ΤΕΧΝΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ

1. Ποιος είναι ο ρόλος των συνδετήρων σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος και ποια η σπουδαιότητα τους;

Η περίσφιξη με συνδετήρες των στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος έχει έναν κεντρικό ρόλο στις σύγχρονες αντισεισμικές κατασκευές. Ο ρόλος αυτός είναι τετραπλός:

α) Είναι τα στοιχεία που παραλαμβάνουν τις διατμητικές δυνάμεις.

β) Αυξάνουν την αντοχή του σκυροδέματος με αποτέλεσμα να αναπληρώνονται τυχόν απώλειες που δημιουργούνται από την αποφλοίωση (θραύση του σκυροδέματος της επικάλυψης των οπλισμών) των στοιχείων, φαινόμενο που παρατηρείται σε ισχυρούς σεισμούς.

γ) Αυξάνει την πλαστιμότητα του σκυροδέματος, δηλαδή την ικανότητα να παραμορφώνεται μετά την διαρροή. Αυτός είναι και ο σημαντικότερος ρόλος της περίσφιξης.

δ) Εμποδίζει τον λυγισμό των διαμήκων οπλισμών και συγκρατεί το σκυρόδεμα που τείνει να σπάσει με πλευρική διόγκωση.

Πειραματικές μετρήσεις στο εργαστήριο έχουν δείξει ότι η περίσφιξη με συνδετήρες αυξάνει την αντοχή του σκυροδέματος 20% - 40% συγκριτικά με το απερίσφικτο σκυρόδεμα. Αξίζει χαρακτηριστικά να αναφερθεί ότι εάν ο διαμήκης οπλισμός μειωθεί κατά 10% σε ένα υποστύλωμα η αντοχή του μειώνεται περίπου 10% ενώ εάν αφαιρέσουμε έστω ένα ενδιάμεσο τσέρκι η αντοχή του υποστυλώματος μπορεί να γίνει 50% μικρότερη επειδή διπλασιάζεται το μήκος λυγισμού των ράβδων που περιβάλλει.

2. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την περίσφιξη του οπλισμένου σκυροδέματος;

α) Το ποσοστό των συνδετήρων και η ποιότητα του χάλυβα. Όσο μεγαλύτερο ποσοστό και όσο καλύτερη ποιότητα (μεγαλύτερο όριο διαρροής) τόσο μεγαλύτερες δυνάμεις περίσφιξης μπορούν αυτοί να ασκήσουν.

β) Η απόσταση των συνδετήρων. Για σταθερό ποσοστό συνδετήρων, η περίσφιξη αυξάνει όταν μικραίνει η απόσταση τους διότι μειώνεται το τμήμα του στοιχείου που παραμένει χωρίς ενεργό περίσφιξη.

γ) Η διάταξη των συνδετήρων στην διατομή (μονός, ορθογωνικός, τετράγωνος κ.τ.λ.)

δ) Η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος. Εδώ πρέπει να αναφερθεί ότι τα σκυροδέματα υψηλής αντοχής παρουσιάζουν μειωμένη πλαστιμότητα (μέγεθος που είναι σε άμεση συνάρτηση του βαθμού περίσφιξης) σε σχέση με τα σκυροδέματα υψηλής αντοχής.

Οι παράμετροι που αναφέρθηκαν προηγουμένως καθορίζουν στον μεγαλύτερο βαθμό το μέγεθος των αναπτυσσόμενων δυνάμεων περίσφιξης. Η περίσφιξη επηρεάζεται όμως σε μικρότερο βαθμό βέβαια και από άλλους παράγοντες όπως ο διαμήκης οπλισμός, η ταχύτητα επιβολής της φόρτισης και το είδος της φόρτισης.

3. Τι ονομάζουμε συνάφεια μεταξύ χάλυβα και σκυροδέματος και από ποιούς παράγοντες εξαρτάται;

Οι δυνάμεις συνάφειας που αναπτύσσονται σε ένα στοιχείο οπλισμένου σκυροδέματος, είναι οι δυνάμεις εκείνες που εξασφαλίζουν την συνεργασία των δύο υλικών. Χάρη σε αυτές μεταβιβάζονται δυνάμεις από το ρηγματωμένο σκυρόδεμα στον χάλυβα, διαφορετικά θα παρέμενε ο χάλυβας αδρανής (συμπεριφορά όμοια με αυτήν του άοπλου σκυροδέματος). Από εργαστηριακούς ελέγχους έχει προκύψει ότι η συνάφεια εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες:

α) Από την αντοχή του σκυροδέματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του σκυροδέματος τόσο μεγαλύτερη είναι και η συνάφεια.

β) Από την υφή των ράβδων, π.χ. οι ράβδοι με νευρώσεις αναπτύσσουν 2-3 φορές μεγαλύτερη αντίσταση συνάφειας από τις λείες.

γ) Από την θέση και την κλίση της ράβδου κατά την σκυροδέτηση, π.χ. οι κατακόρυφες ράβδοι παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη συνάφεια με το σκυρόδεμα σε σχέση με τις οριζόντιες για κατακόρυφη σκυροδέτηση (βλεπε κεφ. 17.5 Ε.Κ.Ο.Σ. 2000).

δ) Από την ύπαρξη η μη εγκάρσιας σύνθλιψης. Όσο μεγαλύτερη είναι η εγκάρσια σύνθλιψη τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση συνάφειας.


4. Τι εννοούμε με τον όρο “πλαστιμότητα” και ποια η σημασία της;

Πλαστιμότητα ενός υλικού ή ενός δομικού στοιχείου ή μίας ολόκληρης κατασκευής, ονομάζουμε την ικανότητα τους να αναπτύσσουν παραμορφώσεις χωρίς να θραύονται μεγαλύτερες από εκείνες που αντιστοιχούν στο τέλος της ελαστικής συμπεριφοράς τους (μόνιμες παραμορφώσεις).

Η ιδιότητα αυτή των κατασκευών είναι καθοριστικός παράγοντας καλής συμπεριφοράς σε έναν ισχυρό σεισμό γιατί όσο περισσότερο μπορεί να παραμορφωθεί μια κατασκευή χωρίς να θραύσει, τόσο μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας αποσβένεται κατά την διάρκεια μίας σεισμικής διέγερσης, με αποτέλεσμα την εκτόνωση των επιπτώσεων του φαινομένου. Έτσι εάν εξετάσουμε την συμπεριφορά μίας όχι πλάστιμης (ψαθυρής) κατασκευής και μίας κατασκευής με υψηλή πλαστιμότητα κατά την διάρκεια ενός σεισμού, ενώ αρχικά απορροφούν και οι δύο την ίδια σεισμική ενέργεια, η πρώτη «επιστρέφει» την ενέργεια σχεδόν ολοκληρωτικά στην κατασκευή με την μορφή κινητικής ενέργειας, αντίθετα η δεύτερη «καταναλώνει» το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας αυτής με την μορφή θερμότητας, πράγμα που έχει ιδιαίτερη σημασία για την ασφάλεια έναντι καταρρεύσεως. Η πλαστιμότητα έχει πλέον κεντρική θέση σε όλους τους σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς και φυσικά και στους Ευρωκώδικες.

5. Πόσες κατηγορίες πλαστιμότητας ορίζει ο Ευρωκώδικας 8;

Ο Ευρωκώδικας 8 ορίζει τρεις κατηγορίες πλαστιμότητας, την χαμηλή, την μέση και την υψηλή. Το ελληνικό εθνικό προσάρτημα απαγορεύει την επιλογή της χαμηλής κατηγορίας πλαστιμότητας για κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος στον Ελλαδικό χώρο ενώ επιβάλει την υψηλή κατηγορία πλαστιμότητας για δημάσια κτίρια.

Επιλογή υψηλότερης κατηγορίας πλαστιμότητας επιτρέπει σχεδιασμό της κατασκευής για μεγαλύτερη τιμή του συντελεστή συμπεριφοράς q (άρα μικρότερες σεισμικές δυνάμεις και κατά συνέπεια μικρότερες διατομές ξυλοτύπων) αλλά προϋποθέτει αυστηρότερο τρόπο σχεδιασμού και όπλισης των φερόντων μελών της κατασκευής, με στόχο την επίτευξη της θεωρούμενης πλαστιμότητας.

