Ένας φέρον οργανισμός, κατά την μεγαλύτερη διάρκεια της ζωής του είναι ήρεμος χωρίς σεισμικές διεγέρσεις.
Τα φορτία που δέχεται είναι απολύτως κάθετα, και η αντίδραση του εδάφους είναι αρκετή για να ισορροπήσει.
Το μεγάλο πρόβλημα αρχίζει όταν έχουμε σεισμό, διότι αφενός οι κάθετες φορτίσεις πολλαπλασιάζονται, και αφετέρου γεννιούνται πρόσθετες φορτίσεις οι οποίες δεν είναι κάθετες, αλλά είναι φορτίσεις που δρουν πάνω στις κολόνες με οριζόντιες συνιστώσες.
Οι κολόνες όμως είναι κατασκευασμένες για κάθετα φορτία, και δεν μπορούν να παραλάβουν ικανοποιητικά τις πλάγιες φορτίσεις στις διατομές τους.
Η πλαστιμότητα των κολονών είναι μία λύση, η οποία όμως έχει το μειονέκτημα της μεγάλης παραμόρφωσης και των πολλαπλών επισκευών.
Δεύτερον η πλαστιμότητα των κολονών έχει όρια και στάθμη αστοχίας.
Από την άλλη, αν σχεδιάσουμε μονολιθικά ( άκαμπτη κατασκευή ) κάτι συμβαίνει και αστοχεί πιο εύκολα από μία σχεδιαζόμενη πλάστιμη
( ελαστική ) κατασκευή.
Μία άκαμπτη κατασκευή λογικά έπρεπε να είναι πιο γερή από μία εύκαμπτη, διότι οι κολόνες σε μία εύκαμπτη ( πλάστιμη ) κατασκευή έχουν μικρότερη διατομή από ότι έχουν οι κολόνες σε μία άκαμπτη κατασκευή.
Εδώ εστιάζει η έρευνα που κάνω.....και θέτω το ερώτημα...( για πιο λόγο η άκαμπτη κατασκευή είναι πιο ευάλωτη στον σεισμό από ότι είναι η πλάστιμη? )
Η απάντηση της έρευνας που έκανα είναι στην ανάρτηση 55 που εμπεριέχει αυτό το σχεδιάγραμμα
http://postimage.org/image/8akpj21th/
Παρατήρησα ότι αν πακτώναμε την κολόνα στο ύψος του δώματος με το έδαφος, ή έστω αν πακτώναμε την βάση με το έδαφος η κολόνα θα έφερνε μόνη της μεγαλύτερες αντιστάσεις στις πλάγιες φορτίσεις του σεισμού, από ότι φέρνει τώρα που απλά πατάει στο έδαφος.
( γιατί αν νομίζεται ότι είναι επαρκώς πακτωμένη μέσα στην θεμελίωση, κάνετε μεγάλο λάθος. )
Παράδειγμα
Αν είχαμε ένα βουνό που η μία πλευρά του ήταν εντελώς κάθετη.
Εσείς θα μπορούσατε να σχεδιάσετε έναν φέροντα ο οποίος θα στεκόταν οριζοντίως στα τοιχώματα του γκρεμού χωρίς να έχει πάκτωση με τον γκρεμό? ... προφανώς όχι.
Εγώ μπορώ ... με τον ίδιο τρόπο που εσείς σχεδιάζεται τα μπαλκόνια, ή αλλιώς τους προβόλους.
Στον πρόβολο υπάρχουν κάθετα φορτία και σχηματίζουν ροπές στον κόμβο.
Το ίδιο γίνεται και στον σεισμό πάνω στον φέροντα, μόνο που τώρα τα φορτία είναι οριζόντια....αλλά δεν παύουν να είναι φορτία και να γεννούν τέμνουσες ίδιες με τις τέμνουσες του προβόλου, πάνω στον κόμβο.
Δηλαδή ανακάλυψα κάτι που εσείς το ξέρετε πολλά πολλά χρόνια....και το εφαρμόζετε στους κόμβους ( πάκτωση ή προένταση των κάθετων και οριζόντιων στοιχείων στον ύψος του κόμβου, που σχηματίζουν μεταξύ των )
Αλλά .... δεν το εφαρμόζεται, διότι απλά ξεχάσατε να πακτώσετε έναν κόμβο... τον κόμβο που σχηματίζεται ανάμεσα στην βάση με το έδαφος.
