Αποτίμηση υφιστάμενης κατάστασης και ανασχεδιασμός σχολικού κτιρίου από οπλισμένο σκυρόδεμα στη Ν. Σμύρνη

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται το ευαίσθητο και πολυπαραμετρικό θέμα των επεμβάσεων στις υφιστάμενες κατασκευές μέσω ελέγχων που πραγματοποιούνται σε σχολικό κτίριο, μέρος του συγκροτήματος τεσσάρων ανεξάρτητων κατασκευών του δήμου Νέας Σμύρνης, που μελετήθηκε και οικοδομήθηκε το 1971. Τα φέροντα δομικά στοιχεία του κτιρίου είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα και σχεδιάστηκαν σύμφωνα με τις διατάξεις του Κανονισμού Οπλισμένου Σκυροδέματος (1954) και του Αντισεισμικού Κανονισμού (1959) οι οποίες στερούνταν την αυστηρότητα των σύγχρονων Οδηγιών ως προς τη μελέτη και την επίβλεψη. Οι σοβαρότατες ανεπάρκειες που κατέδειξε ο έλεγχος επάρκειας σύμφωνα με το τελικό κείμενο του ΚΑΝ.ΕΠΕ. (2010/2011), μετά τη δυναμική ελαστική ανάλυση για το φάσμα του EC8 και μετά τις 8 ανελαστικές στατικές αναλύσεις, οδήγησαν στην επιτακτική ανάγκη για βελτίωση της σεισμικής συμπεριφοράς του φορέα. Η ενδελεχής μελέτη πάνω σε ένα επίπεδο πλαίσιο, χάριν απλότητας, κατέδειξε το σύστημα των κλειστών ολόσωμων μανδυών ο. σ. για τα υποστυλώματα και τα σύνθετα υλικά από ινοπλισμένα πολυμερή τύπου «U» με επαρκή μηχανική αγκύρωση στη θλιβόμενη ζώνη της δοκού ως μία ικανοποιητική λύση. Αναλυτικότερα: Στο Κεφάλαιο 1, τίθεται το ζήτημα των επεμβάσεων με τον ορισμό των βασικότερων εννοιών που επιβάλλεται να κατανοηθούν εξ’ αρχής και τη διατύπωση των αρχών που διέπουν την αποτίμηση. Επισης, περιγράφονται συνοπτικά τα βήματα που ακολουθούνται κατά τον ανασχεδιασμό, ενώ παρουσιάζονται και οι βασικότερες στρατηγικές – συστήματα επεμβάσεων, ανάλογα με τις ανάγκες που υφίστανται. Το θεωρητικό ενδιαφέρον στο Κεφάλαιο 2 εξειδικεύεται στις δύο συγκεκριμένες μεθόδους που εφαρμόζονται και προαναφέρθηκαν. Στο Κεφάλαιο 3, περιγράφεται η ανελαστική στατική ανάλυση είτε ως μέθοδος αποτίμησης είτε ως ανασχεδιασμού, όπως είναι γνωστή από τη διεθνή βιβλιογραφία και κυρίως από τον ΚΑΝ.ΕΠΕ. Εισάγεται, επιπλέον, η έννοια της «Στάθμης Επιτελεστικότητας» αφού το υπό εξέταση κτίριο αποτιμάται και ανασχεδιάζεται βάσει αυτής της λογικής. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα στοιχεία, τα υλικά και οι παράμετροι του κτιρίου και των φορτίσεων που υπεισέρχονται στο προσομοίωμα, καθώς και ο τρόπος μοντελοποίησής τους στο λογισμικό SAP 2000 v.14. Το μοντέλο υπόκειται σε πλήρη έλεγχο επάρκειας μετά από ελαστική και ανελαστική ανάλυση που εφαρμόζονται αφού εξεταστεί η ικανοποίηση των προϋποθέσεων που τίθενται (Κεφάλαιο 5). Διερευνητικά, το κτίριο υποβάλλεται και στη σεισμική διέγερση τριών πραγματικών σεισμών κοντινού πεδίου, στο Κεφάλαιο 6 και οι ανεπάρκειες είναι ακόμα σημαντικότερες. Τέλος, στα Κεφάλαια 7 και 8, αναλύεται ένα επίπεδο πλαίσιο από σχολικό κτίριο σχεδιασμένο σύμφωνα με τη λογική του δύσκαμπτου ζυγώματος έναντι πιο εύκαμπτων κατακόρυφων μελών (προ 1985), παρουσιάζονται όλοι οι υπολογισμοί και προτείνεται η ενίσχυση αυτού, και όλου του κτιρίου αντιστοίχως, με ένα σύστημα ενίσχυσης που συνίσταται από μανδύες ο. σ. που αυξάνουν τελικά την αντίσταση, τη δυσκαμψία και την πλαστιμότητα του πλαισίου και από σύνθετα υαλουφάσματα που αναλαμβάνουν την πλεονάζουσα τέμνουσα σχεδιασμού που δρα στη δοκό.