6. Πρέπει οι τοίχοι πληρώσεως να συνεκτιμούνται στην σεισμική απόκριση του κτιρίου;

Στον ελληνικό χώρο το σύνολο σχεδόν των τοίχων πληρώσεως κατασκευάζεται με πλινθοδομή σε επαφή με το πλαίσιο του φέροντα οργανισμού. Παρόλο που οι τοίχοι αυτού του τύπου διαθέτουν μια αξιόλογη αντοχή και ακαμψία είθισται να αγνοούνται κατά την μόρφωση του προσομοιώματος του φορέα και να μην συνεκτιμάται η συνεισφορά τους. Είναι όμως αυτή η παραδοχή προς την πλευρά της ασφάλειας του έργου?

Η απάντηση δεν είναι προφανής δεδομένου ότι ενδεχόμενη συνεκτίμηση των τοιχοποιιών θα οδηγούσε σε αύξηση των σεισμικών δυνάμεων σχεδιασμού τόσο λόγω αύξησης της μάζας του φορέα όσο και αύξηση της δυσκαμψίας του (άρα μείωση της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου του φορέα, αρα ενδεχομένως μεγαλύτερη φασματική επιτάχυνση σχεδιασμού βάση του φάσματος σχεδιασμού του Ε.Α.Κ. 2003 αλλά και του Ευρωκώδικα 8).

Από την άλλη μεριά οι τοιχοποιίες αφενώς μεν παραλαμβάνουν μέρος της σεισμικής δράσης αφετέρου αυξάνουν την ικανότητα απορροφήσεως σεισμικής ενέργειας στο κτίριο μέσω του μηχανισμού τριβής που αναπτύσσεται τόσο στο εσωτερικό τους οσο και στις επιφάνειες επαφής με τον φέροντα οργανισμό άρα η αγνόηση της συνεισφοράς τους είναι προς την πλευρά της ασφάλειας. Η άποψη του γράφοντος είναι ότι η τοιχοποιίες ορθώς αγνοούνται κατά τον σχεδιασμό ιδιαίτερα από την στιγμή που ούτε η ακαμψία ούτε η αντοχή τους μπορεί να εκτιμηθεί με έναν αξιόπιστο τρόπο αλλά με την προϋπόθεση ότι είναι ομοιόμορφα διατεταγμένες τόσο σε κάτοψη όσο και καθ’ ύψος. Σε διαφορετική περίπτωση η επίδραση της πρόσθετης εκκεντρότητας που δημιουργείται πρέπει να λαμβάνεται υπόψη έστω και προσεγγιστικά, με επαύξηση των εντατικών μεγεθών στα φέροντα στοιχεία του ορόφου μέσω ενός αυξητικού συντελεστή. Αντίστοιχη πρόβλεψη επιβάλλει και ο Ευρωκώδικας 8.

7. Ποιες είναι οι βασικές αρχές που διέπουν τον αντισεισμικό σχεδιασμό των δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος;

α) Η απόσβεση της σεισμικής ενέργειας πρέπει να γίνεται κυρίως από τα στοιχεία που διαθέτουν την μεγαλύτερη πλαστιμότητα και που είναι σχετικά εύκολο να επισκευασθούν. Για ένα κτίριο από οπλισμένο σκυρόδεμα η αρχή αυτή μεταφράζεται στην απαίτηση να προηγείται η αστοχία των δοκών εκείνης των υποστυλωμάτων, καθώς και των υποστυλωμάτων εκείνης των θεμελίων. Γίνεται δηλαδή μια ιεράρχηση της σειράς αστοχίας των δομικών στοιχείων μιας κατασκευής (ικανοτικός σχεδιασμός).

β) Η αστοχία ενός δομικού στοιχείου σε κάμψη πρέπει πάντα να προηγείται της αστοχίας σε διάτμηση, καθώς και της αστοχίας των αγκυρώσεων του οπλισμού οι οποίες είναι ψαθυρής μορφής αστοχίες. Προτιμώνται όλκιμες μορφές αστοχίας οι οποίες επιτρέπουν στην κατασκευή να αναπτύξει μεγαλύτερες παραμορφώσεις, δηλαδή μεγαλύτερη πλαστιμότητα.

γ) Οι κόμβοι στους οποίους συντρέχουν διάφορα δομικά στοιχεία δεν πρέπει να αστοχούν προτού τα στοιχεία αυτά εξαντλήσουν την αντοχή τους.

δ) Ο απαιτούμενος για την διασφάλιση πλάστιμης συμπεριφοράς οπλισμός να είναι τόσος ώστε να μην προκαλεί ανυπέρβλητες κατασκευαστικές δυσχέρειες.

8. Τι ονομάζουμε μέγεθος σεισμού και πως μετριέται;

Μέγεθος ενός σεισμού είναι το μέτρο της ενέργειας που εκλύεται υπό μορφή σεισμικών κυμάτων στην θέση γενέσεως του σεισμού. Μετριέται με την κλίμακα Richter από το όνομα του σεισμολόγου που την επινόησε. Το μέγεθος ML ενός σεισμού συνδέεται με την ενέργεια που εκλύεται στην εστία με την σχέση: Log E = 12,24 + 1,44ML [Erg]

Από την σχέση αυτή προκύπτει ότι για αύξηση του μεγέθους του σεισμού κατά μία μονάδα στην κλίμακα Richter αυξάνεται η εκλυόμενη ενέργεια 28 φορές περίπου. Η ενέργεια που εκλύεται κατά την γένεση των μεγάλων σεισμών είναι τεράστια π.χ. η ενέργεια ενός σεισμού 6 ρίχτερ ισούται με την ενέργεια που εκλύουν 15100 τόνοι TNT η με 67 φορές την ενέργεια που εκλύθηκε από την ατομική βόμβα στην Χιροσίμα.

9. Τι ονομάζουμε φάσμα απόκρισης επιταχύνσεων ενός σεισμού;

Το φάσμα απόκρισης επιταχύνσεων για έναν συγκεκριμένο σεισμό, (σε μία συγκεκριμενή θέση και για ένα συγκεκριμένο ποσοστό απόσβεσης) είναι η γραφική παράσταση της μέγιστης τιμής της επιτάχυνσης που θα παρουσιαστεί στην θεμελίωση μίας κατασκευής συναρτήσει της ιδιοπεριόδου ταλάντωσης της. Πιο απλά κοιτώντας ένα φάσμα απόκρισης επιταχύνσεων μπορούμε με μία γρήγορη ματιά να διαπιστώσουμε ο συγκεκριμένος σεισμός, στην συγκεκριμένη θέση ποιου τύπου κατασκευές «φόρτισε» περισσότερο ή πόση επιτάχυνση αναπτύχθηκε σε μία κατασκευή γνωρίζοντας την ιδιοπερίοδο της. Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνονται δύο φάσματα απόκρισης (ψευδο)επιταχύνσεων για δύο διαφορετικούς σεισμούς, τον σεισμό της Χιλής (1985) και τον σεισμό του Μεξικού (1985). Παρατηρούμε λοιπόν ότι ο σεισμός της Χιλής (επιφανειακός σεισμός – σκληρό έδαφος) είναι «πλούσιος» σε μικρές περιόδους της τάξεως των 0,4sec αρα φόρτισε εντονότερα τα δύσκαμπτα κτίρια ενώ ο σεισμός του Μεξικού (μακρινός – μαλακό έδαφος) είναι «πλούσιος» σε μεγάλες περιόδους της τάξεως των 2sec δηλαδή μεγαλύτερες επιταχύνσεις αναπτύχθηκαν στα εύκαμπτα κτίρια. Συνεπώς τα φάσματα απόκρισης (ψευδο)επιταχύνσεων είναι βασικής σημασίας για τον αντισεισμικό σχεδιασμό των κατασκευών καθώς μας δίνουν μια εικόνα των αναπτυσσομένων επιταχύνσεων σε ένα πλήρες φάσμα κατασκευών (ανάλογα με την ιδιοπερίοδο τους) για σεισμούς του παρελθόντος σε έναν τόπο, το οποίο πρέπει να λαμβάνουμε σοβαρά υπόψη μας για τον σχεδιασμό μελλοντικών κατασκευών.

