Περιβάλλουσες φορτίσεις

Σε κάθε διάφραγμα ενός κτιρίου, για σεισμό κατά τη διεύθυνση X, δημιουργείται η κύρια οριζόντια σεισμική δύναμη H_X .Η δύναμη αυτή εξασκείται στο κέντρο μάζας C_M του διαφράγματος και δημιουργεί ροπή M_CTΧ μέτρου |H_X · e_oY| ως προς το κέντρο ελαστικής στροφής C_T. Το ίδιο ισχύει και για τη διεύθυνση Υ όπου η ανάλογη ροπή M_CTY έχει μέτρο |H_Y · e_oX|. Οι σεισμικές δυνάμεις αλλάζουν διαρκώς πρόσημο και σε άλλους συνδυασμούς λαμβάνονται θετικές και σε άλλους αρνητικές. Το μέγεθος των ροπών όμως εξαρτάται από το μέγεθος των στατικών εκκεντροτήτων e_oX, e_oY. Ο τρόπος προσδιορισμού του κέντρου ελαστικής στροφής και επομένως των στατικών εκκεντροτήτων εξετάζεται στην §5.4 και στα παραρτήματα Γ και Δ.

Οι Διευθύνσεις Χ, Y είναι συμβατικές επειδή στην πραγματικότητα πάντοτε σ’ ένα σεισμό θα υπάρχουν συνιστώσες και κατά X και κατά Y είτε επειδή ο σεισμός έρχεται υπό γωνία διάφορη των 0º ή 90º είτε επειδή η γεωμετρία του φορέα είναι τέτοια που η σεισμική διέγερση κατά X δημιουργεί και διέγερση στη διεύθυνση Y και αντίστροφα.

Οι δύο δυσμενέστερες διευθύνσεις είναι οι διευθύνσεις του κυρίου συστήματος, όσον αφορά το εκάστοτε διάφραγμα, αλλά στα πολυόροφα κτίρια το ένα διάφραγμα επηρεάζει τα άλλα οπότε ο EC8 αντιμετωπίζει αυτό το θέμα, μαζί και με άλλες αβεβαιότητες, με τον κανόνα εφαρμογής ταυτόχρονης δράσης σεισμού κατά X ή Y ή Z, με το 30% της δράσης των άλλων διευθύνσεων.Ανεξαρτήτως της θέσης των C_M, C_T υπάρχει πάντοτε ο συνδυασμός A των φορτίων βαρύτητας g και q πολλαπλασιασμένων επί τους συντελεστές ασφαλείας των δράσεων. Για μία συγκεκριμένη θέση των C_M, C _T, υπάρχουν επιπλέον 8 συνδυασμοί των σεισμικών δυνάμεων που οφείλονται στις πιθανότερες μάζες 1.00g+0.30q (²) την ώρα του σεισμού:

Πίνακας συνδυασμών φόρτισης για συγκεκριμένη θέση του Κέντρου Μάζας

Παρατηρήσεις:

(¹) Η γενική περίπτωση είναι "γ_g · g + γ_q · q", οι πιθανά αναγκαίες δυσμενείς φορτίσεις και οι πιθανοί ειδικοί έλεγχοι σύμφωνα με το κεφάλαιο 2.

(²) Η γενική περίπτωση είναι 1.00g + ψ₂ · q. Οι τιμές του ψ₂ βρίσκονται στην §2.2.4.

(³)Χάριν απλότητας και δεδομένου ότι η επιρροή του σεισμού κατά Z κατά κανόνα είναι ή αμελητέα ή τοπικής μόνο σημασίας, παραλείπεται η διεύθυνση Z.

(⁴) Ο συμβολισμός "+1.00E_X" σημαίνει«100% ολόκληρη η ένταση του σεισμού κατά X», ενώ ο συμβολισμός "0.30E_Y" σημαίνει « το 30% της έντασης του σεισμού κατά Y". Ο συμβολισμός "+" σημαίνει « και ».

Υπενθυμίζεται από την §5.4 ότι η σεισμική ροπή ενός διαφράγματος δημιουργεί στροφή στο διάφραγμα με αποτέλεσμα αφενός να μεγαλώνει τις μετακινήσεις των περιμετρικών κολονών και αφετέρου να δημιουργεί διαξονική κάμψη στις κολόνες. Το κέντρο μάζας ενός ορόφου είναι συγκεκριμένο, επειδή έχει προκύψει από την αρχιτεκτονική μελέτη και ελάχιστα επηρεάζεται από την ίδια μάζα των στοιχείων του σκελετού. Αυτό που μπορεί να έχει μεγάλη διακύμανση είναι το κέντρο ελαστικής στροφής επειδή εξαρτάται από τις διατομές των δομικών στοιχείων και κυρίως των κολονών. Οι αρχιτεκτονικοί περιορισμοί δημιουργούν κάποιες δυσκολίες αλλά τις περισσότερες φορές μπορούν να ξεπεραστούν με τη συνεργασία στατικού και αρχιτέκτονα μηχανικού. Άρα η τέχνη του μηχανικού είναι να διαμορφώσει με τέτοιο τρόπο το σκελετό του ώστε να φέρνει όσο πιο κοντά γίνεται τα κέντρα ελαστικής στροφής των ορόφων με τα κέντρα μάζας τους, δηλαδή να μειώσει στο ελάχιστο της στατικές εκκεντρότητες e_oX, e_oY. Αυτό ισχύει ακόμη και για μη αντισεισμικές κατασκευές επειδή μειώνει τις δυσάρεστες στατικές στροφές και τις συνεπακόλουθες στατικές μετακινήσεις.

Ο καλύτερος σχεδιασμός είναι αυτός που επιτυγχάνει σύμπτωση κέντρου ελαστικής στροφής με το κέντρο μάζας και αυτό επιτυγχάνεται εύκολα σε κτίρια με συμμετρική προς τις δύο διευθύνσεις κάτοψη.

Βέβαια, το κέντρο μάζας του διαφράγματος μπορεί να μετακινηθεί τη στιγμή του σεισμού, λόγω έκκεντρης φόρτισης αλλά και η θέση του κέντρου ελαστικής στροφής εμπεριέχει αβεβαιότητες που οφείλονται σε πολλούς παράγοντες, όπως είναι οι πιθανοί διαφορετικοί μηχανισμοί ελαστοπλαστικής αστοχίας στα διάφορα σημεία των κατόψεων π.χ. λόγω ύπαρξης διαχωριστικών στοιχείων από οπτοπλινθοδομή ή αθέλητων ελαττωμάτων κατασκευής, π.χ. υπερόπλιση δοκών σε σχέση με τις κολόνες, κτλ.

Για να καλύψει ο EC8 τις αβεβαιότητες, επιβάλει τη χρήση δύο τυχηματικών εκκεντροτήτων, την e_ccΧ ίση με το 5% έως 10% της διάστασης L_X του διαφράγματος και την e_ccY ίση με το 5% έως 10% της διάστασης L_Y. Οι εκκεντρότητες αυτές πρέπει να εξετάζονται σε όλους τους πιθανούς συνδυασμούς.