Ο σκελετός του κτιρίου

Γενικά περί σκελετού

Κάθε κτίριο εμπεριέχει τον φέροντα οργανισμό του, που κατά κανόνα είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα ή από δομικό χάλυβα, ή και από το συνδυασμό τους.

Στο site αυτό εξετάζονται οι σκελετοί των κτιρίων που είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα (ΟΣ). Ο σκελετός μπορεί να μη φαίνεται στην τελική εμφάνιση του κτιρίου, αλλά εσωτερικά υπάρχει πάντοτε και στηρίζει την κατασκευή.

Ο σκελετός αποτελείται από τα οριζόντια και κατακόρυφα φέροντα στοιχεία και από τα στοιχεία της θεμελίωσης.

Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζεται σε φωτορεαλιστική αναπαράσταση ο σκελετός του κτιρίου του παραδείγματος (έχουν αφαιρεθεί οι πλάκες του τελευταίου ορόφου για καλύτερη εποπτεία).

Οριζόντια φέροντα στοιχεία είναι οι πλάκες και οι δοκοί. Κατακόρυφα φέροντα στοιχεία είναι οι κολόνες.

Στην επόμενη εικόνα παρουσιάζεται σε φωτορεαλιστική αναπαράσταση, η θεμελίωση του κτιρίου.

Τα στοιχεία θεμελίωσης αυτού του κτιρίου είναι τα πέδιλα, οι συνδετήριες δοκοί και οι περιοδικοί.

Άλλα στοιχεία θεμελίωσης μπορεί να είναι οι κοιτοστρώσεις (πλάκες θεμελίωσης) και οι πάσσαλοι.

Ο σκελετός του κτιρίου πρέπει να έχει την απαιτούμενη αντοχή για να φέρει με ασφάλεια τα φορτία της βαρύτητας, σε όλη τη διάρκεια της ζωής του κτιρίου.

Η λειτουργία του σκελετού στηρίζεται στη λογική της διαδοχικής καταπόνησης. Τα κατακόρυφα φορτία δηλαδή αναλαμβάνονται από τις πλάκες, οι οποίες στη συνέχεια τα μεταβιβάζουν στις δοκούς, οι δοκοί μεταβιβάζουν τα φορτία στις κολόνες, που με τη σειρά τους τα μεταβιβάζουν στα θεμέλια. Τέλος, τα θεμέλια μεταφέρουν τα φορτία στο έδαφος.

Οι πλάκες παραλαμβάνουν τα φορτία των δαπέδων κάθε ορόφου. Αυτά είναι μόνιμα (νεκρά), π.χ. οι επικαλύψεις δαπέδων από μάρμαρο, και κινητά (ή ωφέλιμα), π.χ. τα φορτία των ανθρώπων.

Οι δοκοί παραλαμβάνουν τα φορτία τα οποία τους μεταφέρουν οι πλάκες, καθώς και τα φορτία των τοίχων που πατούν επάνω τους.

Τα υποστυλώματα (κολόνες) παραλαμβάνουν τα φορτία των δοκών και τα μεταφέρουν στα θεμέλια.

Τα πέδιλα (θεμέλια) παραλαμβάνουν τα φορτία των υποστυλωμάτων και τα μεταφέρουν στο έδαφος.

Οι συνδετήριες δοκοί κρατούν τα πέδιλα στις θέσεις τους όταν η καταπόνησή τους είναι έντονη, όπως π.χ. στην περίπτωση σεισμού ή στην περίπτωση καθιζήσεων.

Για κάθε δομικό στοιχείο υπάρχουν και άλλες παραλλαγές, εκτός αυτών που εμφανίζονται στις προηγούμενες σελίδες, όπως θα δούμε σε επόμενα κεφάλαια, σε κάθε περίπτωση όμως, η λειτουργία τους είναι παρόμοια.

Σε χώρες με σεισμούς, όπως είναι η Ελλάδα, ο σκελετός εκτός από τα φορτία της βαρύτητας, καλείται να αναλάβει και τις καταπονήσεις που αναπτύσσονται σε λίγες μόνο, αλλά κρίσιμες στιγμές της ζωής του, κατά τη διάρκεια δηλαδή ενός σεισμού.

Ο σεισμός δημιουργεί παραμορφώσεις και εντάσεις στο κτίριο προς όλες τις κατευθύνσεις. Τις εντάσεις αυτές καλείται να παραλάβει ο σκελετός του κτιρίου.

Οι πλάκες δεν θεωρούνται στοιχεία που παραλαμβάνουν σεισμό, βοηθούν όμως, συνδέοντας τα υπόλοιπα φέροντα στοιχεία, στην ομαλή κατανομή των σεισμικών δυνάμεων, με τη λεγόμενη διαφραγματική λειτουργία.