Φάσμα απόκρισης (ψευδο)επιταχύνσεων

10. Τι ονομάζουμε φάσμα σχεδιασμού επιταχύνσεων;

Ένα φάσμα απόκρισης δεν είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί άμεσα για τον αντισεισμικό υπολογισμό των κατασκευών διότι το φάσμα αυτό αναφέρεται σε έναν συγκεκριμένο, παρελθόντα σεισμό και στο αντίστοιχο σημείο καταγραφής ενώ επιθυμία μας είναι η προστασία μίας ευρύτερης περιοχής από πολλούς μελλοντικούς σεισμούς. Για τον λόγο αυτό τα φάσματα αποκρίσεως από αρκετούς σεισμούς υποβάλλονται σε μία εκτεταμένη στατιστική επεξεργασία και ομαλοποίηση. Το φάσμα που προκύπτει από την επεξεργασία αυτή ονομάζεται ελαστικό φάσμα σχεδιασμού, δεν αντιστοιχεί σε κάποια πραγματική σεισμική δόνηση αλλα είναι αντιπροσωπευτικό των ιδιοτήτων μιας οικογένειας σεισμών και χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της αναμενόμενης σεισμικής δύναμης κατά τον σχεδιασμό μίας νέας κατασκευής. Από το ελαστικό φάσμα σχεδιασμού προκύπτει το ανελαστικό φάσμα σχεδιασμού, το οποίο λαμβάνει υπόψη την ανελαστική συμπεριφορά των κατασκευών και χρησιμοποιείται συνηθέστερα για τον ρεαλιστικότερο υπολογισμό των σεισμικών φορτίων (μικρότερα φορτία λόγω απορρόφησης-απόσβεσης ενέργειας μέσω μόνιμων παραμορφώσεων).

11. Πως μπορω να βελτιωσω την στρεπτικη συμπεριφορα ενός κτιριου;

Οι έντονες στροφικές παραμορφώσεις κατά την διάρκεια ενός ισχυρού σεισμού είναι ιδιαίτερα ανεπιθύμητες καθώς δημιουργούν μεγάλη πιθανότητα καταστροφής των γωνιακών υποστυλωμάτων και των τοιχοποιιών πλήρωσης. Για να παρουσιάσει ένα κτίριο ικανοποιητική στρεπτική συμπεριφορά κατά την διάρκεια ενός σεισμού (μικρές στροφές) πρέπει κατά τον σχεδιασμό να επιδιώκεται η σύμπτωση του κέντρου βάρους της κατόψεως (κέντρο μάζας) με το κέντρο ελαστικής στροφής και η διάταξη των κατακόρυφων φερόντων στοιχείων μεγάλης δυσκαμψίας όσο το δυνατόν εγγυτέρα στην περίμετρο του κτιρίου ώστε να αυξηθεί η στρεπτική ακαμψία του. Η θέση του κέντρου ελαστικής στροφής επηρεάζεται κυρίως από την διάταξη των κατακόρυφων φερόντων στοιχείων (υποστυλώματα και τοιχώματα) και όσο πιο συμμετρική είναι η διάταξη αυτή τόσο πλησιάζει το κέντρο ελαστικής στροφής το κέντρο μάζας.

12. Τι είναι η σεισμική μόνωση βάσης σε μια κατασκευή;

Η σεισμική απόκριση πολύ δύσκαμπτων κατασκευών χαρακτηρίζεται από πολύ μικρές σχετικές μετατοπίσεις των ορόφων αλλά από μεγάλες επιταχύνσεις και υψηλές σεισμικές δυνάμεις (Δύσκαμπτη κατασκευή → Μικρή ιδιοπερίοδος → Μετακίνηση προς τα αριστερά στο φάσμα σχεδιασμού είτε του Ε.Α.Κ. είτε του Ευρωκώδικα 8 → Μεγαλύτερες επιταχύνσεις της κατασκευής → Μεγαλύτερες σεισμικές δυνάμεις).

Από την άλλη η απόκριση πολύ εύκαμπτων κατασκευών επιτυγχάνει μεν την μείωση των εισαγόμενων σεισμικών δυνάμεων στην κατασκευή αλλά οι κατασκευές αυτές παρουσιάζουν πολύ μεγάλες παραμορφώσεις που συχνά οδηγούν σε βλάβες (Εύκαμπτη κατασκευή → Μεγάλη ιδιοπερίοδος → Μετακίνηση προς τα δεξιά στο φάσμα σχεδιασμού είτε του Ε.Α.Κ. είτε του Ευρωκώδικα 8 → Μικρότερες επιταχύνσεις της κατασκευής → Μικρότερες σεισμικές δυνάμεις).

Η φιλοσοφία των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών είναι η κατασκευή δύσκαμπτων, πλάστιμων κατασκευών οι οποίες για τους συνήθεις σεισμούς εμφανίζουν μικρές παραμορφώσεις χωρίς βλάβες αλλά για έναν πολύ ισχυρό σεισμό ο οποίος θα εμφανιστεί ίσως μια φορά κατά την διάρκεια ζωής της κατασκευής θα αναπτύξουν πλαστικές παραμορφώσεις (δηλαδή μόνιμες βλάβες που χρίζουν επισκευής) ώστε με αυτόν τον τρόπο να απορροφηθεί και να αποσβεστεί η σεισμική ενέργεια, αποφεύγοντας την κατάρρευση (για περισσότερα βλέπε και θέμα για πλαστιμότητα).

Για να αποφευχθούν λοιπόν οι βλάβες αυτές κατά την διάρκεια ενός πολύ ισχυρού σεισμού, που μπορεί να απαιτούν ένα πολύ μεγάλο κόστος για την επισκευή τους, τα τελευταία χρόνια κερδίζει έδαφος μια διαφορετική προσέγγιση του προβλήματος, αυτή της σεισμικής μόνωσης της βάσης.

Η σεισμική απομόνωση αποσκοπεί στο να απομονώσει την κατασκευή από τις καταστρεπτικές επιδράσεις των εδαφικών επιταχύνσεων, εισάγοντας ευκαμψία στην βάση της κατασκευής με αποτέλεσμα να αυξάνει σημαντικά την ιδιοπερίοδο ταλάντωσης της, μειώνοντας συνεπώς σημαντικά τις εισαγόμενες σεισμικές δυνάμεις χωρίς όμως να εμφανίζονται σημαντικές σχετικές μετατοπίσεις ορόφων που οδηγούν σε βλάβες όπως στις εύκαμπτες κατασκευές. Επιπλέον η σεισμική μόνωση μέσω κατάλληλων μηχανισμών αποσβένει την εισαγόμενη σεισμική ενέργεια και έτσι δεν δημιουργείται η ανάγκη απόσβεσης ενέργειας από τον φέροντα οργανισμό που επίσης οδηγεί σε βλάβες όπως συμβαίνει στις δύσκαμπτες κατασκευές.

13. Πότε συνίσταται να χρησιμοποιείται η σεισμική μόνωση βάσης;

Η σεισμική μόνωση βάσης παρέχει μια εναλλακτική λύση στον συμβατικό σχεδιασμό των κατασκευών με σταθερή βάση και μπορεί να είναι οικονομικά συμφέρουσα για νέα κτίρια μέσου ύψους σε περιοχές όπου αναμένονται πολύ ισχυρές εδαφικές δονήσεις. Συστήματα σεισμικής μόνωσης βάσης δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται σε κτίρια μεγάλου ύψους, διότι κτίρια με περισσότερους από 10-12 ορόφους κινδυνεύουν κατά την διάρκεια ισχυρών σεισμών να χάσουν την επαφή τους με το έδαφος λόγω ανασηκώματος της θεμελίωσης. Εξάλλου η απομόνωση της βάσης σε εύκαμπτα κτίρια (όπως είναι τα πολύ ψηλά κτίρια) δεν είναι αποδοτική γιατί στα κτίρια αυτά ούτως η άλλως λόγο της ευκαμψίας τους εισάγονται αρκετά μειωμένες σεισμικές δυνάμεις, οπότε μια περεταίρω αύξηση της ευκαμψίας τους δεν έχει τίποτα να προσφέρει.

