141216_Ο13_ΟΘΘ_ΦΣΚ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΜΙΑΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ

                                           ΦΕΡΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ

Ιστορικά στοιχεία

Επιλέξαμε να αναλύσουμε τις φάσεις μίας συμβατικής κατασκευής γιατί θεωρούμε ότι η βαθιά κατανόηση μιας ευρέως διαδεδομένης κατασκευαστικής μεθόδου, καθώς επίσης και η προσαρμογή στις εξελίξεις της δομικής τεχνολογίας είναι καθοριστική, όχι μόνο για την κατασκευή, αλλά και για την σύλληψη και τον σχεδιασμό ενός αρχιτεκτονικού έργου.  Ως συμβατική κατασκευή ορίζεται η κατασκευή της οποίας ο φέροντας οργανισμός (υποστυλώματα, πλάκες, δοκάρια) αποτελείται από χυτό σκυρόδεμα, με τον κατάλληλο οπλισμό στο εσωτερικό του στοιχείου, ενώ τα στοιχεία πλήρωσης μπορούν να αποτελούνται από υλικά με χαμηλότερη θλιπτική αντοχή (συνήθως τούβλα), αποδεσμευμένα από οποιαδήποτε φορτία.  Είτε πρόκειται για απλά οικοδομήματα, είτε για σύνθετα και μεγάλα κτίρια, για τις συγκεκριμένες κατασκευές προαπαιτείται φυσικά η ύπαρξη κατάλληλα διαμορφωμένων καλουπιών (ξυλότυποι), μέσα στα οποία χύνεται εργάσιμο σκυρόδεμα.

Με τον όρο συμβατική κατασκευή εννοούμε τον τρόπο κτισίματος, στον οποίο ο φέρον οργανισμός δομείται από οπλισμένο σκυρόδεμα και οι τοίχοι πλήρωσης από τούβλα. Αναλύσαμε τις φάσεις μιας τέτοιας κατασκευής και καταλήξαμε στο να εμβαθύνουμε περισσότερο στην διαδικασία της δόμησης του φέροντος οργανισμού.

Ο φέρων οργανισμός όπως είδαμε προηγουμένως είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα.  Το σκυρόδεμα πρωτοχρησιμοποιήθηκε στην αρχαία Ρώμη, αλλά η ιδανική σύνθεση εξελίχθηκε μόλις το 19ο αιώνα.  Το 1892, ο François Hennebique κατέθεσε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και ανακηρύχθηκε ο εφευρέτης του οπλισμένου σκυροδέματος.  Το έτοιμο σκυρόδεμα είναι δομικό υλικό που παράγεται με την ανάμειξη αδρανών υλικών, τσιμέντου, νερού και πρόσθετων (για βελτίωση των ιδιοτήτων του κατά τη παραγωγή  και  χύτευση  αλλά  και  όταν  σκληρυνθεί).  Το  σκυρόδεμα  είναι  μίγμα «πάστας» και αδρανών υλικών. Η πάστα αποτελείται από τσιμέντο και νερό και καλύπτει την επιφάνεια των λεπτόκοκκων και χονδρόκοκκων αδρανών. Μια χημική αντίδραση, η «ενυδάτωση», προκαλεί τη στερεοποίηση της πάστας που αποκτά έτσι υψηλές αντοχές, δημιουργώντας μια συμπαγή μάζα - το σκυρόδεμα. Αυτή η διαδικασία   αποτελεί   και   το   μεγάλο   πλεονέκτημα   του   σκυροδέματος: είναι εύπλαστο όταν αναμιγνύεται και ανθεκτικό όταν σκληραίνει.

Με τη σημερινή του μορφή χρησιμοποιήθηκε πρώτη φορά στις αρχές του 20ου αιώνα, ενώ μετά το 1950 η χρήση του γενικεύτηκε, καθιστώντας το σήμερα το κυριότερο, παγκοσμίως, υλικό κατασκευών  μαζί  με  το  χάλυβα, ως  οπλισμένο  σκυρόδεμα.  Οι  διαφορετικές ιδιότητες των πρώτων υλών που αναμιγνύονται στη παραγωγή του σκυροδέματος (μάζα, όγκος, φυσικοχημικά χαρακτηριστικά) ανάγουν την παραγωγή σκυροδέματος σε μια εξαιρετικά πολύπλοκη και σύνθετη διαδικασία. Οι  διατάξεις του Κανονισμού Τεχνολογίας  Σκυροδέματος    προβλέπουν  τις  ελάχιστες  δοσολογίες  των  πρώτων υλών ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες της προβλεπόμενης εφαρμογής του σκυροδέματος, όπως η εργασιμότητα, η αντοχή, η πλαστιμότητα, το περιβάλλον στο οποίο εκτίθεται, η απόδοση και διάρκεια ζωής της κατασκευής.

