ÇalıĢma kapsamında tümü prefabrike elemanlardan oluĢan, döĢeme tipi bir model yapı oluĢturulmuĢtur, “Model 1”. Yapının kısa doğrultusunda dıĢ kenarlarda perdeler yer almaktadır. Bu perdeler taĢıyıcı panellerin yatay olarak yerleĢtirilmesiyle oluĢturulmuĢtur. Prefabrike elemanların birbirleri ile bağlantılarında kullanılan bağlantı pimlerinin daha gerçekçi iç kuvvetler altında çözümlemesinin yapılabilmesi için oluĢturulan örnek model bazı değiĢiklikler yapılarak irdelenmiĢtir. “Model 2” de döĢeme düzlem içi davranıĢında rijit diyafram kabulü olmadığı varsayımıyla yapı tekrar incelenmiĢtir. “Model 3”‟de yatay perde panellerinin birbirleri ile ve temel ile bağlantılı olarak modellenmesiyle perde kolon bağlantılarındaki iç kuvvet değiĢimlerinin gözlenmesi amaçlanmıĢtır. Daha once moment aktaran Ģekilde tasarlanan çerçeve bağlantılarının moment aktarmayan tipte olması durumunun irdelenmesi için “Model 4” oluĢturulmuĢtur. Bu incelemelerden sonra ise prefabrike elemanların ve özellikle bağlantı elemanlarının doğrusal olmayan davranıĢlarının değerlendirilmesi amacıyla önerilen yapı modeli “yük artımı” ve “zaman artımı” yöntemleriyle incelenmiĢtir.
Sonuç olarak depreme dayanıklı çok katlı prefabrike bir yapıyı bağlantı bölgelerinde yerinde dökme beton kullanmadan monolitik yapılardakine yakın bir süneklikte tasarlamanın mümkün olabildiği görülmüĢtür. Kavrama betonuna ihtiyaç duymadan binanın taĢıyıcı çerçevelerini yassı panel kiriĢ elemanlardan oluĢturarak döĢeme seviyesinde düz bir zemin elde ederek çok daha pratik ve hızlı bina üretmek mümkün olmaktadır. Bu yönde sürdürülen pek çok güncel deneysel çalıĢma da bulunmaktadır. Bunlardan biri Avrupa Birliği destekli olarak yürütülen “SAFECAST” projesidir. Proje kapsamında prefabrike yapılarda mekanik bağlantıların performansları ile ilgili deneysel ve analitik çalıĢmalar devam etmektedir.
Tasarım aĢamasında döĢemenin düzlemi içindeki davranıĢının esnek ya da rijit diyafram olarak kabul edilmesi yapı modeli üzerinde önemli değiĢikliklere neden olmaktadır. Ġlk kattaki göreli kat ötelemesi üst katlara göre çok daha büyük olacağından temel kotunda mesnetleri ankastre kabul edilen, çok katlı bir yapıda bu
etkiler özellikle ilk katta oluĢur. DBYBHY 2007‟de rijit diyafram yapılar için tarifi yapılan A1 türü burulma düzensizliğinin, döĢemenin düzlem içinde rijit diyafram olarak çalıĢmadığı ve önemli yatay yük taĢıyıcı elemanların bulunduğu doğrultunun diğerine göre belirgin olarak daha kısa olan “döĢeme tipi” (slab-type) binalarda, burulma benzeri davranıĢ ile çok daha olumsuz etkilere neden olabilmektedir. Sözü edilen bu olumsuz etkileri incelemek amacı ile yapılan bu çalıĢmada göz önüne alınan model üzerinde aĢağıdaki sonuçlar gözlenmiĢtir.
1 ) DöĢemelerin düzlemleri içinde rijit diyafram davrandığı kabulüyle yapılan bir tasarımda, kısa yöndeki deprem etkisi altında yapının orta bölgesindeki kolonlarda çok önemli iç kuvvetler oluĢmazken, bu yöndeki kuvvetlerin büyük bir kısmını beklendiği gibi kenardaki perde elemanlar almaktadır. DöĢemenin düzlemi içinde esnek davranmasına izin verildiğinde kısa yönde binanın periyodu uzamakta ve buna paralel olarak deprem kuvveti belirli miktar azalmaktadır. Ancak buna rağmen orta kolonların döĢemenin burulma benzeri davranıĢına paralel olarak daha önce yapılan boyutlandırmaya göre yetersiz kaldığı, kenarlardaki perde elemanlarda toplanan deprem kuvvetlerinin beklendiği gibi bir ölçüde orta kolonlara kaydığı görülmektedir.
