Μελέτη του παραδοσιακού αντισεισμικού δομικού συστήματος στη Λευκάδα
Study of the traditional seismic structural system of Lefkada
Διπλωματική εργασία Όλγα Μολίδα Πολιτικός Μηχανικός
Postgraduate thesis Olga Molida Civil Engineer
Επιβλέπουσα Ευθυμία Μητσοπούλου Καθηγήτρια, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών
Supervisors Euthymia Mitsopoulou Professor, School of Civil Engineering
Δ.Π.Μ.Σ. «ΠΡΟΣΤΑΣΊΑ, ΣΥΝΤΉΡΗΣΗ & ΑΠΟΚΑΤΆΣΤΑΣΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΏΝ ΜΝΗΜΕΊΩΝ». ΘΈΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΊΟΥ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΉΣ ΣΥΝΕΡΓΑΣΊΑΣ & ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΈΣ ΕΡΓΑΣΊΕΣ 2008-2010 I.P.P.S. “PROTECTION, CONSERVATION & RESTORATION OF ARCHITECTURAL MONUMENTS”. INTERDISCIPLINARY COLLABORATION STUDIO PROJECTS & POSTGRADUATE THESES 2008-2010
01 Τυπική παραδοσιακή κατασκευή (Π. Τουλιάτος). Typical traditional structure (P. Touliatos). 02 Τυπική διάταξη φέροντος οργανισμού ορόφου. Typical load bearing structure of the 1st floor. 03 Προσομοίωμα με τετράριχτη στέγη. Model with hipped roof.
01
09 Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη του παραδοσιακού δομικού συστήματος της Λευκάδας, η κατανόηση της απόκρισής του υπό το συνδυασμό μόνιμων φορτίσεων και σεισμικών δράσεων, αλλά και της επίδρασης διαφόρων παραγόντων στην απόκριση αυτή και τέλος η προσπάθεια επαλήθευσης των βλαβών που παρατηρούνται στην πραγματικότητα. Στοιχεία για την κατασκευαστική δομή και τις συνήθεις παρατηρηθείσες βλάβες ελήφθησαν από βιβλιογραφικές πηγές και επιτόπια έρευνα, ενώ για τις ανάγκες των στόχων της εργασίας πραγματοποιήθηκαν εξίσου γραμμικές και μη γραμμικές αναλύσεις με τη χρήση του υπολογιστικού προγράμματος SAP. Για την επιβολή της σεισμικής δράσης χρησιμοποιήθηκαν τα επιταχυνσιογραφήματα του πιο πρόσφατου ισχυρού σεισμού της Λευκάδας (14/08/2003). Το παραδοσιακό δομικό σύστημα αφορά ένα μικτό σύστημα, το οποίο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στη Λευκάδα μετά τον πολύ καταστροφικό σεισμό του 1825 και το οποίο αποτελεί το χαρακτηριστικότερο και πιο αξιόλογο παράδειγμα της λευκαδίτικης αρχιτεκτονικής. Κατά την κατασκευή του, στο ισόγειο διαμορφώνεται ο κύριος φέρων οργανισμός από λιθοδομή, ενώ παράλληλα αναπτύσσεται και ένας δευτερεύων ξύλινος σκελετός στο εσωτερικό του. Στους υπερκείμενους ορόφους ο φέρων οργανισμός συνίσταται από ξύλινο σκελετό, ο οποίος πληρώνεται με ζώνες πλινθοπλήρωσης. Τέλος, ο φέρων οργανισμός της στέγης διαμορφώνεται επίσης με ξύλινο σκελετό διαφόρων τύπων. Η συνεργασία του κάθε επιπέδου της κατασκευής με τα γειτονικά του επιτυγχάνεται μέσω ενός πολύπλοκου συστήματος συνδέσεων και διατάξεων. Στοιχεία όπως η συμμετρικότητα των κατόψεων, η διαμόρφωση μικρών και λίγων ανοιγμάτων, η πλήρης καθ’ ύψος αντιστοιχία των τοιχοποιιών και των ανοιγμάτων, η διαμόρφωση επιμελημένης θεμελίωσης, η χρήση καλής ποιότητας υλικών και η εφαρμογή μιας ιδιαίτερης τεχνικής (καλά δομημένος σκελετός σε όλα 67
This is a study of the traditional structural system of Lefkada, focusing on its response to dead loads and seismic actions, the impact of various factors on its function and the verification of the main damages observed. Information on building structures and the typical damages observed was obtained both from bibliographical sources and the results of research in situ. The structural analysis software SAP was used to perform both linear and non-linear analyses (using accelerograms of the most recent strong earthquake of August 2003). The traditional structural system is the most representative and remarkable example of the architecture of Lefkada and consists of a dual load bearing system that emerged after the disastrous earthquake of 1825. Typical buildings (one- to maximum three-storey buildings) consist of a stone masonry ground floor plus one or two timber framed brick masonry storeys. Intermediate floors