ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ
Βασικά Θέματα Σχεδιασμού
Κωνσταντίνος Τάτσης, Πολιτικός Μηχανικός (CCS A.E.)
Αννα Μαρινοπούλου, Πολιτικός Μηχανικός (CCS A.E.)
Οι Σύμμικτες κατασκευές στις μέρες μας είναι τόσο συνήθεις που δεν χρειάζονται ιδιαίτερα εισαγωγικά σχόλια. Οι σύμμικτες κατασκευές κυρίως επιλέγονται για την κατασκευαστική τους αποδοτικότητα, την ταχύτητα ανέγερσης, την ασφάλεια και τη μείωση του κόστους σε σχέση με άλλους τρόπους κατασκευής. Μια σύμμικτη πλάκα αποτελεί χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός μοντέρνου πολυόροφου κτιρίου. Το άρθρο αυτό έχει ως σκοπό να υπογραμμίσει τα βασικά ζητήματα που θα πρέπει να λάβουν υπόψιν κατά το σχεδιασμό σύμμικτων κατασκευών.
Σύμμικτες πλάκες
Οι σύμμικτες πλάκες είναι φέρουσες πλάκες οροφής, οι οποίες αποτελούνται από χαλύβδινη βάση με επίστρωση σκυροδέματος. Πριν από τη σκυροδέτηση, η χαλύβδινη βάση (χαλυβδόφυλλα) συνδέεται με την υποδομή και λειτουργεί ως κατάστρωμα εργασίας, ενώ κατά τη σκυροδέτηση αντικαθιστά το συμβατικό ξυλότυπο. Στην τελική κατάσταση (κατάσταση λειτουργίας), το σκληρυμένο σκυρόδεμα είναι συνδεδεμένο διατμητικά με το υποκείμενο χαλυβδόφυλλο, το οποίο με τη σειρά του παραλαμβάνει τις αναπτυσσόμενες εφελκυστικές δυνάμεις. Επιπλέον οπλισμός είναι δυνατόν να τοποθετείται στην πλάκα με σκοπό την αποφυγή ρηγματώσεων. Σε ορισμένες περιπτώσεις ο οπλισμός συνεισφέρει και στην αντοχή της πλάκας έναντι πυρκαγιάς. Μετά και τη σκλήρυνση του σκυροδέματος η πλάκα λειτουργεί πλέον ως σύμμικτη.
Τύποι χαλύβδινης βάσης
Στην Ευρώπη υπάρχουν τρεις γενικοί τύποι χαλύβδινης βάσης που χρησιμοποιούνται στις σύμμικτες κατασκευές. Τα χαλυβδόφυλλα μορφής υποσκαφής (χελιδονοουράς, re-entrant) με ή χωρίς νευρώσεις, τα χαλυβδόφυλλα τραπεζοειδούς μορφής (trapezoidal) με εξογκώματα ή νευρώσεις, καθώς και τα αποκαλούμενα «βαθιά» καταστρώματα (deep decking). Τα πρώτα δύο είδη χαλύβδινης βάσης έχουν ύψος από 45 – 90 mm και χρησιμοποιούνται για ανοίγματα μεταξύ 3 και 4.5μ. Τα «βαθιά» καταστρώματα είναι κατάλληλα για ανοίγματα έως 9μ και χρησιμοποιούνται κυρίως σε κατασκευές όπου τα μέλη από χάλυβα είναι ενσωματωμένα στο πάχος της πλάκας.
Σχεδιασμός σύμμικτης πλάκας
Για το σχεδιασμό σύμμικτων πλακών χρησιμοποιείται συνήθως κάποιο λογισμικό, όπως το EC4-Composite της CCS, ή Πίνακες σχεδιασμού από κατασκευαστές.
Σύμμικτες πλάκες – τι να προσέξει κανείς
1. Ο σχεδιασμός της πλάκας έναντι πυρκαγιάς είναι συχνά καθοριστικός. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του απαιτούμενου οπλισμού ή την αύξηση του πάχους της εξεταζόμενης πλάκας.
2. Για τη μελέτη μιας σύμμικτης πλάκας μπορεί να υποτεθεί η χρήση είτε κανονικού σκυροδέματος ή ελαφροσκυροδέματος. Ο μελετητής θα πρέπει να λάβει υπόψιν του ότι το ελαφροσκυρόδεμα είναι εύκολα διαθέσιμο στο εργοτάξιο, αλλιώς θα πρέπει να μελετήσει την πλάκα χρησιμοποιώντας κανονικό σκυρόδεμα.
3. Η βύθιση του καταστρώματος στη φάση κατασκευής και η πιθανή εμφάνιση του φαινομένου “ponding effect” (επίδραση της “λιμνούλας”) θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψιν στη συνολική βύθιση της πλάκας στη φάση λειτουργίας.
4. Σημαντικά ανοίγματα στην πλάκα μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα τη χρήση επιπλέον οπλισμού για την εξεταζόμενη πλάκα.
5. Η έδραση των χαλυβδόφυλλων, προκειμένου και για την τοποθέτηση των διατμητικών ήλων, θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 50mm.
6. Το πάχος της πλάκας δεν θα πρέπει να είναι μικρότερο από 75mm.
Σύμμικτες δοκοί
Η σύμμικτη δράση αυξάνει τη φέρουσα ικανότητα και τη δυσκαμψία των δοκών (για παράδειγμα μείωση βελών) κατά 2 και 3.5 φορές αντίστοιχα. Το σκυρόδεμα αποτελεί το πέλμα της διατομής υπό θλίψη, ο χάλυβας παραλαμβάνει τις εφελκυστικές δράσεις και οι διατμητικοί ήλοι διασφαλίζουν τη σύμμικτη λειτουργία του εξεταζόμενου μέλους.