In present master in science thesis, the sensible and comlex issue of Interventions to provide adequate resistance against seismic actions in existing structures is discussed. This is achieved by examining an individual reinforced concrete school building located in Municipality of Nea Smirni, in Athens, member of a four building block. The four – storey building was designed and constructed in 1971 under the provisions of coexisting material – relevant national Codes (Members of Reinforced Concrete, 1954), at least by means of traditional construction rules and according to a non – conservative design Code for earthquake resistant structures (1959). Seismic hazard evaluation and complete assessment after eight different non – linear static (pushover) analysis, a modal Eurocode 8 response spectrum analysis and a q – factor (q = 1.50) approach indicated severe inadequacies demanding retrofitting. However, the whole computing, based on the finally adapted edition of National Interventions Code (KAN.EPE), is presented on a theoritical plane frame isolated from a school building for the sake of completeness and simplicity. It also led to the great need for a retrofitting campaign in order to enhance the strength and stiffness of the frame. The proposed retrofitting programme consists of reinforced concrete jackets applied to the whole length of the columns and F.R.P. composite materials (Type “U”) for the beam after all the appropriate anchorage measures in the compressed area of the section are taken. In the 1st Chapter, a theoritical approach of Assessment and Retrofitting takes place by presenting significant definitions, fundamental principles in accordance with present knowledge and by describing some internationally applied retrofitting programmes (passive and active). In the 2nd Chapter interest is concentrated especially in the two methods which are applied futher and are prementioned. Furthermore, 3rd Chapter presents in theoritical detail non – linear static analysis as well as the great variety of conditional parameters. Terms such as capacity / demanding curves, target displacement and performance requirements (Limit States) are introduced since the plain frame and the particular building assessment and retrofitting processes are based on a certain acceptable degree of structural damage. In the 4th Chapter, detailed information such as material properties, local law parameters and so on concerning the building and seismic or non – seismic actions are given. The steps followed for modelizing in SAP 2000 v.14 software are analized, various compulsory assumptions are made to finally reach the results. In the 5th Chapter, results from all analysis are presented and compliance criteria are checked. In the 6th Chapter, the building is investigated for the action of three real seismic events under which inadequacies appear to be major. Finally, in the 7th and 8th Chapters, detailed computing during all procedures of assessment and retrofitting is presented. These Chapters deal with the plane frame that consists of an extensively stiff beam compared to two less stiff vertical elements (constructed before 1985 provisions). Its current seismic behavior is evaluated and since performance requirements for Significant Damage Limit State are exceeded, the retrofitting programme previously discussed is proposed before remodelizing. Strength and stiffness enhancement in total is achieved by the application of reinforced concrete jackets in columns combined with the greater shear strength of the beam as resulted by the use of F.R.P. composites.