Διαφραγματική λειτουργία σε κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα

Τσουτσάνης, Παναγιώτης; Tsoutsanis, Panagiotis

dc.contributor.author	Τσουτσάνης, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Tsoutsanis, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2023-04-28T10:27:37Z
dc.date.available	2023-04-28T10:27:37Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57583
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25280
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διαφραγματική λειτουργία	el
dc.subject	Οπλισμένο σκυρόδεμα	el
dc.title	Διαφραγματική λειτουργία σε κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα	el
dc.title	Diaphragmatic behavior of concrete buildings	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αντισεισμική Τεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-03-20
heal.abstract	This thesis aims to investigate the parameters that change with the consideration of a rigid or semi rigid diaphragm in the design of reinforced concrete buildings. The conditions under which a diaphragm cannot be considered undistorted are studied and also the effect of this on the dynamic response of the examined constructions. The simulation with diaphragm function and finite element shell analysis is briefly introduced, and the current seismic codes are presented, with emphasis on the provisions for reinforced concrete diaphragms in the American codes (ASCE 7, ACI 318, IBC), which are considered more comprehensive compared to the European and Greek seismic codes. To understand the in-plane behavior of diaphragms in transferring inertial forces developed due to seismic excitation, as well as the way they collect and distribute these forces, an analysis of a longitudinally oriented building with concrete shear walls is performed, where its geometric characteristics are parameterized. The simulation of the concrete slab is performed using finite element analysis, and the results are compared with those of simplified methods. This simulation allows us to have a complete picture of the stresses and strains that develop within the plane as they function combinatively as a membrane and a plate element. The variation of parameters such as fundamental natural period, deformations, angular deformation and forces effects are checked on selected members of rectangular buildings with different heights and aspect ratios to assume rigid and semi rigid diaphragm. Special emphasis is given to investigating the intensive quantities that change while checking the adequacy of the structural elements, taking into account the actual stiffness of the plate. The dynamic response of the entire structure is significantly affected wall buildings. The constructions were generally less rigid than assumed with the assumption of diaphragm function, which affects the intensity of seismic forces and the maximum displacements of the structure. The influence of in-plane actions appeared to depend both on the aspect ratio and the height of the building as it crucially affects the relative flexibility between the vertical elements and the diaphragm. There was a significant change in the distribution of inertial forces on the structural elements given that the percentage of shear taken by the walls decreased, which may lead to a different classification of the building. Subsequently, a new dimensioning of beams, diaphragms, and plate connection points adjacent to rigid vertical elements such as walls was carried out, taking into account the design elements of the diaphragm, such as chords and collectors, according to American regulations (ASCE 7, ACI 318, IBC). From the analysis, it was observed that significant axial forces (tensile and compressive) were developed in the middle beams, which function as part of the chords, of the upper floors, which, combined with bending due to vertical loads, resulted in significant deformations of the diaphragm.The beam was re-dimensioned as a "column" taking into account this interaction. Significant shear forces were observed at points where the concrete slab adjoins with shear walls. Ensuring this connection is crucial for the response of the structure, as detachment of the diaphragm from the wall leads to a significant redistribution of inertial forces to the supports, while the wall does not receive the loads for which it was designed. Therefore, additional shear reinforcement was required. The dimensioning was done according to the increased values (according to Eurocode 8) that develop for the worst seismic combination. However, it was considered more appropriate to follow the logic of capacity design, i.e., the plastic hinge formation at the connection points with the concrete walls to follow the plastic hinge formation at the base of the wall. Finally, the conclusions regarding the role of the diaphragm function in reinforced concrete structures are summarized with observations and comments.	en
