Η προσεισμική αποτίμηση υφιστάμενων κατασκευών είναι μια απαιτητική διαδικασία την οποία αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί ολοένα και συχνότερα τις τελευταίες δεκαετίες. Οι κύριοι λόγοι που την καθιστούν απαραίτητη έγκεινται στην αναθεώρηση των ισχυόντων κανονιστικών πλαισίων, με την εισαγωγή αντισεισμικών διατάξεων που συμβαδίζουν με τη γνώση που λαμβάνουμε κάθε φορά μετά από ένα σημαντικό σεισμικό συμβάν, στην αλλαγή του δομικού συστήματος των κτιρίων, λόγω προσθηκών και επεκτάσεων, αλλά και σε άλλους τεχνικούς ή νομικού ενδιαφέροντος. Στην Ελλάδα, αλλά και σε πολλές άλλες χώρες, το κτιριακό απόθεμα αποτελείται σε πολύ μεγάλο ποσοστό από κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος. Για την Ελλάδα, συγκεκριμένα, η μεγάλη τομή στην θέσπιση αντισεισμικών κανονισμών πραγματοποιήθηκε το 1984, με το Β.Δ. «Περί Αντισεισμικού Κανονισμού Οικοδομικών Έργων» (ΦΕΚ 36Α/16.04.1984) και επικαιροποιήθηκε το 1999, με την έγκριση του Ελληνικού Αντισεισμικού Κανονισμού (ΦΕΚ 2184Β/20.12.1999), ο οποίος ακολούθησε τον φονικό σεισμό της Αθήνας το ίδιο έτος. Μεγάλος αριθμός κτιρίων που σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν πριν το 1985, αριθμός που αποτελεί μεγάλο ποσοστό του κτιριακού αποθέματος, λόγω της έντονης οικοδομικής δραστηριότητας των δεκαετιών του 1960 και 1970, στερείται βασικών αντισεισμικών λεπτομερειών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η διαδικασία αποτίμησης να οδηγεί στην ανάγκη ενίσχυσης του κτιρίου, ώστε να φέρει επαρκώς τα σεισμικά φορτία.

Η ενίσχυση των υφιστάμενων κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος περιλαμβάνει διάφορες μεθόδους, οι οποίες κατατάσσονται σε δύο κύριες κατηγορίες: αυτές που αποσκοπούν στην τοπική ενίσχυση μελών που παρουσιάζουν ανεπάρκεια, μέσω τοπικών επεμβάσεων και σε αυτές που αποσκοπούν στην καθολική ενίσχυση της κατασκευής με την αύξηση της αντοχής, της δυσκαμψίας ή/και της πλαστιμότητας. Μια από τις μεθόδους της δεύτερης κατηγορίας, η οποία εισήχθη τη δεκαετία του 1980 και έκτοτε αποσπά ολοένα και περισσότερο το ενδιαφέρον των μηχανικών, είναι η προσθήκη μεταλλικών συνδέσμων δυσκαμψίας. Στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης κεντρικών χαλύβδινων συνδέσμων δυσκαμψίας για τη σεισμική ενίσχυση κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος.

Για την εν λόγω διερεύνηση, ένα τετραώροφο κτίριο κατοικίας, αντιπροσωπευτικό της κατασκευαστικής πρακτικής της δεκαετίας του 1960, επιλέχθηκε ως μελέτη περίπτωσης. Η διαδικασία σεισμικής αποτίμησης και ανασχεδιασμού ακολούθησε τις διατάξεις του ελληνικού Κανονισμού Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ., 3η αναθεώρηση – ΦΕΚ 3197Β/22.06.2022), όπως συμπληρώνονται όπου απαιτείται από διεθνείς κανονισμούς (π.χ. ΕΝ 1998-1, ΕΝ 1998-3, FEMA 356), ενώ οι απαιτούμενες από τους υπόψη κανονισμούς αναλύσεις εκτελέστηκαν με τα λογισμικά RFEM6 της εταιρείας Dublal GmbH για τις ελαστικές και SAP2000 της εταιρείας CSI Inc. για τις ανελαστικές.

