Σχεδιασμός και Αποτίμηση Εξαώροφου Κτιρίου από Χάλυβα              

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Παραλαίμου Στυλιανή                          
Επιβλέπων Καθηγητής: Βαμβάτσικος Δ., Επικ. Καθηγητής
Ημερομηνία : Φεβρουάριος 2020

Το θέμα που μελετήθηκε στην παρούσα εργασία ήταν ο σχεδιασμός και η αποτίμηση ενός εξαώροφου κτιρίου. Το πρώτο βήμα για τον σχεδιασμό του κτιρίου, με δεδομένη κάτοψη από οπλισμένο σκυρόδεμα, ήταν η μόρφωση της μεταλλικής πλέον κάτοψης και η επιλογή των θέσεων των υποστυλωμάτων, ώστε να μην παραβιάζονται οι αρχιτεκτονικές απαιτήσεις που έχουν τεθεί. Η έντονη ασσυμετρία του και το ακανόνιστο σχήμα του ήγειρε ερωτηματικά όσον αφορά την θέση και τον τύπο των μηχανισμών παραλαβής των οριζόντιων δράσεων έως ότου αποφασίστηκε να τοποθετηθούν όσο το δυνατόν περισσότερα περιμετρικά πλαίσια. Έπειτα, έγινε η επιλογή των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν και ασκήθηκαν τα φορτία που προβλέπονται από τον Κανονισμό.

Ο φορέας εισήχθη στο πρόγραμμα και ξεκίνησαν οι αναλύσεις, τα πρώτα μέλη για τα οποία προέκυψαν οι τελικές διατομές ήταν οι σύμμικτες δοκοί, κύριες και δευτερεύουσες, λόγω του ότι διαστασιολογούνται μόνο λόγω των κατακόρυφων φορτίων και των συνδυασμών που προκύπτουν από αυτά, καθώς και η σύμμικτη πλάκα. Κρίσιμος έλεγχος για την διαστασιολόγηση των δοκών, λόγω των μεγάλων ανοιγμάτων, ήταν ο έλεγχος βελών, λόγω μόνιμων και κινητών φορτίων. Έπειτα διαστασιολογήθηκαν οι δοκοί που συμμετέχουν στα πλαίσια και τα υποστυλώματα βάσει των δυσμενέστερων εντατικών μεγεθών που προέκυψαν από τους παραπάνω συνδυασμούς.

Το τελευταίο βήμα του σχεδιασμού ήταν ο αντισεισμικός έλεγχος, καθώς αποδείχτηκε κρίσιμος ο περιορισμός φαινομένων 2ης τάξεως, λόγω του οποίου έπρεπε να αυξηθούν σημαντικά οι διατομές των υποστυλωμάτων, και λιγότερο των δοκών. Μεγαλύτερη αύξηση παρατηρήθηκε κυρίως στα υποστυλώματα των πλαισίων που είναι στραμμένα ως προς τον άξονα Υ και συμμετέχουν με μειωμένο ποσοστό της δυσκαμψίας τους στον περιορισμό των σχετικών μετατοπίσεων.

Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε μη γραμμική στατική υπερωθητική ανάλυση (Pushover Analysis) από όπου εξήχθη το σημείο επιτελεστικότητας του κτιρίου για κάθε έναν από τους κύριους άξονες. Η εξαγωγή των καμπυλών ικανότητας απέδειξε την υπεροχή του κτιρίου κατά την Χ διεύθυνση αναπτύσσοντας μεγαλύτερη τέμνουσα δύναμη αλλά κυρίως περισσότερες πλαστικές αρθρώσεις. Κατά την διεύθυνση Υ, όπως ήταν αναμενόμενο, δημιουργήθηκαν πρώτα πλαστικές αρθρώσεις στο πλαίσιο 5 που σχηματίζει τη μικρότερη  γωνία με τον άξονα Υ κι έπειτα στο πλαίσιο 2 που σχηματίζει την δεύτερη μικρότερη γωνία μετά το πλαίσιο 5.

Η αποτίμηση του κτιρίου εξήχθη μέσω των καμπυλών ικανότητας από τις οποίες προέκυψαν οι καμπύλες τρωτότητας για συγκεκριμένα επίπεδα διατμητικών παραμορφώσεων των ορόφων. Ο 4ος όροφος, στον οποίο γίνεται και η αλλαγή των διατομών των υποστυλωμάτων, είναι κρίσιμος και για τις δύο διευθύνσεις. Συγκρίνοντας τις καμπύλες ικανότητας κατά Χ και Υ  παρατηρούμε ότι ενώ στην αρχή, στον ελαστικό κλάδο, οι μετατοπίσεις του κόμβου ελέγχου είναι ίδιες για την πράσινη σήμανση, στην κίτρινη σήμανση, και ακόμα περισσότερο στην κόκκινη σήμανση διαφοροποιούνται αρκετά. Αυτό, εν μέρει, οφείλεται στο γεγονός ότι κατά την Χ διεύθυνση οι βλάβες συγκεντρώνονται στον 3ο και στον 4ο όροφο, δηλαδή στα μέσα του ύψους του κτιρίου, και  στα τελευταία βήματα της Pushover και στον 2ο όροφο, ενώ κατά την διεύθυνση Υ οι βλάβες συγκεντρώνονται στον 4ο και στον 5ο όροφο,  κι «ακολουθεί» ο 6ος στον οποίο βρίσκεται και ο κόμβος ελέγχου.

Τέλος, μέσω των καμπυλών σεισμικού κινδύνου, εκτιμήθηκε η μέση ετήσια συχνότητα υπέρβασης των τριών οριακών καταστάσεων, για διάρκεια ζωής του έργου 50 χρόνια, που αντιστοιχούν σε πράσινη, κίτρινη και κόκκινη σήμανση και η πιθανότητα υπέρβασής τους. Παρόλο που οι πιθανότητες υπερβάσεως των συγκεκριμένων επιπέδων βλαβών είναι μικρές παρατηρείται αύξηση 40%, 50% και 25% για παραμόρφωση 0.75%, 2.0% και 4.0% κατά την Υ διεύθυνση σε σχέση με την Χ.  

 

Δείτε τη ΜΕ στη βιβλιοθήκη του ΕΜΠ