Δοκοί και υποστυλώματα

Το πλαίσιο της εικόνας αποτελείται από δύο υποστυλώματα και μία δοκό και καταπονείται μόνο από φορτία βαρύτητας, δεν καταπονείται δηλαδή από σεισμό.

Στην εικόνα φαίνονται οι παραμορφώσεις και οι ρηγματώσεις του σκυροδέματος. Αναπαρίστανται σε πολύ μεγάλη κλίμακα, για να γίνει κατανοητή η λειτουργία των στοιχείων. Στην πραγματικότητα είναι τόσο μικρές, ώστε δεν φαίνονται με το μάτι.

Σε όσα σημεία του πλαισίου υπάρχει εφελκυσμός, εμφανίζονται ρηγματώσεις στο σκυρόδεμα και γι’ αυτό στα σημεία αυτά τοποθετείται ο αναγκαίος οπλισμός. Όταν οι ρηγματώσεις είναι εγκάρσιες ως προς τον άξονα του στοιχείου, τοποθετείται διαμήκης οπλισμός, δηλαδή ράβδοι, για να εμποδίσουν τη διεύρυνση αυτών των τριχοειδών ρηγματώσεων.
Όταν οι ρηγματώσεις είναι λοξές, τοποθετείται εγκάρσιος οπλισμός, δηλαδή συνδετήρες, για να τις περιορίσουν.

<μελέτη: frame1>
Κατά τη διάρκεια ενός σεισμού προκαλούνται κυρίως οριζόντιες μετακινήσεις, οι οποίες δημιουργούν οριζόντιες αδρανειακές δυνάμεις, δηλαδή τις δυνάμεις που οφείλονται στην απότομη αλλαγή της κινητικής κατάστασης του σώματος.

Κατά τη διάρκεια του σεισμού, οι οριζόντιες δυνάμεις που εξασκούνται αλλάζουν διαρκώς κατεύθυνση. Αυτό έχει ως συνέπεια να αλλάζει διαρκώς η λειτουργία του πλαισίου, με αποτέλεσμα οι εφελκυστικές τάσεις και η συνέπεια τους, οι ρηγματώσεις, να αλλάζουν διαρκώς και θέση και κατεύθυνση. Αυτή η εναλλαγή είναι που κάνει το πρόβλημα της αντιμετώπισης του σεισμού τόσο δύσκολο και την επιστήμη και την τέχνη της όπλισης του σκελετού τόσο κρίσιμες σε κάθε σεισμική περιοχή.

Ανεξάρτητα από τον καλό σχεδιασμό της κατασκευής, είτε λόγω μεγαλύτερης έντασης του σεισμού από τη σχεδιαζόμενη, είτε λόγω τοπικών συγκυριών στην κατασκευή, κάποιο, ή κάποια από τα δομικά στοιχεία θα εξαντλήσουν πρώτα την αντοχή τους.

1^η γραμμή άμυνας: σε ένα σεισμό, ισχυρότερο του σεισμού σχεδιασμού, δεν θέλουμε να αστοχήσει (σπάσει) κανένα στοιχείο, ακόμα και αν παραμορφωθεί μόνιμα, δηλαδή έχουμε ανάγκη πλαστιμότητας των δομικών στοιχείων.
2^η γραμμή άμυνας: σε ένα εξαιρετικά ισχυρό σεισμό, που η αστοχία κάποιων στοιχείων είναι αναπόφευκτη, τα στοιχεία που δεν πρέπει να σπάσουν είναι οι κολόνες, δηλαδή ανάγκη ικανοτικής αντοχής των κολονών..
Στη δεύτερη γραμμή άμυνας, η οποιαδήποτε αστοχία, θέλουμε να είναι λόγω κάμψης, που είναι πλαστικής συμπεριφοράς και όχι διατμητική αστοχία, που είναι ψαθυρής συμπεριφοράς (δηλαδή απότομης θραύσης).

Στην εικόνα φαίνεται υποστύλωμα διατομής 500x500 με τρεις συνδετήρες ανά στρώση, που επιβάλλονται από τον αντισεισμικό κανονισμό για την επίτευξη πλαστιμότητας.

Πλαστιμότητα είναι η ιδιότητα που έχει ένα στοιχείο από οπλισμένο σκυρόδεμα να συνεχίζει να παραμορφώνεται και μετά την εξάντληση της αντοχής του, χωρίς να σπάει.
Η πλαστιμότητα, δηλαδή η δυνατότητα παραμόρφωσης του στοιχείου πέραν του ορίου διαρροής, αφορά την κάμψη και προϋποθέτει την αντοχή σε διάτμηση. Γι’ αυτό και ο σχεδιασμός των στοιχείων σε διάτμηση γίνεται με τις ικανοτικές αντοχές των στοιχείων, έτσι ώστε να μην υπάρξει πιθανότητα να σπάσουν από διάτμηση.

Βασικοί κανόνες όπλισης δοκών:
(α) οι κάτω ράβδοι πρέπει να αγκυρώνονται το ίδιο ικανοποιητικά, όπως και οι πάνω, επειδή ο εφελκυσμός και οι επακόλουθες εγκάρσιες ρηγματώσεις, αλλάζουν θέση και περιοχή με την εναλλαγή του σεισμού, με αποτέλεσμα, σε κρίσιμους σεισμούς, να εμφανίζεται εφελκυσμός και στις κάτω ίνες των στηρίξεων.
(β) απαιτείται ισχυρός εγκάρσιος οπλισμός με πυκνούς και καλά κλειστούς συνδετήρες, επειδή η ένταση του λοξού εφελκυσμού και επομένως οι λοξές ρηγματώσεις, είναι μεγάλες και αλλάζουν φορά κατά τη διάρκεια του κρίσιμου σεισμού.

Η αστοχία ενός υποστυλώματος ή μίας δοκού, κατά κανόνα γίνεται στην περιοχή του κόμβου, δηλαδή στην περιοχή της συμβολής του υποστυλώματος με τη δοκό. Γι’ αυτό είναι αναγκαία η εξασφάλιση πλαστιμότητας των κολονών και των δοκών στις περιοχές των κόμβων.

Αν όλα τα στοιχεία του σκελετού είναι πλάστιμα, η αντοχή του κτιρίου θα εξαρτάται από την αντοχή του συνόλου των στοιχείων του σκελετού, ενώ σε αντίθετη περίπτωση, η αντοχή του κτιρίου θα εξαρτάται μόνο από την αντοχή του πλέον ευάλωτου στοιχείου του σκελετού.