Για να καταστούν όσο γίνεται πιο αξιόπιστα τα δεδομένα με τα οποία θα συνταχθεί η μελέτη αποτίμησης, εκτελέστηκαν αρχικά οι απαιτούμενες διερευνητικές διεργασίες αποτύπωσης του δομήματος και της κατάστασής του, καθώς επίσης αντλήθηκαν και τα απαραίτητα δεδομένα από επιτόπου και εργαστηριακούς ελέγχους υπολογισμού μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών. Μέσω της διαδικασίας αυτής, αποδόθηκαν ρεαλιστικές τιμές στις χρησιμοποιούμενες Στάθμες Αξιοπιστίας Δεδομένων (ΣΑΔ), ενώ οι στόχοι αποτίμησης και ανασχεδιασμού καθορίσθηκαν με βάση τις διατάξεις του ΚΑΝ.ΕΠΕ. για την χρονολογία κατασκευής και την κατηγορία σπουδαιότητας του κτιρίου. Ιδιαίτερη σημασία, επίσης, δόθηκε και στη διαδικασία μοντελοποίησης των τοιχοποιιών πλήρωσης και στην ικανοποίηση των κριτηρίων του εν λόγω κανονισμού για τη συνεκτίμησή τους.

Για την ελαστική ανάλυση του κτιρίου χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος καθολικού δείκτη συμπεριφοράς q, με τις τιμές που προτείνει ο κανονισμός για κάθε στάθμη επιτελεστικότητας, συνεκτιμώντας βασικά χαρακτηριστικά της κατασκευής. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν γενικευμένη ανεπάρκεια της κατασκευής να φέρει με ασφάλεια τα σεισμικά φορτία που προκύπτουν από τη φασματική επιτάχυνση του ΕΚ8-1, καθώς διαπιστώθηκε αστοχία στη συντριπτική πλειοψηφία των υποστυλωμάτων ισογείου και Α' ορόφου, καθώς επίσης υψηλές τιμές μετακινήσεων ορόφων.

Η ανάλυση αποτίμησης ολοκληρώθηκε με την εκτέλεση ανελαστικής στατικής ανάλυσης για την εξαγωγή της καμπύλης ικανότητας της κατασκευής σε κάθε μια από τις κύριες οριζόντιες διευθύνσεις. Από τις καμπύλες ικανότητας διαπιστώθηκε η χαμηλή διαθέσιμη δυσκαμψία του κτιρίου έναντι οριζόντιων φορτίων, καθώς και η αποτυχία επίτευξης του στόχου αποτίμησης που τέθηκε βάσει ΚΑΝ.ΕΠΕ.

Για την ενίσχυση του κτιρίου, η οποία κρίθηκε ως επιβεβλημένη, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των αναλύσεων της διαδικασίας αποτίμησης, προτάθηκε η τοποθέτηση κεντρικών μεταλλικών συνδέσμων δυσκαμψίας σε χιαστί διάταξη. Για την επιλογή της διάταξης των συνδέσμων και των χρησιμοποιούμενων διατομών, απαιτήθηκε προκαταρκτικός σχεδιασμός, κατά τον οποίο έπρεπε να ληφθούν υπόψη οι συστάσεις και περιορισμοί περισσότερων του ενός κανονισμών, καθώς σαφείς κανονιστικές διατάξεις για τέτοιου είδους υβριδικά συστήματα δεν υφίστανται. Τα μεγέθη που έπαιξαν πρωτεύοντα ρόλο στον σχεδιασμό της λύσης ενίσχυσης ήταν η ανηγμένη λυγηρότητα ̅λ και η υπεραντοχή Ω των διαγώνιων στοιχείων, μέσω των περιορισμών στην τιμή που θέτουν οι κανονισμοί.

Εξίσου σημαντική με τη συμμόρφωση προς τους κανονισμούς θεωρήθηκε και η ικανοποίηση των αρχιτεκτονικών περιορισμών που επέβαλε το υφιστάμενο κτίριο, στον σχεδιασμό της πρότασης ενίσχυσης. Βασικό μέλημα ήταν η διατήρηση της μορφολογικής συνοχής των όψεων του κτιρίου, η διατήρηση ανεμπόδιστης της κυκλοφορίας σε κύριους άξονες του κτιρίου και η ελαχιστοποίηση γενικότερα των φατνωμάτων στα οποία θα τοποθετούνταν χιαστί σύνδεσμοι.