Συνήθως οι διατμητικοί ήλοι τοποθετούνται στο εργοτάξιο. Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται το άνω πέλμα της μεταλλικής διατομής να μην έχει υποστεί βαφή γύρω από την περιοχή συγκόλλησης των διατμητικών ήλων.
Σημείωση:
Α) Όταν χρησιμοποιούνται τραπεζοειδή χαλυβδόφυλλα σε πλάκες που υπόκεινται σε σχεδιασμό για συνθήκες πυρκαγιάς έως 90 λεπτά, τα κενά μεταξύ του χάλυβα και το κάτω μέρος του καταστρώματος δεν χρειάζεται να πληρωθούν με σκυρόδεμα. Ωστόσο, το πάχος της πλάκας μπορεί να χρειαστεί να αυξηθεί.
Β) Όταν χρησιμοποιείται χαλυβδόφυλλο μορφής χελιδονοουράς με απαίτηση πυραντοχής 120 λεπτών, τα κενά δεν χρειάζεται να πληρωθούν με σκυρόδεμα.
Σχεδιασμός δοκού
Για το σχεδιασμό σύμμικτης δοκού χρησιμοποιείται συνήθως κάποιο λογισμικό, όπως το EC4-Composite.
Σύμμικτες δοκοί – τι να προσέξει κανείς
1. Κρίσιμα στο σχεδιασμό σύμμικτων δοκών συχνά είναι τα κριτήρια ελέγχου στην οριακή κατάσταση λειτουργικότητας. Σε αυτήν την περίπτωση χρειάζεται να ελεγχθεί η δυναμική απόκριση της πλάκας.
2. Η προσωρινή (αλλά ωστόσο συχνά απαραίτητη) πλευρική αντιστήριξη των δοκών στη φάση κατασκευής επιτυγχάνεται με επαρκείς (συνήθως ξύλινους) πύργους αντιστήριξης και εφόσον τα φατνώματα του χαλυβδόφυλλου είναι κάθετα στη δοκό.
3. Στα καταστρώματα με χρήση χαλυβδόφυλλων τραπεζοειδούς μορφής, οι διατμητικοί ήλοι θα πρέπει να τοποθετούνται στην «ωφέλιμη» θέση – η οποία είναι στην περιοχή με τις μικρότερες ροπές (συνήθως προς την άκρη του πέλματος της δοκού). Σχήμα 2.
4. Οι διατμητικοί ήλοι θα πρέπει να ελέγχονται σύμφωνα τους αντίστοιχους Εθνικούς κανονισμούς.
5. Κατά τη σύνδεση δοκού και διατμητικού ήλου διαμέσω χαλυβδόφυλλου, το πάχος του πέλματος της δοκού θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 40% της διαμέτρου του διατμητικού ήλου, π.χ. ελάχιστο πάχος πέλματος δοκού 7.6 mm για διάμετρο ήλου 19 mm.
6. Η αντοχή της πλάκας σε διαμήκη διάτμηση θα πρέπει να ελέγχεται ώστε να εξασφαλίζεται ότι η δύναμη από τους διατμητικούς συνδέσμους μπορεί να παραληφθεί χωρίς να έχουμε σύνθλιψη του σκυροδέματος. Συχνά, επιπλέον οπλισμός είναι απαραίτητος.
Τι ακολουθεί της σύμμικτης κατασκευής
Παρόλο που η σύμμικτη κατασκευή στις μέρες μας έχει δοκιμαστεί και ελεγχθεί στην πράξη, νέες προοπτικές μελετούνται που μπορούν να προσφέρουν περισσότερα πλεονεκτήματα στη σύμμικτη κατασκευή. Αυτές περιλαμβάνουν:
Σύμμικτες συνδέσεις
Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες συνδέσεις σύμμικτων μελών που έχουν υλοποιηθεί είναι απλές συνδέσεις τέμνουσας. Παρόλα αυτά, όμως, είναι σχετικά εύκολο να μελετηθούν και κατασκευαστούν και συνδέσεις με μια μικρή καμπτική αντοχή και δυσκαμψία. Τέτοιες σύμμικτες συνδέσεις ροπής μεταξύ δοκού και υποστυλώματος μπορούν να οδηγήσουν σε περιορισμό των μετακινήσεων, καθώς και σε μικρότερες διατομές δοκών.
Σκυρόδεμα ενισχυμένο με ίνες
Η χρησιμοποίηση σκυροδέματος ενισχυμένου με ίνες μπορεί να μειώσει ή και σε ορισμένες περιπτώσεις πιθανόν να εξαφανίσει την ανάγκη οπλισμού. Η συμπεριφορά τέτοιων πλακών σε συνήθεις θερμοκρασίες, καθώς και σε συνθήκες πυρκαγιάς, έχει ελεγθεί εξονυχιστικά.
Βιβλιογραφία
- Steel Industry Guidance Note, 03/2007
- Composite slabs and beams: Best practice for design and construction. P300 from SCI and MCRMA
Εδώ παρουσιάζουμε αποσπάσματα από τις ομιλίες των συνέδρων και φωτογραφικό υλικό κατά τη διεξαγωγή του Συνεδρίου από το panel του βήματος και τον εκθεσιακό χώρο.