2 ) Panel elemanların kat seviyesinde birbirleriyle olan bağlantıları, döĢemenin düzlemi içinde rijit diyafram olarak tasarlandığı modelde iki yöndeki deprem etkileri altında hiçbir Ģekilde zorlanmamıĢtır. DöĢeme davranıĢının esnek olduğu durumda ise kısa yönde etkiyen deprem kuvveti altında tüm kat döĢemesi boyunca ortadaki bağlantı elemanlarından kenarda olanlara doğru artan bir kayma deformasyonu ve buna bağlı olarak bağlantı elemanlarında kesme kuvvetleri oluĢtuğu görülmüĢtür. 3) DöĢemenin düzlemi içinde rijit diyafram olarak davranmadığı varsayımında, uzun yönde, kolonların kenarlarındaki konsollara bağlanan panel kiriĢlerin bağlantısında kullanılan elemanlarda, kısa doğrultudaki deprem etkisi altında, depremin yönü ile bağlantılı olarak eksenel basınç ve eksenel çekme kuvvetleri meydana gelmektedir. 4 ) Ġlk yaklaĢım olarak oluĢturulan ve “Model 1” adı verilen örnek yapı modelinde taĢıyıcı sistem davranıĢ katsayısı R, süneklik düzeyi yüksek binalarda DBYBHY 2007‟nin öngördüğü Ģekilde uzun yönde 7, kısa yönde ise 6 alınmıĢtır. Bu kabul bağlantıları tersinir momentleri aktarabilen yapılar için öngörülmüĢ değeri iĢaret etmektedir. “Model 4” adlı örnek modelde ise, moment aktaran bağlantı elemanlarının tipleri mafsallı bağlantıya çevrilerek model yeniden irdelenmiĢtir.
Çerçeve oluĢturan panel kiriĢlerin kolonların uçlarındaki konsollar ile bağlantı yaptığı bölgelerin, düĢey yükler altında eğilme momentinin sıfıra çok yakın olduğu bölgeye denk gelmesi ve yatay yükleme altında ise bu kesitte oluĢan deprem momentlerinin çok düĢük kalması nedeniyle çerçeve bağlantılarının moment aktarır kabulü deprem yönetmeliğinin varsaydığı kadar önemli yapısal değiĢikliklere neden olmamaktadır. Aynı deprem kuvveti altında çözülen “Model 1” ve “Model 4” örnek yapılarında birbirine çok yakın iç kuvvetler hesaplanmaktadır. Bu çalıĢmadaki örnek “Model 4” için taĢıyıcı sistem davranıĢ katsayısının DBYBHY 2007‟de süneklik düzeyi yüksek binalarda çerçeve bağlantılarının mafsallı olması durumunda X yönünde 3‟e , Y yönünde ise 5‟e düĢürülmesi öngörülmektedir. Halbuki bu yapının benzer davranıĢ gösterdiği çerçeve bağlantıları mafsallı modele uygun olarak deprem yönetmeliğinin öngördüğü katsayılarla hesap yapılması durumunda ise iç kuvvet değerlerinin bundan çok daha büyük olacağı anlaĢılmıĢtır. Sonuç olarak bu çalıĢmada incelenen model için DBYBHY 2007‟de bağlantı tiplerine gore belirlenen “taĢıyıcı sistem davranıĢ katsayısı”nın, prefabrike elemanlardan oluĢan ve çerçeve kiriĢlerinin kolonların çevresindeki konsollara bağlandığı yapılarda bağlantının moment aktarma koĢuluna bağlı olmadığı görülmüĢtür.
5 ) Yapılan doğrusal çözümleme sonrası perde olarak kullanılan yatay panel elemanların kolonlar ile bağlantılarının uygulamada pek çok yerde yapıldığı gibi sadece iki ucundan ikiĢer noktada yapılmasının bu bağlantıları uzun yöndeki deprem etkisi altında ezilme ve kısa yöndeki deprem etkisi altında kayma ĢekildeğiĢtirmeleri açısından aĢırı zorlamakta olduğu görülmüĢtür. Bunun sonucunda perde panellerinin temele sadece düĢey yük aktarmak yerine, temele kesme kuvveti de aktaracak Ģekilde bağlantı elemanları ile bağlanması gerektiği ayrıca perde panellerinin kesme kuvvetini temeldeki bağlantılara aktarabilmek için kolonlar ile yaptıkları birleĢimlerin dıĢında birbirleri ile de 6 noktadan bağlanmalarının gerektiği anlaĢılmıĢtır.
