İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BETONARME BİR ATÖLYE BİNASININ DEPREME KARŞI GÜVENLİĞİNİN BELİRLENMESİ VE GÜÇLENDİRİLMEDE PERDE SÜREKSİZLİĞİ
ETKİSİNİN İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Mehmet Akif ARSLAN
HAZİRAN 2005
Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ Programı : DEPREM MÜHENDİSLİĞİ
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
BETONARME BĠR ATÖLYE BĠNASININ DEPREME KARġI GÜVENLĠĞĠNĠN BELĠRLENMESĠ VE GÜÇLENDĠRĠLMEDE PERDE SÜREKSĠZLĠĞĠ
ETKĠSĠNĠN ĠNCELENMESĠ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢ. Müh. Mehmet Akif ARSLAN
(501021179)
HAZĠRAN 2005
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 09 Haziran 2005 Tezin Savunulduğu Tarih : 31 Mayıs 2005
Tez DanıĢmanı : Prof.Dr. Zekai CELEP Diğer Jüri Üyeleri : Doç.Dr. Necmettin GÜNDÜZ
ÖNSÖZ
Çalışmalarımın her aşamasında benden ilgi ve yardımlarını esirgemeyen sayın hocam Prof. Dr. Zekai CELEP’e, arkadaşım İnş.Y.Müh. Gülnur KAYIŞ’a, merhum kardeşim Tarık GÖÇMEN’e ve öğrenim hayatım boyunca bana maddi ve manevi desteğini esirgemeyen aileme sonsuz teşekkürü bir borç bilirim.
Mayıs 2005 Mehmet Akif ARSLAN İnşaat Mühendisi
ĠÇĠNDEKĠLER TABLO LĠSTESĠ vi ġEKĠL LĠSTESĠ ix SEMBOL LĠSTESĠ xi ÖZET xiv SUMMARY xvi 1. GĠRĠġ 1
1.1 Giriş ve Çalışmanın Amacı 1
1.2 1975 ve 1998 Deprem Yönetmeliklerinin Çeşitli Açılardan
4 Karşılaştırılması
1.2.1 Depreme Dayanıklı Tasarım Yaklaşımı 4 1.2.2 Tasarım Yöntemleri Açısından Değerlendirme 5
2. MEVCUT YAPILARIN DEPREM GÜVENLĠĞĠNĠN
7 ĠNCELENMESĠ
2.1 Mevcut Durumun Tespiti Ve Değerlendirilmesi 7
2.1.1 Yapıya Ait Belgelerin Sağlanması 7
2.1.2 Yapı Üzerindeki İnceleme Ve Çalışmalar 8 2.2 Taşıyıcı Sistemin Deprem Güvenliğinin Belirlenmesi 11 2.2.1 Taşıyıcı Sistemin Modellenmesinde Ve Kontrolünde Alınacak
11 Yükler
2.2.2 Kesitlerin Kontrolü 19
2.2.3 Kat Kapasiteleri 19
3. ONARIM VE GÜÇLENDĠRMEDE KULLANILAN
20 MALZEMELER VE TEKNĠKLERĠ
3.1 Epoksi Reçineleriyle Çatlak Onarımı 20
3.2 Çelik Şeritlerle Onarım Ve Güçlendirme 21
3.3 Püskürtme Beton İle Onarım Ve Güçlendirme 22
3.4 Tamir Harçlarıyla Onarım 23
3.5 Lifli Plastik Levhalarla Onarım Ve Güçlendirme 24
4. BETONARME BĠNALARDA GÜÇLENDĠRME YÖNTEMLERĠ 25
4.1 Giriş 25
4.2 Onarım Ve Güçlendirmede Uygulanan İlkeler 28 4.3 Güçlendirme Yöntemlerinin Seçimini Etkileyen Faktörler 28
4.4 Betonarme Taşıyıcı Sistem Elemanlarının Güçlendirilmesi 29
4.4.1 Kolonların Güçlendirilmesi 30
4.4.2 Kirişlerin Güçlendirilmesi 33
4.4.3 Kolon Kiriş Birleşimlerinin Onarımı Ve Güçlendirilmesi 39 4.4.4 Perdelerin Onarımı Ve Güçlendirilmesi 42 4.4.5 Döşemelerin Onarımı Ve Güçlendirilmesi 45 4.4.6 Temellerin Onarımı Ve Güçlendirilmesi 47 4.5 Taşıyıcı Sistemin Yeni Elemanlarla Güçlendirilmesi 49
4.5.1 Giriş 49
4.5.2 Yapıya Yeni Deprem Perdelerinin Yerleştirilmesi 49 4.5.3 Çerçeve Gözlerinin Donatılı Duvarlarla Doldurulması 51
4.5.4 Kanat Duvarlarla Güçlendirme 53
5. YEDĠ KATLI MEVCUT BĠR BETONARME YAPININ
54 DEPREM GÜVENLĠĞĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
5.1 Giriş 54
5.2 Yapının Tanımı 54
5.3 Yapının Taşıyıcı Sisteminin Hesap Modeli, Yapılan Kabuller ve
58 Malzeme Özellikleri
5.4 Yapının Yatay Yüklere Göre Analizi 60
5.4.1 Mevcut Yapının 1975 Deprem Yönetmeliğine Göre Güvenliğinin 72 İncelenmesi
5.4.2 Mevcut Yapının 1998 Deprem Yönetmeliğine Göre Güvenliğinin 79 İncelenmesi
5.4.3 Mevcut Yapının 1975 ve 1998 Deprem Yönetmelikleri Kurallarına Göre Karşılaştırılması Ve Değerlendirilmesi 99 5.4.4 Tespitler Ve Binanın Güçlendirilmesine Karar Verilmesi 101
6. ĠLAVE PERDE SÜREKSĠZLĠĞĠ ETKĠSĠNĠN
103 ĠNCELENMESĠ
6.1 Giriş 103
6.2 Güçlendirme Perdelerinin Modellenmesi 104
6.3 Taşıyıcı Sistemde Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimler 106 6.4 Perde Üstünde Kalan Kolonlarda Moment, Kesme Kuvveti Ve
111 Normal Kuvvet Değişimleri
7. KAT AZALTMASI PARAMETRESĠ ĠLE YAPININ DEPREM
