Betonarme Yüksek Bir Binada Dbybhy İle İybdy İlkelerinin Doğrusal Olmayan Dinamik Çözümleme İle Karşılaştırılması

(1)

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Tuğba BAŞOT

Anabilim Dalı : İnşaat Mühendisliği Programı : Deprem Mühendisliği

HAZİRAN 2010

BETONARME YÜKSEK BİR BİNADA DBYBHY İLE İYBDY İLKELERİNİN DOĞRUSAL OLMAYAN DİNAMİK ÇÖZÜMLEME İLE

(2)

(3)

HAZİRAN 2010

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ Tuğba BAŞOT

(501081207)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 06 Mayıs 2010 Tezin Savunulduğu Tarih : 07 Haziran 2010

Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Beyza TAŞKIN (İTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Ad Necmettin GÜNDÜZ (İTÜ)

Yrd. Doç. Dr. Sema NOYAN ALACALI (YTÜ) BETONARME YÜKSEK BİR BİNADA DBYBHY İLE İYBDY

İLKELERİNİN DOĞRUSAL OLMAYAN DİNAMİK ÇÖZÜMLEME İLE KARŞILAŞTIRILMASI

(4)

(5)

(6)

(7)

ÖNSÖZ

17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi ile Türkiye deprem kuşağında olduğunu yirmi bini aşkın can kaybederek hatırlamıştır. 1998 tarihli Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik ve sonrasında 2007 yılında yürürlüğe giren Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik gerek depreme dayanıklı yapı tasarımı, gerekse mevcut binaların sismik performansının belirlenebilmesi koşullarını tanımlamaktadır. İstanbul’da arazilerin değerlenmesi ile çok katlı yapı inşaatlarının artması yürürlüğe girmesi beklenen taslak halindeki İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmelik’inin hazırlanması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada Deprem Bölgelerin’de Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik ile yürürlüğe girmesi planlanan İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmelik’in esasları mevcut bir yüksek bina üzerinde irdelenmiştir.

Tez süresince yol gösteren, yardımlarını hiç esirgemeyen, her zaman ulaşabildiğim, bu çalışmayı keyifli bir şekilde hazırlayabilmemi sağlayan sevgili tez danışmanım Yrd. Doç. Dr. Beyza TAŞKIN’a, SAP2000 sorularıma bıkmadan cevap veren Doç. Dr. Kutlu DARILMAZ’a, programını kullanmamıza izin veren Prof. Dr. Zeki HASGÜR’e, teşekkür ederim.

Manevi desteklerini ve yardımlarını esirgemeyen Araş. Gör. Yavuz DURGUN ve Araş. Gör. Ülgen MERT TUĞSAL’a ve de mühendisliğimin gelişmesinde göz ardı edilemez emeği olan, tez süresince desteğini esirgemeyen İnş. Müh. İzgi ŞENDAĞ’a teşekkürü borç bilirim.

Hayatım boyunca yanımda olan bana yüksek inşaat mühendisi olma yolunda maddi ve manevi desteğini esirgemeyen anneme, kardeşlerime, ananeme, dayılarıma, teyzelerime, rahmetli dedem ve babama saygılarımı ve teşekkürlerimi sunarım.

Mayıs 2010 Tuğba BAŞOT İnşaat Mühendisi

(8)

(9)

İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ... v İÇİNDEKİLER ...vii KISALTMALAR ... ix ÇİZELGE LİSTESİ ... xi ŞEKİL LİSTESİ...xiii

SEMBOL LİSTESİ ...xvii

ÖZET... xxi

SUMMARY ...xxiii

1. GİRİŞ ... 1

2. DEPREME DAYANIKLI TASARIM FELSEFESİ... 5

2.1 Giriş... 5

2.2 Kapasite Tasarımı... 6

2.3 Performansa Dayalı Tasarım... 7

2.4 Yüksek Binaların Tasarımı... 8

2.5 Hesap Yöntemleri... 8

2.5.1 Doğrusal çözümleme yöntemi ... 9

2.5.1.1 Eşdeğer deprem yükü yöntemi 9 2.5.1.2 Mod birleştirme yöntemi 10 2.5.1.3 Zaman tanım alanında hesap 10 2.5.2 Doğrusal olmayan çözümleme yöntemleri... 10

2.5.2.1 Artımsal itme analizi 10 Artımsal eşdeğer deprem yükü ile itme analizi 11 Artımsal mod birleştirme yöntemi ile itme analizi 13 2.5.2.2 Zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi 13 3. İSTANBUL YÜKSEK BİNALAR DEPREM YÖNETMELİĞİ’ NİN DBYBHY İLE KARŞILAŞTIRILARAK İRDELENMESİ... 19

3.1 Genel Hükümler ... 19

3.2 Deprem Etkisinin Tanımlanması... 19

3.2.1 Deprem düzeyleri... 19

3.2.1.1 (D1) deprem düzeyi 19 3.2.1.2 (D2) deprem düzeyi 20 3.2.1.3 (D3) deprem düzeyi 20 3.2.2 Deprem tasarım spektrumları... 20

3.2.3 Zaman tanım alanında deprem etkisi ... 22

3.3 Yüksek Binalar İçin Tanımlanan Performans Düzeyleri, Performans Bölgeleri ve Performans Hedefleri ... 24

3.3.1 Minimum hasar (kesintisiz kullanım) performans düzeyi (MH–KK)... 24

3.3.2 Kontrollü hasar (can güvenliği) performans düzeyi (KH-CG) ... 24

(10)

3.3.5 Yüksek binalar için öngörülen minimum performans hedefleri ... 25

3.4 Yüksek Binalar İçin Analiz ve Tasarım Yöntemleri ... 25

3.4.1 Yüksek binalar için analiz yöntemleri... 25

3.4.2 Analiz modellerine ilişkin kural ve koşullar ... 26

3.4.3 Yüksek binalarda performansa göre deprem tasarımı... 29

3.4.3.1 Tasarım aşaması (I-A) 29 3.4.3.2 Tasarım aşaması (I - B) 31 3.4.3.3 Tasarım aşaması (II) 32 3.4.3.4 Tasarım aşaması (III) 32 3.5 Yapısal Olmayan Mimari Elemanlar ile Mekanik ve Elektrik Donanımların Tasarımına İlişkin Kurallar ... 35

3.5.1 Genel kurallar... 35

3.5.2 Eşdeğer deprem yükleri... 35

3.5.3 Yerdeğiştirmelerin sınırlandırılması ... 37

3.5.4 Yapısal olmayan dış cephe elemanlarının bağlantıları... 38

3.6 Yapı Sağlığı İzleme Sistemleri (Structural Health Monitoring)... 38

3.7 Bağımsız Tasarım Kontrolu ... 39

4. ÖRNEK BİR BETONARME YAPININ İNCELENMESİ ... 41

4.1 Yapı Genel Bilgileri ... 41

4.2 Modellemede ve Çözümlemede Yapılan Yaklaşımlar ... 46

4.3 Yönetmeliklerdeki Spektrumlar ve Kullanılacak İvme Kayıtları... 49

4.4 Yapısal Modelin Oluşturulması... 52

4.4.1 Yüklerin tanımlanması ... 59

4.5 Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 61

4.5.1 İYBDY tasarım aşaması II’ye göre mod birleştirme yöntemi ... 61

4.5.2 İYBDY ve DBYBHY göre doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz ... 64

4.5.3 İvme kaydının aynı anda etki etkittirildiği analiz sonucu ... 72

5. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 75

KAYNAKLAR... 81

EKLER... 85

EK A.1... 87

(11)

KISALTMALAR

ABYYHY : Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik 1975 B.H.B. : Belirgin Hasar Bölgesi

D.D. : Deprem Düzeyi

DBYBHY : Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik 2007

G.B. : Göçme Bölgesi

İ.H.B. : İleri Hasar Bölgesi

İYBDY : İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği (Son Taslak Versiyon III)

(12)

(13)

ÇİZELGE LİSTESİ

Sayfa

Çizelge 2.1 : Eşdeğer deprem yükü yöntemi’nin uygulanabileceği binalar ... 9

Çizelge 3.1 : İYBDY ve DBYBHY performans hedefleri ... 25

Çizelge 3.2 : Yüksek binalar için performansa göre tasarım aşamaları ... 34

Çizelge 4.1 : Yapı genel bilgileri... 41

Çizelge 4.2 : Kolon enkesit bilgileri... 45

Çizelge 4.3 : Perde enkesit bilgileri... 45

Çizelge 4.4 : Kiriş enkesit bilgileri... 46

Çizelge 4.5 : Her iki model ile hesaplanan periyotlar ve kütle oranları ... 48

Çizelge 4.6 : İYBDY deprem düzeyi değerleri ... 49

Çizelge 4.7 : Eşdeğer taban kesme kuvvetleri (kN) ... 61

Çizelge 4.8 : Mod birleştirme yöntemi taban kesme kuvvetleri (kN) ... 62

Çizelge 4.9 : Doğrusal olmayan çözümler ait ortalama taban kesme kuvvetleri (kN) ... 64

Çizelge 4.10 : Taban kesme kuvvetleri (kN)... 72

(14)

(15)

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa

Şekil 2.1 : Dış yükler altında kapasite tasarımı. ... 6

Şekil 2.2 : Betonarme taşıyıcı sistemde düşey yük ve deprem etkisi altında şekil değiştirmeye dayalı tasarım (Celep ve Gençoğlu, 2009). ... 7

Şekil 2.3 : “Tepe yerdeğiştirmesi – Taban kesme kuvveti” değişimi (itme eğrisi). .. 11

Şekil 2.4 : Modal kapasite diyagramı ile Davranış spektrumunun karşılaştırılması. 12 Şekil 2.5 : a) Elastoplastik, b) Çift doğrulu, c) Üç doğrulu, d) Clough, e) Başlangıca yönelik, f) Takeda, g) Roufaiel-Meyer, h) Bouc-Wen histeretik modelleri. ... 17

