδέσμους.
Αποτελείται από δύο ισχυρά τοποθετημένα υποστυλώματα
τοποθετημένα σε κοντινή απόσταση, περί τα 1,5 με 2m, τα
οποία συνδέονται με πολλές ασθενέστερες δοκούς. Οι δοκοί
μπορούν να έχουν διατομές διαφόρων τύπων όπως RHS, SHS,
CHS, IPE. Το σύστημα αυτό αντιστέκεται στα πλευρικά
φορτία σαν μια κατακόρυφη δοκός vierendeel. Οι δοκοί
καταπονούνται κυρίως σε κάμψη και διάτμηση ενώ τα
υποστυλώματα σε αξονική. Βασικό τους πλεονέκτημα είναι
ότι επειδή δεν συμμετέχουν στην παραλαβή των κατακόρυφων
φορτίων είναι εύκολα αντικαταστάσιμα. Επίσης
παρουσιάζονται οι έλεγχοι που πρέπει να ικανοποιούνται
για τα επιμέρους στοιχεία του συστήματος καθώς και ο
τρόπος προσδιορισμού της καμπύλης ικανότητας του
κτιρίου.
Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται
η μέθοδος της μη γραμμικής στατικής ανάλυσης, οι στάθμες
επιτελεστικότητας καθώς και ο τρόπος εύρεσης της
στοχευόμενης μετακίνησης με τη μέθοδο ATC-40. Η μη
γραμμική ανελαστική ανάλυση ή με άλλα λόγια pushover
analysis πραγματοποιείται με σταδιακή προσαύξηση των
οριζόντιων φορτίων υπό τη δράση σταθερών κατακόρυφων
φορτίων και υπολογισμό της ανελαστικής μετακίνησης σε
κάθε βήμα λαμβάνοντας υπόψη τη μειωμένη δυσκαμψία των
στοιχείων που έχουν διαρρεύσει σε κάθε βήμα. Για να
βρεθεί η καμπύλη ικανότητας είναι απαραίτητος ο
καθορισμός των νόμων που διέπουν την ανελαστική
συμπεριφορά των μελών της κατασκευής, οι οποίοι
περιγράφονται μέσω διαγραμμάτων που σχετίζουν εντατικά
μεγέθη με παραμορφώσεις ή σχετικές μετακινήσεις.
Στο τέταρτο κεφάλαιο
περιγράφεται η γεωμετρία και τα μηχανικα χαρακτηριστικά
ενός ήδη υπάρχοντος επταώροφου κτιρίου γραφείων από
οπλισμένο σκυρόδεμα ύψους 29,91m με δύο υπόγεια και
δίνονται κάποια αρχιτεκτονικά σχέδια . Η ιδιορρυθμία του
κτιρίου είναι ότι οι πρώτοι 4 όροφοι καθώς και ο 6ος δεν
έχουν δοκάρια, συνεπώς οι μυκητοειδείς πλάκες πάχους 26
και 24cm εδράζονται απευθείας πάνω στα υποστυλώματα, τα
οποία εμφανίζουν ενισχυμένη ζώνη. Οι διαστάσεις των
υποστυλωμάτων μειώνονται ανεβαίνοντας προς τους
ανώτερους ορόφους. Το κτίριο δομείται από οπλισμένο
σκυρόδεμα C20/25 με ράβδους χάλυβα ST III. Επίσης
εξηγείται ο τρόπος προσομοίωσης της κατασκευής με τη
βοήθεια του προγράμματος SAP2000. Χρησιμοποιήθηκε χωρικό
προσομοίωμα. Τα υποστυλώματα και οι δοκοί προσομοιώθηκαν
με γραμμικά στοιχεία, ενώ οι πλάκες με επιφανειακά
στοιχεία. Οι πλάκες 5 ορόφων είναι μυκητοειδείς κι έτσι
δεν ορίστηκε διαφραγματική λειτουργία. Κρίθηκε σωστότερη
η χρήση πεπερασμένων στοιχείων. Όσον αφορά τη θεμελίωση,
η σύνδεση υποστυλωμάτων – εδάφους θεωρείται πάκτωση. Για
την ελαστική δυναμική ανάλυση οι δυσκαμψίες των φερόντων
στοιχείων εισήχθησαν απομειωμένες στο λογισμικό, για να
ληφθεί υπόψη η ρηγμάτωσή τους καθώς και ότι συνυπάρχουν
φαινόμενα διάτμησης και εξόλκευσης οπλισμού. Για τη μη
γραμμική στατική ανάλυση ήταν απαραίτητο να δοθούν στο
πρόγραμμα τα διαγράμματα σ-ε των υλικών.
Στο πέμπτο κεφάλαιο
παρουσιάζονται οι αναλύσεις πριν την ενίσχυση του
κτιρίου. Πραγματοποιήθηκε τόσο ελαστική δυναμική ανάλυση
όσο και μη γραμμική στατική για την αποτίμηση του
υφιστάμενου φορέα. Η ιδιομορφική ανάλυση έδειξε ότι το
κτίριο είναι ιδιαίτερα εύκαμπτο, πράγμα που οφείλεται
στην απουσία δοκών. Αρχικά έγινε η ελαστική δυναμική
ανάλυση. Για αυτήν χρησιμοποιήθηκε το ελαστικό φάσμα
σχεδιασμού του EC-8, Μέρος 1, για κατηγορία
σπουδαιότητας κτιρίου ΙΙ, έδαφος C και ζώνη σεισμικής
επικινδυνότητας Ζ2. Παρατηρήθηκαν μεγάλες, μη αποδεκτές
σχετικές μετακινήσεις σε όλους τους ορόφους με εξαίρεση
τον 1ο όροφο, με τις μεγαλύτερες να εντοπίζονται στους
δύο ανώτερους ορόφους οι οποίοι βρίσκονται σε εσοχή.