Με καθαρή τεχνοκρατική διάθεση θα μπορούσε να ορίσει κανείς πως «φέρων οργανισμός» είναι: το σύνολο των κατακόρυφων και οριζόντιων δομικών στοιχείων ενός κτίσματος που «φέρουν» τα νεκρά (μόνιμα) και τα ωφέλιμα φορτία του, και τα μεταβιβάζουν στη γη, αυτό δηλαδή το σύνολο φορέων, που συγκροτεί το βασικό κορμό του κτίσματος και το σχηματοποιεί στο χώρο ανάλογα με το σύστημα δομής οργανικό και εξυπηρετικό πρέπει κυρίως να προσαρμόζεται στις φυσικές ιδιότητες αυτού του βασικού υλικού δομής και να μην παραβιάζει τη νομοτέλεια των κατασκευαστικών του δυνατοτήτων.

Στο παρελθόν το κύριο δομικό υλικό ήταν ο λίθος η το ψημένο τούβλο. Οι περιορισμένες  αυτές  δυνατότητες  επέτρεψαν  τη  δημιουργία  κατασκευών αρθρωτών ή εδραζόμενων , ποτέ όμως κατασκευών πακτωμένων, δηλαδή σκελετών μονολιθικών, με άκαμπτα σημεία σύνδεσης. Με το οπλισμένο σκυρόδεμα όμως, που επινόησε η νέα τεχνική, κάτι τέτοιο έγινε εύκολα κατορθωτό. Το οπλισμένο σκυρόδεμα, τεχνητός λίθος κι αυτός, σε αντίθεση με τους φυσικούς, έχει τεραστία ικανότητα να παραλαμβάνει - εκτός από τη θλίψη - και τάσεις εφελκυσμού. Συμβάλλουν σ' αυτό η απόλυτη συνεργασιμότητα σκυροδέματος και σίδερου, η άριστη πρόσφυση μεταξύ τους, ο ίδιος σχεδόν συντελεστής θερμικής διαστολής τους παράγοντες, που κάνουν το σύνθετο αυτό υλικό να ενεργεί σαν ένα σύνολο, ένα  υλικό  ενιαίο,  που  σε  συνδυασμό  με  τη  χαμηλή  του  τιμή  αποτελούν  τα κυριότερα πλεονεκτήματα του.

Σύσταση Φέροντα Οργανισμού

 Σκυρόδεμα:

Το σκυρόδεμα (beton) αποτελεί τεχνητό δομικό υλικό το οποίο παρασκευάζεται με την ανάμειξη τσιμέντου και αδρανών (αμμοχάλικα) με συγκεκριμένη ποσότητα νερού.  Η ανάμειξη αυτή σχηματίζει εύπλαστο πολτό αποκτώντας επιθυμητό σχήμα και μορφή.  Στη συνέχεια πήζει και σκληρύνεται στον αέρα και στο νερό αποκτώντας θλιπτική αντοχή την οποία διατηρεί στον αέρα και στο νερό.  Η θλιπτική αντοχή αναπτύσσεται κατά την πορεία των φάσεων της ενυδάτωσης του τσιμέντου από τα ένυδρα που σχηματίζονται.  Συνεχίζει να αυξάνεται και μετά την σκυροδέτηση, ενώ μπορεί να φτάσει στο μέγιστο ακόμα και χρόνια μετά τη σκυροδέτηση, ανάλογα με την επίδραση των καιρικών συνθηκών πάνω στο σκληρυμένο σκυρόδεμα.  Η αντοχή του σκυροδέματος καθορίζεται κυρίως από την αντοχή του τσιμέντου και των αδρανών, και σε μικρότερο βαθμό από τα διάφορα πρόσθετα με τα οποία μπορεί κανείς να βελτιώσει τις ιδιότητές του, τόσο σε νωπή, όσο και σε στερεά κατάσταση.    

·         Κονίες: με τον όρο κονία εννοούμε κάθε συγκολλητικό υλικό σε κατάσταση στερεή, ρευστή, σε μορφή διαλύματος ή αιωρήματος, το οποίο όταν αναμειχθεί και κατεργαστεί υπό ορισμένες αναλογίες με ένα ρευστό μέσο (συνήθως νερό), μεταβάλλεται σε εύπλαστο πολτό.  Ο πολτός αυτός αποτελεί μετά την πήξη και σκλήρυνσή του, το συγκολλητικό υλικό των κονιαμάτων και των σκυροδεμάτων.  Διακρίνονται σε αερικές και υδραυλικές.