DAVRANIġININ ĠNCELENMESĠ 120
7.1 Giriş 120
8. SON KATA KADAR PERDE ĠLE GÜÇLENDĠRĠLMĠġ YAPININ
124 DEPREM GÜVENLĠĞĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ
8.1 1998 Deprem Yönetmeliği’ne Göre Güçlendirilmiş Yapının
127 Çözümlemesi
8.1.1 Deprem Yükünün Hesaplanması 127
8.1.2 Güçlendirilmiş Yapı Deplasman Ve Yapısal Düzensizliklerin
134 İrdelenmesi
8.1.3 Güçlendirilmiş Yapıda Betonarme Tahkikler 140 8.2 Deprem Yönetmeliği'ne Göre Süneklik Düzeyi Yüksek Perdelerdeki
143 Koşullar
8.2.1 Enkesit Koşulları 143
8.2.2 Perde Uç Bölgeleri ve Kritik Perde Yüksekliği 143
8.2.3 Gövde Donatısı Koşulları 145
8.2.4 Gövde Donatılarının Düzenlenmesi 145
8.2.5 Perde Uç Bölgelerinde Donatı Koşulları 145
8.2.6 Perdelerin Kesme Güvenliği 147
8.3 Perdelerin Statik ve Betonarme Hesabı 147
8.4 Kirişsiz Radye Temel Betonarme Hesabı 155
8.4.1 Radye Temel Kalınlığının Belirlenmesi ( Zımbalama Tahkiki) 156
8.4.2 Zemin Gerilmesi Kontrolü 157
8.4.3 Kirişsiz Radye Temelin Statik ve Betonarme Hesabı 157
9. SONUÇLAR 162
KAYNAKLAR 164
EKLER 165
TABLO LĠSTESĠ
Sayfa No
Tablo 2.1 : Etkin Yer İvmesi Katsayıları... 15
Tablo 2.2 : Yerinde Dökme Binalarda Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı,R.. 19
Tablo 5.1 : Yapı Kolon ve Kiriş Boyutları... 55
Tablo 5.2 : Yükleme Kombinasyonları...……….. 59
Tablo 5.3 : Yapının Doğal Titreşim Modları Ve Katılım Oranları………. 65
Tablo 5.4 : Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminin Uygulanabileceği Binalar…... 69
Tablo 5.5 : Zemin Grupları... 70
Tablo 5.6 : Zemin Sınıfları İçin Spektrum Karakteristik Periyotları... 70
Tablo 5.7 : Yapı Ağırlığı………. 73
Tablo 5.8 : Katlara Etkiyen x ve y Doğrultularında Eşdeğer Deprem Kuvvetleri………. 74
Tablo 5.9 : x ve y Doğrultusunda Göreli Kat Ötelemeleri... 75
Tablo 5.10 : Bodrum Kat Kolonlarında Eğilme Momenti Kapasite Tablosu... 76
Tablo 5.11 : Bodrum Kat Kolonlarında Normal ve Kesme Kuvveti Kapasite Tablosu……… 77
Tablo 5.12 : Deprem Yükü Hesabı İçin Gerekli Yapı Ve Zemin Karakteristik Değerleri………... 79
Tablo 5.13 : Katlara Etkiyen x Doğrultusu Eşdeğer Deprem Kuvvetleri………. 80
Tablo 5.14 : Katlara Etkiyen y Doğrultusu Eşdeğer Deprem Kuvvetleri………. 81
Tablo 5.15 : Kat Kesme Kuvvetleri Değerleri (Mod.Bir.Yön-Eşd.Dep.Yön)…. 82 Tablo 5.16 : Yapı x Doğrultusu Burulma Düzensizliği Kontrolü………. 85
Tablo 5.17 : Yapı -x Doğrultusu Burulma Düzensizliği Kontrolü... 85
Tablo 5.18 : Yapı y Doğrultusu Burulma Düzensizliği Kontrolü………. 86
Tablo 5.19 : Yapı -y Doğrultusu Burulma Düzensizliği Kontrolü………... 86
Tablo 5.20 : Dışmerkezsiz Durum Burulma Düzensizliği Kontrolü …………... 87
Tablo 5.21 : Yapı x Doğrultusu B2 Düzensizliği Kontrolü...…... 88
Tablo 5.22 : Yapı -x Doğrultusu B2 Düzensizliği Kontrolü... 88
Tablo 5.23 : Yapı y Doğrultusu B2 Düzensizliği Kontrolü... 89
Tablo 5.24 : Yapı -y Doğrultusu B2 Düzensizliği Kontrolü... 89
Tablo 5.25 : Yapı x Doğrultusu Göreli Kat Ötelemeleri Kontrolü... 90
Tablo 5.26 : Yapı y Doğrultusu Göreli Kat Ötelemeleri Kontrolü... 91
Tablo 5.27 : Yapı x Doğrultusu İkinci Mertebe Etkileri Kontrolü... 92
Tablo 5.28 : Yapı y Doğrultusu İkinci Mertebe Etkileri Kontrolü... 92
Tablo 5.29 : Mevcut Kolon Donatı Oranları...…... 94
Tablo 5.30 : Bodrum Kat Kolonlarında Eğilme Momenti Kapasite Tablosu... 95
Tablosu ... 96
Tablo 5.32 : 4 Aksı Kirişleri Boyuna Donatı Tahkiki...…... 97
Tablo 6.1 : Çözümlere Ait Dosyalar Ve Özellikleri………... 104
Tablo 6.2 : Perde Taban Momentlerinin Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi
Ve Devrilme Momenti Oranları………... 108
Tablo 6.3 : Perde Taban Kesme Kuvvetlerinin Perde Yüksekliğine Bağlı
Değişimi Ve Bina Taban Kesme Kuvvetine Oranları……….. 109
Tablo 6.4 : GP02 Perdesi Üzerinde Kalan Kolon My Momentlerinin İlave
Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……… 111
Tablo 6.5 : GP02 Perdesi Üzerinde Kalan Kolonlarda Kesme Kuvvetinin