Şekil 3.1 : DBYBHY spektral ivme katsayısı spektrumu ve İYBDY tasarım spektrumu... 20

Şekil 3.2 : İYBDY’de İstanbul bölgelerinin Ana Marmara Fay Hattına uzaklıkları. 23 Şekil 3.3 : DBYBHY iç kuvvet şekildeğiştirme eğrisi hasar bölgeleri diyagramı ve İYBDY dayanım şekildeğiştirme eğrisi hasar bölgeleri diyagramı. ... 24

Şekil 3.4 : İYBDY’de tanımlanan moment – eğrilik ilişkisi. ... 27

Şekil 3.5 : Minimum yapı izleme sisteminde sensörlerin yerleri ve yönleri. ... 39

Şekil 4.1 : Bodrum kat ve kolon-perde birleşiminin görünüşü... 42

Şekil 4.2 : Kaset döşeme sistemi. ... 43

Şekil 4.3 : Zemin kat kalıp planı... 44

Şekil 4.4 : Donatı çeliği ve betonarme modelleri. ... 47

Şekil 4.5 : Deprem tehlike haritası (İYDBY)’na göre spektral ivmelerin dağılımı (T=1.0s, ξ=%5, TR=50 yıl %2). ... 50

Şekil 4.6 : D1 ve D2 Deprem Düzeyi... 50

Şekil 4.7 : D3 deprem düzeyi ve karşılaştırma... 50

Şekil 4.8 : DBYBHY tasarım spektrumları ile uyumlu üretilen yer hareketlerinine ait spektrumların karşılaştırılması... 51

Şekil 4.9 : İYBDY D3 deprem düzeyi spektrumuna uyumlu benzer üretilmiş ivme kayıtlarının spektrum ile karşılaştırılması... 52

Şekil 4.10 : SAP2000 plastik mafsal tanımlanması... 54

Şekil 4.11 : SAP2000 P-M2-M3 mafsalı için veri girişi. ... 54

Şekil 4.12 : SAP2000 P-M2-M3 mafsalı için normal kuvvet ve açı değerleri için veri girişi. ... 55

Şekil 4.13 : SAP2000 P-M2-M3 mafsalı için moment eğrilik veri girişi... 56

Şekil 4.14 : SAP2000 P-M2-M3 mafsalı için karşılıklı etki diyagramının değerlerinin girmek için kullanılan yöntemin seçilmesi. ... 56

Şekil 4.15 : SAP2000 P-M2-M3 mafsalı için karşılıklı etki diyagramının değerlerinin girişi. ... 58

Şekil 4.16 : SAP2000 Moment-M3 mafsalı için veri girişi... 58

Şekil 4.17 : SAP2000 doğrusal olmayan yük tanımlamasına örnek... 59

Şekil 4.18 : Doğrusal ve doğrusal olmayan analizde kullanılan SAP2000 modelleri. ... 60

(16)

Şekil 4.19 : D1 ve D2 düzeyleri için zemin kat düşey taşıyıcılarının Normal kuvvet(en üst satır) ve y-y (orta satır) ve x-x (alt satır) yönü eğilme

momentlerinin mod birleştirme yöntemine göre değerlendirilmesi... 63

Şekil 4.20 : İYBDYeq3u1 (sol) ve İYBDYeq3u2 (sağ) analizleri için zaman aralığında değerlendirilmesi... 65

Şekil 4.21 : DBYBHYeq2u1 (sol) ve DBYBHYeq2u2 (sağ) analizleri için zaman aralığında değerlendirilmesi... 66

Şekil 4.22 : DBYBHY ve İYBDY esaslarınca zemin kat kolonları sonuçları. ... 68

Şekil 4.23 : DBYBHY ve İYBDY kirişler için sonuçlar (ilk dört şekil sol mesnet, alt dört şekil sağ mesnet için sonuçlar). ... 69

Şekil 4.24 : DBYBHY ve İYBDY esaslarınca zemin kat perdeleri için sonuçlar... 70

Şekil 4.25 : X yönünde yapılan kat yerdeğiştirmelerinin karşılaştırılması... 71

Şekil 4.26 : Y yönünde yapılan kat yerdeğiştirmelerinin karşılaştırılması... 72

Şekil 5.1 : İYBDY ve DBYBHY tasarım depremlerinin karşılaştırılması. ... 76

Şekil 5.2 : Mod birleştirme yöntemi İYBDY ve DBYBHY hasar yüzdelerinin karşılaştırılması. ... 76

Şekil 5.3 : Doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz İYBDY ve DBYBHY hasar yüzdelerinin karşılaştırılması... 78

Şekil 5.4 : Doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz İYBDY ve DBYBHY G.B.’sine geçen eleman hasar yüzdelerinin karşılaştırılması... 78

Şekil A.1 : İYBDY EKA spektral ivme(Sa(g)), %5 sönümlü, T=0.2s, 50 yılda %50 aşılma olasılığı için deprem tehlike haritaları. ... 87

Şekil A.2 : İYBDY EKA spektral ivme(Sa(g)), %5 sönümlü, T=1s, 50 yılda %50 aşılma olasılığı için deprem tehlike haritaları. ... 88

Şekil B.1 : İYBDYeq1u1 (sol) ve İYBDYeq1u2 (sağ) analizleri için zaman aralığında değerlendirilmesi... 93

Şekil B.8 : DBYBHYeq1u1 (sol) ve DBYBHYeq1u2 (sağ) analizleri için zaman aralığında değerlendirilmesi... 100

Şekil B.9 : DBYBHYeq2u1 (sol) ve DBYBHYeq2u2 (sağ) analizleri için zaman aralığında değerlendirilmesi... 101

(17)

Şekil B.10 : DBYBHYeq3u1 (sol) ve DBYBHYeq3u2 (sağ) analizleri için zaman aralığında değerlendirilmesi... 102 Şekil B.11 : DBYBHYeq4u1 (sol) ve DBYBHYeq4u2 (sağ) analizleri için zaman

aralığında değerlendirilmesi... 103 Şekil B.12 : DBYBHYeq5u1 (sol) ve DBYBHYeq5u2 (sağ) analizleri için zaman

(18)

(19)

SEMBOL LİSTESİ

Ae : Mimari elemana veya mekanik, elektrik donanıma etkiyen en büyük ivme

Be : Mimari elemana veya mekanik, elektrik donanıma uygulanan büyütme katsayısı

d1 : Birinci (hâkim) moda ait modal yerdeğiştirme

d1(i) : (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait modal

yerdeğiştirme

d1(p) : En son (p)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait

maksimum modal yerdeğiştirme (modal yerdeğiştirme istemi) (EI)e : Etkin eğilme rijitliği

Fa : Kısa periyotlu spektral ivme için zemin etkisi katsayısı Fc : Beton basınç kuvveti

fce : Betonun ortalama basınç dayanımı fck : Betonun karakteristik basınç dayanımı

Fe : Mimari elemana veya mekanik, elektrik donanıma etkiyen eşdeğer değrem yükü

Fs : Donatının çekme kuvveti

Fv : Bir saniye periyotlu spektral ivme için zemin etkisi katsayısı fye : Çeliğin ortalama akma dayanımı

fyk : Çeliğin karakteristik akma dayanımı

HN : Binanın temel üstünden ölçülen toplam yüksekliği

hx, hy : Mimari elemanın veya mekanik, elektrik donanımın üst ve alt bağlantı

noktalarının ilgili kat tabanından itibaren yüksekliği

ke : Mimari elemanın veya mekanik, elektrik donanımın ve/veya bina taşıyıcı

sistemine bağlantısının etkin rijitlik katsayısı

Lx1 : X doğrutusunda birinci (hâkim) moda ait kütle ile yerdeğiştirmenin çarpımı

Md : Tasarım eğilme momenti

me : Mimari elemanın veya mekanik, elektrik donanımın kütlesi MN : Etkin plastik moment

Mr : Kesitin eğilme momenti tasarım kapasitesi Mu : Kesitin eğilme momenti taşıma gücü

(20)

Mx1 : X deprem doğrultusunda doğrusal elastik davranış için tanımlanan birinci (hâkim) moda ait genelleştirilmiş kütle

MY : İlk akma momenti

N : Bina kat adedi

n : Hareketli yük katılım katsayısı N : Penetrasyon sayısı

PI : Plastisite indisi

R : Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı Ra : Deprem Yükü Azaltma Katsayısı

Re : Mimari elemana veya mekanik, elektrik donanıma uygulanan davranış katsayısı

S1 : Referans zemin sınıfı için bir saniye periyotlu spektral ivme

Sa : Spektral ivme

Sae1 : İtme analizinin ilk adımda birinci moda ait elastik spektral ivme Sd : Spektral yerdeğiştirme

Sde1 : İtme analizinin ilk adımında birinci moda ait doğrusal elastik spektral yerdeğiştirme

Sdi1 : Başlangıçtaki (i=1) itme adımında birinci (deprem doğrultusunda hakim) titreşim moduna ait doğal titreşim periyodu

SM1 : Gözönüne alınan zemin sınıfı için bir saniye periyotlu spektral ivme SMS : Gözönüne alınan zemin sınıfı için kısa periyotlu spektral ivme SMS : Gözönüne alınan zemin sınıfı için kısa periyotlu spektral ivme Ss : Referans zemin sınıfı için kısa periyotlu spektral ivme

su : Drenajsız kayma dayanımı T : Doğal titreşim periyodu T : Doğal titreşim periyodu T0 : Spektrum köşe periyodu

TB : Spektrumun karakteristik periyodu

Te : Mimari elemanın veya mekanik, elektrik donanıma ve/veya bina tasıyıcı sistemine bağlantısına ilişkin doğal titreşim periyodu