·         Τσιμέντο: είναι βιομηχανικό, λεπτόκοκκο υλικό σε μορφή σκόνης.  Την πρώτη ύλη για την παρασκευή του τσιμέντου αποτελεί η μίξη ασβεστολιθικών και αργιλικών πετρωμάτων, τα οποία μετά από συγκεκριμένη διαδικασία αποκτούν μορφή πολύ λεπτών κόκκων.  Αρχικά πραγματοποιείται η θραύση των πετρωμάτων σε ειδικούς σπαστήρες, ώστε να αποκτήσουν διάμετρο μόλις μερικών εκατοστών, και στη συνέχεια τα σπασμένα πετρώματα ομογενοποιούνται.  Το μείγμα αυτό αλέθεται μέχρι να προκύψει προϊόν σε μορφή άμμου (φαρίνα) που αποθηκεύεται σε σιλό.  Η φαρίνα εισάγεται σε κεκλιμένη κυλινδρική κάμινο που περιστρέφεται αργά περί τον άξονά της και έχει εσωτερική θερμοκρασία 600 ˙C, από την καύση κάρβουνου ή πετρελαίου στο κάτω άκρο της.  Το προϊόν που εξέρχεται από την κάμινο έχει τη μορφή γκριζοπράσινων κόκκων διαμέτρου 5-25 mm, ονομάζεται κλίνκερ και ψύχεται ταχύτατα. Ακολουθεί η συνάλεση των κόκκων κλίνκερ με γύψο (σε ποσότητα 2-3% του βάρους του τσιμέντου), ο οποίος προστίθεται με σκοπό τον έλεγχο της ταχύτητας πήξης του σκυροδέματος.  Τελικά προκύπτει το τσιμέντο PORTLAND, είδος που χρησιμοποιείται στις περισσότερες συμβατικές κατασκευές και έχει κόκκους διαμέτρου 75 μm.

·         Νερό: για κάθε μέρος τσιμέντου προστίθεται ένα μέρος νερού και 3 μέρη αδρανή.  Έτσι αρχίζουν οι φάσεις τις ενυδάτωσης, της αντίδρασης δηλαδή του νερού με το τσιμέντο και οι δημιουργία ενύδρων με χαρακτηριστικά πήξης και σκλήρυνσης. 

·         Αδρανή: ονομάζονται τα στερεά που προέρχονται από φυσικούς ή τεχνητούς λίθους και τεμαχίζονται φυσικά ή μηχανικά.  Ονομάζονται αδρανή λόγω της αντίληψης που υπήρχε ότι δεν συμμετέχουν στις χημικές αντιδράσεις των φάσεων της ενυδάτωσης του τσιμέντου, παρόλο που σήμερα η συγκεκριμένη αντίληψη δεν ευσταθεί αφού έχει αποδειχθεί ότι η τουλάχιστον η εξωτερική τους επιφάνεια αντιδρά.  Τα χαρακτηριστικά τους είναι κοινά με αυτά των λίθων από τους οποίους προέρχονται.  Η διάμετρος των κόκκων ποικίλει, ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται η κατασκευή και κυμαίνεται συνήθως από 0-63,5 mm.

·         Ποζολάνες: λεπτόκοκκο υλικό, κυρίως πυριτικής σύστασης.  Διακρίνονται σε φυσικές και τεχνητές.

Η ποσότητα του κάθε συστατικού προδιαγράφεται από τον Κανονισμό Τεχνολογίας Σκυροδέματος, προσαρμοσμένο στον Ευρωπαϊκό Κώδικα, και εξαρτάται από το είδος, το μέγεθος και τη χρήση για την οποία προορίζεται η κατασκευή, από τις καιρικές συνθήκες, και την κατηγορία στην οποία εμπίπτει η εν λόγω περιοχή ανάλογα με τη σεισμογένειά της.

Χαλύβδινος οπλισμός:

Το σκυρόδεμα  έχει την ικανότητα να δέχεται και να μεταφέρει μεγάλα φορτία θλίψης αλλά έχει πολύ χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό.  Έτσι, οι περιοχές ενός δομικού στοιχείου οπλισμένου σκυροδέματος που καταπονούνται σε εφελκυσμό ενισχύονται με χαλύβδινες ράβδους οπλισμού (διαμήκης οπλισμός).  Οι ράβδοι αυτές παραλαμβάνουν όλες τις εφελκυστικές δυνάμεις, ενώ το σκυρόδεμα στις περιοχές αυτές ρηγματώνεται.  Εκτός από το διαμήκη οπλισμό, χρησιμοποιείται και εγκάρσιος (συνδετήρες ή τσέρκια), που έχει ως στόχο την παραλαβή φορτίων που δίνουν διατμητικές δυνάμεις, χρησιμοποιείται δηλαδή κυρίως στο κέντρο του μήκους του διαμήκους οπλισμού.

Οι χάλυβες διατίθενται σε μορφή ράβδων, ρολών ή πλεγμάτων, ενώ οι κατηγορίες τους ποικίλουν, ανάλογα με την επιφάνεια της ράβδου, την ολκιμότητα, τη συγκολλησιμότητα και την αντοχή της στη διάβρωση. Οι ραβδώσεις στην επιφάνεια της ράβδου, όχι μόνο βοηθούν στην καλύτερη πρόσφυση της με το σκυρόδεμα, αλλά αποτελούν και την ‘’ταυτότητα’’ της κάθε ράβδου, δηλαδή από εκεί μπορεί κανείς να αναγνωρίσει την κατηγορία και την προέλευσή της.