İlave Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……….... 112
Tablo 6.6 : GP02 Perdesi Üzerinde Kalan Kolonlarda Normal Kuvvetinin
İlave Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……… 112
Tablo 6.7 : GP03 Perdesi Üzerinde Kalan Kolon Mx Momentlerinin İlave
İlave Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……… 113
Tablo 6.8 : GP03 Perdesi Üzerinde Kalan Kolonlarda Kesme Kuvvetinin
İlave Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……….... 113
Tablo 6.9 : GP03 Perdesi Üzerinde Kalan Kolonlarda Normal Kuvvetinin
İlave Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……….... 114
Tablo 6.10 : S16 ve S44 Elamanı Mx Momentlerinin İlave Perde Yüksekliğine
Bağlı Değişimi……….. 114
Tablo 6.11 : GP02 Perde Üstünde Kalan S02 ve S03 Kolonlarının Perde
Süreksizliğince Kapasite Hesapları………. 115
Tablo 6.12 : Perde Süreksizliği Durumu Yapı Kolonları Moment Kapasite
Hesapları... 116
Tablo 6.13 : Birbirine Yakın Değerler Alan Kolonlarda 1-3-5 kat
Güçlendirmede Kolon Moment Oranları... 117
Tablo 7.1 : 2 ve 4 Katlı Yapıda İlk Kat Kolonlarında Eğilme Momenti
Kapasite Oranları ... 121
Tablo 7.2 : 5 ve 6 Katlı Yapıda İlk Kat Kolonlarında Eğilme Momenti
Kapasite Oranları... 122
Tablo 7.3 : Kat Azaltması İle Yapının Dinamik Karakteristikleri Değişimi... 123
Tablo 8.1 : Güçlendirilmiş Yapının Modal Periyot Ve Modal Kütle Katılım
Oranları... 127
Tablo 8.2 : Mevcut Ve Güçlendirilmiş Yapı Ağırlığı (kN)... 128
Tablo 8.3 : Katlara Etkiyen x Doğrultusu Eşdeğer Deprem Kuvvetleri (R =4). 129
Tablo 8.4 : Katlara etkiyen y yönü eşdeğer deprem kuvvetleri (R = 4)... 130 Tablo 8.5 : Güçlendirilmiş Bina αm Değerleri Ve Taban Kesme
Kuvvetleri (R=4)……….. 131
Tablo 8.6 : Katlara Etkiyen x Doğrultusu Eşdeğer Deprem Kuvvetleri (R = 6) 131
Tablo 8.7 : Katlara Etkiyen y Doğrultusu Eşdeğer Deprem Kuvvetleri (R = 6) 132
Tablo 8.8 : R =7 ve R =6 Hallerinde Muhtelif Kolonlarda Kapasite
Karşılaştırması……….. 133
Tablo 8.10 : Güçlendirilmiş Yapı y Doğrultusu Burulma Düzensizliği Kontrolü 134
Tablo 8.11
: Güçlendirilmiş Sistem Ve Mevcut Sistem A1 Burulma
Düzensizlikleri……….. 135
Tablo 8.12 : Güçlendirilmiş Yapı x Doğrultusu B2 Düzensizliği Kontrolü……. 137
Tablo 8.13 : Güçlendirilmiş Yap y Doğrultusu B2 Düzensizliği Kontrolü…….. 138
Tablo 8.14 : Güçlendirilmiş Yapı x Doğrultusu Göreli Kat Ötelemesi Kontrolü 138
Tablo 8.15 : Güçlendirilmiş Yapı y Doğrultusu Göreli Kat Ötelemesi Kontrolü 139
Tablo 8.16 : Mantolanmış Perde Uç Kolonları Ve Boyutları………... 140
Tablo 8.17 : Güçlendirilmiş Yapıda İlk Kat Kolonları En Büyük Normal
Kuvvet Tahkiki………. 141
Tablo 8.18 : Güçlendirilmiş Yapı İlk Kat Kolonlarında Eğilme Momenti
Kapasite Tablosu……….. 142
Tablo 8.19 : GP05 Güçlendirme Perdesi Betonarme Hesabına Esas Kesit
Tesirleri ……….………... 148
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa No
ġekil 1.1 : Spektrum Katsayısının Periyoda Göre Değişimi
(1998 Dep.Yönetmeliği)………... 5
ġekil 1.2 : Spektrum Katsayısının Periyoda Göre Değişimi (1975 Dep.Yönetmeliği)………... 5
ġekil 2.1 : Türkiye Deprem Bölgeleri……... 13
ġekil 2.2 : Elastik Ve Elastik Olmayan Davranışlar Sonucunda İvmelerin Azalması………... 17
ġekil 3.1 : Düşük Basınçla Epoksi Uygulaması Ayrıntıları………... 21
ġekil 3.2 : Yapı Elemanına Çelik Şerit Uygulaması... 22
ġekil 4.1 : Kolonlarda Mantolanmış Kesit Örnekleri……… 30
ġekil 4.2 : Mantolanmış Kolon Kesiti ve Birleşim Bölgesinden Geçen Donatılar………... 31
ġekil 4.3 : Tek Taraftan Mantolama……….. 35
ġekil 4.4 : Dört Taraftan Mantolama……… 36
ġekil 4.5 : İki ve Üç Taraflı Mantolanmış Kiriş Enkesitleri……….. 36
ġekil 4.6 : Tek ve Üç Taraflı Mantolanmış Kiriş Enkesitleri……… 36
ġekil 4.7 : Çelik Levhayla Güçlendirme……… 38
ġekil 4.8 : Mantolanmış Kenar Kiriş Kesiti………... 38
ġekil 4.9 : Kirişlerin Çelik Levhayla Güçlendirilmesi……….. 39
ġekil 4.10 : Kolon-Kiriş Birleşim Bölgesinin Mantolanması……….. 41
ġekil 4.11 : Çelik Levhalar ve Şeritlerle Güçlendirme……… 41