TL : Uzun periyod bölgesine geciş periyodu TR : 50 yılda aşılma olasılığı

TS : Spektrum köşe periyodu TS : Spektrum köşe periyodu u : Tepe yerdeğiştirmesi ud : Tasarım şekildeğiştirmesi

(21)

uu : Kesitin şekildeğiştirme taşıma gücü

uxN1(i) : Binanın tepesinde (N’inci katında) x deprem doğrultusunda (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait yerdeğiştirme

V : Taban kesme kuvveti

Vt,min : Minimum taban kesme kuvveti Vtx,Vty : Taban kesme kuvveti

Vx1(i) : X deprem doğrultusunda (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda (hâkim moda) ait taban kesme kuvveti

w : Su muhteveası

(δi)max / hi : Bina taşıyıcı sistemi için i’inci katta izin verilen en büyük göreli kat

ötelemesi oranı

a1 : Birinci (hâkim) moda ait modal ivme

ɸy : Etkin plastik momente karşı gelen eğrilik ɸy’ : İlk akma momentine karşı gelen eğrilik vs : Kayma dalgası hızı

α1(i) : (i)’inci itme adımında birinci (deprem doğrultusunda hâkim) moda ait

modal ivme

δe : Mimari eleman veya mekanik, elektrik donanımla ilgili göreli

yerdeğiştirme

εcg : Beton basınç birim şekildeğiştirmesi

εs : Donatı çeliği birim şekildeğiştirmesi

ηbi : İ’inci katta tanımlanan burulma düzensizliği katsayısı

ξ : Sönüm oranı

ΦxN1 : Binanın tepesinde (N’inci katında) x deprem doğrultusunda birinci moda ait mod şekli genliği

ωB : Spektrumun karakteristik frekansı

(22)

(23)

BETONARME YÜKSEK BİR BİNADA DBYBHY İLE İYBDY

İLKELERİNİN DOĞRUSAL OLMAYAN DİNAMİK ÇÖZÜMLEME İLE KARŞILAŞTIRILMASI

ÖZET

Son yıllarda ülkemizde yaşanan depremlerin neden olduğu hasar ve can kayıpları ile yapıların depreme karşı dayanıklı olarak tasarımın gerekliliği anlaşılarak ilgili yönetmelikler geliştirilmiştir. Günümüzde 17 Ağustos 1999 depreminden sonra geliştirilen Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY) (2007) yürürlüktedir. Türkiye’nin ticaret merkezi haline gelen İstanbul’daki yüksek yapı inşaatlarının artması yürürlüğe girmesi beklenen taslak halindeki İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmelik (İYBDY)’inin hazırlanması ihtiyacını doğurmuştur. Bu çalışmada DBYBHY ile yürürlüğe girmesi planlanan İYBDY’in esasları mevcut 1975 tarihli Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik (ABYYHY) esaslarınca boyutlandırılmış bodrum katları dâhil 25 katlı betonarme yüksek bina üzerinde irdelenmiştir. Konuya yönelik depreme dayanıklı tasarım felsefesi, kapasite tasarımı, performansa dayalı tasarım, yüksek binaların tasarımı ve hesap yöntemleri bu çalışmanın ikinci bölümde özetlenmektedir.

Üçüncü bölümde İYBDY’nin DBYBHY ile karşılaştırılarak içeriği anlatılmıştır. İki yönetmeliğin benzerliklerinin olmasının yanında özellikle deprem tasarım spektrumu iki yönetmelik arasındaki en önemli farklardan biridir.

Ardından dördüncü bölümde incelemeye tabi olan betonarme yüksek yapının özellikleri açıklanmıştır. Modellemede ve çözümlemelerde yapılan yaklaşımlar, yönetmeliklerdeki spektrumlar, DBYBHY ve İYBDY tanımlanan tasarım spektrumları ile uyumlu olarak üretilen ivme kayıtları, çözümlemelerde kullanılacak yapı modelinin oluşturulması, çözümleme yöntemlerinin tanımlanması ve her iki yönetmelik için yapılan mod birleştirme yöntemi ve doğrusal olmayan zaman tanım alanında çözümleme yöntemi sonuçları bu bölümde anlatılmıştır.

Çalışmanın beşinci bölümde ise iki yönetmeliğin karşılaştırılmasından elde edilen bulgular tartışılarak, varılan sonuçlar özetlenmiştir.

(24)

(25)

COMPARISON OF NONLINEAR DYNAMIC ANALYSIS RESULTS FOR AN RC HIGH-RISE BUILDING CONSIDERING THE REGULATIONS OF TERDC AND İHRBEC

SUMMARY

Current seismic codes are enforced considering the human causalities and loss of properties; unfortunately experienced after the major destructive earthquakes in Turkey. Currently, the 2007 version of the Turkish Earthquake Resistant Design Code (TERDC) is valid. Depending on the increments of tall building constructions in the metropolitan city of Istanbul, which is the trade center of Turkey, a necessity of an adequate design code dealing with tall structures came out; hence, the draft version named High Rise Buildings Earthquake Code (İHRBEC) is prepared. In this study, the current TERDC and the draft IHRBEC are compared employing a 25-story reinforced-concrete high-rise building, which is designed according to the 1975 seismic code. The theoretical aspects of seismic resistant design are briefly summarized and issues related with the design and computational methodologies are discussed in chapter two.

In third chapter, İHRBEC’s content is described and compared with TERDC regulations. In spite of the similarities in each code, the major difference is indicated to be the design spectrum defined in the codes.

The example of high-rise building is introduced in the fourth chapter. Later, the assumptions for modeling and computing are described. Employing an earthquake ensemble which consists of simulated strong ground motions compatible with the design spectra in both codes, nonlinear dynamic analysis are carried out following a model analysis procedure. The structural responses are obtained and compared for both codes.

The analytical computation results are evaluated and discussed in the last chapter of this study.

(26)

(27)

1. GİRİŞ

İnsanın genel ihtiyaçlarından biri barınmadır. Çeşitli medeniyetler farklı tekniklerle yapılar inşa etmişlerdir. Mühendisliğin ve mühendislik uygulama alan ve olanaklarının da gelişmesiyle yapı maliyetlerinin düşmesi için yapılar daha narin yapılmaya başlanmıştır. Maliyet ve yapı narinliği daha hassas hesap ile yapıların çözümlenmesi ihtiyacını doğurmuştur. Ayrıca ülkemizin bulduğu koşullar yapı maliyetinin düşük tutulmasının yanı sıra, aktif bir deprem kuşağı üzerinde olması dolayısıyla yönetmeliklerce tanımlanan güvenlik, kararlılık ve dayanıklılık şartlarının sağlanmasını zorunlu kılmaktadır.

Ülkemiz gibi deprem bölgesinde olan Amerika Birleşik Devletleri’nin California eyaletinde, 1989 ve 1994 yıllarında meydana gelen ve büyük hasara neden olan depremlerinden sonra kapasite tasarımından daha hassas ve gerçekçi hesap için yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmeye bağlı performans yönteminin geliştirilmesi gerekliliği doğmuştur (Kaya, 2006). NEHRP Guidelines for Seismic Rehabilitation of Buildings (ATC, 1996) raporu ile performansa dayalı tasarımın gelişmesi başlamıştır (Celep ve Kumbasar, 2004). Günümüzde iki ayrı yaklaşım mevcuttur. Betonarme binalar için Applied Technology Council (ATC) tarafından hazırlanan Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings (ATC-40, 1996) ilkidir. İkinci ise bütün yapı türleri için, doğrusal ve doğrusal olmayan çözümleme yöntemlerini içeren Federal Emergency Management Agency (FEMA) tarafından hazırlanan Prestandard and Commentary for The Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA 356) yaklaşımıdır.

Ülkemizde ise Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik (ABYYHY) (1998)’in bazı bölümlerinde kapsamlı bazı bölümlerinde ise küçük değişiklikler yapılarak mevcut binaların değerlendirilmesi için performansa dayalı tasarım yaklaşımını kullandıran Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY) (2007) ile performansa dayalı tasarım ulusal yönetmeliklere girmiştir (Uygun, 2007). DBYBHY ile sismik yükler etkisinde yapıların güvenli ve

(28)

birlikte, aynı zamanda mevcut yapıların performanslarının da irdelenmesinde yol gösterici bir kılavuz özelliğindedir. Ancak DBYBHY, sadece bina türü yapılara hizmet vermekte olup 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan bir tasarım depremi öngörmektedir. Bilindiği üzere yapıda beklenen ekonomik ömrün daha uzun olması ya da daha düşük aşılma olasılığının tasarımda geçerli olması durumunda, bu yönetmelik sadece bina önem katsayısı ile tasarlanacak yapıya etkiyen eşdeğer deprem kuvvetini arttırmaktadır.

Şehirlerin gelişmesi arazilerin kıymetlenmesi ile küçük araziler üzerinde daha çok insanın barınması gerekliliği yüksek yapı kavramını geliştirmiştir. Yüksek yapıların deprem bölgelerinde yapılması daha zorlu mühendisliğin önemini ortaya çıkarmaktadır. Ülkemiz gibi deprem bölgesinde olan bir ülke için yüksek yapıların inşası daha da önem kazanmaktadır.

Son yıllarda İstanbul özellikle de Maslak bölgesinde yüksek yapılar inşa edilmektedir. Bu nedenle İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği (İYBDY) (2008) hazırlanmış, hâlihazırda taslak olarak beklemektedir. DBYBHY’de tasarım kuvvet esaslı, diğer bir deyişle yapıya etkiyecek kuvvetlere karşı koyacak kesit kapasitelerinin tayini ile gerçekleştirilirken, İYBDY’de performansa göre tasarım kavramı söz konusudur. Bu nedenle yüksek bir binanın projelendirilme aşamasında farklı aşılma olasılıkları için tanımlanan üç farklı deprem düzeyi etkisinde, değişik çözüm ve modelleme yöntemleri kullanılarak yapısal performanslar hesaplanmakta; gerçekleşmesi durumunda ise bir sonraki aşamaya geçilmektedir.