Η τελική διάταξη και διαστασιολόγηση των συνδέσμων αποτέλεσε προϊόν επαναληπτικής διαδικασίας εκτέλεσης ελαστικών αναλύσεων για το υβριδικό στατικό σύστημα, με τη μέθοδο του καθολικού δείκτη συμπεριφοράς q. Η τιμή του συντελεστή q καθορίσθηκε με βάση τις διατάξεις της παρ. 8.5 του ΚΑΝ.ΕΠΕ. για συνδέσμους μορφής -Χ, σε συνάρτηση με την τήρηση των περιορισμών κατανομής πλαστιμότητας και υπεραντοχής που θέτει ο Κανονισμός. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν σημαντική βελτίωση στη συμπεριφορά του υφιστάμενου φορέα σε όρους αντοχής μελών αλλά και δραματική μείωση των απόλυτων και σχετικών μετακινήσεων ορόφων, καταδεικνύοντας τη συμβολή των συνδέσμων στην αύξηση της συνολικής αντοχής και δυσκαμψίας του κτιρίου. Η αύξηση της δυσκαμψίας επαληθεύθηκε και από τη σημαντική μείωσης της ιδιοπεριόδου στις δεσπόζουσες ιδιομορφές σε κάθε κύρια διεύθυνση.

Ωστόσο, τα αποτελέσματα της ανάλυσης έδειξαν μεγάλες τιμές υπεραντοχής για τα χαλύβδινα στοιχεία των συνδέσμων, γεγονός που κατέστησε επιτακτικό τον ικανοτικό έλεγχο των πρωτευόντων στοιχείων του αρχικού φορέα, ήτοι τα υποστυλώματα και δοκούς στην περίμετρο των φατνωμάτων όπου διατάσσονται οι ράβδοι δικτύωσης. Από τον ικανοτικό έλεγχο, ο οποίος προσαρμόστηκε στις αντίστοιχες διατάξεις του ΕΝ1993-1-1, διαπιστώθηκε ότι σε δύο υποστυλώματα ισογείου, η εισαγωγή μεγάλων αξονικών δυνάμεων από τα διαγώνια στοιχεία, οδηγεί σε υπέρβαση της αντοχής τους, με τον δείκτη ανεπάρκειας (σε ικανοτικό έλεγχο) να είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο στον μη-ενισχυμένο φορέα.

Λόγω των παραδοχών που υιοθετήθηκαν κατά την προσομοίωση και ανάλυση του υβριδικού ενισχυμένου φορέα, αλλά και της αναδειχθείσας ανεπάρκειας σε υποστυλώματα ισογείου κατά τον ικανοτικό έλεγχο, η αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου συστήματος ενίσχυσης αξιολογήθηκε μέσω μη γραμμικής στατικής ανάλυσης. Οι παραχθείσες καμπύλες ικανότητας κατέστησαν σαφή τη σημαντική συνεισφορά των μεταλλικών συνδέσμων δυσκαμψίας στην αύξηση της αντοχής και δυσκαμψίας του κτιρίου, της τάξης ακόμα και του 400%. Ωστόσο, από την ανελαστική ανάλυση, επιβεβαιώθηκε και η ενδεχόμενη αρνητική επίδραση των διαγώνιων στοιχείων στη συμπεριφορά των υποστυλωμάτων του αρχικού φορέα. Η εισαγωγή μεγάλων θλιπτικών αλλά και εφελκυστικών φορτίων κατά την απόκριση σε οριζόντια φορτία, από τα οποία, μάλιστα, το υποστύλωμα μπορεί να μεταβεί σε εντατική κατάσταση υπό εφελκυσμό, επιδρούν αρνητικά στην ικανότητα ανάπτυξης επαρκούς πλαστικής συμπεριφοράς και τελικά στην αστοχία τους. Η αστοχία του πρώτου κρίσιμου υποστυλώματος ισογείου για κάθε διεύθυνση για την οποία εκτελέστηκε η ανελαστική ανάλυση, θεωρήθηκε και ως το σημείο απώλειας φέρουσας ικανότητας της κατασκευής.

 Παρότι η αστοχία κρίσιμου υποστυλώματος, όπως αποτυπώθηκε στις καμπύλες ικανότητας για κάθε κύρια θεωρούμενη διεύθυνση, επήλθε μετά το σημείο επιτελεστικότητας, με βάση τους στόχους ανασχεδιασμού που τέθηκαν αρχικά, κρίθηκε ωφέλιμο να διερευνηθεί περαιτέρω η σεισμική απόκριση της κατασκευής μετά από μια πιθανή τοπική ενίσχυση των ανεπαρκών υποστυλωμάτων. Για τον σκοπό αυτό, θεωρήθηκε αρχικά ως τοπική επέμβαση η εφαρμογή τετράπλευρου μανδύα σκυροδέματος, πάχους 10cm. Η μη γραμμική ανάλυση έδειξε βελτίωση της συμπεριφοράς του ενισχυμένου σκυροδέματος και συγκέντρωση ανελαστικών παραμορφώσεων σε παρακείμενα υποστυλώματα. Από την διαπιστωθείσα συμπεριφορά, εξήχθη το συμπέρασμα ότι είναι αναγκαία μια ολιστική προσέγγιση ανασχεδιασμού των υφιστάμενων κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος με μεταλλικούς συνδέσμους δυσκαμψίας, η οποία θα αποσκοπεί στον συνδυασμό της αύξησης της συνολικής δυσκαμψίας και αντοχής με στοχευμένες τοπικές επεμβάσεις σε κρίσιμα δομικά στοιχεία του αρχικού φέροντος οργανισμού.