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την διερεύνηση των παραμέτρων που μεταβάλλονται με τη θεώρηση απαραμόρφωτου ή παραμορφωτού διαφράγματος στον σχεδιασμό κτιρίων οπλισμένου σκυροδέματος. Μελετώνται οι συνθήκες υπό τις οποίες ένα διάφραγμα δεν μπορεί να θεωρηθεί απαραμόρφωτο και παύει να ισχύει η παραδοχή της διαφραγματικής λειτουργίας καθώς και το πώς αυτή επιδρά στη δυναμική απόκριση των υπό εξέταση κατασκευών. Πραγματοποιείται μια σύντομη εισαγωγική επισκόπηση της προσομοίωσης με διαφραγματική λειτουργία και με πεπερασμένα στοιχεία κελύφους ενώ στη συνέχεια παρουσιάζονται οι ισχύοντες αντισεισμικοί κανονισμοί. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο σύνολο των διατάξεων που αφορούν τα διαφράγματα οπλισμένου σκυροδέματος στους αμερικάνικους κανονισμούς (ASCE 7 , ΑCI 318 , IBC) αφού σε σχέση με τον Ευρωκώδικα και τον Ελληνικό αντισεισμικό κανονισμό ΕΑΚ-2000 κρίνονται ως πληρέστεροι. Για την κατανόηση της εντός επιπέδου λειτουργίας των διαφραγμάτων ως προς τη μεταφορά των αδρανειακών δυνάμεων που αναπτύσσονται λόγω σεισμικής διέγερσης αλλά και του τρόπου που συλλέγουν και κατανέμουν τα φορτία αυτά , πραγματοποιείται η ανάλυση μιας επιμήκους κατασκευής με τοιχώματα στα άκρα στην οποία παραμετροποιούνται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της. Η προσομοίωση της πλάκας σκυροδέματος γίνεται με χρήση πεπερασμένων στοιχείων κελύφους (shell) με το λογισμικό Etabs 19 ενώ για λόγους σύγκρισης χρησιμοποιείται και το απλοποιημένο μοντέλο αμφιέρειστης δοκού. Η προσομοίωση αυτή μας επιτρέπει να έχουμε πλήρη εικόνα των τάσεων και των παραμορφώσεων που αναπτύσσονται εντός επιπέδου αφού λειτουργούν συνδυαστικά ως στοιχείο μεμβράνης και πλάκας. Ελέγχεται η μεταβολή παραμέτρων όπως η θεμελιώδης ιδιοπερίοδος , οι παραμορφώσεις, η γωνιακή παραμόρφωση των ορόφων και τα εντατικά μεγέθη σε επιλεγμένα μέλη ορθογωνικών κτιρίων με διαφορετικά ύψη και λόγο πλευρών για την παραδοχή απαραμόρφωτου και παραμορφωτού διαφράγματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στην διερεύνηση των εντατικών μεγεθών που μεταβάλλονται ενώ ελέγχεται η επάρκεια των δομικών στοιχείων λαμβάνοντας υπόψιν την πραγματική δυσκαμψία της πλάκας. Παρατηρήθηκε ότι σε τοιχωματικά κτίρια επηρεάζεται σημαντικά η δυναμική απόκριση ολόκληρου το φορέα. Οι κατασκευές ήταν εν γένει λιγότερο δύσκαμπτες απ’ όσο θεωρήθηκε με την παραδοχή της διαφραγματικής λειτουργίας κάτι που επηρεάζει την ένταση των σεισμικών δυνάμεων σχεδιασμού και τις μέγιστες μετακινήσεις του φορέα. Η επιρροή των εντός επιπέδου δράσεων φάνηκε να εξαρτάται τόσο από τον λόγο πλευρών όσο και από το ύψος της κατασκευής διότι επηρεάζει καθοριστικά την σχετική δυσκαμψία μεταξύ των κατακόρυφων στοιχείων και του διαφράγματος. Σημαντική μεταβολή υπήρξε και στην κατανομή των αδρανειακών δυνάμεων στα δομικά στοιχεία δεδομένου ότι το ποσοστό της τέμνουσας που αναλαμβάνονται από τα τοιχώματα μειώθηκε κάτι που ενδεχομένως οδηγήσει σε διαφορετική κατάταξη του κτιρίου. Εν συνεχεία πραγματοποιείται εκ νέου διαστασιολόγηση των δοκών , του διαφράγματος και των σημείων σύνδεσης των πλακών που γειτνιάζουν με δύσκαμπτα κατακόρυφα στοιχεία όπως τοιχία λαμβάνοντας υπόψιν στο σχεδιασμό στοιχεία του διαφράγματος όπως τις χορδές (chords) και τους συλλέκτες (collectors) κατά τους αμερικάνικους κανονισμούς (ASCE 7 , ΑCI 318 , IBC). Από την ανάλυση παρατηρήθηκε ότι στις μεσαίες δοκούς , που λειτουργούν ως μέρος των χορδών , των ανωτέρων οροφών αναπτύχθηκαν σημαντικές αξονικές δυνάμεις (εφελκυστικές και θλιπτικές) που σε συνδυασμό με την κάμψη λόγω κατακόρυφων φορτίων αστοχούσαν. Η δοκός διαστασιολογήθηκε εκ νέου σαν “υποστύλωμα” λαμβάνοντας υπόψιν την αλληλεπίδραση αυτή. Σημαντικές διατμητικές δυνάμεις παρατηρήθηκε ότι αναπτύσσονται στα σημεία οπού η πλάκα σκυροδέματος γειτνιάζει με δύσκαμπτα τοιχία (collectors). Η εξασφάλιση της σύνδεσης αυτής είναι καθοριστικής σημασίας για την απόκριση της κατασκευής αφού η αποκοπή του διαφράγματος από το τοιχίο οδηγεί σε μεγάλη ανακατανομή των αδρανειακών δυνάμεων στα υποστυλώματα ενώ το τοιχίο δεν παραλαμβάνει τα φορτία για τα οποία σχεδιάστηκε. Προέκυψε επομένως πρόσθετος διατμητικός οπλισμός. Η διαστασιολόγηση έγινε σύμφωνα με τα προσυξημένα εντατικά μεγέθη (κατά Ευρωκώδικα 8) που αναπτύσσονται για τον δυσμενέστερο σεισμικό συνδυασμό. Θεωρήθηκε όμως ορθότερο , να ακολουθηθεί η λογική του ικανοτικού σχεδιασμού ,ήτοι η πλαστική άρθρωση στα σημεία σύνδεσης με τα τοιχώματα σκυροδέματος να έπεται της πλαστικής άρθρωσης στη βάση του τοιχώματος. Τέλος , συνοψίζονται τα συμπεράσματα σχετικά με τον ρόλο της διαφραγματικής λειτουργίας σε κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα με παρατηρήσεις και σχόλια.	el
heal.advisorName	Μουζάκης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Καράπιττα, Λουτσία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Αντισεισμικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false