ġekil 4.12 : Çelik Kuşaklama İle Birleşim Bölgesi Güçlendirilmesi………….. 42
ġekil 4.13 : Deprem Perdelerinin Boyutlarının Artırılması ve Perdeleme İle Güçlendirme………. 44
ġekil 4.14 : Perdeyle Döşeme Arasındaki Kuvvet Aktarımı Detayı……… 44
ġekil 4.15 : Döşeme Kalınlığının Artırılması……….. 46
ġekil 4.16 : Aderans Temini İçin Kullanılan Yöntemler………. 46
ġekil 4.17 : Döşeme–Deprem Perdesi Birleşim Bölgesinin Güçlendirilmesi…. 47 ġekil 4.18 : Temellerin Güçlendirilmesi……….…. 48
ġekil 4.19 : Temel Çevresinin Kuşaklama Yapılarak Güçlendirilmesi………... 48
ġekil 4.20 : Yapıya Dıştan Perdeleme Uygulaması………. 50
ġekil 4.21 : Yapı İçerisinde İlave Perde Uygulaması ve Detayları………. 51
ġekil 4.22 : Perdenin Çerçeve İle Monolitik Çalışabilmesi İçin Gereken Ayrıntılar……….. 52
ġekil 4.24 : Mevcut Kolonun Kanat Duvarlarla Takviye Edilerek
Güçlendirilmesi……… 53
ġekil 5.1 : Mevcut Binaya Ait Kalıp Planı……… 57
ġekil 5.2 : Mevcut Binanın SAP2000 Geometrik Modeli………. 59
ġekil 5.3 : Mevcut Binanın 3 Boyutlu SAP2000 Modeli……….. 60
ġekil 5.4 : Kaydırılmış Kütle Merkezi………... 62
ġekil 5.5 : Yarımca İstasyonu 17 Ağustos Marmara Depremi Spektrumu…… 67
ġekil 5.6 : Çeşitli Zemin Spektrum Eğrileri……….. 67
ġekil 5.7 : Kat Kesme Kuvvetleri Karşılaştırılması (Mod.Bir.Yön-Eşd.Dep.Yön)………... 82
ġekil 5.8 : Burulma Düzensizliği………... 84
ġekil 5.9 : Mevcut Kolon Kesitleri……… 94
ġekil 5.10 : Kat Kesme Kuvvetleri Karşılaştırılması………... 99
ġekil 5.11 : Yapının Deprem Etkisindeki Yerdeğiştirmesi……… 100
ġekil 5.12 : 1975 D-Yön.Yapı 1 Aksı Tasarım Momentleri……… 100
ġekil 5.13 : 1998 D-Yön.yapı 1 Aksı Tasarım Momentleri………. 100
ġekil 5.14 : 1975 D-Yön.Yapı 1 Aksı Tasarım Kesme Kuvvetleri ...…………. 101
ġekil 5.15 : 1998 D-Yön.Yapı 1 Aksı Tasarım Kesme Kuvvetleri………. 101
ġekil 6.1 : Çubuk Eleman Perde Modellemesi……….. 105
ġekil 6.2 : Üçüncü Kata Kadar İlave Perdeli Sistemin SAP2000 Modeli……. 106
ġekil 6.3 : Periyotların Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi………. 106
ġekil 6.4 : Devrilme Momentinin Perdeli Çerçeve Tarafından Karşılanması... 107
ġekil 6.5 : x Doğrultusu İçin Perde Taban Momentlerinin Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……… 110
ġekil 6.6 : y Doğrultusu İçin Perde Taban Momentlerinin Perde Yüksekliğine Bağlı Değişimi……… 110
ġekil 6.7 : 5 Katlı Güçlendirmede İncelenen Kolonların Model Olarak Görünümü... 118
ġekil 6.8 : Kolonlarda 1-3-5 Kat Güçlendirmede Kolon Moment Karşılaştırmaları... 119
ġekil 7.1 : Kat Azaltmasına Bağlı Yapı Doğal Periyodu Değişimi…………... 123
ġekil 8.1 : Güçlendirilmiş Yapının 3 Boyutlu Görünüşü……….. 125
ġekil 8.2 : Güçlendirilmiş Yapının Bodrum Kat Tavanı Kalıp Planı………… 126
ġekil 8.3 : A1 Burulma Düzensizlikleri Karşılaştırması……… 137
ġekil 8.4 : Perdelerde Enine ve Boyuna Donatı Yerleşimi……… 146
ġekil 8.5 : M11 Momenti İçin 1000,43 kNm yi Aşan Bölgeler (Altta çekme). 160
SEMBOL LĠSTESĠ
Ac : Kolonun veya perde uç bölgesinin brüt enkesit alanı
Ach : Perdenin brüt enkesit alanı
Ack : Sargı donatısının dışından dışına alınan ölçü içinde kalan çekirdek beton alanı
Ai : Binanın i’inci katının alanı
Ao : Etkin Yer İvmesi Katsayısı
A(T) : Spektral İvme Katsayısı
Aw : Herhangi bir katta, kolon enkesiti etkin gövde alanlarının toplamı
Ae : Herhangi bir katta, gözönüne alınan deprem doğrultusunda etkili kesme alanı
Ag : Herhangi bir katta, gözönüne alınan deprem doğrultusuna paralel doğrultuda perde olarak çalışan taşıyıcı sistem elemanlarının enkesit
alanlarının toplamı
b : Kiriş tabla genişliği b : Kolon kesit boyutu bw : Kiriş gövde genişliği
bw : Perdenin gövde kalınlığı
bx, by : Zımbalama çevresinin “x” ve “y” doğrultularındaki boyutları
Bx,By : Bina plan boyutları
C : 1975 Deprem Yönetmeliğine göre deprem katsayısı Co : Deprem bölge katsayısı
Ct : Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminde birinci doğal titreşim periyodunun bulunmasında kullanılan katsayı