Στο πλαίσιο αυτό, επιχειρήθηκε να αξιοποιηθεί η τεχνική σύνδεσης των διαγώνιων στοιχείων δικτύωσης με το πλαίσιο του υφιστάμενου φορέα, ως ενίσχυση των πρωτευόντων μελών του. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, η σύνδεση των ράβδων δικτύωσης με τον φορέα σκυροδέματος, μπορεί να γίνει έμμεσα, όπως συνιστάται και στον ΚΑΝ.ΕΠΕ., μέσω της τοποθέτησης στοιχείων από χάλυβα και κατά την περίμετρο κάθε φατνώματος στο οποίο τοποθετούνται οι λοξές ράβδοι (δημιουργία κλειστών εμφατνωμένων πλαισιωμάτων). Με τον τρόπο αυτό, μπορεί να ληφθεί υπόψη σύμμικτη λειτουργία για τα πρωτεύοντα μέλη. Η ανελαστική στατική ανάλυση που εκτελέστηκε, λαμβάνοντας υπόψη σύμμικτη διατομή για το κρίσιμο υποστύλωμα στην πιο δυσμενή διεύθυνση, έδειξε σημαντική βελτίωση της συμπεριφοράς της κατασκευής σε όρους πλαστιμότητας, σε σύγκριση με την εφαρμογή μανδύα σκυροδέματος. Περαιτέρω βελτίωση της ανελαστικής συμπεριφοράς εμφάνισε η κατασκευή για την περίπτωση θεώρησης έμμεσης σύνδεσης όλων των συνδέσμων δυσκαμψίας με τον φορέα οπλισμένου σκυροδέματος, κατά τη μη γραμμική στατική ανάλυση, με συμμετοχή ικανοποιητικού αριθμού εφελκυόμενων διαγώνιων στοιχείων στην ανελαστική απόκριση.

 Στην κατεύθυνση αυτή, πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό Idea Statica Connection της εταιρείας IDEA StatiCa s.r.o., ο σχεδιασμός μιας τυπικής έμμεσης σύνδεσης διαγώνιων ράβδων δικτύωσης με τον αρχικό φορέα, στο φάτνωμα με το περισσότερο καταπονούμενο υποστύλωμα. Για τη συνεκτίμηση της ευεργετικής για την ανάλυση σύμμικτης λειτουργίας, ελέγχθηκε, επιπρόσθετα, κατά τα πρότυπα ΕΝ1992-4 και ΕΝ1994-1-1, η επαρκής διατμητική σύνδεση των περιμετρικών στοιχείων από χάλυβα με τα πρωτεύοντα στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος. Επίσης, για λόγους πληρότητας και αποκόμισης χρήσιμων πληροφοριών σχετικά με πρακτικά κατασκευαστικά θέματα, πραγματοποιήθηκε στο εν λόγω λογισμικό ο σχεδιασμός και μιας άμεσης σύνδεσης των λοξών στοιχείων απευθείας στον υφιστάμενο φορέα. Και οι δύο τύποι σύνδεσης απαίτησαν ενδελεχή και λεπτομερή σχεδιασμό, κυρίως λόγω της χαμηλής ποιότητας σκυροδέματος του κτιρίου.

Συνοψίζοντας, από τα ευρήματα της εργασίας επαληθεύθηκε η αποτελεσματικότητα των κεντρικών χαλύβδινων συνδέσμων δυσκαμψίας στη σημαντική αύξηση της αντοχής και δυσκαμψίας ενός κτιρίου οπλισμένου σκυροδέματος. Ωστόσο, τόνισαν τη σημασία που έχει για την πλαστιμότητα και συνολική απόκριση της κατασκευής η αλληλεπίδραση των χαλύβδινων στοιχείων με τον υφιστάμενο φορέα οπλισμένου σκυροδέματος, η οποία θα πρέπει να λαμβάνεται λεπτομερώς υπόψη κατά τη διαστασιολόγηση του συστήματος ενίσχυσης, μέσω των ελέγχων κυρίως σε όρους παραμορφώσεων.