Çok katlı yapıların yatay yükler altında incelenmesine dair yapılan çalışmaların bazıları aşağıda sıralanmıştır:

 Ortogonal olmayan taşıyıcı sistemlerden oluşan çok katlı yapıların yatay yüklere göre hesabı için bir yöntem (Zorbozan, 1983),

 Çok katlı perde-çerçeve yapıların deprem yükleri altında dinamik analizi (Aslanbaş, 1994),

 Çok katlı yapıların üçboyutlu dinamik analizi (Aktaş, 1998),

 52 katlı çelik yapının doğrusal ve doğrusal olmayan dinamik çözümlemesi (Ventura ve Ding, 2000),

(29)

 Deprem etkisindeki çok katlı bir mesken yapısının A.B.Y.Y.H.Y.1975-1997'ye göre incelenmesi ve güçlendirme tasarımı (Turan, 2001),

 Çok katlı yapıların 1997 deprem yönetmeliğinde belirtilen yöntemlere göre deprem hesabı ve yöntemlerin karşılaştırılması (Ekinci, 2002),

 Çok katlı betonarme bir yapının eşdeğer deprem yükü yöntemi ve mod birleştirme yöntemine göre tasarımı (Dilek, 2006),

 Çok katlı çelik yapılarda performansa dayalı tasarım kriterleri (Şen, 2006),  Yatay dinamik yükler altında, rijit diyaframlı çok katlı yapıların sismik

davranışının analizi (Kuşçu, 2005),

 Çok katlı çelik yapılarda deprem performansının belirlenmesi ve doğrusal olmayan davranışın incelenmesi (Güler, 2007),

 Mevcut çok katlı yapının statik itme (pushover) yöntemi ile analizi (Bozan, 2008),

 Çok Katlı Bir Yapının DBYBHY 2007’ye Göre Tasarımı ve DBYBHY 2007 ile IBC’un Teorik Olarak Karşılaştırılması (Pakoğlu, 2009),

Yukarıda sıralanan çalışmalar incelendiğinde çok katlı yapı kavramının değiştiği açıkca görülmektedir. 6 katlı yapı üzerinde çalışan Kuşcu yapısını çok katlı olarak nitelendirirken, Pakoğlu 34 katlı yapı üzerinde çalışarak çok katlı olarak nitelendirmiştir. Yukarıdaki ve literatürde taranan benzer çalışmalar incelendiğinde, zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümlemelerin oldukça kısıtlı sayıda gerçekleştirildiği görülmektedir.

Bu çalışmada DBYBHY ile yürürlüğe girmesi planan İYBDY’in esasları mevcut bir yüksek bina üzerinde irdelenmiştir. Bu amaçla toplam yüksekliği 82.65 m olan betonarme perde-çerçeve taşıyıcı sisteme sahip ve 1975 tarihli Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik (ABYYHY) esaslarınca boyutlandırılmış bir betonarme yüksek bina ele alınmıştır. Konuya yönelik depreme dayanıklı tasarım felsefesi, kapasite tasarımı, performansa dayalı tasarım, yüksek binaların tasarımı ve hesap yöntemleri bu çalışmanın ikinci bölümünde özetlenmektedir.

(30)

Üçüncü bölümde İYBDY’nin DBYBHY ile karşılaştırarak içeriği anlatılmıştır. Ardından dördüncü bölümde incelemeye tabi olan betonarme yüksek yapının özellikleri açıklanmıştır. Modelleme ve çözümlemelerde yapılan yaklaşımlar, yönetmeliklerdeki spektrumlar, DBYBHY ve İYBDY tanımlanan tasarım spektrumları ile uyumlu olarak üretilen ivme kayıtları, çözümlemelerde kullanılacak yapı modelinin oluşturulması, çözümleme yöntemlerinin tanımlanması ve her iki yönetmelik için yapılan mod birleştirme yöntemi ve doğrusal olmayan zaman tanım alanında çözümleme yöntemi sonuçları bu bölümde anlatılmıştır.

Çalışmanın beşinci bölümünde ise iki yönetmeliğin karşılaştırılmasından elde edilen bulgular tartışılarak, varılan sonuçlar özetlenmiştir.

(31)

2. DEPREME DAYANIKLI TASARIM FELSEFESİ

2.1 Giriş

Bir yapıyı kendi ağırlığı ve ilave düşey yükler altında tasarlamak ile zamanı, büyüklüğü, süresi, şiddeti ve doğrultusu bilinmeyen son derece değişken ve rassal olan bir kuvvete göre tasarlamak arasındaki zorluklar altı çizilmeden de kolaylıkla kestirilebilmektedir. Bu zorluklara bir de günümüz koşulları ekonomik tasarımı zorlaması hususu da eklenince, hesap tekniklerinin geliştirilmesi kaçınılmaz olmuştur.

Mühendislik yapılarında genellikle tasarım ilkesi olarak kuvvete dayalı yöntem olan Kapasite Tasarımı kullanılırken yerdeğiştirmeye dayalı yani Performansa Dayalı Tasarım yöntemi de son yıllarda oldukça günceldir. Tasarım felsefesinin yanında buna paralel olarak hesap yöntemleri de ilerlemiştir. Günümüzde hesap yöntemleri doğrusal ve doğrusal olmayan analiz olarak ikiye ayrılabilir. Doğrusal analiz, eşdeğer deprem yükü yöntemi, mod birleştirme yöntemi ve zaman tanım alanında doğrusal analiz olarak üçe ayrılırken, doğrusal olmayan analiz, artımsal itme analizi ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz olarak ikiye ayrılır.

Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yapı mühendisliğinin şu anki son noktası olarak tanımlanabilir. Doğal olarak son nokta olarak tanımlanan çözümlemelerin zorlukları vardır. Bunlar, kullanılacak verilerin gerçeğe uygun olarak modellenmesi, çevrim modelinin sistem tersinir deprem yükleri etkisindeki davranışını en iyi temsil edecek şekilde belirlenmesi ve kullanılacak bilgisayar programının seçilmesi gibi sıralanabilir.

Bu bölümde betonarme yapıların yatay deprem yükleri etkisinde çözümlenmesi amacıyla kullanılan hesap yöntemleri kısaca özetlenmektedir.

(32)

2.2 Kapasite Tasarımı

Yapı boyutlandırılmasında “klasik yöntem” olarak adlandırılan ve kapasite yeterliliğini esas alan tasarım yöntemi, kısaca kapasite tasarımı olarak adlandırılmaktadır. Kapasite tasarımını, kuvvete dayalı tasarım veya kuvvete dayalı değerlendirme olarak adlandırarak, ana ilkesi; kesit kuvvet kapasitesinin karşılaması beklenen kuvvetten eşit veya daha büyük olarak oluşturulması olarak tanımlanmaktadır (Celep ve Gençoğlu, 2009). Kapasite tasarımında, betonarme elemanlara yükleme durumuna bağlı olarak etkiyen iç kuvvetler belirlenerek eleman boyutları, yapısal malzemeler ve donatılar hesaplanır ve eleman kapasitesinin etkiyen kuvvetlerden belirli bir güvenlik ölçütüne göre büyük olması sağlanır (Şekil 2.1). Kapasite tasarımı ilkesinin depreme dayanıklı bina tasarımında uygulanması ilk olarak, Profesör Paulay’ın liderliğinde, Yeni Zelanda deprem yönetmeliğinde betonarme yapı sistemleri için gerçekleştirilmiştir (Özer, 2007).

Şekil 2.1 : Dış yükler altında kapasite tasarımı. Şekilde;

Md : tasarım eğilme momenti,

Mr : kesitin eğilme momenti tasarım kapasitesi, Mu : kesitin eğilme momenti taşıma gücü, ud : tasarım şekildeğiştirmesi,

ur : kesitin şekildeğiştirme tasarım kapasitesi, uu : kesitin şekildeğiştirme taşıma gücüdür.

Mr Md ud ur uu Eğilme Momenti Şekil değiştirme Kesit kapasitesi

Kesitin güvenlikli kapasitesi Dış yüklerin kesitten talebi

(33)

Kapasite tasarımı yapının davranışından kaynaklanacak şekil değiştirmeleri ve bundan dolayı oluşacak ek kuvvetleri hesaba katmaz. Bu nedenle yönetmelikler yapının sünek davranmasını ve kontrollü hasar görmesini sağlamak için taşıyıcı sistem davranış katsayısı, enine donatı koşulları, kolonların kirişlerden daha güçlü olması gibi şartlar getirmiştir.

2.3 Performansa Dayalı Tasarım

Performansa dayalı tasarım, gelişen teknoloji, bilgisayar olanakları ve yapı malzemelerindeki ilerlemelere bağlı olarak yakın zamanda gelişmiş bir hesap yöntemidir. Eğer tasarım ve değerlendirmede ilke, kesitlerde dış yükler altında beton ve donatıda oluşması beklenen şekil değiştirmenin, kabul edilebilecek şekil değiştirmenin sınır değerine eşit veya küçük kalmasının sağlanması olarak ele alınırsa, bu tür tasarım veya güvenlik değerlendirmesi şekil değiştirmeye dayalı tasarım (değerlendirme) olarak tanımlanır (Celep ve Gençoğlu, 2009).

Şekil 2.2 : Betonarme taşıyıcı sistemde düşey yük ve deprem etkisi altında şekil değiştirmeye dayalı tasarım (Celep ve Gençoğlu, 2009).