d : Eğilme elemanlarında faydalı yükseklik d’ : Paspayı
di : Binanın i’inci katında deprem yüklerine göre hesaplanan yerdeğiştirmesi
D : Yapının deprem doğrultusuna paralel genişliği Di : i’inci katta ek dışmerkezlik arttırma katsayısı
emin : Minimum dışmerkezlik
ex, ey : “x” ve “y” doğrultularındaki dışmerkezlikler
E : Deprem etkisi
Ec : Betonun elastisite modülü
Es : Çeliğin elastisite modülü
EI : Eğilme rijitliği
fcd : Beton tasarım basınç dayanımı
fck : Beton karakteristik basınç dayanımı
fctd : Beton tasarım eksenel çekme dayanımı
fctk : Beton karakteristik eksenel çekme dayanımı
fyd : Boyuna donatı tasarım akma dayanımı
fyk : Boyuna donatı karakteristik akma dayanımı
fywd : Enine donatı tasarım akma dayanımı
F : Statik eşdeğer toplam yatay yük
Fi : Mod Birleştirme Yönteminde i’inci kata etkiyen kat kesme kuvveti
Ft : Yapının en üst katına etkiyen ek yatay yük
g : Yerçekimi ivmesi G (g) : Zati yük etkisi
Gi : Binanın i’inci katındaki toplam sabit yük
h : Eleman yüksekliği hf : Döşeme kalınlığı
hi : Binanın i’inci katının kat yüksekliği
Hcr : Kritik perde yüksekliği
Hw : Temel üstünden veya zemin kat döşemesinden itibaren ölçülen toplam perde yüksekliği
HN : Binanın temel üstünden itibaren ölçülen toplam yüksekliği (Bodrum katlarında rijit çevre perdelerinin bulunduğu binalarda zemin kat döşemesi üstünden ölçülen toplam yükseklik)
I : Bina Önem Katsayısı k : Ötelenme rijitliği
kv : Zemin düşey yatak katsayısı
K : Yapı tipi katsayısı
ln : Kirişin kolon veya perde yüzleri arasında kalan serbest açıklığı
lw : Perdenin plandaki uzunluğu
Lp : Kirişin iki moment sıfır noktası arasında kalan açıklığı
Md : Tasarım eğilme momenti
Md,x/y : x/y doğrultusunda en büyük kombinasyon momenti
Nd,x/y : x/y doğrultusunda en büyük momente sahip kombinasyonun eksenel yükü
Mr,x/y : x/y doğrultusunda (Nd,x/y) eksenel yük seviyesindeki kapasite momenti Mi : Binanın i’inci katının kütlesi
n : Hareketli Yük Katılım Katsayısı
Nd : Yük katsayıları ile çarpılmamış düşey yükler ve deprem yüklerinin ortak etkisi altında hesaplanan eksenel kuvveti
Ndmax : Yük katsayıları kullanılarak, sadece düşey yüklere göre veya düşey yükler
ve deprem yüklerine göre hesaplanan eksenel basınç kuvvetlerinin en büyüğü
qsp : Zemin tepkisi
Q (q) : Hareketli yük etkisi
Qi : Binanın i’inci katındaki toplam hareketli yük
R : Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı Ra(T) : Deprem Yükü Azaltma Katsayısı
s : Enine donatı aralığı S(T) : Spektrum Katsayısı
Spa(Tr) : r’inci doğal titreşim modu için ivme spektrumu ordinatı
T : Bina doğal titreşim periyodu T0 : Zemin hakim periyodu
TA, TB : Spektrum Karakteristik Periyotları
T1 : Binanın birinci doğal titreşim periyodu
T1A : Binanın ampirik bağıntı ile hesaplanan birinci doğal titreşim periyodu
up : Zımbalama çevresi
wi : Binada i’inci katın ağırlığı
Wt : Binanın hareketli yük katılım katsayısı kullanılarak bulunan toplam ağırlığı
Wi : Binanın i’inci katının, hareketli yük katılım katsayısı kullanılarak hesaplanan ağırlığı
V : Mesnet momenti azaltılmasında kullanılan kesme kuvveti Vc : Kesme dayanımına betonun katkısı
Vcr : Kesitin kesmede çatlama dayanımı
Vd : Yük katsayıları ile çarpılmamış düşey yükler ve deprem yüklerinin ortak etkisi altında hesaplanan kesme kuvveti
Vlim : Betonarme kesitte kesme kuvvetinin limit değeri
Vpr : Zımbalama dayanımı
Vpd : Tasarım zımbalama kuvveti
Vr : Kolon, kiriş veya perde kesitinin kesme dayanımı
Vt : Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminde, gözönüne alınan deprem
doğrultusunda binaya etkiyen toplam eşdeğer deprem yükü (taban kesme kuvveti)
VtB : Mod Birleştirme Yönteminde, gözönüne alınan deprem doğrultusunda modlara ait katkıların birleştirilmesi ile bulunan bina toplam deprem yükü (taban kesme kuvveti)
Vw : Kesme dayanımına kesme donatısı katkısı
: Mod Birleştirme Yöntemi ile hesaplanan büyüklüklerin alt sınırlarının