Συστήματα μόνωσης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν με ιδιαίτερη επιτυχία για την ενίσχυση υπαρχόντων κτιρίων που είναι ψαθυρά και με μικρή αντοχή. Για παράδειγμα κτίρια από μη οπλισμένη φέρουσα τοιχοποιία η παλαιά σχεδιασμένα κτίρια από σκυρόδεμα όπου οι συμβατικοί κανονισμοί αντισεισμικής ενίσχυσης επιβάλλουν την προσθήκη νέων φερόντων μελών όπως τοιχώματα, πλαίσια και σύνδεσμοι δυσκαμψίας. Η μόνωση βάσης ελαχιστοποιεί την ανάγκη για τέτοια μέτρα ενίσχυσης, μειώνοντας τις επιβαλλόμενες σεισμικές δυνάμεις στο κτίριο. Αποτελεί επομένως μια ελκυστική προσέγγιση ενίσχυσης για κτίρια ιστορικής ή αρχιτεκτονικής σημασίας που η εμφάνιση και ο χαρακτήρας τους πρέπει να παραμένει αναλλοίωτος.

Τέλος η απομόνωση δεν συνίσταται σε κτίρια θεμελιωμένα σε πολύ μαλακό έδαφος το οποίο δρα ως μια φυσική απομόνωση, καθώς και σε περιπτώσεις όπου το κτίριο μας είναι σχεδόν σε επαφή με τα γειτονικά του κτίρια με αποτέλεσμα να μην υπάρχει η απαραίτητη ελεύθερη απόσταση γύρω από αυτό (συνήθως 10 -20 cm) για να λάβουν χώρα οι σχετικές μετατοπίσεις μεταξύ εδάφους και κατασκευής.

14. Πως επιτυγχάνεται η σεισμική μόνωση της βάσης;

Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί και προταθεί διάφοροι τύποι συστημάτων σεισμικής μόνωσης. Ο πλέον διαδεδομένος τύπος συστήματος είναι αυτός ο οποίος χρησιμοποιεί ελαστομερή εφέδρανα τα οποία παρεμβάλλονται ανάμεσα στην βάση της κατασκευής και στην θεμελίωση. Τα εφέδρανα αυτά είναι ισχυρά και σκληρά υπό κατακόρυφα φορτία αλλά παραμορφώνονται εύκολα από οριζόντιες δυνάμεις (όπως είναι ο σεισμός) συνεπώς η κατασκευή αποκτά μια πολύ μεγάλη ιδιοπερίοδο ταλάντωσης σε σχέση με την κατασκευή με σταθερή βάση, με άμεσο αποτέλεσμα την μείωση των αναπτυσσόμενων σεισμικών δυνάμεων.

Τα εφέδρανα αυτά έχουν σχήμα κυλίνδρου η ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου και αποτελούνται από συνθετικό ελαστικό υλικό οπλισμένο με παράλληλες στρώσεις λεπτών χαλύβδινων φύλλων (βλέπε σχήματα ακολούθως). Η παρουσία του ελαστομερούς εξασφαλίζει έναν βαθμό απόσβεσης της σεισμικής ενέργειας ο οποίος συχνά επαυξάνεται με την τοποθέτηση ενός πυρήνα μολύβδου στο μέσον του εφεδράνου, ο οποίος παραμορφώνεται πλαστικά αποσβένοντας πρόσθετη ενέργεια.

Σκαρίφημα ελαστομερούς εφεδράνου με πυρήνα μολύβδου

Τομή ελαστικού εφεδράνου

15. Ποια υποστυλώματα ονομάζονται κοντά και γιατί πρέπει να αποφεύγονται;

Τα κοντά υποστυλώματα διακρίνονται σε δύο κατηγορίες. Στα «φύσιν» κοντά και στα «θέσην» κοντά. «Φύσιν» κοντά υποστυλώματα ονομάζονται αυτά που ο λόγος h /d < 10, όπου h: ύψος υποστυλώματος που ισούται με το καθαρό ύψος ορόφου και d: η μεγαλύτερη από τις δύο διαστάσεις της διατομής του υποστυλώματος.

Εργαστηριακές δοκιμές αλλά και η ίδια η πράξη έχουν δείξει ότι τα «φύσιν» κοντά υποστυλώματα κατά την διάρκεια ενός ισχυρού σεισμού εάν αστοχήσουν θα αστοχήσουν με έναν ψαθυρό (απότομο) τρόπο χωρίς προγενέστερη προειδοποίηση. Η αστοχία μάλιστα για κάποια από τα κοντά υποστυλώματα ανάλογα με τις τέμνουσες δυνάμεις και τις ροπές που αναπτύσσουν μπορεί να είναι και εκρηκτικού τύπου. Μια τέτοια συμπεριφορά είναι προφανές ότι δεν είναι επιθυμητή και έρχεται σε αντίθεση με την φιλοσοφία όλων των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών οι οποίοι επιβάλουν τα δομικά στοιχεία να παραμορφώνονται πλάστιμα και όχι να αστοχούν ψαθυρά. Για να αντιμετωπιστεί το φαινόμενο των κοντών υποστυλωμάτων ο Ε.Α.Κ. επιβάλει ειδική όπλιση για τα υποστυλώματα αυτά ώστε να εξασφαλιστεί ότι πρώτα θα αστοχήσουν οι δοκοί που συντρέχουν σε αυτά, με έναν όλκιμο (σταδιακό) τρόπο αποσβένοντας σεισμική ενέργεια και παρεμποδίζοντας τελικά την απότομη, ψαθυρή αστοχία του υποστυλώματος. Ο πιο επικίνδυνος όμως τύπος κοντού υποστυλώματος είναι τα «θέσιν» κοντά τα οποία δημιουργούνται από την καθ’ ύψος διακοπή της τοιχοποιίας που έρχεται σε επαφή με το υποστύλωμα από την μία η και από τις δύο πλευρές. Σε αυτές τις περιπτώσεις τα υποστυλώματα παρόλο που από τη φύση τους δεν είναι κοντά h/d > 10 αναγκάζονται λόγο της θέσης τους να συμπεριφερθούν έως κοντά και έχουν εμφανίσει πολύ συχνά σε όλους τους ισχυρούς σεισμούς του παρελθόντος εκρηκτικού τύπου διατμητική αστοχία με ενδεχόμενες ανεξέλεγκτες συνέπειες.

Αστοχία «θέσην κοντού υποστυλώματος» στον σεισμό της Ιαπωνίας 1968

Δημιουργία κοντών υποστυλωμάτων λόγο διακοπής της τοιχοποιίας καθ ύψος

16. Ποιά είναι τα πλεονεκτήματα της χρησιμοποίησης τοιχωμάτων στις κατασκευές;

Η χρησιμοποίηση τοιχωμάτων στις κατασκευές παρουσιάζει τα εξής πλεονεκτήματα:

α) Αυξάνεται σημαντικά η δυσκαμψία του κτιρίου με αποτέλεσμα την μείωση των σχετικών μετατοπίσεων των ορόφων. Ως εκ τούτου μειώνεται δραστικά η πιθανότητα εμφάνισης βλαβών στα ακραία ευάλωτα σε στροφές υποστυλώματα καθώς και στις τοιχοποιίες πληρώσεως, η επισκευή των οποίων είναι ιδιαίτερα δαπανηρή. Συγχρόνως μειώνεται το ψυχολογικό «σοκ» των ενοίκων που προκαλείται από μεγάλες μετακινήσεις.

β) Τα τοιχώματα παρουσιάζουν πιο αξιόπιστη και προβλέψιμη αντισεισμική συμπεριφορά συγκριτικά με τα πλαίσια και μετριάζεται η επιρροή των τοιχοπληρώσεων στην μεταβολή της συμπεριφοράς του κτιρίου σε σεισμό. Το τελευταίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε περιπτώσεις όπου οι τοιχοποιίες δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες στην κάτοψη.