Φάσεις Σκυροδέτησης

Για την παρασκευή ενός καλού σκυροδέματος, δεν αρκεί μόνο η επιλογή των κατάλληλων υλικών, αλλά είναι επίσης εξίσου απαραίτητες, η επιμελημένη κατασκευή, η σωστή κατεργασία και τέλος, η συντήρηση του σκυροδέματος.  Η ποιότητα του σκυροδέματος μετριέται από τους μηχανικούς μέσα και έξω από το εργοτάξιο, πριν και μετά τη σκυροδέτηση με ποικίλες μεθόδους.  Η πιο εύκολη και διαδεδομένη μέθοδος είναι αυτή της ‘’κάθισης’’.  Στις περιπτώσεις όπου ο έλεγχος δεν δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, το σκυρόδεμα επιστρέφεται πίσω στο εργοστάσιο ή, όταν είναι δυνατόν, διορθώνεται με πρόσμεικτα, πριν και μετά τη σκυροδέτηση.  Μετά την τοποθέτηση του οπλισμού και το στήσιμο των ξυλοτύπων, ξεκινά η εκφόρτωση του εργάσιμου σκυροδέματος μέσω κεκλιμένων επιπέδων και αντλιών, όσο το δυνατόν πλησιέστερα στην θέση τελικής διαστρώσεως.  Ακολουθεί η συμπύκνωση με δονητή, ούτως ώστε να μην αποσυντεθεί η μάζα του σκυροδέματος.  Καθώς το σκυρόδεμα περνάει από τα στάδια της πήξης και τελικά της σκλήρυνσης, πραγματοποιούνται μέθοδοι συντήρησης του φέροντα οργανισμού.  Η συντήρηση πρέπει να δημιουργεί τις συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας που θα επιτρέψουν να ενυδατωθεί το μεγαλύτερο ποσοστό τσιμέντου του μίγματος.  Αυτό επιτυγχάνεται με μεθόδους που απαγορεύουν ή επιβραδύνουν την εξάτμιση και με μεθόδους που αντικαθιστούν υο νερό που εξατμίζεται (βρέγμα).  Όλες οι διαδικασίες που αναφέρθηκαν, εναλλάσσονται ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες της περιοχής σκυροδέτησης και τις ειδικές συνθήκες της κάθε κατασκευής.

Όσον αφορά στους χάλυβες, ο μηχανικός πρέπει να επιβεβαιώνει κατά την διαμόρφωση και την τοποθέτηση όλα όσο προβλέπει ο κανονισμός.  Η συναρμολόγηση του οπλισμού μπορεί να γίνεται στις μάντρες διαμόρφωσης, σε ειδικό χώρο του εργοταξίου ή ακόμα και πάνω στον ξυλότυπο του δομικού στοιχείου που πρόκειται να οπλιστεί.  Η συναρμολόγηση του οπλισμού πρέπει να ικανοποιεί τις απαιτήσεις της μελέτης για τις αποστάσεις και τις ενώσεις μεταξύ των ράβδων, τις αγκυρώσεις, τις επικαλύψεις και τις αναμονές.  Ακόμα, πρέπει να διαθέτει επαρκή ευστάθεια και σταθερότητα, έτσι ώστε και οι διαμήκεις ράβδοι, αλλά κυρίως οι συνδετήρες να μην μετατοπίζονται από την προκαθορισμένη θέση τους από το βάρος του σκυροδέματος (στα κατακόρυφα στοιχεία) ή από άλλες ενέργειες που θα διενεργηθούν κατά την κατεργασία του.  Η σκυροδέτηση μπορεί να ξεκινήσει μόνο όταν έχει ελεγχθεί ότι: έχουν χρησιμοποιηθεί κατάλληλα και επαρκώς πυκνά στηρίγματα και δεσίματα των ράβδων, έχει πραγματοποιηθεί καλό και πυκνό δέσιμο των συνδετήρων στις διαμήκεις ράβδους, έχουν χρησιμοποιηθεί κατάλληλα υποθέματα και αποστατήρες για την εξασφάλιση του πάχους της επικάλυψης, υπάρχει επάρκεια διόδων για τους δονητές του σκυροδέματος έτσι ώστε να αποφεύγεται η ανεξέλεγκτη διάνοιξή τους κατά τη διάρκεια της σκυροδέτησης.

Φορτία Κατασκευών

Τα φορτία των κατασκευών μπορεί να είναι δυνάμεις και καταπονήσεις που δημιουργούνται και ονομάζονται στατικά φορτία. Κατηγοριοποιούνται σε μόνιμα, κινητά, θερμικά και σεισμικά. Τα μόνιμα φορτία είναι το βάρος της φέρουσας κατασκευής των οικοδομικών υλικών που συγκροτούν τον στατικό φορέα της κατασκευής. Τα κινητά είναι μεταβλητά φορτία και αποτελούνται από τους τοίχους, τα έπιπλα, τους ανθρώπους και άλλα φέροντα κατασκευαστικά φορτία. Τα θερμικά φορτία αποτελούν τάσεις λόγω παραμορφώσεων. Οι θερμοκρασιακές διαστολές και συστολές που μεταβάλλουν το σχήμα και τις διαστάσεις των κατασκευών, ισοδυναμούν με τεράστιες φορτίσεις, μη ορατές αλλά ιδιαίτερα επικίνδυνες. Τα δυναμικά φορτία αλλάζουν θέση και τιμή σε μικρά χρονικά διαστήματα ή επενεργούν αιφνιδίως. Ασκούνται είτε απότομα ως κρουστικά φορτία, είτε ως περιοδικά με επαναλαμβανόμενη εφαρμογή και με προοδευτική ταλάντωση. Τα σεισμικά φορτία έχουν κρουστικό χαρακτήρα. Μεταδίδονται μέσω των θεμελίων και οφείλονται σε μετακινήσεις του εδάφους οι οποίες προκαλούν ταλαντώσεις.