belirlenmesi için kullanılan katsayı
bi : i’inci katta tanımlanan Burulma Düzensizliği Katsayısı
ci : i’inci katta tanımlanan Dayanım Düzensizliği Katsayısı
ki : i’inci katta tanımlanan Rijitlik Düzensizliği Katsayısı
max : Maksimum donatı oranı
min : Minimum donatı oranı
sh : Perdede yatay gövde donatılarının perde gövdesi brüt enkesit alanına oranı
m : Süneklik düzeyi yüksek perdelerin tabanında elde edilen eğilme
momentleri toplamının, binanın tümü için tabanda meydana gelen toplam devrilme momentine oranı
: Zımbalamada eğilme etkisini yansıtan katsayı mc : Beton malzeme katsayısı
i : Binanın i’inci katındaki göreli kat ötelemesi
(i)max : Binanın i’inci katındaki maksimum göreli kat ötelemesi
(i)ort : Binanın i’inci katındaki ortalama göreli kat ötelemesi
em : Zemin emniyet gerilmesi
beton : Betonun birim hacim ağırlığı
: Donatı çapı
i : i’inci katta tanımlanan İkinci Mertebe Gösterge Değeri
MEVCUT BĠR BETONARME BĠR YAPININ PERDE ĠLAVESĠYLE GÜÇLENDĠRMESĠ VE PERDE SÜREKSĠZLĠĞĠ ETKĠSĠNĠN
ĠNCELENMESĠ
ÖZET
Bu tez çalışmasında taşıyıcı sistemi betonarme binaların 1998 Deprem Yönetmeliğine göre perde ilavesi ile güçlendirilmesi üzerinde durulmuştur. Tez içerik olarak toplam 8 bölümden oluşmaktadır ve bölümlerle ilgili kısa bilgiler aşağıda verilmiştir.
İlk bölümde bu tez çalışmasında incelenen konulara kısaca değinilmiş, 1975 Deprem Yönetmeliği kurallarına göre tasarlanan yapıların 1998 Deprem Yönetmeliğine göre incelenmesi gereği üzerinde durulmuş ve kısaca temel yönetmelik farklarından bahsedilmiştir.
İkinci bölüm mevcut betonarme yapıların deprem güvenliğinin incelenmesi ve değerlendirilmesine ayrılmış olarak; kısaca yapıya ait belgelerin sağlanması, yapı üzerindeki inceleme ve çalışmalar, taşıyıcı sistemin modellenmesinde ve projelendirilmesinde alınacak yükler hakkında bilgi verilmiş, deprem yükü ve mevcut yapıların güvenliğinin değerlendirilmesinde deprem yükü azaltma katsayısı üzerinde ayrıntılı olarak durulmuştur.
Üçüncü bölümde, onarım ve güçlendirmede kullanılan malzemeler ve teknikleri hakkında açıklayıcı bilgi verilmiştir.
Dördüncü bölümde betonarme binalarda güçlendirme yöntemleri hakkında bilgi verilmiş güçlendirme yöntemlerinin seçimini etkileyen faktörler ve karşılaşılan problemler açıklanmıştır.
Beşinci bölümde, inceleme konusu olan yapı ile ilgili ayrıntılı bilgi verilerek yapının tanımlaması yapılmış, yapının matematik modelinin oluşturulmasından bahsedilip yapı üzerinde hesaplarda kullanılacak değerler ortaya koyulmuştur. Yapı ilk olarak 1992 yılında tasarlandığı yönetmelik olan 1975 Deprem Yönetmeliği ve ardından 1998 Deprem Yönetmeliği kurallarına göre incelenip, analizleri, kapasite ve düzensizlik kontrolleri yapılarak mevcut durum değerlendirilmesi ve yönetmelik hesap sonuçları karşılaştırılmıştır.
Altıncı bölümde, yönetmeliğe göre dayanımı yeterli görülmeyen yapı perde ilavesi ile güçlendirilmiş, perdelerin yapı yüksekliği boyunca süreksizlik göstermesi bir diğer deyişle perdelerin kesilmesi durumunun incelenmesi için bir dizi çözümleme yapılmıştır. İlave perde yüksekliğine bağlı olarak periyotların, perde tabanında
oluşan kuvvetlerin ve perde üzerinde kalan kolonlarda kesit tesirlerinin değişimi incelenmiştir.
Yedinci bölümde, yapının 1998 Deprem Yönetmeliğine göre yetersizliğinin giderilmesi için bir parametre olabilecek yapıda kat azaltılması durumu incelenerek yorumlanmıştır.
Sekizinci bölümde, yönetmelikçe yetersiz olan yapının son kata kadar güçlendirilmesi kolonlar arası perde duvar ilavesiyle yapılmış, gerekli hesaplar ve analizler SAP2000’de oluşturulan matematik model üzerinde incelenmiştir. Deprem yönetmeliğine göre gerekli yerdeğiştirme, düzensizlikler ve kolon, kiriş kapasite kontrolleri yapılmıştır.
Son bölüm olan dokuzuncu bölümde ise tüm sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılarak benzer yorumlar yapılmıştır.