Και να θυμάστε πάντα ότι οι δυνάμεις υπάρχουν, αναλύονται,.... αλλά δεν φαίνονται.
Τώρα καταλάβατε γιατί, ένας άκαμπτος φορέας μπορεί να γίνει πιο ισχυρός στον σεισμό από ότι ένας πλάστιμος φορέας?
Καταλάβατε που έπασχε ο άκαμπτος φορέας και αστοχούσε, και οδηγηθήκαμε από ανάγκη να σχεδιάζουμε πλάστιμα?
Έστω,.. αν και βρήκα το πρόβλημα που έκανε τους άκαμπτους φορείς ευάλωτους, και τώρα μπορούμε να τους κάνουμε ακόμα πιο ισχυρούς,... εγώ θα σεβαστώ τους λάτρες της πλαστιμότητας και με την ευρεσιτεχνία μου τους προσφέρω έξτρα πλαστιμότητα με την μέθοδο που περιγράφω στις δύο προηγούμενες αναρτήσεις
Ο Ικανοτικός σχεδιασμός και η σινάφια
Ο στόχος του ικανοτικού σχεδιασμού είναι να εξασφαλίσει ότι ο φέρον οργανισμός είναι ικανός να απορροφήσει την μεγαλύτερη δυνατή σεισμική ενέργεια χωρίς να αστοχήσει, δημιουργώντας έναν αξιόπιστο μηχανισμό απόκρισης
Για να το κατορθώσει βασίζεται
α) Στα αποθέματα αντοχής της κατασκευής.
β) Καθορίζει τις κρίσιμες περιοχές αστοχίας και ιεραρχεί την σειρά στις διαρροές ( πιθανές και ενδεχόμενες )
γ) Επιδιώκει οι πιθανές βλάβες να διαμοιραστούν σε όσο το δυνατόν περισσότερα στοιχεία.
Αξιόπιστος μηχανισμός απόκρισης είναι αυτός ο ποίος εξασφαλίζει
α) ανάπτυξη μηχανισμού δοκών.
β) αποφυγή ανάπτυξης μηχανισμού ορόφου.
Την ανάπτυξη μηχανισμού δοκών την εξασφαλίζουμε όταν
α) η τοιχοποιία έχει μετελαστική συμπεριφορά.
β) αρκετή πλαστιμότητα στις κρίσιμες περιοχές των δοκών.
γ) Ικανή αντοχή των δοκών και των υποστυλωμάτων στις τέμνουσες, ώστε να μην αστοχήσουν.
Την αποφυγή ανάπτυξης μηχανισμού ορόφου την εξασφαλίζουμε όταν
α) σχεδιάσουμε με την κατάλληλη διαστασιολόγιση και θέση στην ( μικτό σύστημα μόρφωσης του φορέα) τοιχοποιία και τα υποστυλώματα ώστε αυτά να είναι ικανά να παραλάβουν στρεπτομεταφορικές παραμορφώσεις και τέμνουσες.
β) σχεδιασμό των υποστυλωμάτων έτσι ώστε να αντέχουν τις ροπές.
γ) Περίσφιξη στις ενδεχόμενα πιθανές θέσεις, ώστε να εξασφαλίσουμε επαρκή πλαστιμότητα στα εντατικά μεγέθη που θα προκύψουν από ενδεχόμενο πολύ μεγάλο σεισμό.
Με αυτήν την μέθοδο ο ικανοτικός σχεδιασμός αυτό που επιδιώκει να εξασφαλίσει είναι να κατανέμει τις φορτίσεις του σεισμού ομοιόμορφα σε όλα τα στοιχεία, και όταν αυτά αστοχήσουν, η αστοχία να αρχίσει από τους δοκούς ιεραρχικά και όχι από τα υποστυλώματα, για δύο βασικούς λόγους.
α) Γιατί η δοκός που αστοχεί, απορροφά περισσότερη σεισμική ενέργεια μετά την διαρροή.
β) Γιατί η αστοχία της δοκού δεν σημαίνει και ολική κατάρρευση η οποία υφίσταται όταν αστοχήσει το υποστύλωμα.
Συμπέρασμα
Η κατασκευή δεν καταρρέει, ( οπότε σώζονται ζωές ) αλλά γίνετε κομμάτια και άλλοτε θέλει επισκευή, άλλοτε θέλει κατεδάφιση.