Δοκοί

Η έννοια της δοκού, που θα μας απασχολήσει παρακάτω, ταυτίζεται με τους ευθύγραμμους γραμμικούς φορείς (περίπτωση 3α), και είναι ένα κατασκευαστικό στοιχείο που μπορεί να φέρει εξωτερικά φορτία οποιασδήποτε μορφής.  Η απλούστερη δοκός αποτελείται από μια πρισματική ράβδο, που στηρίζεται στα άκρα της ελεύθερα πάνω σε δύο στηρίγματα.

Στην πραγματικότητα η δοκός δεν μπορεί να νοηθεί χωρίς πάχος, αλλά ούτε και τα στηρίγματα χωρίς έκταση. Στη θεωρία όμως, μας είναι αρκετό να θεωρούμε τη δοκό μεν σαν ευθύγραμμο τμήμα που ταυτίζεται με τον άξονά της, ενώ τα στηρίγματά της σαν γεωμετρικά σημεία.  Έτσι φθάνουμε στην εξιδανικευμένη μορφή της απλής αμφιέρειστης δοκού.  Ακόμα υποθέτουμε ότι το ένα στήριγμα της δοκού είναι αμετάθετο, ενώ το άλλο μπορεί να μετακινηθεί στην επιφάνεια στήριξης χωρίς τριβές.

Η απόσταση ανάμεσα στα δύο στηρίγματα της δοκού ονομάζεται θεωρητικό άνοιγμα και συμβολίζεται με l για να διακρίνεται από το ελεύθερο άνοιγμα lw που παριστάνει την εσωτερική απόσταση ανάμεσα από τους τοίχους στήριξης. Ένα άλλο είδος δοκού είναι ο πρόβολος. Αποτελείται από μια ράβδο της οποίας το ένα άκρο είναι καλά εντοιχισμένο, ενώ το άλλο της άκρο είναι ελεύθερο. Το μήκος που προεξέχει είναι το μήκος l του προβόλου.

Η απλή αμφιέρειστη δοκός μπορεί να φέρει πρόβολο προς τα αριστερά ή δεξιά οπότε λέγεται (μονο)προέχουσα.  Επίσης μπορεί να φέρει πρόβολο και από τα δύο μέρη, οπότε λέγεται αμφιπροέχουσα.  Αν η δοκός εκτείνεται χωρίς διακοπή πάνω από πολλά στηρίγματα, τότε λέγεται συνεχής.  Μερικές φορές η συνέχεια διακόπτεται από αρθρώσεις σε κατάλληλες θέσεις και αριθμό, οπότε η δοκός ονομάζεται αρθρωτή ή δοκός Gerber.  Τέλος το σώμα των δοκών είναι άλλοτε συμπαγές, όπως π.χ. σε μια δοκό από οπλισμένο σκυρόδεμα, άλλοτε είναι δικτυωτό, δηλαδή αποτελείται από πολλές ράβδους στο ίδιο επίπεδο που συνδέονται αρθρωτά μεταξύ τους. Γι’ αυτό οι πρώτες ονομάζονται ολόσωμοι δοκοί ενώ οι δεύτερες δικτυωτές.  Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις δοκών ή φορέων, ο προσδιορισμός των τάσεων σαν αποτέλεσμα εσωτερικών δυνάμεων, αποτελεί αντικείμενο μελέτης της Αντοχής των Υλικών και μπορεί να γίνει μόνο αν ληφθούν υπόψη και οι παραμορφώσεις του σώματος.  Αντίθετα ο προσδιορισμός της συνισταμένης των τάσεων, που γίνεται πριν από τον υπολογισμό των τάσεων, αποτελεί πρόβλημα της Δομικής Στατικής και γίνεται με τη βοήθεια των στερεοστατικών εξισώσεων ισορροπίας σε αποτεμνόμενο τμήμα του σώματος. Στις περιπτώσεις αυτές ο φορέας ονομάζεται εσωτερικά στατικά ορισμένος.  Όταν όμως οι τρεις στερεοστατικές εξισώσεις ισορροπίας χρησιμοποιηθούν αποκλειστικά για τον προσδιορισμό των εξωτερικών αντιδράσεων, τότε ο φορέας ονομάζεται εξωτερικά στατικά ορισμένος.  Αν τώρα ένας φορέας είναι και εσωτερικά και εξωτερικά στατικά ορισμένος, τότε ονομάζεται απλά στατικά ορισμένος ή ισοστατικός. Επειδή οι περισσότεροι φορείς είναι εσωτερικά στατικά ορισμένοι, θεωρούμε έναν φορέα σαν ισοστατικό όταν το πλήθος των αντιδράσεών του (α) δεν ξεπερνά τον αριθμό 3 που είναι οι στερεοστατικές εξισώσεις ισορροπίας.  Στην αντίθετη περίπτωση, όπου α > 3, ο φορέας ονομάζεται υπερστατικός με βαθμό στατικής αοριστίας τον αριθμό ν = α – 3.