STRENGTHENING OF AN EXISTING REINFORECED CONCRETE STRUCTURE BY ADDING SHEAR WALLS AND INVESTIGATING THE
EFFECT OF THE DISCONTINUITY OF SHEAR WALLS
SUMMARY
On this thesis, according to aseismic code of 1998, have been focused on analysing safety of structures and strengthening with additional shear walls of reinforced concrete structures.
In the first section, insufficiencies of existing structures have been expressed, importance of strengthening theme has been emphasized. The basic differences between aseismic code of 1975 and aseismic code of 1998 have been mentioned. In the second section, pre-works of repairing and strengthening on existing structures have been explained. In addition, seismic load and seismic load reduction factor on the evaluation of existing structure has been stressed briefly.
In the third section, a short information about the application methods and the materials used in order to repair and strengthen the reinforced concrete buildings are given. The differences, advantages and disadvantages of epoxy resin, shotcrete, steel strip and carbon fiber plastic applications are summarized
In the fourth section, the main principles for strengthening reinforced concrete buildings are discussed . The strengthening methods of original structural element such as columns, beams, column-beam connections, shear walls, slabs and foundations are expressed in detail. The factors that have influenced the selection of strengthening metods and the problems to be faced, have been explained.
In the fifth section, a seven storey building built according to code of 1975 has been analysed regarding its safety by the terms of aseismic code of 1998. Existing structure is assumed as a nominal ductile system and the earthquake loads are described according to 1998 aseismic code. By using these lateral loads, analysis of the structure is carried out and all irregularities in plan and ultimate moment capacities of all sections are checked. Calculations carried out according to 1975 and 1998 aseismic codes are indicated that the structure has to be strengthened because of the insufficient ultimate moment capacities.
In the sixth section, the building to be realized as weak according to the code, has been strengthened with additional shear walls. To examine the situation that in case of cutting shear walls, a series of analysis has been made by setting seismic load reduction factor as a constant. Variation of fundamental periods in consistent with the height of additioanal shear wall, shear forces and bending moments to be formed
at the bases of shear wall and the columns located on the shear wall has been presented by graphics and tables.
In the seventh section, decreasing the number of storey parameter has been examined in order to remove the insufficiency of the building regarding its safety by the terms of aseismic code of 1998
In the eighth section, building has been strengthened from down to up by addition of shear walls. Necessary calculations and analysis has studied on the constituted mathematic model with SAP2000. Analysis of the structure is carried out and all irregularities in plan and ultimate moment capacities of all sections are checked . Finally, all the results are compared with each other and same remarks are made.
1. GĠRĠġ
1.1 GiriĢ ve ÇalıĢmanın Amacı
Depremler seyrek tekrarlandıkları için sürekli gündemde olmayan, ancak meydana geldiklerinde toplumları derinden etkileyen doğa olaylarıdır. Ülkemizde her 10 yılda, hasar gücüne sahip en az bir deprem olmaktadır. 1992 Erzincan, 1995 Dinar, 1998 Adana-Ceyhan ve 1999 Kocaeli, Düzce depremleri, 1970 Gediz depreminden bu yana uzunca bir aradan sonra özellikle kentsel yerleşim bölgelerini şiddetle etkileyen depremler olmaları nedeniyle toplumumuzda derin izler bırakmıştır. Deprem, doğal afetler arasında inşaat mühendisleri için ayrı bir öneme sahiptir. Depremlerin oluşumunun önceden tahmini adına güvenli sonuçların elde edilememiş olması ve güvenli bir uyarı sisteminin henüz mevcut olmaması, yapıların depreme dayanıklı tasarlanmaları ve deprem etkilerinden korunmanın yollarının aranması gereğini ortaya çıkarmıştır.
Ülkemizde meydana gelen depremlerin büyüklüklerine oranla çok daha fazla hasar, can ve mal kaybına neden olmaları dikkat çekicidir. Bu durum, deprem bölgelerinde inşa edilen yapıların önemli bir bölümünün yeterli deprem güvenliğine sahip olmadıklarını göstermektedir. Doğal bir sonuç olarak, gerek yeni inşa edilecek gerekse mevcut yapıların depreme karşı dayanıklılığı toplumumuz için önem kazanmıştır.
Yeni deprem yönetmeliğinin 1 Ocak 1998 tarihinde yürürlüğe girmesiyle, 22 yıldan uzun bir süre uygulanan 1975 tarihli Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkındaki Yönetmeliğin [2] kullanımı sona ermiştir. 1975 Deprem Yönetmeliği hazırlandığı tarih itibariyle modern bir yönetmelik olmasına karşın, gerek hesap kuralları ve gerekse özellikle betonarme binalarla ilgili yaklaşımları bakımından, genel olarak 1960‟lı yılların deprem mühendisliği bilgisini yansıtan bir dökümandır. Oysa 1997 yılında değişikliklerle yeniden düzenlenerek yayınlanan ve 1998 başında yürürlüğe giren Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmeliğinin [1], deprem mühendisliğinde son yıllarda yaşanılan yoğun gelişmeleri yansıtmaya çalıştığından daha kapsamlı bir niteliğe sahip olmuştur.
1998 Deprem Yönetmeliği depreme dayanıklı tasarıma yeni bir bakış açısı getirmiştir. Bu yeni tasarım felsefesi, yürürlükten kaldırılmış bulunan önceki yönetmeliğe göre projelendirilmesi gerçekleştirilmiş olan yapıların, yeni yönetmelik karşısındaki durumlarının değerlendirilmesi düşüncesinin doğmasına neden olmuştur.
