Αποτίμηση συμπεριφοράς και ενίσχυση κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία

Abstract

Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Εργασία έγινε προσπάθεια διερεύνησης και αποτίμησης της συμπεριφοράς ενός κτιρίου από λιθοδομή και, στη συνέχεια, ενίσχυσή του. Το κτίριο που μελετήθηκε είναι ένα παλιό αρχοντικό στην Ανακασιά του Βόλου. Ιδιαιτερότητα του υπό εξέταση κτιρίου αποτελεί η συνύπαρξη των λίθινων τοίχων, οι οποίοι αποτελούν ένα δύσκαμπτο υποσύστημα, μαζί με το αρκετά πιο εύκαμπτο σύστημα των ξυλόπηκτων τοίχων που εμφανίζονται στο εσωτερικό του κτιρίου. Στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μια ιστορική αναδρομή της χρήσης της τοιχοποιίας από τον άνθρωπο. Παράλληλα, παρατέθηκαν γενικά στοιχεία για την τοιχοποιία και αναφέρθηκαν ενδεικτικά τα είδη της. Στο 2ο Κεφάλαιο αναφερθήκαμε στην υπό μελέτη οικία. Αρχικά, δόθηκαν γενικές πληροφορίες για το κτίριο (π.χ. τοποθεσία, χρονολογία και φάσεις κατασκευής). Ακολούθησε αναφορά στα δομικά στοιχεία του κτιρίου (τοιχοποιίες, πατώματα, στέγες). Στη συνέχεια, παρουσιάστηκαν στοιχεία για την προσομοίωση του κτιρίου στο sap2000 v14.1. Η προσομοίωση αναφέρεται στα επί μέρους δομικά στοιχεία του κτιρίου (μηχανικά χαρακτηριστικά, συνθήκες στήριξης κ.λ.π) αλλά και στα φορτία που επιβάλλουν αφενός τα ανωτέρω στοιχεία και αφετέρου ο σεισμός. Στο 3ο Κεφάλαιο παραθέσαμε στοιχεία για τη σεισμική συμπεριφορά των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία καθώς και τους μηχανισμούς αστοχίας της. Τέλος, αναλύθηκε η μεθοδολογία υπολογισμού των εντατικών μεγεθών και οι αντίστοιχοι έλεγχοι έναντι σεισμικών δράσεων που θα πραγματοποιηθούν στα επόμενα Κεφάλαια. Οι έλεγχοι αυτοί είναι:

• Καμπτική αντοχή τοιχοποιίας για εκτός επιπέδου κάμψη παράλληλα στις οριζόντιες ακμές • Καμπτική αντοχή τοιχοποιίας για εκτός επιπέδου κάμψη παράλληλα στις κατακόρυφες ακμές • Καμπτική αντοχή τοιχοποιίας για εντός επιπέδου κάμψη • Διατμητική αντοχή τοιχοποιίας

Στο 4ο Κεφάλαιο έγινε ο ενδεικτικός έλεγχος της υπάρχουσας κατάστασης. Τα αποτελέσματα του ελέγχου θα χρησιμοποιηθούν ως βάση για τις μετέπειτα επεμβάσεις που θα εφαρμοστούν. Αρχικά, παρατηρήθηκε μακροσκοπικά η απόκριση του κτιρίου κατά τη σεισμική δράση. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε γενικότερα παρατήρηση των ιδιομορφών και των μετακινήσεων του κτιρίου. Η εκτίμηση της υπάρχουσας κατάστασης ολοκληρώθηκε με την διεξαγωγή των ελέγχων που προαναφέρθηκαν, ενδεικτικά στην κύρια όψη του κτιρίου. Στο 5ο Κεφάλαιο ακολούθησε μία σειρά από μεμονωμένες επεμβάσεις οι οποίες έχουν ως σκοπό τους την σταδιακή ενίσχυση του κτιρίου. Στο 6ο Κεφάλαιο πραγματοποιήθηκε συνδυασμός των παραπάνω μεμονωμένων επεμβάσεων, αλλά και άλλων, με σκοπό την επιλογή των καλύτερων συνδυασμών. Κατά τη διάρκεια αυτής της διερεύνησης, πραγματοποιήθηκε έλεγχος της επιρροής που ασκεί το ένα υποσύστημα του κτιρίου στο άλλο. Στο 7ο Κεφάλαιο πραγματοποιήσαμε διεξοδικούς ελέγχους στην υπάρχουσα κατάσταση αλλά και στους δύο επικρατέστερους συνδυασμούς επεμβάσεων ενίσχυσης. Τέλος, στο 8ο Κεφάλαιο οι δύο επικρατέστεροι συνδυασμοί επεμβάσεων συγκρίθηκαν μεταξύ τους με γνώμονα την αναστρεψιμότητα τους αλλά και την σχέση αποτελεσματικότητα – κόστος. Έπειτα από αυτή τη σύγκριση, οδηγηθήκαμε στην επιλογή της τελικής προτεινόμενης επέμβασης για την ενίσχυση του κτιρίου.

In this Master Thesis an attempt is made to investigate and assess the behavior of an existing two storey masonry building and propose different measures for its strengthening. The building studied is an old mansion in Anakasia of Volos with a basement and two storey masonry construction in the main part initially built, and a single story later attachment at the rear part. The masonry walls of the perimeter constitute the main structural system of the building which is supplemented with a much more flexible bearing system of timber walls that exist inside the building. In the 1st Chapter a general overview of the use of masonry is provided in different historical periods characterized by the material and type of construction. In the 2nd Chapter the building of interest is presented and its main structural components are discussed, e.g. location, date and phases of construction, walls, floors, roofs etc. Subsequently, the steps taken to model this structure into the fem code sap2000 v14.1 are presented. More specifically this modeling refers to the individual components of the building i.e. mechanical properties, support conditions, etc. and the dead, live and earthquake loads exerted on these elements as specified in the relevant codes. In the 3rd Chapter seismic behavior of masonry buildings and their failure mechanisms are discussed. Then the methodology for the evaluation of internal forces at all limit states required by the codes is presented together with verification for adequate strength which is carried out in subsequent chapters. These tests are:

• Out of plane bending • In-plane bending • Shear strength

In the 4th Chapter the overall response of the existing structure is presented which indicates that the existing building is not capable to withstand the loads specified by the contemporary codes. This reference response is used also to assess the efficiency of the proposed strengthening scenarios presented in the subsequent chapters. The overall dynamic response of the structures is assessed on the basis of the principal modes of vibration of the primary and secondary load carrying system. Moreover strength verification of the front wall of the building is presented in detail which is considered representative for the behaviour of the entire building. In the 5th Chapter a series of individual strengthening measures are presented aiming at enhancing the overall response of the structure at one or more perspectives related to its strength. In the 6th Chapter based on previous results an attempt is made to combine the positive influences of each strengthening scenario and come up with combined proposals that are proved adequate for the building and also techno-economically sound. In the 7th Chapter a more elaborate and detailed comparison between the existing situation and the two prevailing combined interventions is presented. Finally, in the 8th Chapter a techno economical comparison between the two dominant combined interventions is presented by assessing the effectiveness, the reversibility and the overall cost of these intervention to suggest finally one combined scenario that is appropriate for the specific building.