Gerçekte doğrusal olmayan davranış gösteren yapılar için, daha gerçekçi ve ekonomik tasarım yapmayı performansa dayalı tasarım kavramı mümkün kılmaktadır. Performansa dayalı tasarım, özellikle yatay yükler altında yapıdan beklenen performans seviyesini, şekil değiştirmelere (yerdeğiştirmelere) bağlı olarak gösterilmesini olanaklı hale getirmektedir. 2007 tarihli DBYBHY’de performansa dayalı tasarım mevcut yapıların güvenliklerinin belirlenmesinde kullanırken İYBDY’de yapı tasarımı için de kullanılmaktadır.

ud ur

Doğrusal elastik ötesi davranan sistemde şekil değiştirme kapasitesi Doğrusal elastik ötesi davranan sistemde deprem etkisinin şekil değiştirme talebi Şekil Değiştirme (Kesit eğriliği) İç Kuvve t (E ğilme M ome nti) De prem yükler i alt ınd a şek il de ği ştirm eye da ya lı tas ar ım

Doğrusal elastik ötesi taşıyıcı sistem çözümü Kesitin şekil değiştirme türünden kapasitesi ≥ Yüklerin kesitten şekil değiştirme türünden talebi ud ≥ ur

(34)

2.4 Yüksek Binaların Tasarımı

Eskiden beş katlı bir yapı yüksek bina olarak algılanırken, günümüzde 169 katlı yüksekliği 818m olan Burj Dubai gibi yüksek binalar inşa edilmektedir. Yüksek dayanımlı beton ve çelik üretimi, yeni tasarım kavramlarının ve taşıyıcı sistemlerin gelişmesi, yapım teknoloji ve yöntemlerindeki ilerlemeler gibi etkenler yüksek yapıların gelişmesine katkıda bulunmuştur (Hasgür ve Gündüz, 1996).

Yüksek binalar İYBDY’inde 60m ve üzerinde yüksekliği olan binalar olarak tanımlanmıştır. Dünyada ve yurdumuzda yüksek binaların sağladığı istihdam nedeniyle ve teknolojinin de gelişmesine paralel olarak yüksek binalar artan bir hızla inşa edilmektedir. Teknoloji gelişse de yüksek binaların az katlı yapılara göre hem tasarım hem de inşa güçlükleri vardır. Örneğin Mertol ve Mertol (2002), yüksek binalarda yatay yüklerin karşılanmasında, ortaya çıkan güçlüklerden dolayı; “yapıda yüksek mukavemetli malzemeler kullanılır, yapı elemanları birlikte çalışma özelliği göstermelidir, yapı malzemeleri hafif olmalıdır, yapı ağırlığı az olacak şekilde tanımlanmalıdır, yatay deplasmanlar sınır değerlerden düşük olacak şekilde taşıyıcı sistem boyutlandırılır” gibi maddeler tanımlamıştır. Fakat bu gibi öneriler tavsiye niteliğinde kitaplarda kalmakta olup tasarım yapan mimar ve mühendislerin uygulamalarına bağlı değişim göstermektedir. Bu yüzden de yönetmeliklere, önemli düzeyde uygun bir imalat standardının sağlanmasının yanı sıra güvenliğin temini ve bakımından da önemli düzeyde görev düşer. DBYBHY’te yüksek binalara özel tasarım kuralları yoktur. Bundan dolayı da yüksek binaların belli koşulları sağlayabilmesi amacıyla İYBDY’i hazırlanmıştır.

2.5 Hesap Yöntemleri

Önceki 2.2 ve 2.3 bölümlerinde genel olarak tanımlanan tasarım yöntemlerini uygulayabilmek için öncelikle ilgili dış yükler etkisinde, sistemde oluşacak iç kuvvetlere ihtiyaç duyulmaktadır. Eleman iç kuvvetlerini hesaplayabilmek için doğrusal veya doğrusal olmayan davranış kontrolüyle belirlenen analiz yöntemleri kullanılır.

(35)

2.5.1 Doğrusal çözümleme yöntemi

Malzemenin doğrusal elastik, yerdeğiştirmelerin küçük olduğu kabul edilerek, yapının doğrusal davrandığı varsayılan analiz yöntemidir. Yönetmelikler bu yöntemde yapının doğrusal olmayan davranışını gözönüne almak için yapı davranış katsayısı gibi terimler tanımlanmıştır. DBYBHY’te doğrusal analiz için eşdeğer deprem yükü yöntemi, mod birleştirme yöntemi ve zaman tanım alanında hesap yöntemi olarak üç yöntem ayrıntılı olarak ve ilgili koşullarıyla verilmiştir.

2.5.1.1 Eşdeğer deprem yükü yöntemi

Bu yöntem, birinci modun etkili olduğu az katlı yapı ve yapı düzensizliğinin sınırlı olduğu durumlarda yeterli yaklaşımı sağlar (Celep, 2008). DBYBHY’te eşdeğer deprem yöntemi için aşağıdaki çizelgede bahsi geçen sınırlar verilmiştir.

Çizelge 2.1 : Eşdeğer deprem yükü yöntemi’nin uygulanabileceği binalar.

Deprem

Bölgesi Bina Türü Toplam Yükseklik Sınırı

1, 2 Her bir katta burulma düzensizlği katsayısının ηbi ≤

2.0 koşulunu sağladığı binalar HN≤25 m

1, 2 Her bir katta burulma düzensizlği katsayısının ηbi ≤ 2.0 koşulunu sağladığı binalar ve B2 türü

düzensizliğinin olmadığı binalar

HN≤40 m

3, 4 _{Tüm binalar} _H_N_≤_{40 m}

Çizelgede;

HN : Binanın temel üstünden ölçülen toplam yüksekliği,

ηbi : i’inci katta tanımlanan burulma düzensizliği katsayısıdır.

Görüldüğü gibi bu yöntemde 40 metreden ve depremselliği fazla olan bölgelerde 25 metreden yüksek binalar için analiz yapmak mümkün değildir. Bunun nedeni eşdeğer deprem yükü yönteminin sadece birinci (hâkim) modun etkisini gözönüne alması, buna karşılık yüksek binalarda diğer modların da etkisinin ihmal edilemeyeceğidir. Eşdeğer deprem yükü yöntemi, taban kesme kuvvetinin birinci moda bağlı olarak hesaplanarak, kat yatay ötelenme rijitlikleri ve kütleleri oranına göre dağılımın yapılması ve bu kuvvetlere göre iç kuvvetlerin hesaplanmasına dayanır.

(36)

2.5.1.2 Mod birleştirme yöntemi

Bu yöntem yeterli sayıda belirlenen her bir mod için deprem kuvvetleri ve kesit etkilerinin ayrı ayrı hesaplanarak istatistiksel olarak birleştirilmesine dayanır. Birden fazla mod gözönüne alındığı için her türlü bina için uygulanabilir.

2.5.1.3 Zaman tanım alanında hesap

Kaydedilmiş veya benzeştirilmiş deprem yer hareketleri etkisinde, yapı sistemi zaman tanım alanında ilgili ve karşı gelen yük için dinamik olarak adım adım çözümlenir. Sistemin hareket denklemine karşı gelen zaman için sayısal integrasyon ile seçilen bir zaman aralığında çözümlenerek, sonuçta elde edilen iç kuvvetler birleştirilerek, yükleme süresince zamana göre değişimi ve büyüklükleri belirlenir.

2.5.2 Doğrusal olmayan çözümleme yöntemleri

Malzemenin doğrusal elastik olmayan, yerdeğiştirmelerin küçük olduğu kabul edilerek, yapının doğrusal olmayan hareketini gözönüne alan analiz yöntemidir. Doğrusal elastik olmayan hesap yöntemlerinin amacı, verilen bir deprem için sünek davranışa ilişkin plastik şekildeğiştirme istemleri ile gevrek davranışa ilişkin iç kuvvet istemlerinin hesaplanmasıdır. Daha sonra bu istem büyüklükleri, şekildeğiştirme ve iç kuvvet kapasiteleri ile karşılaştırılarak, kesit ve bina düzeyinde yapısal performans değerlendirmesi yapılarak yapının tasarımı gerçekleştirilir.

Doğrusal olmayan çözümleme yöntemlerini DBYBHY Artımsal İtme Yöntemleri, Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemi olarak ikiye; artımsal itme yöntemini de Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ve Artımsal Mod Birleştirme Yöntemi olarak ikiye ayırmıştır.

2.5.2.1 Artımsal itme analizi

Artımsal itme analizinde, yapı kütlesinden kaynaklanan düşey yüklerin gözönüne alındığı doğrusal statik analizin sonuçlarını başlangıç koşulları olarak kabul edilir. Artımsal eşdeğer deprem yükü veya artımsal mod birleştirme yöntemi kullanılarak plastik dönme ve plastik eğrilik istemlerine bağlı olarak betonda ve donatı çeliğinde meydana gelen birim şekildeğiştirme istemleri hesaplanarak, birim şekildeğiştirme kapasiteleri ile karşılaştırılarak kesitlerin performansı belirlenir.

(37)

Artımsal eşdeğer deprem yükü ile itme analizi

Artımsal eşdeğer deprem yükü yöntemi, toplam kat adedi sekizi aşmayan, burulma düzensizlik katsayısı 1.4 den küçük olan ve deprem doğrultusundaki birinci titreşim moduna ait etkin kütle oranı 0.70 den büyük olan binalarda uygulanabilir.

Bu yönteminin amacı, birinci titreşim mod şekli ile orantılı olacak şekilde, deprem istem sınırına kadar monotonik olarak adım adım artırılan eşdeğer deprem yüklerinin etkisi altında doğrusal olmayan itme analizinin yapılmasıdır. Bu analizin sonucunda koordinatları “tepe yerdeğiştirmesi – taban kesme kuvveti” olan itme eğrisi elde edilir (Şekil 2.3).

Şekil 2.3 : “Tepe yerdeğiştirmesi – Taban kesme kuvveti” değişimi (itme eğrisi). Şekilde;

u : tepe yerdeğiştirmesi, V : taban kesme kuvvetidir.

İtme eğrisine Denklem (2.1)’ deki ifadeleriyle verilen koordinat dönüşümü uygulanarak koordinatları “modal yerdeğiştirme – modal ivme” olan modal kapasite diyagramı elde edilir.

