Προσομοίωση διαφραγμάτων πλαισίων με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία

Οι επιλύσεις των προηγούμενων παραγράφων, αποτελούν τον κανόνα στη στατική και δυναμική ανάλυση αντισεισμικών κατασκευών και πραγματοποιούνται με γενικές παραδοχές, οι οποίες επιτρέπουν την ανεξάρτητη επίλυση των πλακών από τα πλαίσια. Οι πλάκες επιλύονται ξεχωριστά, εφόσον τηρούνται συγκεκριμένοι κανόνες τόσο γεωμετρικοί, όσο και τοποθέτησης δευτερευόντων οπλισμών, οι οποίοι αντισταθμίζουν την αναπόφευκτη επιρροή των πλαισίων επί των πλακών. Τα πλαίσια (δοκοίκολόνες) επιλύονται με γραμμικά μέλη, τα οποία λαμβάνουν υπόψη την επιρροή των πλακών, αφενός με τη χρήση του συνεργαζόμενου πλάτους επί των δοκών και αφετέρου με τη θεώρηση διαφραγματικής λειτουργίας στους κόμβους επί των πλακών. Στις κολόνες και ιδιαίτερα στα τοιχία, λαμβάνεται υπόψη η πραγματική διάσταση των μελών κολονών και δοκών με τη χρήση στερεών σωμάτων.

Με την παραπάνω προσομοίωση έχουν μελετηθεί τα σημαντικότερα έργα, ενώ αποτελεί τον κανόνα μελέτης έργων σύμφωνα με τους EC2, EC8 και όλους τους άλλους διεθνείς κανονισμούς.

Σήμερα, τα επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται ευρέως, καθώς παρέχουν γενικά ακριβέστερες επιλύσεις. Λόγω του γεγονότος ότι εμφανίζουν περιορισμούς στη δυναμική φασματική ανάλυση, σε χώρες με μηδενική, ή χαμηλή σεισμική δραστηριότητα, τα επιφανειακά έχουν καθιερωθεί σε μεγάλο βαθμό, ακόμη και για συνήθη κτίρια, ενώ σε σεισμικές χώρες χρησιμοποιούνται κυρίως τα μέλη. Στη δυναμική φασματική ανάλυση, τα μέλη παρέχουν λύση υψηλής βεβαιότητας και ως εκ τούτου υπολογίζουν με ικανοποιητική ακρίβεια τις σεισμικές επιταχύνσεις εφαρμογής. Ο συνδυασμός των δύο μεθόδων, η λεγόμενη μικτή προσομοίωση, είναι επιτυχής και περιλαμβάνει δύο διαδοχικές προσομοιώσεις του ίδιου σκελετού:

(α) Η πρώτη λαμβάνει υπόψη τα μεν μέλη δοκών, κολονών και τοιχίων με την τεχνική των στερεών σωμάτων, τη δε σεισμική συμπεριφορά πλακών, με τη διαφραγματική λειτουργία. Από τη δυναμική φασματική ανάλυση του φορέα, προκύπτουν οι σεισμικές επιταχύνσεις εφαρμογής (όπως αναγράφεται στην §3.3.2).

(β) Η δεύτερη προσομοιώνει με μέλη τις δοκούς και τις κολόνες και με επιφανειακά τις πλάκες και τα τοιχία. Σε κάθε μάζα m ασκούνται οι επιταχύνσεις εφαρμογής a, οι οποίες δίνουν τις σεισμικές δυνάμεις F=m·a βάσει των οποίων υπολογίζεται η ένταση του φορέα [*]NoteΕννοείται βέβαια ότι η ένταση των επιφανειακών πεπερασμένων στοιχείων του φορέα, θα πρέπει να ολοκληρώνεται και να δίνει μεγέθη επί ισοδύναμων μελών, όσον αφορά τα τοιχία και επί μελώνζωνών πλάτους ενός μέτρου, όσον αφορά τις πλάκες. Αυτό είναι υποχρεωτικό, διότι οι φορείς από οπλισμένο σκυρόδεμα διαστασιολογούνται μόνο με ροπή, τέμνουσα και αξονική δύναμη και διότι οι ελάχιστες ποσότητες οπλισμού των κανονισμών αναφέρονται σε διατομές μελών. Αντίθετα, σε μεταλλικές κατασκευές, τέτοιες ολοκληρώσεις δεν είναι αναγκαίες, καθώς οι μέγιστες τάσεις ενός στοιχείου αρκούν για τη βεβαίωση της αντοχής του. . Η μικτή σεισμική προσομοίωση επιβάλλεται σε ειδικές περιπτώσεις, κυρίως πλακών και τοιχίων, όταν υπάρχουν μεγάλες οπές, οι οποίες δημιουργούν ευαίσθητους ‘λαιμούς’ για την ανάληψη οριζόντιων σεισμικών δυνάμεων, όπως φαίνεται στις παρακάτω εικόνες.

Σε κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα, ο ανθρώπινος παράγων (πέρα από τις πιθανά καλές προθέσεις και πέρα από το επίπεδο γνώσης, αντίληψης και επιμέλειας) έχει ως αποτέλεσμα η ποιότητα της κατασκευής να κυμαίνεται χαοτικά σε διαφορετικά επίπεδα. Το φαινόμενο αυτό είναι ιδιαίτερα έντονο, όταν υπάρχουν αντισεισμικές απαιτήσεις, το υλικό δεν είναι ομογενές και ο τρόπος κατασκευής είναι σε μεγάλο βαθμό, μη βιομηχανικός.

Οι διάφοροι κανονισμοί, όπως οι Ευρωκώδικες, έχουν απόλυτη γνώση της επίδρασης του ανθρωπίνου παράγοντα και ορίζουν τους κατάλληλους συντελεστές ασφάλειας και κανόνες υπολογισμού και κατασκευής φορέων. Στους υπολογιστικούς κανόνες του EC2 και EC8 υπάρχει ευρύτητα, η οποία στοχεύει στη χρήση από τη μία συντηρητικών και δοκιμασμένων τρόπων υπολογισμού και από την άλλη προηγμένων υπολογιστικών μεθόδων, οι οποίες μέθοδοι διαμορφώνουν το μέλλον τόσο των υπολογισμών, όσο και των κανονισμών. Η μετάβαση από την παραδοσιακή δοκιμασμένη υπολογιστική πρακτική προς τη μελλοντική εξέλιξη ακριβέστερων υπολογιστικών μεθόδων, θα πρέπει να είναι σταδιακή, προκειμένου το μελλοντικό να αφομοιώσει την πείρα του παραδοσιακού.

Το παρόν βιβλίο συμβάλλει στην ομαλή μετάβαση από το παραδοσιακό στο μελλοντικό, ενώ ασχολείται και με τα δύο.