Εσχάρες

Η δοκός είναι ο γραμμικός - σε οριζόντια έννοια - φορέας, του οποίου τα άκρα εδράζονται είτε στα κατακόρυφα στοιχεία του Φ.Ο., δηλαδή τους στύλους ή τα τοιχώματα, είτε σε άλλες δοκούς. Στη δεύτερη περίπτωση, πρωτεύουσες και δευτερεύουσες δοκοί συνεργάζονται και συγκροτούν μια εσχάρα δοκών. Η κτιριολογική σκοπιμότητα της δοκού είναι προφανώς τεραστία, μια και μ' αυτήν γίνεται δυνατό να πραγματοποιηθεί με οικονομικό τρόπο η γεφύρωση μεγάλων ανοιγμάτων. Όπως με το στύλο, έτσι και με τη δοκό, η διαφορά στη σχέση του ύψους της εγκάρσιας διατομής της προς το μήκος της, δηλαδή το μήκος του ανοίγματος που γεφυρώνει, είναι πολύ μεγάλη. Οι εσχάρες είναι πολύ αποτελεσματικοί φορείς, πράγμα που οφείλετε στη δισδιάστατη λειτουργία τους. Οι ορθογωνικές εσχάρες έχουν μικρότερο λόγο ύψους δοκού προς άνοιγμα, σε σύγκριση με τα συστήματα παράλληλων δοκών. Στα συστήματα των παράλληλων δοκών που χρησιμοποιούμε στις συνηθισμένες κατασκευές, ο λόγος ύψος δοκού προς άνοιγμα κυμαίνεται από 1/10 εώς 1/20, και διαφοροποιείται λίγο ανάλογα με το υλικό, αλλά σίγουρα δεν μπορεί να είναι μικρότερη από 1/20. Αντίθετα, οι ορθογωνικές εσχάρες δοκών, που έχουν περίπου ίσες πλευρές, ο λόγος αυτός μπορεί να φτάσει το 1/30 με 1/40, γεγονός που επιτρέπει για παράδειγμα αν χρησιμοποιηθούν εσχάρες σε επάλληλους ορόφους ενός κτιρίου, να μπορεί να μειωθεί το συνολικό του ύψος, και εν συνεπεία το κόστος κατασκευής του. Στο τελευταίο, αποτρεπτικός παράγοντας είναι το κόστος των συνδέσεων. Μία αναφορά αξίζει να γίνει στις λοξές εσχάρες, που σχηματίζονται αν δύο σειρές των παράλληλων δοκών τέμνονται με γωνία διαφορετική από την ορθή. Είναι πιο ενδεδειγμένη λύση για την κάλυψη ορθογωνικών επιφανειών που τα μήκη των πλευρών τους διαφέρουν σημαντικά. Αυτό συμβαίνει γιατί προκύπτουν δυο σειρές παράλληλων δοκών που τα μήκη τους δε θα διαφέρουν σημαντικά, εξασφαλίζοντας έτσι τη δισδιάστατη λειτουργία. Επιπλέον, ο δοκοί που βρίσκονται κοντά στις γωνίες είναι κοντύτερες, άρα και πολύ πιο άκαμπτες από τις υπόλοιπες, ενισχύοντας τις γωνιακές περιοχές της εσχάρας. Στις λοξές εσχάρες ο λόγος ύψος προς άνοιγμα της δοκού μειώνεται στο 1/40 με 1/60

Πλάκες

Η πλάκα είναι ένα μονολιθικό στοιχείο με σχετικά μικρό πάχος. Η απλή αμφιέριστη πλάκα, ενώ μοιάζει να είναι επιφανειακό δομικό στοιχείο του Φ.Ο., ως φορέας λειτουργεί σαν ένα σύνολο γραμμικών δοκίδων, οι οποίες κατά το στατικό υπολογισμό, όταν πρόκειται για ομοιόμορφα καθολικά φορτία, θεωρούνται ότι εργάζονται ανεξάρτητα, σαν να μην ανήκουν σε έναν ενιαίο φορέα. Έτσι, όταν μια περιμετρικά εδραζόμενη ορθογωνική πλάκα έχει σχήμα έντονα παραλληλόγραμμο, για να απλοποιηθούν οι υπολογισμοί, θεωρείται ότι αναλύεται κατά την κατεύθυνση της μικρότερής της διάστασης σε μια δέσμη υποθετικών δοκίδων, που εδράζονται στις κύριες δοκούς. Όπως στην πραγματικότητα οι δοκίδες αυτές δεν εδράζονται πάνω στις κυρίες δοκούς σαν νεκρά φορτία, όπως στις ξύλινες κατασκευές, αλλά - όπως ήδη αναφέρθηκε- εισχωρούν μέσα τους με αποτέλεσμα δοκός και πλάκα να συνεργάζονται. Τη συνεργασία αυτή την εξασφαλίζει η ιδιότητα που έχει το μπετόν-αρμέ να είναι μονολιθικό, μιαν ιδιότητα που επιβάλλει στους στατικούς υπολογισμούς την παραδοχή ότι πλάκα και δοκός συνεργάζονται στο σημείο στήριξης και συναποτελούν μια διατομή ενιαία, σχήματος Τ. Και είναι αυτή η διατομή ένα νέο φέρον γραμμικό δομικό στοιχείο που δημιούργησε το οπλισμένο σκυρόδεμα,  η πλακοδοκός.