Βασικά η κατασκευές σχεδιάζονται όπως και τα αυτοκίνητα τα οποία κατασκευάζονται με λεπτή λαμαρίνα ώστε κατά την σύγκρουση να εφαρμόζουν παθητική απόσβεση ενέργειας ώστε να προφυλάσσουν τους επιβάτες από την μεγάλη αδράνεια.
Η συνέχεια με πολλά ερωτηματικά ???? για την αξιοπιστία του ικανοτικού σχεδιασμού.
Από τα πάρα πάνω βγάζω το συμπέρασμα ότι ο ικανοτικός σχεδιασμός δεν είναι καθόλου ικανός να σώσει την κατασκευή τουλάχιστον από βλάβες και επισκευές, και αρκείτε στο να διασώσει τις ανθρώπινες ζωές ( όσο αυτό είναι δυνατόν να επιτευχθεί από αυτήν την μέθοδο του ικανοτοκού σχεδιασμού )
Το ερώτημα είναι ένα μεγάλο γιατί τον λένε ικανοτικό και όχι ανίκανο ???
Είναι ικανοτικός διότι αδυνατεί να κατανοήσει και να σχεδιάσει την πλήρη δυναμική ανάλυση των κατασκευών?
Είναι ικανοτικός για οικονομικούς λόγους, ή είναι ανίκανος να επιλύσει τις δυναμικές εξισώσεις ισορροπίας?
Πια είναι η αλήθεια?
Υπάρχουν πολλοί μηχανικοί που λένε ότι είναι θέμα οικονομικό.
Με λίγα λόγια λένε ότι αν αυξήσουν τον οπλισμό και τις διαστάσεις των υποστυλωμάτων το πρόβλημα θα λυθεί.
Οι επισκευές μετά τον σεισμό δεν είναι οικονομικό θέμα?
Η επιστήμη είναι θέμα κόστους και μόνο, ή μήπως το ικονομικό είναι η δικαιολογία για κάτι που αδυνατεί η επιστήμη να επιλύσει?
Εγώ θα βάλω μερικά καίρια ερωτήματα πάνω στον σημερινό ικανοτικό σχεδιασμό
1) Η σινάφια του σκυροδέματος με τον χάλυβα δεν είναι η ίδια καθ όλον το ύψος του υποστυλώματος όμως οι εφελκυστικές τάσεις είναι ίδιες καθ όλον το ύψος στα υποστυλώματα.
Π.χ αν η κρίσιμη περιοχή αστοχίας του υποστυλώματος είναι κοντά στην βάση, τι κάνει ο ικανοτικός σχεδιασμός με την σινάφια του χάλυβα και του σκυροδέματος?
Θα σας πω ένα παράδειγμα με ένα κερί για να καταλάβετε τι θέλω να πω.
Αν πάρουμε ένα κερί και το σπάσουμε με τα χέρια μας στο κέντρο, ( εκεί που το σπάμε με το χέρι μας είναι η κρίσιμη περιοχή ) την στιγμή που το σπάμε στο φιτίλι ενεργούν τάσεις εφελκυσμού, και στο κερί τάσεις θλίψης.
Αυτές οι τάσεις εφελκυσμού δεν εφαρμόζονται τυχαία, αλλά έχουν ένα αίτιο, και αυτό είναι η παραμόρφωση της καμπύλης συμπεριφοράς η οποία αστοχεί πάντα στην κρίσιμη περιοχή.
Ας εξετάσουμε τον εφελκυσμό και την κρίσιμη περιοχή.
Η κρίσιμη περιοχή διαχωρίζει τις τάσεις εφελκυσμού καθ ύψος στα υποστυλώματα σε δύο μέρη.
Δηλαδή το φιτίλι εφελκύεται από το κάτω μέρος του κεριού προς την κρίσιμη περιοχή, και από το άνω άκρο του κεριού προς την κρίσιμη περιοχή.
Αν σπάσουμε το κερί στο κέντρο, τότε η σινάφια του άνω μέρους με την σινάφια του κάτου μέρους του κεριού και του φιτιλιού φέρουν την ίδια αντίσταση ως προς την κρίσιμη περιοχή.
Αν όμως η κρίσιμη περιοχή του κεριού δεν είναι το κέντρο του, αλλά είναι κοντά στο κάτω άκρο του τότε τι γίνεται?
Τότε το πάνω μέρος του κεριού έχει περισσότερο φιτίλι από ότι το κάτω μέρος οπότε η σινάφια στο κάτω μέρος είναι μικρότερη και στο πάνω μεγαλύτερη.