6 ) Ġki yönde yapılan yük artımı analizlerinin sonucunda bağlantıların doğrusal olarak yük aldıkları kabulüyle sadece betonarme elemanlar açısından yapı irdelendiğinde sistemin göçme durumuna kolonların alt ve üst noktalarından mafsallaĢarak geçtiği görülmektedir. Kolonların uçlarındaki konsollara binen panel kiriĢlerin, daha önce de açıklandığı üzere çok düĢük momentler aktardıkları ve bu yüzden kiriĢ elemanların yatay yükleme altında çok zorlanmadıkları itme analizinde tekrar görülmektedir.
7 ) Prefabrike elemanların bağlantı bölgelerinde kullanılan birleĢim elemanlarının “kapasite tasarımı” için literatürdeki bazı çalıĢmalar uygulanarak yapılan yaklaĢım, kısa yöndeki çerçevelerde deprem hesabı sonucu oluĢan iç kuvvetlerden düĢük kalmaktadır. Buna göre Biondini, Toniolo ve Tsionis‟in önerdikleri 1.25 olan güvenlik katsayısı, 1.35 olmaktadır. DöĢeme bağlantılarının kapasite tasarımına gore hesaplanan kesme kuvveti değeri ise, en çok zorlanan kenar bağlantı elemanlarında oluĢan kesme kuvveti değerinden daha küçük olmaktadır. DöĢeme düzlem içi davranıĢında yapılan varsayımın bağlantı elemanlarını elveriĢsiz duruma getirebileceği, bazı bağlantılarda kapasite tasarımında elde edilen değerden daha büyük iç kuvvetler hesaplanmasıyla bir kez daha görülmektedir.
8 ) Boyutlandırma aĢamasında deprem yönetmeliğinin prefabrike bağlantı elemanlarında önerdiği “iç kuvvetlerin 1.5 katı alınması” esasına uygun olarak tasarımı yapılan elemanların bölgesel sünekliklerinin yapı sünekliğini etkileyecek düzeyde yetersiz kaldıkları ve itme analizinde betonarme elemanlardan çok önce akma dayanımlarına ulaĢtıkları görülmüĢtür. Bağlantı elemanlarının hesapları, taĢıyıcı sistem davranıĢ katsayısı 7 ve 6 olarak belirlenmiĢ deprem hesabı sonucunda oluĢan iç kuvvet değerlerinin 1.5 katı alınarak elde edilen kuvvetlere göre yapılmıĢtır. Bu Ģekilde yapılan hesap sonucu yapı her iki yönde de beklenen sünekliği sergileyememiĢ, süneklik katsayısı her iki yönde de, yönetmeliğin öngördüğü davranıĢ katsayılarına ulaĢamamıĢtır. Bağlantı elemanlarının çapları ve sayıları daha önce anlatıldığı ölçüde arttırılarak bu bölgelerdeki bölgesel süneklikler artırılmıĢ buna bağlı olarak yapının sünekliği de öngörülene yaklaĢtırılmıĢtır. DBYBHY 2007‟de önerilen “1.5 kat artırılmıĢ iç kuvvet” önerisinin incelenen modelde yetersiz kaldığı ve istenilen sünekliğin sağlanabilmesi için hesaplanan iç kuvvetlerin bu çalıĢmadaki örnek yapıda yaklaĢık 5 kat artırılması gerektiği çözümleme sonucunda gözlenmiĢtir.
9 ) Zaman tanım alanında lineer olmayan çözümleme sonucu sistemin çift yönlü yükler altında davranıĢının incelenmesiyle döĢeme paneli – perde, kiriĢ - kolon ve perde – kolon bağlantılarının deneysel çalıĢmalarda elde edilen sonuçlara benzer Ģekilde dayanım göstererek akma durumuna geldikleri, döĢeme ortasındaki bağlantıların ise lineer bölgede kaldığı görülmüĢtür. DöĢemede açılabilecek toplam döĢemenin yüzde biri kadar olabilecek çok küçük boĢlukların bağlantı elemanları üzerindeki etkisinin çok önemli ölçülere varabildiği gözlenmiĢtir. Prefabrike
elemanlar için ise uygulanan yedi adet kuvvetli yer hareketi altında döĢemenin düzlem içi rijit diyafram kabulünün olmadığı durumda orta bölgedeki kolonların plastikleĢtiği, rijit diyafram kabulünün geçerli olması durumunda ise betonarme elemanların lineer bölgede kaldığı görülmüĢtür. Sonuç olarak yönetmeliklere uygun olarak boyutlandırılan bağlantı elemanlarının yük artımı yönteminde olduğu gibi iki yönlü yükleme altında, zaman artımı yöntemiyle çözülmesinde de doğrusal olmayan davranıĢlarındaki süneklikleri yetersiz kalabilmektedir. Bağlantıları yeterli süneklikte olan prefabrike bir yapı tasarımı için yönetmeliklerce önerilen güvenlik katsayılarının incelenmesi gerektiği anlaĢılmaktadır.