 Αν θεωρηθεί πως η δέσμη των υποθετικών δοκίδων αραιώσει, και αντιμετωπίσουμε κάθε μια από αυτές, τις αραιωμένες πια δοκίδες, μαζί με το συνεργαζόμενο τμήμα της πλάκας τους, σαν πλακοδοκό, διαπιστώνουμε ότι ένα τμήμα του πάχους της πλάκας, που δεν εργάζεται σε θλίψη (εφελκυόμενη περιοχή), είναι ουσιαστικά περιττό υλικό. Αφαιρώντας αυτη την περιττή μάζα σκυροδέματος διαπιστώνουμε τότε πως δημιουργείται έτσι μια πλάκα με νευρώσεις. Το περιττό σκυρόδεμα μπορεί να αφαιρεθεί τελείως η να αντικατασταθεί με τούβλα ή άλλο ελαφρότερο υλικό, με τον τρόπο αυτό προκύπτει αντίστοιχα η δοκιδωτή πλάκα ή η πλάκα zollner. Και στις δυο αυτές περιπτώσεις στατικής επίλυσης επιτυγχάνεται μεγάλη οικονομία υλικού και κατά συνέπεια μεγάλη μείωση του ίδιου βάρους της κατασκευής. Ταυτόχρονα γίνεται δυνατό να καλυφθούν χώροι πολύ πιο μεγάλοι, απ' ότι με μια απλή αμφιέριστη πλάκα, μια και με τις νευρώσεις οι αντοχές αυξάνουν σημαντικά. Κι αυτό φυσικά έχει ως συνέπεια να γίνεται ο Φ.Ο. πιο ευέλικτος, και να δίνονται στατικές λύσεις που να προσαρμόζονται καλύτερα στην κτιριολογική διάταξη του κτιρίου.

Οι τετραέριστες (σταυροειδείς) και μυκητοειδείς πλάκες προκύπτουν όταν ο στατικός υπολογισμός θεωρήσει την πλάκα δισδιάστατο φορέα. Με την αντιμετώπιση αυτή καταργούνται οι δοκίδες και, σε αντίθεση με την απλή αμφιέριστη πλάκα, ο φορέας εκτείνεται στο χώρο μονοκόμματος, ως ένα ενιαίο σύνολο από δυο κάθετες σειρές πεπλατυσμένων δοκών, που φέρουν κατά τις δυο διευθύνσεις. Η τετράεριστη πλάκα μπορεί και να εδράζεται απ' ευθείας στους στύλους δίχως την παρεμβολή δοκών. Συνδέεται τότε με το Φ.Ο. όχι με γραμμικά στοιχεία αλλά με έδραση περιορισμένης επιφάνειας, όση η διατομή του στύλου, ή λίγο μεγαλύτερης, αν δημιουργηθεί κιονόκρανο. Η πλάκα έτσι συνέχεται με το στύλο, για να διαμορφώσει τη μυκητοειδή πλάκα. Οι μυκητοειδείς πλάκες παρουσιάζουν το κατασκευαστικό πλεονέκτημα ότι η κάτω παρειά τους είναι τελείως καθαρή, κάτι που επιτρέπει τους αγωγούς των μηχανολογικών συστημάτων να τρέχουν ελεύθερα, χωρίς να κάμπτονται από τις δοκούς, μειώνοντας έτσι σημαντικά το κόστος των μηχανολογικών εγκαταστάσεων. Ταυτόχρονα οι μυκητοειδείς πλάκες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε συνδυασμό με χαλύβδινα υποστυλώματα. Επιπλέον αυτές οι πλάκες χρησιμοποιούνται στα προκατασκευασμένα κτίρια, τόσο σαν πατώματα, όσο και ως τοιχώματα.

Η πτυχωτή πλάκα είναι αποτέλεσμα της ικανότητας που έχουν οι επιφανειακοί φορείς από οπλισμένο σκυρόδεμα  να «πτυχώνονται» στο χώρο. Ο επιφανειακός φορέας, όταν πτυχώνεται, μπορεί να διαμορφώνει στέγες δίριχτες, τρίριχτες ή πριονόσχημες, μπορεί ακόμα να διαμορφώνει και στέγαση με αναβαθμούς, που να παρακολουθούν την κλίση του εδάφους. Όταν πάλι μια πλάκα πτυχώνεται σαν πρίσμα γραμμένο σε κυλινδρικό θόλο, μπορεί να αποτελέσει στέγαστρο πολυγωνικού σχήματος. Στην περίπτωση όμως αυτή, η κατασκευή, είναι οικονομικά ασύμφορη. Λόγοι στατικοί επιβάλλουν τότε αυξημένο οπλισμό και διατομές μεγαλύτερες, από ότι αν η μορφή διαμορφωνόταν σε πραγματικό θόλο, άλλωστε μια πλάκα, όταν πτυχωθεί ομαλά, φυσιολογικά εξελίσσεται σε θόλο.