Επίσης , οι έλεγχοι έδειξαν ότι τα περισσότερα μέλη του
φέροντος οργανισμού αστοχούν υπό το σεισμικό συνδυασμό.
Στη συνέχεια έγινε μη γραμμική στατική ανάλυση του
φορέα. Η μη γραμμική ανάλυση συγκεκριμένα έδειξε ότι οι
περισσότερες βλάβες γίνονται στους ενδιάμεσους ορόφους
(2ο έως 6ο) και δημιουργείται μαλακός όροφος στον 4ο,
αφού πλαστικοποιούνται οι κορυφές και οι βάσεις όλων των
υποστυλωμάτων. Τόσο με βάση την ελαστική δυναμική όσο
και με τη μη γραμμική ανάλυση κρίθηκε απαραίτητο να
γίνει τόσο ενίσχυση αντοχής όσο και δυσκαμψίας του
φορέα. Στόχος της ενίσχυσης της αντοχής είναι να μην
γίνεται υπέρβαση της στάθμης ‘Προστασία Ζωής’.
Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται
τα αποτελέσματα των αναλύσεων μετά την ενίσχυση του
φορέα. Για την ενίσχυση του επιλέχθηκαν τα καινοτόμα
συστήματα FUSEIS. Μεταλλικά υποστυλώματα συνδέθηκαν με
τα υφιστάμενα γωνιακά υποστυλώματα και μεταξύ τους
τοποθετήθηκαν μεταλλικοί δοκοί. Έχει αποδειχθεί ότι τα
υποστυλώματα σε ένα σύστημα FUSEIS είναι καλό να απέχουν
το ένα από το άλλο 1,5 με 2m.Στην προκειμένη περίπτωση
εξαιτίας της τοποθέτησης των νέων υποστυλωμάτων δίπλα
στα ήδη υπάρχοντα αυτά απέχουν μεταξύ τους αποστάσεις
έως και 4m.Επελέγησαν υποστυλώματα HEB200, στη βάση των
οποίων έχει οριστεί άρθρωση. Τοποθετήθηκαν 3 δοκοί στο
1ο όροφο, 5 δοκοί στον 2ο, 4ο, 6ο και 7ο όροφο, και 4
δοκοί στον 3ο και στον 4ο . Για τα υποστυλώματα του
συστήματος FUSEIS χρησιμοποιήθηκε δομικός χάλυβας S355,
ενώ για τις δοκούς δομικός χάλυβας S275. Θεωρήθηκε
συντελεστής συμπεριφοράς του κτιρίου ίσος με 2,5. Νέες
κατασκευές με συστήματα FUSEIS έχουν συντελεστή
συμπεριφοράς έως και 5. Στην προκειμένη περίπτωση τα νέα
μεταλλικά υποστυλώματα συνδέονται με τα παλιά συνεπώς
δεν θα ήταν σωστό να γίνει ο σχεδιασμός του συστήματος
ενίσχυσης για ένα τόσο μεγάλο q, γιατί τότε θα έπρεπε να
εξασφαλίζεται και μεγάλη διαθέσιμη πλαστιμότητα. Ο ήδη
υπάρχον φορέας δεν διαθέτει , συνεπώς θα πάθαινε ακόμα
πιο εκτεταμένες βλάβες. Η ιδιομορφική ανάλυση του
ενισχυμένου φορέα έδειξε ότι πλέον το κτίριο είναι πολύ
πιο δύσκαμπτο. Στη συνέχεια έγινε ελαστική δυναμική
ανάλυση και πραγματοποιήθηκαν οι έλεγχοι των πλάστιμων
και των μη πλάστιμων στοιχείων των συστημάτων FUSEIS για
το δυσμενέστερο σεισμικό συνδυασμό. Με την ενίσχυση τα
drift των ορόφων ελαττώθηκαν πολύ. Τέλος με την βοήθεια
μη γραμμικής στατικής ανάλυσης κατασκευάζεται η νέα
καμπύλη ικανότητας του ενισχυμένου φορέα, η οποία
αποδεικνύει την αύξηση της φέρουσας ικανότητας και
αποδεικνύεται ότι στο σημείο επιτελεστικότητας καμία
πλαστική άρθρωση δεν έχει υπερβεί τη στάθμη «Προστασία
Ζωής», οπότε επιτυγχάνεται ο στόχος της ενίσχυσης της
αντοχής του φορέα.
Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται
σύγκριση της συμπεριφοράς του κτιρίου πριν και μετά την
ενίσχυση. Κατασκευάζονται ορισμένα συγκριτικά
διαγράμματα που δείχνουν την αύξηση της φέρουσας
ικανότητας της κατασκευής καθώς και τη μείωση των
σχετικών μετακινήσεων όλων των ορόφων από τον 3ο και
πάνω. Με την ενίσχυση αποφεύγεται πλέον ο σχηματισμός
μαλακού ορόφου στην 4ο στάθμη.