γ) Τα τοιχώματα διατηρούν ένα αρκετά υψηλό ποσοστό της φέρουσας ικανότητας τους ακόμα και μετά την ρηγμάτωση τους, μειώνοντας την πιθανότητα κατάρρευσης της κατασκευής.

δ) Παραλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της σεισμικής δύναμης με αποτέλεσμα να αποφορτίζουν τα υποστυλώματα τα οποία καλούνται να παραλάβουν μόνο τα μόνιμα και κινητά κατακόρυφα φορτία (άρα μειώνεται και ο απαιτούμενος οπλισμός τους).

17. Πότε μία δοκός καταπονείται σε στρέψη και πως αντιμετωπίζεται;

Όταν σε μία δοκός πατάει πλάκα μόνο από την μία πλευρά η δοκός αυτή καταπονείται σε άμεση στρέψη. Για τα συνήθη κτίρια σε σεισμικές περιοχές, η στρέψη είναι μια εντατική κατάσταση ιδιαίτερα επικίνδυνη επειδή:

- Ο τύπος αστοχίας είναι διατμητικός, άρα ψαθυρός (απότομος) χωρίς προειδοποιήσεις για επικείμενη αστοχία.

- Δεν είναι εύκολα αντιληπτό από τους τεχνίτες ότι το ξεκαλούπωμα πρέπει να γίνεται όχι στους συμβατικούς χρόνους, αλλά μετά τον χρόνο ξεκαλουπώματος των επόμενων φάσεων.

- Η όπλιση των δοκών υπο στρέψη έχει ειδικούς κανόνες, για την εφαρμογή των οποίων χρειάζεται καλή γνώση και εξαιρετική επιμέλεια εφαρμογής.

Λόγω της ανάγκης υψηλής διατμητικής αντοχής, οι δοκοί υπό στρέψη, κατά κανόνα, κατασκευάζονται με μεγάλο πλάτος, ώστε η διατομή να προσεγγίζει το τετράγωνο σχήμα. Η στρέψη δημιουργεί λοξό εφελκυσμό σε όλη την περίμετρο της δοκού και για την ανάληψη του απαιτείται ταυτόχρονα διαμήκης και εγκάρσιος οπλισμός. Ο διαμήκης οπλισμός των πελμάτων της δοκού, εξασφαλίζεται με τις πάνω και κάτω ράβδους της, ενώ ο διαμήκης οπλισμός των παρειών εξασφαλίζεται με τις ράβδους που τοποθετούνται καθ’ ύψος στα σκέλη των συνδετήρων.

Τυπική όπλιση διατομής δοκού υπό στρέψη

18. Πως προκύπτει το απαιτούμενο πάχος μίας πλάκας;

Το πάχος της πλάκας εξαρτάται κυρίως από το άνοιγμα, το φορτίο, τον τρόπο στήριξης και γενικά τις παραμορφώσεις. Συνήθως επιλέγονται τέτοια πάχη ώστε ο λόγος (καμπτική λυγηρότητα) (α x LCRITICAL) / d ≤ 30 → d ≥ (α x LCRIRICAL) / 30

όπου d: το στατικό ύψος της πλάκας (απόσταση άνω παρειάς πλάκας από κέντρο βάρους οπλισμού κάτω παρειάς). Συνήθως το πάχος πλάκας h = d + 3cm

LCRITICAL: για τετραέριστες πλάκες → το μήκος της μικρότερης πλευράς της πλάκας
για τριέρειστες πλάκες → το μήκος που είναι παράλληλο στην ελεύθερη πλευρά
για προβόλους → το μήκος του προβόλου

α: είναι ένας συντελεστής που δίνεται από τον ακόλουθο πίνακα

α/α
Στατικό σύστημα
α
1
Απλά εδραζόμενη πλάκα
1,00
2
Μονόπακτη
0,80
3
Αμφίπακτη
0,60
4
Πρόβολος
2,40

Για παράδειγμα μία πλάκα 4,00 x 8,00 που εδράζεται περιμετρικά σε δοκάρια χωρίς συνέχεια με άλλη πλάκα άρα οι συνθήκες στήριξης μίας πλακολωρίδας προσομοιάζουν με αυτές της απλά εδραζόμενης δοκού το απαιτούμενο πάχος θα είναι:
d ≥ (1,00 x 4,00) / 30 = 0,133 m → h = 0,133 + 0,03 m = 0,163 m → h = 17cm
Αντίστοιχα το απαιτούμενο πάχος ενός προβόλου με μήκος 1,80μ θα είναι:
d ≥ (2,40 x 1,80) / 30 = 0,144 m → h = 0,144 + 0,03 m = 0,174 m → h = 18cm

19. Ποιοι είναι οι συνηθέστεροι τύποι θεμελίωσης;

Οι θεμελιώσεις ανάλογα με τον τρόπο που μεταφέρουν τα φορτία στο έδαφος κατατάσσονται σε δύο βασικές κατηγορίες. Στις επιφανειακές θεμελιώσεις και στις βαθιές θεμελιώσεις.

Η βασική διαφορά τους έγκειται στο γεγονός ότι οι πρώτες μεταβιβάζουν τα φορτία στο έδαφος μόνο με την βάση τους ενώ η συνεισφορά των πλευρών του θεμελίου είναι αμελητέα, ενώ οι δεύτερες χρησιμοποιούν και την πλευρική τους επιφάνεια για την μεταφορά των φορτίων στο έδαφος.

Οι πλέον χαρακτηριστικές περιπτώσεις επιφανειακών θεμελιώσεων είναι τα μεμονωμένα πέδιλα (κεντρικά η έκκεντρα), οι πεδιλοδοκοί και οι κοιτοστρώσεις ενώ η κύρια μορφή βαθιών θεμελιώσεων είναι η θεμελίωση με χρήση πασσάλων.

20. Πότε χρησιμοποιείται ο κάθε τύπος θεμελίωσης;

Ο απλούστερος τρόπος θεμελίωσης τόσο από πλευράς μελέτης όσο και από πλευράς κατασκευής είναι η θεμελίωση με μεμονωμένα πέδιλα τα οποία μπορεί να συνδέονται μεταξύ τους με συνδετήριες δοκούς.

Όταν εκτιμάται ότι σε περίπτωση κατασκευής μεμονωμένων πέδιλων θα έχουμε μεγάλες ολικές και κυρίως διαφορικές καθιζήσεις (όπως στην περίπτωση μαλακού εδάφους και μεγάλων φορτίων υποστυλωμάτων) τότε ενδείκνυται η χρήση εσχάρας πεδιλοδοκών. Οι πεδιλοδοκοί με την σημαντική διαμήκη ακαμψία τους, εξομαλύνουν τόσο την καταπόνηση του εδάφους όσο και τις διαφορικές (διαφορετικές) καθιζήσεις οι οποίες είναι ιδιαίτερα επικίνδυνες για την ευστάθεια της κατασκευής. Επίσης σε περίπτωση που οι ελεύθερες αποστάσεις μεταξύ των μεμονωμένων πεδίλων μειώνονται πολύ (d<0,2L όπου L η αξονική απόσταση μεταξύ των υποστυλωμάτων) τότε επιβάλλεται η επιλογή άλλου τύπου θεμελίωσης γιατί υπάρχει κίνδυνος επαλληλίας των εδαφικών τάσεων κάτω από τα μεμονωμένα πέδιλα με αποτέλεσμα την ανάπτυξη μεγάλης έντασης και μεγάλων παραμορφώσεων.

Οι κοιτοστρώσεις χρησιμοποιούνται γενικά σε περιπτώσεις όπου το έδαφος θεμελίωσης είναι πολύ χαλαρό και τα φορτία μεγάλα. Πλεονεκτούν έναντι της λύσης της εσχάρας πεδιλοδοκών ως προς την ασφάλεια από πλευράς υπέρβασης της φέρουσας ικανότητας του εδάφους, τις ακόμα μικρότερες και πιο ομοιόμορφες καθιζήσεις και την συνεισφορά τους στην αντιμετώπιση του προβλήματος του υπόγειου νερού. Ειδικά όταν πέρα από την κοιτόστρωση κατασκευάζεται και υπόγειο με τοιχία σκυροδέματος δημιουργείται ένα στεγανό κιβώτιο που προστατεύει την ανωδομή από τον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα. Το μειονέκτημα των κοιτοστρώσεων είναι το υψηλό σχετικά κόστος τους και υπάρχει πιθανότητα να είναι η κατασκευή τους συμφέρουσα οικονομικά μόνο όταν η καλυπτόμενη από έναν άλλο τύπο θεμελίωσης έκταση είναι μεγαλύτερη από το 50% -60% της κάτοψης. Οι βαθιές θεμελιώσεις εφαρμόζονται όταν οι επιφανειακές στρώσεις του εδάφους παρουσιάζουν μικρή αντοχή σε σχέση με το προς θεμελίωση φορτίο οπότε προκύπτει η ανάγκη μεταφοράς του σε βαθύτερες στρώσεις.

21. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των μεταλλικών κατασκευών από χάλυβα σε σχέση με τις συμβατικές κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος;

α) Οι μεταλλικές κατασκευές παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή η ορθότερα μεγάλο λόγο αντοχής προς ίδιο βάρος. Αυτό οδηγεί στην δυνατότητα παραλαβής των επιβαλλόμενων δράσεων στις κατασκευές με χρήση λεπτών διατομών και επιτρέπει την ζεύξη μεγάλων ανοιγμάτων χωρίς ενδιάμεση υποστύλωση. Επιτυγχάνεται δηλαδή μία οικονομία χώρου και υλικού που δίνει την δυνατότητα μεγαλύτερης ευελιξίας κατά τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό.

β) Εκτός από αρχιτεκτονική ευελιξία, διευκολύνονται και οι μηχανολογικές εγκαταστάσεις μέσω της ευχέρειας διάνοιξης οπών σε φέροντα μεταλλικά δομικά στοιχεία για την διέλευση των σωληνώσεων.

γ) Ο χάλυβας παρουσιάζει έναν μεγάλο βαθμό βιομηχανοποίησης μειώνοντας τις αβεβαιότητες σχετικά με την ποιότητα του υλικού. Η χρήση προκατασκευασμένων μεταλλικών στοιχείων όταν οργανώνεται σωστά η παραγωγή, μειώνει σε μεγάλο βαθμό τον απαιτούμενο χρόνο εκτέλεσης του έργου.

δ) Ο χάλυβας σαν υλικό παρουσιάζει δύο ιδιότητες που είναι πολύ σημαντικές από άποψη αντισεισμικής συμπεριφοράς.

δi) Το σχετικό μικρό ίδιον βάρος των χαλύβδινων κατασκευών που συνεπάγεται μικρότερες σεισμικές δυνάμεις (ως γνωστών η αύξηση της μάζας μίας κατασκευής αυξάνει και τις αναπτυσσόμενες δυνάμεις κατά την διάρκεια ενός σεισμού). Το πλεονέκτημα αυτό αναιρείται στις περιπτώσεις των σύμμεικτων κατασκευών όπου η συνήθης κατασκευή πλακών οπλισμένου σκυροδέματος στα επίπεδα των ορόφων αυξάνει το βάρος της κατασκευής.

δii) H ολκιμότητα του υλικού που του επιτρέπει να αναπτύσσει μεγάλες πλαστικές παραμορφώσεις χωρίς να αστοχεί και με τον τρόπο αυτό αποσβένονται μεγάλα ποσά σεισμικής ενέργειας.

ε) Τα μεταλλικά κτίρια είναι σε πολύ μεγάλο βαθμό αποσυναρμολογήσιμα παρέχοντας την δυνατότητα εκμετάλλευσης των υλικών ακόμα και μετά το πέρας της ζωής του συγκεκριμένου τεχνικού έργου. Ακόμα και στην περίπτωση όμως που τα στοιχεία δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αρχική τους μορφή για την κατασκευή άλλων έργων, υπάρχει η δυνατότητα ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης τους, καθώς ο χάλυβας μπορεί να ανακυκλωθεί πολλές φορές χωρίς καμία υποβάθμιση των ιδιοτήτων του.

Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των μεταλλικών κατασκευών είναι η ευαισθησία τους σε υψηλές θερμοκρασίες όπως αυτές που αναπτύσσονται σε περίπτωση πυρκαγιάς, οι οποίες προκαλούν έντονη και γρήγορη μείωση της αντοχής τους και η λήψη μέτρων πυροπροστασίας αυξάνει σημαντικά το κόστος κατασκευής τους. Επίσης παρουσιάζουν ευαισθησία σε φαινόμενα λυγισμού και απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή κατά τον σχεδιασμό.

Συμπερασματικά οι μεταλλικές κατασκευές πλεονεκτούν έναντι των συμβατικών κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος σε συγκεκριμένου είδους φορείς όπως ισόγεια η διώροφα βιομηχανικά κτίρια όπου απαιτούνται μεγάλοι ελεύθεροι χώροι, σε γέφυρες μεγάλων ανοιγμάτων και σε πολυώροφα κτίρια ουρανοξυστών (σύμμεικτες κατασκευές) αλλά η επιλογή τους δεν είναι πανάκεια για κάθε τύπο κατασκευής. Για παράδειγμα μία διώροφη κατοικία από μεταλλικό σκελετό αποτελεί μάλλον μια αντιοικονομική λύση χωρίς να αξιοποιεί κάποιο από τα συγκριτικά πλεονεκτήματα του υλικού.

22. Ποια είναι τα κυριότερα στοιχεία ενός τυπικού μονώροφου μεταλλικού κτιρίου;

Τα κυριότερα στοιχεία που συνθέτουν τον φέροντα οργανισμό ενός μονώροφου μεταλλικού κτιρίου είναι τα ακόλουθα:

- Οι κύριοι φορείς είναι συνήθως πλαίσια που διατάσσονται κατά κανόνα ανά ίσες μεταξύ τους αποστάσεις και παραλαμβάνουν μέσα στο επίπεδο τους οριζόντια (σεισμικά φορτία, άνεμος) και κατακόρυφα φορτία.

- Οι τεγίδες είναι δοκοί που γεφυρώνουν τις αποστάσεις μεταξύ των κυρίων φορέων και μεταφέρουν σε αυτούς τα φορτία τα οποία ασκούνται στην επικάλυψη της οροφής, όπως το φορτίο χιονιού, το ίδιον βάρος των φύλλων επικάλυψης κ.α.

- Οι οριζόντιοι σύνδεσμοι δυσκαμψίας είναι κατά κανόνα δικτυωτοί φορείς που διατάσσονται στο επίπεδο των ζυγωμάτων των πλαισίων και καταλαμβάνουν το εύρος μεταξύ δύο διαδοχικών κύριων φορέων. Σκοπός τους είναι η μεταφορά των οριζόντιων δυνάμεων που ασκούνται κάθετα στο επίπεδο των κυρίων φορέων στους κατακόρυφους συνδέσμους δυσκαμψίας.

- Η κεφαλοδοκός είναι ένα οριζόντιο στοιχείο (δοκός) η οποία διατρέχει το μήκος του κτιρίου κατά την κάθετη διεύθυνση στα επίπεδα των κυρίων φορέων και συνδέει τις κεφαλές των υποστυλωμάτων του κάθε πλαισίου. Μέσω των κεφαλοδοκών οι σεισμικές και λοιπές οριζόντιες δυνάμεις που ασκούνται στο επίπεδο της επικάλυψης και παραλαμβάνονται από τα οριζόντια συστήματα δυσκαμψίας, μεταφέρονται και ισοκατανέμονται στους κατακόρυφους συνδέσμους δυσκαμψίας. Οι κεφαλοδοκοί αποτελούν επιπλέον, σημαντικό στοιχείο συναρμολόγησης της κατασκευής κατά την φάση ανέγερσης επειδή συνδέουν και συγκρατούν τους ανεγειρόμενους διαδοχικά κύριους φορείς.

- Οι κατακόρυφοι σύνδεσμοι δυσκαμψίας είναι κατά κανόνα δικτυωτοί φορείς, που τοποθετούνται μεταξύ δύο διαδοχικών υποστυλωμάτων και μεταφέρουν στην θεμελίωση τα οριζόντια φορτία, τα οποία παραλαμβάνουν από τους οριζόντιους συνδέσμους και τις κεφαλοδοκούς.

