Βέλτιστη χωροθέτηση ενισχύσεων κατασκευών με βάση τη δυστρεψία

Abstract

Σε κτίρια, τα οποία δεν έχουν δύο άξονες συμμετρίας ως προς τη μάζα και τη δυσκαμψία, και υποβάλλονται σε οριζόντιες σεισμικές δυνάμεις, τα πατώματα των ορόφων υφίστανται ταυτόχρονα μεταφορικές και στρεπτικές μετακινήσεις, συζευγμένες μεταξύ τους. Τα κτίρια αυτά ονομάζονται εκκεντρικά. Έχει αποδειχθεί από μετασεισμικές παρατηρήσεις ότι ένα μεγάλο ποσοστό βλαβών ή και καταρρεύσεων κτιρίων με ασύμμετρες κατόψεις οφείλεται στις έντονες στρεπτομεταφορικές ταλαντώσεις οι οποίες δημιουργούν υψηλές απαιτήσεις πλαστιμότητας στα περιμετρικά, ιδίως, φέροντα στοιχεία. Στη παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η ελαχιστοποίηση της στρεπτικής απόκρισης ενός υφιστάμενου, εκκεντρικού, πολυώροφου κτιρίου Ο/Σ με εφαρμογή ενισχύσεων στα υποστυλώματα του. Η ελαχιστοποίηση της εκκεντρότητας μεταξύ του κέντρου δυσκαμψίας και του κέντρου μάζας σε κάθε κάτοψη και η ελαχιστοποίηση της εκκεντρότητας μεταξύ του κέντρου αντοχών και του κέντρου μάζας σε κάθε όροφο θεωρούνται ως δυο ανεξάρτητες διατυπώσεις αυτού του προβλήματος βελτιστοποίησης. Το κέντρο αντοχών σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες είναι πιο αντιπροσωπευτικό στη μελέτη της στρεπτικής απόκρισης ενός κτιρίου που έχει μπει στην ανελαστική του φάση. Η βελτιστοποίηση γίνεται με τη χρήση του εξελικτικού αλγορίθμου βελτιστοποίησης Imperialist Competitive Algorithm (ICA). Η βελτιστοποίηση γίνεται στο κτίριο αφού πρώτα αποτιμηθεί με στατική ανελαστική ανάλυση και ανασχεδιαστεί ώστε να ικανοποιεί τις κανονιστικές απαιτήσεις ασφάλειας (ΚΑΝΕΠΕ) και συγκρίνεται η σεισμική συμπεριφορά πριν και μετά τη βελτιστοποίηση.

Coupled lateral-torsional motions occur in buildings subjected to ground shaking if their structural plan do not have two axes of mass and stiffness symmetry. These systems are called eccentric. A high percentage of building damages, and even collapses, has been mentioned in buildings with asymmetric structural plans. The combined torsional-translational vibration of their structural system had as consequence higher ductility demands in the perimeter, specially, structural elements. This diploma thesis examines the minimization of the torsional response of an existing, eccentric, multistory building, constructed from reinforced concrete, by reinforcing its columns with rc jackets. The minimization of the distance between the mass center and the rigidity center of each floor layout and the minimization of the distance between the mass center and the center of strength of each floor are considered as two separate formulations for this optimization problem. The center of strength according to recent studies is more suitable to assess the torsional response of a building that has passed to its post-elastic phase. For the optimization we use the Imperialist Competitive Algorithm (ICA), an algorithm from the family of evolutionary optimization algorithms. The optimization is applied to the building after we have assessed its seismic behavior and capacity using the nonlinear static analysis (pushover analysis) and have redesigned it in order to meet code requirements. In the end we contrast the seismic behavior of the building before and after the optimization.