Η αντισεισμική κρισιμότητα δεν είναι ίδια για όλα τα στοιχεία του σκελετού. Για παράδειγμα, σε ένα σεισμό, η κρισιμότητα της αντοχής ενός υποστυλώματος είναι πολύ μεγαλύτερη από την κρισιμότητα της αντοχής μίας δοκού. Αυτό γιατί η αστοχία μιας κολόνας μπορεί να συμπαρασύρει και τα εξαρτημένα γειτονικά στοιχεία, όπως δοκούς και πλάκες. Στη συνέχεια μπορεί να συμπαρασυρθούν αλυσιδωτά και άλλα υποστυλώματα, με αποτέλεσμα την κατάρρευση, ή μεγάλης έκτασης αστοχίες. Αντίθετα, η αστοχία μιας δοκού, συνήθως δημιουργεί τοπικής έκτασης βλάβες, που σε περίπτωση πολύ ισχυρού σεισμού μπορεί να είναι ακόμα και ευνοϊκές για τη συνολική ευστάθεια του κτιρίου. Αυτός είναι και ο λόγος που οι κολόνες των κτιρίων σε σεισμικές περιοχές έχουν ισχυρές διατομές, πολύ περισσότερο από τις διατομές κολονών κτιρίων σε χώρες που δεν έχουν σεισμούς.

Για τη μεγαλύτερη αντισεισμική αντοχή ενός κτιρίου θα έπρεπε να χρησιμοποιούμε μεγάλων διαστάσεων (χοντρά) υποστυλώματα, τα οποία όμως δημιουργούν προβλήματα στους εσωτερικούς χώρους. Για το λόγο αυτό αντί για μεγάλες κολόνες διατάσσονται τοιχεία και προς τις δύο διευθύνσεις του κτιρίου, τα οποία εκτός από τη συνεισφορά σε θλιπτική αντοχή, αυξάνουν και την ακαμψία του κτιρίου, δηλαδή μειώνουν τις μετακινήσεις του και κατά συνέπεια και τις παραμορφώσεις του στη διάρκεια ενός σεισμού.

Σε αντισεισμικά κτίρια επιβάλλεται η χρήση δοκών, στις οποίες πατούν οι πλάκες. Στην περίπτωση που για αρχιτεκτονικούς ή άλλους λόγους δεν πρέπει να υπάρχουν κρεμάσεις των δοκών κάτω από τις πλάκες, αυτές (οι πλάκες) πρέπει να έχουν μεγάλο πάχος, ώστε η λειτουργία των δοκών να εξασφαλίζεται από ζώνες που θα είναι ενσωματωμένες στο πάχος της πλάκας, με τη μορφή κρυφοδοκών.

Σκόπιμο είναι οι κολόνες σε ένα πολυώροφο κτίριο να μη διακόπτονται σε κάποιον όροφο, αλλά μια κολόνα που ξεκινά από το έδαφος (θεμελίωση), να καταλήγει στον ανώτερο όροφο. Όταν μία κολόνα σταματά σε ενδιάμεσο όροφο και δεν καταλήγει στο έδαφος, λέγεται φυτευτή. Συνήθως μια τέτοια κολόνα στηρίζεται επάνω σε δοκό, αφού, έτσι κι αλλιώς ο Κανονισμός απαγορεύει τη στήριξη της σε πλάκα. Σε κάθε περίπτωση όμως, πρέπει για την καλύτερη αντισεισμικότητα του κτιρίου, να αποφεύγονται οι φυτευτές κολόνες.

Σε ότι αφορά τις δοκούς και τα πέλματα θεμελίωσης, είναι προφανές ότι τυχόν αστοχία τους θα παρασύρει ακαριαία τα υποστυλώματα, που στη συνέχεια θα παρασύρουν τις δοκούς και αυτές τις πλάκες. Όλα αυτά μάλιστα θα συμβούν σε όλους τους ορόφους, δηλαδή θα έχουμε συνολική αστοχία.

Η κατασκευή υπογείου και η χρησιμοποίηση τοιχωμάτων στην περίμετρό του βοηθά πολύ στην αντισεισμικότητα του κτιρίου.

Η χρησιμοποίηση συνεχών πελμάτων ή/και η χρήση δοκών θεμελίωσης, βοηθούν στην ομαλή έδραση του κτιρίου στο έδαφος και στον περιορισμό των διαφορικών καθιζήσεων που, όταν συμβαίνουν, δημιουργούν ρηγματώσεις και στην ανωδομή.

Μετά την κατασκευή τους, τα θεμέλια καλύπτονται με χώμα (μπάζωμα) και με τα δάπεδα του υπογείου και δίνουν την εντύπωση ότι είναι αδρανή. Στην πραγματικότητα, εργάζονται συνέχεια και έχουν κρίσιμη επιρροή στη συμπεριφορά του κτιρίου, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια του σεισμού.