- Προκειμένου να καλυφθούν οι όψεις του κτιρίου, που αντιστοιχούν στα δύο ακραία κύρια πλαίσια του κτιρίου (πρώτο και τελευταίο πλαίσιο), τοποθετούνται ανά αποστάσεις μετωπικά υποστυλώματα.

- Τέλος οι μηκίδες είναι οριζόντιες δοκοί που τοποθετούνται ανά αποστάσεις σε όλες τις όψεις του κτιρίου, γεφυρώνουν τις αποστάσεις μεταξύ των υποστυλωμάτων (πλαισιακών και μετωπικών) και δέχονται τα φύλλα με τα οποία επενδύεται η κατασκευή.

Στοιχεία φέροντα οργανισμού τυπικού μονώροφου μεταλλικού κτιρίου

23. Ποια είναι τα κυριότερα στοιχεία ενός πολυώροφου μεταλλικού κτιρίου;

Ο φέρων οργανισμός ενός συνήθους πολυώροφου μεταλλικού κτιρίου αποτελείται από:

- Τα υποστυλώματα (μεταλλικά η συνήθως σύμμικτα)

- Τις κύριες δοκούς μεταξύ των υποστυλωμάτων

- Τις δευτερεύουσες δοκούς μεταξύ των κυρίων δοκών

- Τους κατακόρυφους συνδέσμους δυσκαμψίας

- Τις πλάκες (σχεδόν πάντα σύμμικτες)

Τα σύμμικτα υποστυλώματα αποτελούνται από ένα μεταλλικό υποστύλωμα το οποίο εγκιβωτίζεται πλήρως ή μερικώς στο σκυρόδεμα το οποίο με τον μεγάλο βαθμό πυραντίστασης που διαθέτει προστατεύει το χαλύβδινο υποστύλωμα σε ενδεχόμενη πυρκαγιά. Μια άλλη λύση είναι η επιλογή μεταλλικού υποστυλώματος κοίλης διατομής η οποία πληρείται με έγχυτο σκυρόδεμα. Σε αυτήν την περίπτωση δεν επιβάλλεται η τοποθέτηση οπλισμού στο σκυρόδεμα αν και συνίσταται για λόγους πυροπροστασίας. Οι σύμμικτες πλάκες αποτελούνται από χαλυβδόφυλλα και έγχυτο σκυρόδεμα. Στο άνω μέρος της πλάκας διατάσσεται οπλισμός και στις δύο διευθύνσεις για περιορισμό της ρηγμάτωσης και παραλαβή των αρνητικών ροπών. Το χαλυβδόφυλλο λειτουργεί στην φάση της σκυροδέτησης σαν μεταλότυπος και στην φάση της λειτουργίας σαν κάτω οπλισμός. Για την εξασφάλιση της σύμμικτης δράσης οι επιφάνειες των χαλυβδόφυλλων δεν είναι λείες αλλά με αυλακώσεις η εγκοπές.

Επειδή οι κύριες δοκοί απέχουν μεγάλες αποστάσεις μεταξύ, τους με αποτέλεσμα να δημιουργούνται μεγάλα ανοίγματα πλακών (άρα και απαίτηση για πολύ μεγαλύτερο πάχος πλάκας συγκριτικά με τις συμβατικές κατασκευές) τοποθετούνται δευτερεύουσες μεταλλικές δοκοί που εδράζονται στις κύριες.

Τύποι σύμμικτων υποστυλωμάτων

24. Πως επιλέγονται οι θέσεις τοποθέτησης των κατακόρυφων συνδέσμων δυσκαμψίας στα πολυώροφα μεταλλικά κτίρια;

Οι κατακόρυφοι σύνδεσμοι δυσκαμψίας στις μεταλλικές κατασκευές έχουν έναν αντίστοιχο ρόλο με τα τοιχώματα στις κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος. Εξασφαλίζουν την απαραίτητη πλευρική ευστάθεια στον φορέα και είναι τα κύρια στοιχεία παραλαβής των οριζόντιων δράσεων (σεισμός , άνεμος κ.α.). Επειδή ακριβώς επιτελούν την ίδια λειτουργία διέπονται από τις ίδιες αρχές σχετικά με τις ευνοϊκές από άποψη αντισεισμικής συμπεριφοράς θέσεις τοποθέτησης τους, οι οποίες παρατίθενται ακολούθως:

- Η ιδανική τοποθέτηση των κατακόρυφων συνδέσμων είναι σε συμμετρική διάταξη κατά μήκος της περιμέτρου του κτιρίου, μεγιστοποιώντας έτσι την δυστρεψία του κτιρίου.

- Σε κάθε διεύθυνση πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον δύο ζεύγη συνδέσμων, στα οποία θα κατανέμεται η οριζόντια δύναμη. Αν σε μια διεύθυνση υπάρχει μόνο ένας σύνδεσμος δημιουργείται ανεπιθύμητη εκκεντρότητα και αναπτύσσονται μεγάλες στροφές που έχουν πολύ δυσμενείς επιπτώσεις στην σεισμική απόκριση μίας κατασκευής.

- Πρέπει να μην διακόπτεται η συνέχεια των συνδέσμων καθ’ ύψος του κτιρίου.

- Πρέπει να επιδιώκεται η επίτευξη παρόμοιας δυσκαμψίας στις δύο κύριες διευθύνσεις του κτιρίου.

25. Πως θεμελιώνεται ένα τυπικό μεταλλικό μονώροφο κτίριο;

Το στοιχείο το οποίο χαρακτηρίζει τα θεμέλια (πέδιλα) των μονώροφων κτιρίων από χάλυβα είναι το σχετικά μικρό κατακόρυφο φορτίο, το οποίο καταλήγει στην έδραση των υποστυλωμάτων (λόγω του μικρού ίδιου βάρους της κατασκευής συγκριτικά με μια συμβατική κατασκευή από σκυρόδεμα) σε σχέση με τα μεγάλα οριζόντια φορτία, με αποτέλεσμα να υπάρχει κίνδυνος ανατροπής του θεμελίου.

Για την αύξηση των κατακόρυφων φορτίων και την ενίσχυση της ευστάθειας των θεμελίων, τα τελευταία κατασκευάζονται με σημαντικό όγκο σκυροδέματος, σε μορφή ορθογώνιου παραλληλεπιπέδου και κεντρικά ως προς το υποστύλωμα. Στις περιπτώσεις μάλιστα υποστυλωμάτων τα οποία συνδέονται με κατακόρυφους συνδέσμους δυσκαμψίας λόγω των ακόμα μεγαλύτερων οριζόντιων φορτίων που αναπτύσσονται (άρα ακόμα μεγαλύτερος ο κίνδυνος ανατροπής του θεμελίου) συχνά ενοποιούνται τα δύο θεμέλια και η έδραση γίνεται σε ένα κοινό. Θεμέλια κατασκευάζονται και για τα μετωπικά υποστυλώματα.

Συνδετήριες δοκοί κατασκευάζονται πάντοτε κατά την διεύθυνση των μικρότερων αποστάσεων μεταξύ των θεμελίων. Δεν κατασκευάζονται συνδετήριες δοκοί κατά την διεύθυνση του ανοίγματος των κυρίων φορέων επειδή λόγω του μεγάλου μήκους τους δεν θα είχαν την δυνατότητα μεταφοράς οριζόντιων θλιπτικών δυνάμεων.