Το αποτέλεσμα είναι ότι... αν σπάσουμε το κερί στην βάση του το κάτω μέρος του φιτιλιού θα βγει πρώτο έξω από το κερί.
Αυτό δεν είναι που συμβαίνει και στα υποστυλώματα?
Που αστοχούν πιο πολύ ....κοντά στην βάση, και πάντα είναι τραβηγμένος ο χάλυβας έξω από το σκυρόδεμα ...και ποτέ μα ποτέ κομμένος.
Αυτά που είπα δικαιολογούν απολύτως αυτά που είπα σε προηγούμενη ανάρτηση για την σινάφια.
Δηλαδή αν η συνάφεια μεταξύ χάλυβα και Ο.Σ είναι μικρότερη από την εφελκυστική ικανότητα του χάλυβα, τότε δεν καταλαβαίνω τι νόημα έχει ο επιπλέον οπλισμός ( για την παραλαβή μεγαλύτερων εφελκυστικών τάσεων ) πέραν της αντοχής της συνάφειας μεταξύ χάλυβα και Ο.Σ.
Δεδομένου ότι και η κρίσιμη περιοχή αστοχίας είναι πάντα κοντά στην βάση, πως αντιμετωπίζει ο ικανοτικός σχεδιασμός αυτό το πρόβλημα στην σινάφια?
Με την προτεινόμενη από εμένα προένταση των υποστυλωμάτων καταργούμε αυτό το πρόβλημα, διότι οι πακτώσεις είναι το ίδιο ισχυρές και στα δύο άκρα, ανεξαρτήτως που θα εμφανισθεί η κρίσιμη περιοχή.
Σε κάθε περίπτωση σχεδιάζοντας με τον αδρανή οπλισμό, όταν υπάρχει παραμόρφωση του υποστυλώματος υπάρχει η κρίσιμη περιοχή
( μαλακή περιοχή αστοχίας ) κοντά στην βάση.
Στην κρίσιμη περιοχή του υποστυλώματος ( κοντά στην βάση ) υπάρχει μία συνάντηση καταστροφικών φορτίσεων που όσο και να θέλει ο ικανοτικός σχεδιασμός δεν μπορεί να τις αποφύγει. ( είναι το μαλακό υπογάστριο της κατασκευής )
Πως διαμορφώνονται αυτές οι φορτίσεις.
Υπάρχει η βάση της κατασκευής και ένα μικρό εξέχον τμήμα του υποστυλώματος όπου έχουμε μηδενική ελαστικότητα, και πλήρη ακαμψία για τρις λόγους.
Ο πρώτος λόγος είναι ότι η βάση είναι θαμμένη μέσα στο έδαφος ( όχι πακτωμένη, μόνο θαμμένη )
Ο δεύτερος λόγος είναι ότι λόγο του μεγάλου όγκου που έχει η βάση και λόγο της γεωμετρικής της σχεδίασης είναι άκαμπτη.
Ο τρίτος λόγος είναι ότι αυτή η κρίσιμη περιοχή δέχεται πολύ μεγάλα φορτία από το στατικό βάρος της κατασκευής που το σκυρόδεμα είναι σαν το προτεταμένο, δηλαδή άκαμπτο.
Το ίδιο άκαμπτο είναι και το εξέχων τμήμα του υποστυλώματος που ευρίσκεται κοντά στην βάση, διότι δεν έχει το κατάλληλο μήκος ώστε να είναι πλάστιμο.
Από ένα ύψος και πάνω αρχίζει να είναι πλάστιμο.
Στο ύψος που το υποστύλωμα αρχίζει να είναι πλάστιμο... εκεί είναι που δημιουργείται η κρίσιμη περιοχή αστοχίας, διότι εκείνο το σημείο είναι που συναντιόνται δύο διαφορετικά συστήματα που είναι ο άκαμπτος φορέας της βάσης αφενός, και ο ελαστικός αφετέρου φορέας της άνω δομής.
Τι συμβαίνει σε αυτό το σημείο της κρίσιμης περιοχής?
Να σας πω εγώ τι συμβαίνει.
