Οριακές Καταστάσεις

Ο σχεδιασμός ενός δομικού συστήματος περιλαμβάνει τα εξής στάδια:

1. Την αρχική σύλληψη. Δηλαδή την επιλογή του τύπου και της μορφής του συστήματος και την προεπιλογή διαστάσεων των μελών του.
2. Την ανάλυση του συστήματος. Δηλαδή τον υπολογισμό της έντασης που προκαλούν οι εξωτερικές δράσεις.
3. Τη διαστασιολόγηση των μελών, στην περίπτωση των κατασκευών σκυροδέματος, τον έλεγχο της επάρκειας των διαστάσεων σκυροδέματος και τον υπολογισμό των απαιτούμενων οπλισμών.
4. Τα κατασκευαστικά σχέδια, που περιλαμβάνουν τις λεπτομέρειες όπλισης.

Οι σύγχρονοι Κανονισμοί σχεδιασμού κατασκευών, καθώς και οι ενέργειες του μηχανικού σ’ αυτά τα στάδια έχουν σαν στόχο να περιορίζεται, με το μικρότερο δυνατό κόστος, σε οικονομικά και κοινωνικά ανεκτά επίπεδα, η πιθανότητα να γίνει το δομικό σύστημα ακατάλληλο για τη χρήση για την οποία προορίζεται, επειδή έπαψε να πληροί μία τουλάχιστον από τις απαιτήσεις ή τα κριτήρια ικανοποιητικής λειτουργίας του. Αν συμβεί αυτό λέμε πως το δομικό σύστημα ή ένα μέρος του έφτασαν μία οριακή κατάσταση. Για τις περισσότερες κατασκευές οι οριακές καταστάσεις διακρίνονται σε δύο κατηγορίες.

1. Οριακές καταστάσεις αστοχίας: Κρίνεται πως το δομικό σύστημα ή ένα τμήμα του έχει χάσει την ικανότητα να φέρει τα εξωτερικά επιβεβλημένα φορτία (φορτία ικανότητας) και επομένως είναι ανασφαλές.
2. Οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας: Κρίνεται πως το δομικό σύστημα ή μέρος του έχει γίνει ακατάλληλο για κανονική χρήση.

Στην συνηθισμένη διαδικασία σύνθεσης κατασκευών σκυροδέματος τα μέλη γενικά διαστασιολογούνται ώστε να εξασφαλίζονται έναντι των οριακών καταστάσεων αστοχίας και κατόπιν ελέγχεται αν είναι ικανοποιητικά από άποψη οριακών καταστάσεων λειτουργικότητας. Η σειρά αυτή των υπολογισμών ακολουθείται γιατί, γενικά η βασική απαίτηση που πρέπει να πληρούν οι κατασκευές είναι αυτή τα ασφάλειας. Υπάρχουν βέβαια και εξαιρέσεις: η βασική απαίτηση από μία δεξαμενή νερού π.χ. είναι η στεγανότητα. Γι’ αυτό στη περίπτωση αυτή η διαστασιολόγηση μπορεί να αρχίσει από την εξασφάλιση απουσίας ρωγμών και να καταλήξει στον έλεγχο της οριακής κατάστασης αστοχίας.

Οι οριακές καταστάσεις αστοχίας κρίσιμων διατομών διακρίνονται σε οριακές καταστάσεις έναντι μεγεθών ορθής έντασης ή αστοχίας έναντι  μεγεθών διατμητικής έντασης. Ο έλεγχος των οριακών καταστάσεων έχει την μορφή : Ε_d < R_d . Όπου το Ε παριστάνει την τιμή του εντατικού μεγέθους που προκύπτει από την ανάλυση του δομικού συστήματος για τις εξωτερικές δράσεις και R το αντίστοιχο εντατικό μέγεθος αντοχής. Ο δείκτης d σημαίνει πως οι τιμές E και R είναι τιμές σχεδιασμού.    

Δράσεις : Ονομαστικές τιμές

Στους υπολογισμούς διακρίνουμε σύνολα εξωτερικά επιβεβλημένων φορτίων ή παραμορφώσεων με κοινή προέλευση, που λέγονται δράσεις. Οι δράσεις μπορεί να είναι στατικές ή δυναμικές, ανάλογα με το αν προκαλούν σημαντικές επιταχύνσεις της κατασκευής ή όχι. Οι δράσεις μπορεί να είναι έμμεσες ή έμμεσες ανάλογα με τη μεταβολή τους στο χρόνο και την πιθανότητα εμφάνισης τους κατά τη διάρκεια ζωής της κατασκευής, οι δράσεις διακρίνονται σε μόνιμες, μεταβλητές και τυχηματικές.

Μόνιμες δράσεις είναι αυτές που το μέγεθος τους μεταβάλλεται σπάνια ή πολύ λίγο, σε σχέση με τη μέση τιμή τους. Περιλαμβάνουν : το ίδιο βάρος της κατασκευής, το βάρος των μη-φερόντων τμημάτων της κατασκευής όπως επικαλύψεις πατωμάτων, επιχρίσματα κλπ.

Μεταβλητές δράσεις είναι αυτές που το μέγεθος τους μεταβάλλεται συχνά ή συνεχώς και μάλιστα σημαντικά σε σχέση με τη μέση τιμή τους. Τέτοιες δράσεις είναι τα κατακόρυφα φορτία χρήσης, δράσεις που προέρχονται από φυσικά φαινόμενα όπως το χιόνι, ο άνεμος κλπ.

Τυχηματικές είναι οι δράσεις που έχουν πολύ μικρή πιθανότητα εμφάνισης στη διάρκεια ζωής της κατασκευής. Για τον Ελληνικό χώρο, η σημαντικότερη τυχηματική δράση είναι ο σεισμός μεγάλης έντασης, για τον οποίο ο σχεδιασμός στοχεύει στην αποφυγή κατάρρευσης του δομικού συστήματος.  

Οι Κανονισμοί Φορτίσεων δίνουν τις ονομαστικές τιμές των μεταβλητών δράσεων. Οι ονομαστικές αυτές τιμές θεωρούνται ότι έχουν επιλεγεί έτσι ώστε η πιθανότητα υπέρβασης τους μία τουλάχιστον φορά στη διάρκεια της ζωής σχεδιασμού της κατασκευής, που ορίζεται σαν το χρονικό διάστημα που αναμένεται να ζήσει η κατασκευή με συνήθη συντήρηση και χωρίς σημαντικές επισκευές και λαμβάνεται ίση με 50 χρόνια για συνήθη κτίρια, να είναι περίπου 10%

Βιβλιογραφία :    ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΙΧΑΗΛ Ν. ΦΑΡΔΗ Ομότιμος καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Κατασκευών