Έλεγχος επάρκειας και ενίσχυση σχολικού κτιρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται έλεγχος επάρκειας ενός υφιστάμενου σχολικού κτιρίου στην Αθήνα, στο δήμο Νέας Σμύρνης, και στη συνέχεια ενίσχυσή του με μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα. Αναλυτικότερα, πρόκειται για μία κατασκευή του 1971, η οποία έχει μελετηθεί με τον κανονισμό οπλισμένου σκυροδέματος του 1954 και τον αντισεισμικό κανονισμό του 1959. Γίνεται έλεγχος επάρκειάς της με βάση την ισχύουσα οδηγία (506/ΑΖ53ζ/22-1-2001) περί αποτίμησης της υφιστάμενης κατασκευής. Στη συνέχεια λόγω των σημαντικών ανεπαρκειών που εμφανίζονται προτείνεται η ενίσχυση της κατασκευής ώστε να ικανοποιεί τα κριτήρια του σημερινού αντισεισμικού κανονισμού (ΕΑΚ 2000), και να βελτιωθεί συνολικά η συμπεριφορά του κτιρίου. Παράλληλα, αναλύεται το θέμα των επεμβάσεων σε υφιστάμενες κατασκευές γενικότερα. Παρουσιάζονται οι εναλλακτικές λύσεις που υπάρχουν, οι κανονισμοί που διέπουν τις επεμβάσεις, καθώς και ο τρόπος προσομοίωσης της κατασκευής στο πρόγραμμα SAP 2000 το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τους απαιτούμενους υπολογισμούς. Επίσης, πραγματοποιείται συγκριτική μελέτη της συμπεριφοράς της υφιστάμενης και της ενισχυμένης κατασκευής σε πραγματικά σεισμικά δεδομένα από τρεις διαφορετικούς σεισμούς. Τέλος, λόγω του γεγονότος ότι οι παραπάνω αναλύσεις πραγματοποιούνται με βάση τον Κανονισμό Επεμβάσεων, ο οποίος πρακτικά έχει αντικατασταθεί από τον Ευρωκώδικα 8, γίνεται και μία συγκριτική μελέτη της συμπεριφοράς ενός απλού πλαισίου με βάση τις αρχές των δύο επιμέρους κανονισμών. Το πρώτο κεφάλαιο θέτει το πρόβλημα των υφιστάμενων κατασκευών και της ανεπάρκειας που αυτές εμφανίζουν, τόσο γενικά όσο και ειδικότερα στην Ελλάδα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η διαδικασία ελέγχου επάρκειας, επισκευής, και ενίσχυσης καθώς και οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη της ενίσχυσης. Το τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζει τη μέθοδο ενίσχυσης υφιστάμενης κατασκευής με χρήση μανδυών οπλισμένου σκυροδέματος, που χρησιμοποιήθηκε και για την ενίσχυση της συγκεκριμένης κατασκευής. Το κεφάλαιο τέσσερα αναλύει την ανελαστική στατική ανάλυση με βάση τον Κανονισμό Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.). Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται ο τρόπος πραγματοποίησης του αντισεισμικού σχεδιασμού με στάθμες επιτελεστικότητας με βάση τον Κανονισμό Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.). Στο κεφάλαιο έξι δίνεται μία πλήρης περιγραφή του σχολικού κτιρίου που πρόκειται να μελετηθεί, και αναλύεται ο τρόπος προσομοίωσής του στο πρόγραμμα SAP 2000. Ο έλεγχος επάρκειας του υφιστάμενου σχολικού κτιρίου, και η τελική απόφαση για την απαίτηση, ή όχι, ενίσχυσής του, αναλύονται στο έβδομο κεφάλαιο. Στο όγδοο κεφάλαιο δίνεται η περιγραφή του ενισχυμένου κτιρίου, με αναλυτική παρουσίαση της ενίσχυσης που προτείνεται, και αναλύονται όλες οι λεπτομέρειες προσομοίωσής του στο πρόγραμμα SAP 2000. Ο υπολογισμός των μετελαστικών χαρακτηριστικών του ενισχυμένου κτιρίου, καθώς και τα αποτελέσματα των ανελαστικών στατικών αναλύσεών του δίνονται στο κεφάλαιο εννέα. Στο δέκατο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία συγκριτική μελέτη της συμπεριφοράς του υφιστάμενου και του ενισχυμένου κτιρίου σε πραγματικά σεισμικά δεδομένα από τρείς πραγματικούς σεισμούς. Στο κεφάλαιο έντεκα πραγματοποιείται συγκριτική μελέτη των αποτελεσμάτων των ανελαστικών στατικών αναλύσεων με βάση τον Κανονισμό Επεμβάσεων και τον Ευρωκώδικα 8 σε ένα απλό πλαίσιο, και επισημαίνονται οι διαφορές των δύο κανονισμών. Στο δωδέκατο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που εξάγονται από την όλη διαδικασία του ελέγχου επάρκειας και της ενίσχυσης του κτιρίου, καθώς και από τις συγκριτικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν.

In the document at hand we can see an assessment of a school building constructed in Athens, municipality of Nea Smyrni, and then the buildings’ retrofitting using jackets of reinforced concrete. To be more specific, we have to do with a building constructed in 1971, following the reinforced concrete regulation of 1954, and the seismic regulation of 1959. The assessment is following the current regulation (506/ΑΖ53ζ/22-1-2001) that has to do with the assessment of existing buildings. Due to the fact that the assessment demonstrates serious insufficiencies a certain retrofitting plan is proposed, so that the building may follow current seismic regulations, and have a better behavior in general. The topic of retrofitting existing structures in general is also being analyzed. Different kinds of solutions and regulations that have to do with retrofitting are presented. Modeling of the structure in the program SAP 2000, which was used for the analysis, is also presented. Furthermore, the behavior of the existing and the new structure, after the retrofitting, are being compared, when both of them exposed to three different earthquakes that have taken place in the past. Finally, due to the fact that all the above are following the Greek retrofitting regulations, which have been replaced by Eurocode 8 – Part 3, we compare the behavior of a simple structure when following the two different regulations. The first chapter presents the problem of existing structures and the serious insufficiencies they have, in general and more specifically in Greece. In the second chapter, the procedure of assessment, repairing, and retrofitting, as well as the methods used to achieve retrofitting of a structure, are being presented. The third chapter presents analytically the procedure of retrofitting an existing structure by using jackets of reinforced concrete, which is the one that we used for our structure. The forth chapter analyzes the pushover analysis based on the Greek retrofitting regulations. In the fifth chapter the performance based design is being analyzed, based on the Greek retrofitting regulations. In the sixth chapter we can see a full description of the school building and the model we used in program SAP 2000. The assessment of the existing school building and the final decision for the need of retrofitting are being presented in the seventh chapter. In the eighth chapter we can see a full description of the new school building, with the retrofitting being presented analytically, as well as a description of the model used in program SAP 2000. The calculation of the inelastic parameters of the strengthened building, as well as the results of the pushover analyses are being presented in chapter nine. In chapter ten, the behavior of the existing and the new structure, after the retrofitting, are being compared, when both of them exposed to three different earthquakes that have taken place in the past. In chapter eleven, the behavior of a simple structure when following the two different regulations, the Greek retrofitting regulations and Eurocode 8 – Part 3, is being compared, and the differences are being presented. Finally, in the twelfth chapter, all the conclusions than have appeared through the previous chapters are being presented.