( ) ( ) 1 1 1 i i x x V M   , ( ) ( ) 1 1 1 1 i i xN xN x u d    , 1 1 1 x x L M   _(2.1) Burada;

d1(i) : (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait modal yerdeğiştirme,

Lx1 : x doğrutusunda birinci (hâkim) moda ait kütle ile yerdeğiştirmenin çarpımı, Mx1 : x deprem doğrultusunda doğrusal elastik davranış için tanımlanan birinci (hâkim) moda ait genelleştirilmiş kütle,

V

(38)

uxN1(i) : Binanın tepesinde (N’inci katında) x deprem doğrultusunda (i)’inci itme, adımı sonunda elde edilen birinci moda ait yerdeğiştirme

Vx1(i) : x deprem doğrultusunda (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda (hâkim moda) ait taban kesme kuvveti,

α1(i) : (i)’inci itme adımında birinci (deprem doğrultusunda hâkim) moda ait modal

ivme,

ΦxN1 : Binanın tepesinde (N’inci katında) x deprem doğrultusunda birinci moda ait mod şekli genliği,

Гx1 : x deprem doğrultusunda birinci moda ait katkı çarpanıdır.

Modal kapasite diyagramı, farklı aşılma olasılıkları için düzenlenen davranış spektrumu ile Şekil 2.4’deki gibi karşılaştırılarak modal yerdeğiştirme istemi d1(p)

hesaplanır. Daha sonra yönetmelikte ayrıntılı olarak tanımlanan gerekli büyüklükler hesaplanır ve karşılaştırmalar yapılarak analiz tamamlanır.

Şekil 2.4 : Modal kapasite diyagramı ile Davranış spektrumunun karşılaştırılması. Bu şekilde;

a1: Birinci (hâkim) moda ait modal ivme,

d1: Birinci (hâkim) moda ait modal yerdeğiştirme,

d1(p) : En son (p)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait maksimum

modal yerdeğiştirme (modal yerdeğiştirme istemi), Sa: Spektral ivme,

Sae1: İtme analizinin ilk adımda birinci moda ait elastik spektral ivme, Sd: Spektral yerdeğiştirme, a1, Sa d1, Sd Sae1 ωB2=(2π/TB)2 d1(p)=Sdi1=Sde1 (ω1(1))2

(39)

Sde1 : İtme analizinin ilk adımında birinci moda ait doğrusal elastik spektral yerdeğiştirme,

Sdi1 : Başlangıçtaki (i=1) itme adımında birinci (deprem doğrultusunda hakim) titreşim moduna ait doğal titreşim periyodu,

TB: Spektrumun karakteristik periyodu,

ωB: Spektrumun karakteristik frekansı olarak tanımlanmaktadır. Artımsal mod birleştirme yöntemi ile itme analizi

Artımsal mod birleştirme yönteminin amacı, taşıyıcı sistemin davranışını temsil eden yeteri sayıda doğal titreşim mod şekli ile orantılı olacak şekilde monotonik olarak adım adım arttırılan ve birbirleri ile uygun biçimde ölçeklendirilen modal yerdeğiştirmeler veya onlarla uyumlu modal deprem yükleri esas alınarak mod birleştirme yönteminin artımsal olarak uygulanmasıdır. Her bir mod için yapılacak çözümlemeler sonucunda toplam yerdeğiştirmeler, şekil değiştirme ve iç kuvvetler tam karesel birleştirme (CQC) kuralı ile birleştirilerek, gerekli yapısal kontroller yönetmelik esaslarınca tamamlanır.

2.5.2.2 Zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi

Zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümleme yöntemi (diğer bir deyişle doğrusal olmayan dinamik analiz), yapı malzemelerindeki doğrusal elastik olmayan davranışın dikkate alınmasının yanı sıra, betonarme elemanların çatlama öncesi, çatlama, akma ve akma sonrasındaki enkesit karakteristiklerinin rijitlik ve dayanım azalması bakımlarından özelde eleman, genelde ise yapı sisteminin davranışına olan etkilerini gözönüne almaktadır. Çözümlemeler, zaman ekseninde tanımlanan yükler etkisinde (çoğunlukla ivme izleri) sistemin dinamik hareket denkleminin adım adım sayısal analizi ile gerçekleştirilmektedir. Yapı sistemini oluşturan taşıyıcı sistem elemanlarına ait doğrusal olmayan davranış, enkesit eleman özelliklerine bağlı olarak uygun bir çevrim modeli ile temsil edildikten sonra, her bir çözüm adımı sonrasında sistem rijitlik matrisi yenilenerek doğrusal olmayan davranışın etkisi hesaba katılmış olur.

Çevrim modelleri (histeretik modeller) için birçok araştırmacının teorik ve/veya deneysel esaslı modelleri mevcuttur. Bunlar arasından az parametre ile basitçe ifade edilebilen çift doğrulu çevrim (Yılmaz, 2005) modelinden (bilinear hysteresis), son derece karmaşık ve buna koşut hesap yükü fazla olan Roufaiel-Meyer (Roufaiel ve

(40)

Meyer, 1987) çevrim modellerinden bahsedilebilir. Genellikle oldukça sık kullanılan çevrim modelleri; elastoplastik model, çift doğrulu (bilinear), üç doğrulu (trilinear), rijitliği azalan (stiffness degradating-Clough hysteresis), başlangıca yönelik (Origin-Oriented), Takeda, Roufaiel-Meyer vb. çok parçalı doğrular ile oluşturulan ana iskelet eğrileri kullanılarak temsil edilen histeretik modeller ile, ampirik matematiksel fonksiyonlar yardımıyla oluşturulan Bouc-Wen türündeki yumuşak (smooth) histeretik modellerdir. Modellere ait kuvvet-yerdeğiştirme değişimleri (iskelet eğrileri) Şekil 2.5 de gösterilmektedir.

Elastoplastik modelde iç kuvvet-şekil değiştirme eğrisinin ilk kısmı çatlamış kesit davranışını temsil edecek şekilde doğrusal artan bir formdadır. Kesitin akmasından sonra ise rijitliğin sabit olarak kaldığı varsayılır. Bu bölümde gerçekleşecek bir yük boşalması elastik kısmın rijitliğinde oluşur.

Çift doğrulu modelde gerilme pekleşmesi özelliği hesaba katılır. Akmadan sonra kesitte oluşacak rijitlik akmadan önceki kısmın rijitliği cinsinden ifade edilir. Bu model elastoplastik modelden daha gerçekçidir fakat akmadan sonraki yük boşalımı ve ters yükleme durumlarında gerçekleşecek rijitlik azalımı davranışını içermez. Üç doğrulu modelde çift doğrulu modelden farklı olarak kesitteki çatlama da dikkate alınır. Bu yüzden değişim çatlama öncesi, çatlama sonrası ve akma sonrasını ifade eden üç doğru şeklindedir. Bu modelde gerçekleşen yük boşalması çatlamamış kesitin rijitliğine eşit şekilde oluşur.

Rijitliği azalan (Clough) modelde, yükün geri yükleme durumunda rijitlik azalımı etkisini içerecek şekilde oluşturulmuştur. Model, gerilme pekleşmesi etkisini hesaba katan çift doğrulu model üzerinde çalışır. İlk yükleme durumunda kesit akmaya ulaşmışsa, yük boşalması başlangıç rijitliği ile aynı rijitlikte gerçekleşir. Yükleme tersine döndüğünde rijitlik azalır. Bu bölümdeki rijitlik, geri yüklemenin başladığı noktadan ters yöndeki yüklemeye ait akma noktasına uzanan doğrunun eğimine eşittir. Eğer yeni bir yükleme yönünde kesit önceden akmaya ulaşmışsa, yeni yüklemeye ait rijitlik, yüklemenin başladığı noktadan maksimum yerdeğiştirmenin gerçekleştiği noktaya uzanan doğrunun eğimi ile belirlenir (Saiidi, 1982).

Başlangıca yönelik çevrim modelinde, tersinir kesme kuvveti ve kayma yerdeğiştirmelerinin zamanla değişimini ifade eder ve yükleme ilk başta ana iskelet eğrisini izler. Çatlamadan önce eleman elastik davrandığı için doğal olarak histeretik

(41)

enerji kaybı olmaz. Bu durumda, yükleme ve boşaltma sırasında sistem kayma rijitliği başlangıç eğimini takip eder. Yükün azalarak boşalmaya başlaması ile çevrim başlangıca yönelik olarak çatlakları kapanmış bir kesit gibi, ulaştığı en büyük kesme kuvveti ve yerdeğiştirmeyi başlangıca bağlayan bir rijitlikte, doğrusal bir davranış izler. Bir sonraki yeniden yükleme de, bu başlangıca yönelmiş boşalma güzergâhını izleyerek, ana çevrim iskeleti ile rastlaşana kadar ya da yeniden boşalma olana kadar devam eder. Ana çevrim iskeleti ile rastlanılırsa, bu durumda ana eğri takip edilir. Ana iskeleti geçmeden boşalma olursa, başlangıca yönelir (Taşkın, 2001).

Takeda modelinde eğri çatlamamış, çatlamış ve akma sonrası durumu ifade eden üç doğrusal kısımdan oluşur. Doğrusal olmayan yerdeğiştirmeler kesitin çatlamasıyla başlar. Yük boşalması ve ters yükleme durumlarındaki rijitlikler akma durumundaki rijitlikten ve birbirlerinden farklıdır. Betonarme bir elemanda artan yükler altında oluşacak deformasyonlar ilk olarak kesitin çatlamasıyla ortaya çıkar. Kesitin akmasından sonra ise hızla artarak kesitin taşıma kapasitesine erişmesine neden olur. Çatlamadan ve akmadan sonra oluşacak yük boşalmaları kesitin rijitliğinde azalmaya neden olacaktır. Bu azalmalar doğal olarak akma sınırını aşmış kesitlerde daha fazladır. Geri yükleme durumunda ise kesit başlangıç durumuna göre daha zayıf olacağından rijitliği de daha az olacaktır. Bu şekilde bir rijitlik azalımı durumunu uygun olarak ifade eden bir model, davranışı en gerçekçi şekilde temsil eden model olacaktır. Takeda modeli betonarme elemanların bu davranışım en uygun şekilde ifade eden modellerden birisidir. Buna karşın karmaşıktır ve uygulamada zorluklar ortaya çıkarır (Saiidi, 1982).