10 ) Bu çalıĢmanın devamında incelenebilecek bir konu olarak kolon kapasite tahkiklerinin, panel kiriĢ elemanlara göre değil, kolon çevresindeki konsol kesitlerine göre yapılması durumunda yapıdaki prefabrike elemanların ve bağlantı elemanlarının gösterdikleri performans aĢağıdaki Ģekillerde özetlenmiĢtir, ġekil 8.1,8.2,8.3.
ġekil 8.1 : 2. adım sonunda akma durumundaki bağlantı elemanları.
ġekil 8.2 : 5. adım sonunda göçme durumunda orta kısımdaki çerçeve .
a - 4. adım b - 5. adım
ġekil 8.3 : Göçme durumunda orta kısımdaki çerçeve – 3b.
Söz edilen bu yeni durumda sistemin göçme mekanizmasının “kolon mekanizması” Ģeklinde olmayıp daha tercih edilir olan, çerçeve oluĢturan konsol kesitlerinin plastikleĢmesine bağlı olarak gerçekleĢeceği görülmektedir. Bu çalıĢmadaki yapı modeline benzer bina türü yapılarda lineer olmayan davranıĢın irdelenmesinde kolon çevresindeki bu konsol kesitlerinin araĢtırılması gerektiği açıktır. Yönetmeliklerde güçlü kolon-zayıf kiriĢ gibi kontrollerin çerçevelerin kolonların çevresindeki kısa konsollar ile oluĢturulduğu prefabrike binalarda çerçeve kiriĢlerine göre değil kolon çıkmalarının kapasitelerine göre incelenmesi sonucunda yapı davranıĢı önemli ölçüde değiĢebilecektir. Bu çalıĢmanın devamı niteliğinde olabilecek bir çalıĢmada bu durum incelenmesi gereken bir konu olarak değerlendirilmelidir.
Tüm birleĢimlerin saplamalar Ģeklinde yapılması durumunda saplama çevresinde betonda deformasyon olmayacak Ģekilde önlem alındığı varsayılarak saplamada büyük kayma süneklikleri gerekmektedir. Bu mertebelerin incelenen örnek için döĢeme bağlantılarında “90” yatay perde panellerinin kolon ile bağlantılarında “250” dolayında olduğu görülmektedir. Bunu sağlamanın güç olduğu açıktır. Soruna
mühendisçe bir çözüm saplama çevresindeki betonda önlenmesi zor olan Ģekil değiĢtirmelerin de göz önüne alındığı bölgesel sünekliklerden yararlanma yoludur. Saplamaların tamamen elastik davranacak biçimde kapasite tasarımı esasları ile boyutlandırılması büyük kesitleri gerektirdiği gibi bu kesitlerin maruz kalabileceği iki yönlü kuvvetlerin saplamayla birleĢtirilen prefabrike betonarme elemanlarda hasar oluĢturması kaçınılmaz gözükmektedir. Bağlantı elemanlarının yanı sıra bağlantı bölgesindeki birbirleriyle bağlanan elemanlarda beton ezilmesinin de sonlu elemanlar yöntemleri ile incelendiği yeni çalıĢmalara gerek olduğu bu çalıĢma sonucunda anlaĢılmaktadır.
11 ) Simetrik davranıĢ göstermeyen bağlantılar için pivot modelin uygulanmasında gözlenebilecek farklar, Fy ve β değerlerinde yapılan değiĢiklikler ile aĢağıdaki
yükleme çevrimlerinde görülmektedir. Buna göre akma noktasındaki kesme kuvveti değerlerinde Fy2= 0.5Fy1 , yükleme çevrimindeki geri dönüĢ kollarının yığıldığı
noktayı tanımlayan β katsayısında β2 = 0.5β1 varsayımları ile 1 numaralı üretilmiĢ
deprem kaydı altında bağlantının davranıĢındaki değiĢim gözlenmiĢtir. Simetrinin kaybolmasıyla birlikte akma dayanımının yarıya düĢtüğü yönde ĢekildeğiĢtirmelerin önemli ölçüde artıĢ gösterdiği görülmüĢtür, ġekil 8.4.