and roof are made of timber. Regarding the entire load bearing system, special care is given to the various connections. Characteristics such as the plan symmetry, small openings, the special care given to the foundation, the use of high quality materials and the specialized technique applied during the construction, show that this kind of structure was a result of continuous testing and experience obtained throughout the years. The greatest proof of the importance of the traditional local structural system is its good response to earthquakes of different magnitudes that have occurred during the time it has been in use. According to the main damages observed throughout the decades of its testing, modification and evolution, a typical structure suffers mainly from the cumulative effect of environmental factors combined with seismic actions, rather than individual seismic events. Initially a numerical model was developed, representing a traditional two-storey building, in order to evaluate
02
τα επίπεδα, επιμελημένες συνδέσεις) συναντώνται σε πολλές περιπτώσεις και καταδεικνύουν ότι κατασκευές αυτού του είδους προέκυψαν έπειτα από πολλούς πειραματισμούς, οι οποίοι και οδήγησαν σε καλή γνώση των παραγόντων που τις απειλούν και στους τρόπους αντιμετώπισής τους. Μεγαλύτερη απόδειξη της σπουδαιότητας του παραδοσιακού δομικού συστήματος αποτελεί αναντίρρητα η καλή του απόκριση έναντι των πολλών ισχυρών και μη σεισμών που εκδηλώθηκαν καθ’ όλη τη διάρκεια εφαρμογής του. Είναι βέβαιο ότι σε όλες αυτές τις δεκαετίες το δομικό σύστημα δοκιμάστηκε, τροποποιήθηκε και εξελίχθηκε, σε βαθμό που, όπως αποδεικνύουν οι συνήθεις παρατηρηθείσες βλάβες, δεν απειλείται τόσο από ένα σεισμικό γεγονός, όσο από τη σωρευτική δράση βιολογικών παραγόντων σε συνδυασμό με αυτή των σεισμικών καταπονήσεων. Για τη μελέτη της απόκρισης του δομικού αυτού συστήματος αρχικά πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση μιας τυπικής διώροφης κατασκευής, από όπου και προέκυψαν τα βασικά ιδιομορφικά χαρακτηριστικά ενός παραδείγματος αυτής της κατηγορίας. Από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά είναι ότι τα επίπεδα του ισογείου και του ορόφου χαρακτηρίζονται από πολύ διαφορετική δυναμική συμπεριφορά, δεδομένης της μεγάλης συγκέντρωσης της μάζας στο επίπεδο του ισογείου και της διαμόρφωσης δύο τελείως διαφορετικών φερόντων οργανισμών στα δύο επίπεδα και ως εκ τούτου, δεν υπάρχει κίνδυνος ανάπτυξης του
03
the basic dynamic characteristics of a typical structure. The two storeys have a quite different dynamic behavior (the ground floor was found to be very stiff compared to the upper floor). In addition, the periods that seem to affect the very stiff ground floor are so low that the likelihood of an earthquake having frequency content similar to the predominant natural period of the building is very small. Linear time history analyses were performed for five new models in order to assess the impact of certain factors, such as the roof type, the presence of a layer of wooden planks applied at the top of the first floor and the morphology of the wooden frame of the first floor. It was concluded that structures with a well organized roof frame and those with a layer of wooden planks respond far better compared to those that lack these characteristics. The results of the linear analyses showed that very high stress is developed at the load bearing system of the first floor (results that cannot be interpreted by the main damages observed); hence a non-linear analysis was performed as well. The latter showed that in reality the stresses at the brick masonry of the first floor are high only in some specific regions and that the timber frame also plays a significant role. In other words when tensile stresses are about to be developed at the interface between the timber frame and the brick masonry, cracks appear on that interface and the timber frame plays the main role. 68