Roufaiel-Meyer modelinde rijitlik azalımının yansıra dayanım azalımı da dikkate alınır. Değişim her yüklemede üç doğruludur. Fakat yük boşalmalarında rijitlikler farklılaşır. Ters yükleme sırasında ilk olarak kesitteki çatlaklar kapanır (pinching). Çatlakların kapanmasından sonra yükler altında şekil değiştirmeler hızla artmaya başlar. İlk yük çevriminden sonraki ikinci yük çevriminde, plastik şekil değiştirmelerden dolayı kesitin akma ve göçme sınırları daha düşük değerlerde oluşur. Bundan dolayı her yük çevriminde dayanımda da bir azalma meydana gelir (Taşkın, 2001).

Bouc-Wen Modelinde ise doğrusal olmayan davranış için bir hareket denklemi vardır. Bu denklemin içerdiği histeretik davranış eğrisini şekillendiren iç değişken,

(42)

parametrelerden oluşan, değişkenleri ise hız ve iç değişkenin kendisi ile birinci türevi olan diferansiyel denklemin çözümüyle bulunur (Marano ve Greco, 2003) .

(43)

Şekil 2.5 : a) Elastoplastik, b) Çift doğrulu, c) Üç doğrulu, d) Clough, e) Başlangıca yönelik, f) Takeda, g) Roufaiel-Meyer, h) Bouc-Wen histeretik modelleri.

F K K D F Dy D a) D F b) Dy D K K1 K D F c) Dcr Dy Du K K K D F d) Dy D K K D F e) Dcr Dy Du D F f) Dcr Dy Du Kˊ αKˊ F g) h) F D D

(44)

(45)

3. İSTANBUL YÜKSEK BİNALAR DEPREM YÖNETMELİĞİ’ NİN DBYBHY İLE KARŞILAŞTIRILARAK İRDELENMESİ

3.1 Genel Hükümler

Hâlihazırda taslak halinde bulunan “İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliğine” göre yüksek binalar, tamamı yer altında olan bodrum katları hariç olmak üzere, en düşük yer seviyesinden itibaren yukarıya doğru sayılmak/ölçülmek üzere, kat sayısı en az 20 ve/veya yüksekliği en az 60 m olan binalardır.

İYBDY’i deprem etkileri altında temel ilke olarak performansa göre tasarımı esas alır. Ayrıca hasarın sınırlı olmasının öngörüldüğü performans hedefleri için, geleneksel dayanıma göre tasarım ilkesi çerçevesinde doğrusal (lineer) analiz yöntemlerinin kullanılmasına da izin verilmektedir. DBYBHY’de ise doğrusal analiz yöntemlerine göre tasarım ağırlıklıdır.

Yüksek binaların İYBDY kapsamında yapılacak performansa göre tasarımlarının, bu alanda teorik ve pratik bilgi ve deneyim sahibi yerli ve/veya yabancı bağımsız uzmanlar (bağımsız kontrol makamı) tarafından tasarımın başlangıcından itibaren bütün aşamalarında kontrol edilerek onaylanması zorunludur. DBYBHY' inde bağımsız proje kontrolü yoktur.

3.2 Deprem Etkisinin Tanımlanması 3.2.1 Deprem düzeyleri

DBYBHY de aşılma olasılığı olarak verilen deprem düzeyleri İYBDY’ inde aşağıdaki gibi tanımlanmıştır.

3.2.1.1 (D1) deprem düzeyi

Yönetmelik kapsamındaki yüksek binaların servis ömürleri boyunca meydana gelebilmesi olasılığı fazla olan, göreli olarak sık ancak şiddeti çok yüksek olmayan deprem yer hareketlerini ifade etmektedir. (D1) düzeyindeki depremin 50 yılda aşılma olasılığı %50, buna karşı gelen dönüş periyodu ise 72 yıldır.

(46)

Yönetmelik kapsamındaki yüksek binaların servis ömürleri boyunca meydana gelebilmesi olasılığı çok fazla olmayan, seyrek ancak şiddetli deprem yer hareketlerini ifade etmektedir. (D2) düzeyindeki depremin 50 yılda aşılma olasılığı %10, buna karşı gelen dönüş periyodu ise 475 yıldır.

Yönetmelik kapsamındaki yüksek binaların maruz kalabileceği en şiddetli deprem yer hareketini ifade etmektedir. (D3) düzeyindeki bu çok seyrek depremin 50 yılda aşılma olasılığı %2, buna karşı gelen dönüş periyodu ise 2475 yıldır.

3.2.2 Deprem tasarım spektrumları

DBYBHY’ de tasarım spektrumu üç bölgeden oluşurken, İYBHY’ inde beş bölgeden oluşmaktadır.

Şekil 3.1 : DBYBHY spektral ivme katsayısı spektrumu ve İYBDY tasarım spektrumu. S(T) 2.5 1.0 TA TB T S(T)=2.5(TB/T)0.8 SMS SM1 0.4SMS Sae T T0 TS 1.0 TL Sae= SM1/T Sae= SM1TL/T2

(47)

Şekil 3.1 de görülen büyüklükler;

S1 : Referans zemin sınıfı için bir saniye periyotlu spektral ivme

SM1 : Gözönüne alınan zemin sınıfı için bir saniye periyotlu spektral ivme SMS : Gözönüne alınan zemin sınıfı için kısa periyotlu spektral ivme Ss : Referans zemin sınıfı için kısa periyotlu spektral ivme

T : Doğal titreşim periyodu T0 : Spektrum köşe periyodu

Te : Mimari elemanın veya mekanik, elektrik donanıma ve/veya bina tasıyıcı sistemine bağlantısına ilişkin doğal titreşim periyodu

TL : Uzun periyod bölgesine geciş periyodu

TS : Spektrum köşe periyodu olarak tanımlanmaktadır.

İYBDY spektral ivme değerleri doğal titreşim periyoduna karşı gelen spektral ivme değeri ile aynı periyot için zemin katsayısına bağlı olarak Denklem (3.1)’ deki gibi tanımlanmıştır. Bilindiği gibi DBYBHY de spektral ivme değerleri sabit olarak verilmektedir. 1 1 MS a s M v S F S S F S     (3.1) Burada;

Fa : Kısa periyotlu spektral ivme için zemin etkisi katsayısı

Fv : Bir saniye periyotlu spektral ivme için zemin etkisi katsayısıdır.

Fa ve Fv zemin etkisi parametreleri, sırasıyla İYBDY Tablo 2.1 ve Tablo 2.2’te

tanımlanmıştır.

T0 ve Ts spektral ivme değerlerine bağlı olarak tanımlanmıştır (3.2).

1 0 0.2 M s MS S S T S T T   (3.2)

TL=12s (İstanbul ili için) olarak uzun periyot bölgesine geçiş periyodu olarak tanımlanmıştır. DBYBHY de ise TA ve TB zemin sınıfına bağlı olarak sabit değerlerle tanımlanmaktadır. Zemin sınıfları A, B, C, D, E, F olarak tanımlanırken, DBYBHY de ise zemin sınıfları Z1, Z2, Z3, Z4 terimleriyle ve dört farklı zemin grubu A, B, C,

(48)

A Sınıfı: Sert kaya, kayma dalgası hızı, vs > 1500 m/sn

B Sınıfı: Kaya, (760 m/sn < vs ≤ 1500 m/sn)

C Sınıfı: Çok sıkı zeminler ve yumuşak kaya, (360 m/sn < vs ≤ 760 m/sn) veya N >

50 veya su > 100 kPa

D Sınıfı: Katı zeminler, (180 m/sn < vs ≤ 360 m/sn) veya (15 ≤ N ≤ 50) veya (50 kPa

≤ su ≤ 100 kPa)

E sınıfı: vs < 180 m/sn veya N < 15 veya su < 50 kPa olan zemin profili veya 3

metreden kalın yumusak kil bulunan zemin profili (PI >20, w ≥ %40 ve su < 25 kPa)

F Sınıfı: Sahaya özel değerlendirme gerektiren zeminler olarak tanımlanmaktadır.

3.2.3 Zaman tanım alanında deprem etkisi

En az 7 deprem yer hareketi takımından (birbirine dik iki yatay bileşen için ivme kayıtları) oluşan deprem toplumu seçilecektir. DBYBHY’de kaydedilmiş veya benzeştirilmiş yer hareketlerinin kullanılması durumunda en az üç deprem yer hareketi üretilmesi zorunludur. Yeterli sayıda gerçek deprem kaydı bulunamadığı durumlarda deprem yer hareketi benzeşimleri ve tasarım spektrumu ile uyumlu olarak üretilmiş yapay deprem yer hareketlerinin kullanılması mümkün kılınmıştır. DBYBHY de yapay yollarla üretilen, daha önce kaydedilmiş veya benzeştirilmiş deprem yer hareketlerinin kullanılmasına olanak tanınmaktadır.

Her bir deprem yer hareketi takımı için senaryo depremi parametreleri ile uyumlu gerçek bir depremden elde edilmiş ivme kayıtları kullanılacaktır.

İstanbul ili için bu ivme kayıtlarının seçiminde, yanal atımlı deprem kaynak mekanizması, 7.0 < Mw < 7.5 deprem moment büyüklüğü ve B veya C zemin sınıfı

esas alınacaktır. Deprem mesafesi olarak ise, bina ile Ana Marmara Fay Hattı arasındaki en kısa uzaklık alınacaktır.