ġekil 8.4 : DöĢeme-perde bağlantılarında deprem doğrultusundaki kesme kuvveti – deplasman iliĢkisi.
KAYNAKLAR
BaĢot, T., 2011. Taslak halindeki Ġstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliğinin mevcut bir yüksek yapı için uygulanması Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul.
Biondini, F., Toniolo and G., Tsionis G., 2010. Capacity Design and Seismic Performance of Multi-Storey Precast Structures. European Journal of Environmental and Civil Engineering,Vol. 14 – no:1/2010.
Celep, Z., 2008. Betonarme taĢıyıcı sistemlerde kapasite tasarımı. İnşaat Mühendisleri Odası meslek içi eğitim seminerleri, Ġstanbul.
DBYBHY, 2007. Deprem bölgelerinde yapılacak binalar hakkında yönetmelik , Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara.
EN-1992-1-3, 1996. Design of concrete structures – precast concrete elements, European Committee for Standardization, Brussels.
EN-1998, 1996. Design of structures for earthquake resistance, European Committee for Standardization, Brussels.
Ersoy, U., Tankut, T., 1990. Depreme dayanıklı prefabrike yapılar, Temel ilkeler. ODTÜ, Ankara.
ErtaĢ, O., 2005. Ductilee beam-column connections in precast concrete moment resisting frames. PhD Thesis, Bogazici University, Istanbul.
Fischinger, M., Kramar, M., and Isakovic, T., 2010. Finite element of the dowel mechanism, development of analytical models. SAFECAST-UL report No.5, Ljubljana.
KuĢçu, N., A., 2005. Yatay dinamik yükler altında, rijit diyaframlı çok katlı yapıların sismik davranıĢının analizi. Yüksek lisans tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta.
Karadoğan, F., Yüksel, E., 2011. Diyaframların düzlem içi rijitlikleri ve yapı sistemlerinin deprem davranıĢına etkileri. Yedinci Ulusal Deprem
Mühendisliği Konferansı, 30 Mayıs 2011-3 Haziran 2011, İstanbul. Mertol, H., Mertol, C., 2002, Deprem Mühendisliği Depreme Dayanıklı Yapı
Tasarımı, Kozan Ofset, Ankara.
Özer, E., 2007. Capacity design principles and Turkish earthquake code. Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey.
PCI Design Handbook, 2004. Precast Concrete Institute, design handbook 6th edition, Chicago.
SAP2000, Integrated structural analysis and design software, computer and structures Inc., Berkeley, California.
TS-498, 1987. Yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerleri, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
TS-500, 2000. Betonarme yapıların tasarım ve yapım kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
TS-9967, 1992. Yapı elemanları, taĢıyıcı sistemler ve binalar -prefabrike betonarme ve öngerilmeli betondan – hesap esasları ile imalat ve montaj kuralları tasarım ve yapım kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
Vintzēleou, E. N., Tassios T. P., Mathematical models for dowel action under monotonic and cyclic conditions Magazine of Concrete Research, volume 38, Issue 134, 01 March 1986 , pages 13 –22.
XTRACT 2001, Cross sectional analysis of components, Imbsen Software System, Sacramento.
EKLER
EK A.1 : Bağlantı Detay Çizimleri
EK A.1 : Bağlantı Detay Çizimleri
ġekil A.3 : perde paneli – kolon bağlantısı.
EK B.1 : Prefabrike Betonarme Elemanlarda Plastik Mafsal Tanımları
A) 0 Derece (Y Yönü) Ġçin P-M Diyagramı
B) 45 Derece için P-M Diyagramı
C) 90 Derece(X Yönü) Ġçin P-M Diyagramı ġekil B.2 : Kolon tip 2 için bünye bağıntıları.
P = 2616 kN
P = 985 kN
P = - 800 kN
ġekil B.3 : Seçilen 3 eksenel kuvvet durumu için Y yönü moment eğrilik bağıntılarının idealleĢtirilmesi. 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 0.0000 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 0.0700 0.0800 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0.1600 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350
P = 2616 kN
P = 985 kN
P = - 800 kN
ġekil B.4 : Seçilen 3 eksenel kuvvet durumu için X yönü moment eğrilik bağıntılarının idealleĢtirilmesi. 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000 0.0000 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500 0.0600 0.0700 0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250
ÖZGEÇMĠġ
Ad Soyad: Ahmet DEMĠR
Doğum Yeri ve Tarihi: Edirne, 12.04.1986 E-Posta: temir53@gmail.com