Φανταστείτε ότι το υποστύλωμα είναι ένας μοχλός, και το υπομόχλιο είναι το πάτωμα του γκρο μπετόν. ( ξέρετε από την φυσική πως εφαρμόζονται οι δυνάμεις με το υπομόχλιο )
Φανταστείτε και την ταλάντωση του κτιρίου και τις τάσεις που εφαρμόζονται στο υπομόχλιο, και τις τάσεις που εφαρμόζονται πλάγιο αξονικά από την αντίσταση του υποστυλώματος προς το γκρο μπετόν.
Προσθέστε και τις τέμνουσες από την επιτάχυνση του σεισμού.
Προσθέστε και ότι αυτή η κρίσιμη περιοχή έχει να διαχειριστεί την απότομη επιτάχυνση χωρίς καμία απολύτως σεισμική απόσβεση, και τα μεγαλύτερα φορτία της κατασκευής. ( βλέπω μία μεγάλη τέμνουσα )
Τι συμβαίνει με όλες αυτές τις φορτίσεις σε αυτήν την κρίσιμη περιοχή?
Όταν το υποστύλωμα εφελκύεται τα μέγιστα στην κρίσιμη αυτή περιοχή από τον μοχλό που υποστυλώματος, το υπομόχλιο δημιουργεί μια μεγάλη τέμνουσα στην διατομή του υποστυλώματος. Έρχεται από πίσω και η άλλη τέμνουσα που δημιουργείτε από την αδράνεια και το κόβει, διότι ενεργούν και οι δύο φορτίσεις μαζί.
Όσο για την σινάφια ( του χάλυβα με το σκυρόδεμα ) στην περιοχή που βρίσκεται μεταξύ βάσης και κρίσιμης περιοχής, καλύτερα να μην μιλήσω.
Κατά τα άλλα, ο ικανοτικός σχεδιασμός είναι μια χαρά....μόνο που δεν μας είπε αν καταρρεύσει το υποστύλωμα του πρώτου ορόφου, πως θα σταθούν στον αέρα οι άλλοι κατά τα άλλα πλάστιμοι όροφοι???
Με την προτεινόμενη από εμένα προένταση των υποστυλωμάτων καταργούμε αυτό το πρόβλημα, διότι οι πακτώσεις είναι το ίδιο ισχυρές και στα δύο άκρα, ανεξαρτήτως που θα εμφανισθεί η κρίσιμη περιοχή.
Φανταστείτε ένα πολύ ψιλό δένδρο, με την μεγαλύτερη πλαστιμότητα που το χτυπάει ο αέρας δεξιά αριστερά και αυτό λυγίζει αλλά δεν πέφτει και δεν σπάει.
Δεν λέω...χρήσιμη η πλαστιμότητα.
Αυτό άλλωστε προσπαθεί να μιμηθεί και ο ικανοτικός σχεδιασμός.
Άντε να σπάσει και κάποιο κλαδί του δένδρου ... και τι έγινε?
Φαντάζεστε όμως το δένδρο χωρίς ρίζες, και την κατασκευή χωρίς ελκυστήρες τι θα πάθαινε?
Ο ικανοτικός λέει ότι
Αξιόπιστος μηχανισμός απόκρισης είναι αυτός ο ποίος εξασφαλίζει
α) ανάπτυξη μηχανισμού δοκών. ( Δηλαδή άντε να σπάσει και κάνα κλαδί, ...δεν πειράζει )
β) αποφυγή ανάπτυξης μηχανισμού ορόφου. ( Δηλαδή προσοχή μην σπάσει ο κορμός )
Μην γελάτε, γιατί στην πραγματικότητα ένας κτιριακός φέρον οργανισμός, είναι πολλοί κορμοί δένδρων που έχουν μπλέξει τα κλαδιά τους. ( για να μην πω τι άλλο έχουν μπλέξει )
Δεν λέω ότι αυτό είναι κακό, αλλά.... πως να το κάνουμε ένα δένδρο χωρίς ρίζες δεν είναι δένδρο.
Ξέρετε ... η φύση μας διδάσκει τα πάντα.
Εμείς απλώς πρέπει να παρατηρούμε τι κάνει και να την ακολουθούμε.
Ξέρετε πια είναι η μεγαλύτερη ανακάλυψη του ανθρώπου?
Ο τροχός......ξέρετε πως ανακαλύφθηκε?
Από έναν κομμένο στρογγυλό θάμνο που τον έπαιρνε ο αέρας.
Τόσο απλές είναι οι εφευρέσεις....και όσο πιο απλές είναι, τόσο πιο σπουδαίες είναι.