Επίσης το οπλισμένο σκυρόδεμα μπορεί να συνδυαστεί με πλίνθους, για να σχηματιστεί μια σύνθετη κατασκευή. Οι κούφιο πλίνθοι τοποθετούνται σε ένα οριζόντιο υπόστρωμα από σανίδες. Μεταξύ των πλίνθων τοποθετούνται οι οπλισμοί της πλάκας και μετά τη σκυροδέτηση σχηματίζονται εκεί οι νευρώσεις. Τέλος μια στρώση σκυροδέματος διαστρώνεται πάνω από τους πλίνθους για να σχηματιστεί η πλάκα. Οι νευρώσεις μπορούν να διαταχθούν σε μία ή δύο διευθύνσεις, ενώ και οι πλίνθοι είναι δυνατό να αντικατασταθούν από άλλο μονωτικό υλικό.

Κελύφη

Ο θόλος, όπως και ο τρούλος είναι φέροντα στοιχεία που έρχονται από τα πολύ παλιά χρόνια, αρκετά διαδεδομένα ως κατασκευές, ικανές να σκεπάσουν πολύ μεγάλα ανοίγματα. Με την εμφάνιση του μπετόν ήταν πολύ φυσικό να δοκιμαστούν οι δυνατότητές του ως υλικού, για τη διαμόρφωση και επανάληψη τέτοιων καμπύλων μορφών, που τόσο εκπληκτικά αισθητικά αποτελέσματα είχαν δώσει μέχρι τότε. Ο θόλος από μπετόν-αρμέ, πρέπει να θεωρηθεί ότι αποτελεί την εξέλιξη μιας πτυχωτής πλάκας. Η θολωτή αυτή κατασκευή στην απλούστερή της εφαρμογή είναι ολόσωμη. Μπορεί όμως ο θόλος να σχηματίζεται από τοξοτές νευρώσεις που συγκροτούν ένα άθροισμα γραμμικών φορέων. Οι φορείς αυτοί, μορφολογικά, σχηματίζουν ένα θόλο. Καθώς διασταυρώνονται στο χώρο διαμορφώνουν το σφαιρικό θόλο ή τρούλο. Όταν ο τρούλος κατασκευάζεται με νευρώσεις, αυτές πρέπει υποχρεωτικά να συνδέονται με οριζόντια στεφάνια ανθεκτικά, για να παραλάβουν τη θλίψη και την κάμψη, που εμφανίζονται στην κορυφή του τρούλου και τον εφελκυσμό που δημιουργείται στη βάση του. Τέτοιες κατασκευές μπορούν να σκεπάσουν χώρους με άνοιγμα μεγαλύτερο από70 μέτρα.

 Το κέλυφος είναι το αποτέλεσμα της προσπάθειας να χρησιμοποιηθεί μια φερόμενη επιφάνεια και σαν φέρουσα με βασικό στόχο να κατακτηθεί το μέγιστο δυνατό αποτέλεσμα με τη μικρότερη ανάλωση της ύλης. Για να αντιληφθεί κανείς τη στατική ιδιοτυπία του κελύφους αρκεί να φανταστεί άπειρους καμπύλους γραμμικούς φορείς, να διασταυρώνονται στο χώρο, πάνω σε νοερές επιφάνειες, σχηματίζοντας έτσι μια μεμβράνη. Όταν η μεμβράνη αυτή αποκτήσει μια σχετική ακαμψία θεωρείται σαν κέλυφος, ένας καμπυλωμένος φορέας, ένα τόξο ικανό να φέρει όχι μόνο προς την κατεύθυνση της καμπύλης του, αλλά και της γενέτειράς του. Δημιουργείται έτσι ένας φορέας τριών διαστάσεων, που μπορεί να στεγάσει χώρους έχοντας πάχος ελάχιστο σε σχέση με το άνοιγμα των χώρων αυτών. Έχει δηλαδή την ίδια σχέση ανοίγματος προς πάχος, που υπάρχει στο κέλυφος του αυγού και λειτουργεί ακριβώς όπως κι αυτό: σαν μεμβράνη με μειωμένη τοπική ακαμψία, αλλά αυτοφερόμενη.

Βιβλιογραφία

·         Χρήστος Γ. Αθανασόπουλος - Κατασκευή Κτιρίων, Σύνθεση και Τεχνολογία

·         M. Salvadori, R. Heller-Η φέρουσα κατασκευή στην Αρχιτεκτονική

·         Μαλινδρέτος Μιχάλης -Δομική Φυσική Βασικές αρχές και εφαρμογές

·         Ι.Ε. Αβραμίδη, Α.Δ. Καταβέλου, Κ.Ε. Μορφίδη – Χάλυβες οπλισμού σκυροδέματος(2009, εκδόσεις ‘’Σοφία’’, Θεσσαλονίκη)