Για την έδραση των υποστυλωμάτων συνήθως μεσολαβεί μεταξύ αυτών και των θεμελίων μια μεταλλική πλάκα έδρασης η οποία συνδέεται κοχλιωτά (δηλαδή βιδώνεται) με αγκύρια τα οποία έχουν ενσωματωθεί με το θεμέλιο κατά την σκυροδέτηση. Ο αριθμός και η θέση των αγκυρίων διαφέρουν ανάλογα με τον επιθυμητό τύπο έδρασης. Στην περίπτωση αρθρωτής σύνδεσης στην βάση του στύλου, τέσσερα αγκύρια τοποθετούνται εκατέρωθεν του κορμού του υποστυλώματος μέσα στο νοητό ορθογώνιο που περιβάλλει την διατομή (βλέπε σχήμα ακολούθως). Η πάκτωση των υποστυλωμάτων στην βάση τους είναι μία πολύπλοκη διαδικασία και επιλέγεται μόνο στις περιπτώσεις όπου επιθυμείται η μείωση των παραμορφώσεων ώστε να πληρούνται οι απαιτήσεις των ελέγχων λειτουργικότητας. Στην περίπτωση αυτή τα αγκύρια διατάσσονται εκτός των πελμάτων της διατομής, προκειμένου να αναπτυχθούν τα αναγκαία και απαραίτητα ζεύγη δυνάμεων που θα παραλάβουν την αναπτυσσόμενη ροπή στήριξης. Για την αποφυγή κατασκευής πλάκας έδρασης μεγάλου πάχους τοποθετούνται νευρώσεις ενίσχυσης σε έναν η και στους δύο άξονες της διατομής.

Διάταξη αγκυρίων σε αρθρωτή έδραση υποστυλώματος

Διάταξη αγκυρίων σε πάκτωση υποστυλώματος – νευρώσεις ενίσχυσης

26. Πως κατατάσσονται σε κατηγορίες οι φέροντες τοίχοι;

Ανάλογα με την προέλευση των χρησιμοποιούμενων τοιχοσωμάτων οι φέροντες τοίχοι διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Στους τοίχους από φυσικούς λίθους (λιθοδομές) και στους τοίχους από τεχνητούς λίθους (πλινθοδομές). Οι τοιχοποιίες από φυσικούς λίθους ανάλογα με το εάν έχουν ή όχι συνδετικό κονίαμα διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες:

- Τις ξηρολιθοδομές (ξερολιθιές) που αποτελούνται από ακατέργαστους φυσικούς λίθους χωρίς την χρήση συνδετικού κονιάματος.

- Τις λιθοδομές που αποτελούνται από φυσικούς λίθους που έχουν υποστεί έναν μικρό ή μεγάλο βαθμό κατεργασίας και συνδέονται με την χρήση κονιάματος.

- Τις χυτές τοιχοποιίες που κατασκευάζονται από πλαστικά μείγματα πηλού, κροκάλων και σκυροδέματος, τα οποία στην συνέχεια σκληρύνονται και αποτελούν ένα ενιαίο σύνολο τοίχου.

Οι τοιχοποιίες από τεχνητούς λίθους διακρίνονται σε:

- Ωμοπλινθοδομές όταν τα τοιχοσώματα είναι ωμόπλινθοι δηλαδή άψητοι πλίνθοι

- Οπτοπλινθοδομές όταν τα τοιχοσώματα είναι ψημένοι πλίνθοι (κοινώς τούβλα) συνήθως από αργιλικό υλικό (πηλό)

- Τσιμεντοπλινθοδομές όταν τα τοιχοσώματα είναι τσιμεντόλιθοι.

Ανάλογα με τον τρόπο δόμησης μια τοιχοποιία (είτε από φυσικούς λίθους είτε από τεχνητούς λίθους) διακρίνεται σε:

- Μονόστρωτη τοιχοποιία: τοιχοποιία χωρίς ενδιάμεσο κενό ή συνεχή κατακόρυφο αρμό (δηλαδή μία στρώση τοιχοσώματος)

- Δίστρωτη τοίχποιια : αποτελείται από δυο παράλληλες στρώσεις με αρμό μεταξύ τους (πάχους<25mm) που είναι γεμισμένος με κονίαμα. Οι δυο στρώσεις ενώνονται με μεταλλικούς συνδέσμους για την κοινή λειτουργία τους.

- Κοίλη τοίχποιια: δυο παράλληλοι μονόστρωτοι τοίχοι μεταξύ των οποίων υπάρχει διάστημα το οποίο αφήνεται κενό ή τοποθετείται μονωτικό υλικό. Οι δυο τοίχοι ενώνονται με μεταλλικούς συνδέσμους ή με οριζόντιο οπλισμό και ο ένας ή και οι δύο μεταφέρουν φορτία.

- Πληρωμένη κοίλη τοίχοποιια: κοίλος τοίχος με κενό>5cm το οποίο γεμίζεται με σκυρόδεμα, ώστε να επιτευχθεί η κοινή λειτουργία τους σε κατακόρυφα και οριζόντια φορτία, ενώ οι δυο τοίχοι ενώνονται με μεταλλικούς συνδέσμους ή οριζόντιο οπλισμό.

27. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των τοιχοποιιών με τεχνητά τοιχοσώματα έναντι αυτών με φυσικούς λίθους;

Η δόμηση με τεχνητά λιθοσώματα παρουσιάζει ορισμένα πλεονεκτήματα συγκριτικά με την δόμηση με φυσικούς λίθους. Ορισμένα από αυτά είναι:

- Δυνατότητα κατασκευής τοίχων μικρότερου πάχους από εκείνους που κατασκευάζονται με φυσικούς λίθους που συγχρόνως εξασφαλίζουν αυξημένη θερμομονωτική και ηχομονωτική ικανότητα. Αποτέλεσμα είναι μικρότερο ίδιο βάρος της κατασκευής και συνεπώς μικρότερες αναπτυσσόμενες σεισμικές δυνάμεις. Επιπλέον λόγω του μικρότερου πάχους των τοίχων διατίθεται περισσότερος ελεύθερος χώρος στο κτίριο.

- Ταχύτητα, ευκολία και οικονομία στην δόμηση, αφού είναι δυνατή η προμήθεια οπτόπλινθων ανά πάσα στιγμή και δεν υπάρχει ανάγκη για εξειδικευμένους τεχνίτες που σπανίζουν στις μέρες μας.

- Εξασφάλιση υλικών με γνωστά και κατά το δυνατόν όμοια μηχανικά χαρακτηριστικά σε αντίθεση με τους φυσικούς λίθους που συνοδεύονται από μεγάλες αβεβαιότητες σχετικά με την αντοχή τους.

- Μεγάλη δυνατότητα εκλογής μεγέθους και ιδιοτήτων των τοιχοσωμάτων ανάλογα με τις απαιτήσεις του έργου.

- Δυνατότητα κατασκευής οπλισμένης τοιχοποιίας με ειδικού τύπου τοιχοσώματα.

28. Γιατί πρέπει να κατασκευάζονται πατώματα οπλισμένου σκυροδέματος σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία;

Τα δάπεδα από οπλισμένο σκυρόδεμα εμφανίζουν πολύ μεγάλη – πρακτικά άπειρη – δυσκαμψία μέσα στο επίπεδό τους και κατά συνέπεια εξασφαλίζουν πλήρη διαφραγματική λειτουργία, με την προϋπόθεση καλής σύνδεσης με τις φέρουσες τοιχοποιίες επί των οποίων εδράζονται. Η ύπαρξη διαφραγματικής λειτουργίας είναι καθοριστικής σημασίας για την ικανοποιητική σεισμική απόκριση ενός κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία γιατί το διάφραγμα αναγκάζει τους τοίχους σε κοινές μετατοπίσεις αυξάνοντας την διατμητική αντοχή τους έναντι οριζόντιων φορτίων τόσο εντός όσο και εκτός του επιπέδου τους. Επίσης μέσω του διαφράγματος κατανέμονται οι σεισμικές δυνάμεις στους υποκείμενους τοίχους ανάλογα με την δυσκαμψία τους, μια παραδοχή που χρησιμοποιείται από το σύνολο των υπολογιστικών στατικών προγραμμάτων άρα επιτυγχάνεται σύγκλιση του υπολογιστικού μοντέλου με την πραγματική συμπεριφορά.

Για τους παραπάνω λόγους πρέπει να αποφεύγεται στα νέα κτίρια η κατασκευή ξύλινων δαπέδων η πατωμάτων επί σιδηροδοκών με πλινθοπλήρωση γιατί αυτά τα συστήματα δεν εξασφαλίζουν την απαραίτητη διαφραγματική λειτουργία. Εάν είναι επιθυμητή ή επιβεβλημένη η ύπαρξη στέγης, τότε είναι προτιμότερο να κατασκευάζεται πάνω από την πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος (δηλαδή να μην είναι εμφανής).