Doğrusal olmayan çözümlemeler spektrum sekline ve yer hareketinin faz özelliklerine bağlı olmaktadır. Bu açıdan spektrum uyumlu olarak olarak üretilmiş yapay deprem yer hareketlerinin faz spektrumunun senaryo depremi parametreleri ile uyumlu gerçek bir depremden elde edilmiş ivme kayıtlarının faz spektrumuna benzemesi gereklidir.

Üretilen yer hareketinin fiziksel bir modele dayalı olması gerekmektedir. Doğrultu (yön – directivity) etkilerinin gözönüne alınması amacı ile, bina konumu ile Ana Marmara Fay Hattı arasındaki en kısa mesafenin 15 km’den daha az olduğu

(49)

durumlarda (Şekil 3.2) en az üç deprem yer hareketi takımı benzeşime dayalı olarak belirlenecektir.

Şekil 3.2 : İYBDY’de İstanbul bölgelerinin Ana Marmara Fay Hattına uzaklıkları. Her bir yer hareketi takımından hesaplanan sıfır saniye periyodundaki spektral genliklerin ortalaması; tasarım spektrumunun sıfır saniye periyodundaki spektral genliğinden daha düşük olmamalıdır. DBYBHY de üretilen deprem yer hareketinin sıfır periyoda karşı gelen spektral ivme değerlerinin ortalaması Aog’den daha küçük

olmayacaktır.

Bir deprem kaydının genliğinin ±0.05g’yi ilk ve son olarak aştığı iki nokta arasında kalan süre, yapının birinci doğal titreşim periyodunun 5 katından ve 15 saniyeden daha kısa olmamalıdır. DBYBHY de kuvvetli yer hareketi kısmının süresi, binanın birinci doğal titreşim periyodunun 5 katından ve 15 saniyeden daha kısa olmayacaktır.

Her bir yatay deprem yer hareketi için, ölçeklendirilmiş yatay bileşenlerin %5 sönüm oranlı spektrumlarının kareleri toplamının karekökü (SRSS spektrum) olarak elde edilen spektrumunun 0.2T ve 1.2T (T=Yapının hakim doğal titreşim periyodu) periyotları arasındaki genlikleri, 3.2.2’de tanımlanan tasarım spektrumunun aynı periyot aralığındaki genliklerinin 1.3 katından daha az olmayacaktır. Bu kuralın sağlanması için her bir yatay deprem yer hareketi bileşeni aynı oranlarda ölçeklendirilecektir. DBYBHY de yapay olarak üretilen her bir ivme kaydına göre %5 sönüm oranı için yeniden bulunacak spektral ivme değerlerinin ortalaması, gözönüne alınan deprem doğrultusundaki birinci (hakim) periyot T ’e göre 0.2T ile

(50)

2T1 arasındaki periyodları için, 2.4’te tanımlanan Sae(T) elastik spektral ivmelerinin

%90’ından daha az olmayacaktır.

3.3 Yüksek Binalar İçin Tanımlanan Performans Düzeyleri, Performans Bölgeleri ve Performans Hedefleri

3.3.1 Minimum hasar (kesintisiz kullanım) performans düzeyi (MH–KK)

Yüksek binalarda ve bunları oluşturan elemanlarda deprem etkisi ile yapısal ve yapısal olmayan hiçbir hasar meydana gelmemesi veya meydana gelecek hasarın çok sınırlı düzeyde olması durumunu tanımlayan performans düzeyidir.

3.3.2 Kontrollü hasar (can güvenliği) performans düzeyi (KH-CG)

Yüksek binalarda ve bunları oluşturan elemanlarda deprem etkisi altında sınırlı ve onarılabilir düzeyde yapısal ve yapısal olmayan hasarın meydana gelmesine izin verilen performans düzeyi olarak tanımlanır.

3.3.3 İleri hasar (göçmeme güvenliği) performans düzeyi (İH-GG)

Yüksek binalarda ve bunları oluşturan elemanlarda deprem etkisi altında göçme öncesinde meydana gelen ileri derecedeki yaygın hasarı temsil etmektedir.

3.3.4 Performans bölgeleri

Yukarıda tanımlanan performans düzeyleri arasında “performans bölgeleri” tanımlanır. DBYBHY de bina deprem performansı ve kesit performansları ayrı ayrı tanımlanırken, İYBDY de birleştirilmiştir.

Şekil 3.3 : DBYBHY iç kuvvet şekildeğiştirme eğrisi hasar bölgeleri diyagramı veİYBDY dayanım şekildeğiştirme eğrisi hasar bölgeleri diyagramı.

İç Kuvvet Şekil değiştirme Minimum Hasar Bölgesi Belirgin Hasar Bölgesi İleri Hasar Bölgesi Göçme Bölgesi MN GV GÇ Dayanım Yerdeğiştirme veya Şekil değiştirme Minimum Hasar/ Kesintisiz Kullanım Performans Bölgesi Kontrollu Hasar/ Can Güvenliği Performans Bölgesi İleri Hasar/ Göçmeme Güvenliği Performans Bölgesi Göçme Bölgesi MH-KK KH-CG İH-GG

(51)

3.3.5 Yüksek binalar için öngörülen minimum performans hedefleri

Performans hedefleri DBYBHY ile karşılaştırılmalı olarak aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Çizelge 3.1 : İYBDY ve DBYBHY performans hedefleri.

DBYBHY performans hedefleri İYBDY performans hedefleri

Depremin Aşılma Olasılığı Binanın Kullanım Amacı ve Türü 50 yılda %50 50 yılda %10 50 yılda %2 Kullanım bakımından bina sınıfı (D1) Deprem Düzeyi (D2) Deprem Düzeyi (D3) Deprem Düzeyi Deprem Sonrası Kullanımı

Gereken Binalar: Hastaneler, sağlık tesisleri, itfaiye binaları,

haberleşme ve enerji tesisleri, ulaşım istasyonları,

vilayet, kaymakamlık ve belediye yönetim binaları, afet yönetim merkezleri, vb.

– HK CG

İnsanların Uzun Süreli ve Yoğun Olarak Bulunduğu

Binalar: Okullar, yatakhaneler, yurtlar, pansiyonlar, askeri kışlalar,

cezaevleri, müzeler, vb. – HK CG Özel sınıf binalar: Sağlık, eğitim, kamu yönetim binaları vb. –– MH /KK KH / CG

İnsanların Kısa Süreli ve Yoğun Olarak Bulunduğu

Binalar: Sinema, tiyatro, konser salonları, kültür merkezleri, spor tesisleri

HK CG –

Diğer Binalar: Yukarıdaki tanımlara girmeyen diğer binalar (konutlar, işyerleri,

oteller, turistik tesisler, endüstri yapıları, vb.) – CG – Normal sınıf binalar: Konut, otel, ofis binaları vb. MH /KK KH / CG İH / GG

Tehlikeli Madde İçeren Binalar: Toksik, parlayıcı ve

patlayıcı özellikleri olan maddelerin bulunduğu ve

depolandığı binalar

– HK GÖ

3.4 Yüksek Binalar İçin Analiz ve Tasarım Yöntemleri 3.4.1 Yüksek binalar için analiz yöntemleri

Doğrusal elastik analizlerde Mod Birleştirme Yöntemi kullanılacaktır. Sönüm oranının ξ = 0.05 olarak varsayılacağı bu analizlerde, ikinci mertebe (P – ∆) etkileri sistem rijitlik matrisinde gözönüne alınacaktır.

Doğrusal olmayan analizlerde, “Zaman Tanım Alanında Doğrudan Entegrasyon Yöntemi” kullanılacaktır. Sönüm oranının öncekine benzer olarak ξ = 0.05

(52)

değerinde kabul edileceği bu çözümlemede, ikinci mertebe (P – ∆) etkileri sistem rijitlik matrisinde gözönüne alınacaktır.

Doğrusal olmayan çözümlemelerde, 2.3’e göre en az yedi deprem yer hareketi takımı kullanılacak, birbirine dik iki doğrultudaki ivme kayıtları taşıyıcı sistemin asal eksenleri doğrultusunda aynı anda (simültane olarak) etki ettirilecektir. Daha sonra ivme kayıtlarının eksenleri 90o döndürülerek analiz tekrarlanacaktır. Tasarıma esas deprem istemleri, bu analizlerden (en az 2*7 = 14 analiz) elde edilen sonuçların ortalaması olarak hesaplanacaktır.

Yüksek binaların doğrusal veya doğrusal olmayan dinamik analizlerinde kat kütlelerinin hesabı için DBYBHY (2007) Denklem(2.6)’da yer alan Hareketli Yük Katılım Katsayısı, n, DBYBHY (2007) Tablo 2.7’deki 3. satıra karşı gelen durum için aşağıdaki şekilde tanımlanacak, ancak 0.30’dan daha büyük alınmayacaktır (3.3). 0.01(50 ) 0.10 n N n    40 40 N N   (3.3) Burada;

N: bina kat adedidir.

3.4.2 Analiz modellerine ilişkin kural ve koşullar

Çerçeve elemanlarının modellenmesi, doğrusal analizde sonlu çubuk elemanlar ile, doğrusal olmayan analizde ise yığılı plastisite yaklaşımı çerçevesinde plastik kesitler’in (plastik mafsallar) tanımlandığı sonlu çubuk elemanlar ile veya yayılı plastisite yaklaşımı çerçevesinde lif (fiber) elemanları ile yapılabilir.

Doğrusal olmayan analiz için bağımsız kontrol makamının onayı ile alternatif modelleme yaklaşımları da kullanılabilir.

Betonarme perde ve perde elemanlarının modellenmesi, doğrusal analizde kabuk (shell) sonlu elemanlar ile yapılacaktır. Doğrusal olmayan analizde ise yayılı plastisite yaklaşımı çerçevesinde lif elemanları veya bağımsız kontrol makamının onayı ile alternatif modelleme yaklaşımları kullanılabilir.