Günümüzde, yeni yapılacak binalarda olduğu gibi güçlendirilecek ve onarılacak binaların hesabında da uyulması gerekli teknik koşullar ve hesapta esas alınacak deprem yükleri yeni güncel deprem yönetmeliği tarafından kapsanmaktadır. Bu yeni güncel yönetmelik 1975 Deprem Yönetmeliğine oranla haklı olarak ağır şartlar içermektedir. Yönetmelikte taşıyıcı sistem tiplerinin yatay yükler etkisi altındaki elastik ötesi davranışları ve güç tükenmesi durumları temel alınarak taşıyıcı sistem davranış katsayısı, R ve deprem yükü azaltma katsayısı, Ra(T) tarifleri getirilmiş, bununla birlikte süneklik düzeylerine ilişkin verilen tasarım koşulları ile yapının deprem etkisindeki elastik ötesi davranışının mümkün olduğunca kontrollü bir şekilde olması amaçlanmıştır.
Yönetmelikler arasındaki en dikkat çekici fark, hesaplarda kullanılacak deprem yüklerinin bir önceki yönetmeliğe göre genelde artmış olmasıdır. Birçok binada esas periyotlar spektrum karakteristik periyotlarına yakın ya da arasında değerdedir ve böylece deprem yükü azaltma katsayısı, taşıyıcı sistem davranış katsayısına eşit yada çok yakın değerler almaktadır. Bu nedenle deprem yüklerinin artışında en önemli parametre yeni yönetmelikte etkin olarak kullanılan taşıyıcı sistem davranış katsayısı (R)‟dir. Taşıyıcı sistem davranış katsayısının belirlenmesindeki etkenler, taşıyıcı sistem tipi, taşıyıcı sistemi oluşturan elemanlar ve elemanların birleşim bölgeleridir. Bu etkenler göz önünde bulundurulduğunda taşıyıcı sistemi 1975 Deprem Yönetmeliği esas alınarak tasarlanmış ve imal edilmiş birçok yapı, 1998 Deprem Yönetmeliğinde istenen koşulları karşılayamayacak ve süneklik düzeyi normal olarak kabul edilecektir. Bu durumda mevcut binaların 1998 Deprem Yönetmeliğinde öngörülen deprem yüklerini karşılaması istendiğinde taşıyıcı sistem ve elemanlarında kapasite yetersizliği görülecektir.
1975 Deprem Yönetmeliğinde taşıyıcı sistemleri döşeme yada kirişler ile düşey kolonlardan oluşan, kolon ve perdeleri sürekli olarak temele kadar inen yapılar taşıyıcı sistemi düzenli olarak nitelendirilmekteydi. 1998 Deprem Yönetmeliğinde ise düzensiz binalar başlığı altında, yapı taşıyıcı sisteminin deprem etkisindeki
davranışını olumsuz yönde etkileyen düzensizliklerin tanımı yapılarak sınıflara ayrılmış, düzensiz binaların tasarlanması halinde uyulması gerekli koşullar verilmiş ve gerekli önlemlerin alınması ortaya konulmuştur. Bu bakımdan da 1975 Deprem Yönetmeliği esas alınarak tasarlanan yapıların, 1998 Deprem Yönetmeliği esas alınarak değerlendirilmesinde aşılması güç problemlerle karşılaşılabilir.
Tasarımı ve imalatındaki kusurlar, yönetmelikte taşıyıcı sistemler için verilen minimum boyutlarda göz önünde bulundurulduğunda mevcut betonarme bir binanın 1998 Deprem Yönetmeliğinde öngörülen koşulları tam olarak yerine getirebilmesi olanaksız hale gelmektedir.
Mevcut binaların arttırılmış deprem yüklerine göre değerlendirilerek davranışlarının iyileştirilmesinde ve güçlendirilmesinde bir veya birden çok yöntem birlikte kullanılmaktadır. Ancak kullanılan yöntemler ve son depremlerde edinilen tecrübeler bir takım soru işaretlerini ve zorlukları da beraberinde getirmiştir. Bu bakımdan güçlendirme işleri karar verme, tasarım ve uygulama açısından konu hakkında yoğun bilgi birikimi, tecrübe gerektirir. Uygulamada çalışan mühendisler açısından, güçlendirme hakkında kapsamlı bir yönetmeliğin yürürlükte olmayışı bu durumu bir miktar karmaşık hale getirmiştir.
Betonarme binaların güçlendirilmesinde mevcut sisteme perde ilave edilmesi veya çerçeve gözlerinin betonarme malzeme ile doldurularak perde teşkil edilmesi yöntemleri, diğer güçlendirme yöntemlerine göre daha etkin olmaları, ekonomik olmaları ve mevcut sistemle uyumlarının birçok bakımdan iyi olması gibi nedenlerle kabul görmektedir. Güçlendirmenin maliyetini azaltmak üzere sayılarının az rijitliklerinin yüksek oluşu yatay yükten kaynaklanan etkileri bir noktaya toplanmakta ve perdelere temel düzenlenmesi oldukça güç olmaktadır. Diğer bir zorluk ise perdelerin bina yüksekliğince devam ettirilmesi durumudur.
Yeni yapılacak binaların tasarımı aşamasında taşıyıcı sistem alternatiflerinin genellikle çok seçenekli oluşu, perdelerin bina yüksekliğince devam etmeyişinden kaynaklanacak düzensizlik durumu ve ani rijitlik değişiminden dolayı gerilme yığılması gibi olumsuzlukların önlemini almada bir kolaylık sağlamaktadır. Güçlendirilecek binalarda ise mevcut ve ilave elemanların birlikte çalışmasının sağlanması, zaman ve maliyet problemi gibi güçlükler eklenmektedir.
1998 Deprem Yönetmeliği 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde süneklik düzeyi normal sistemler için perde kullanımı zorunluluğu getirmekte ve bina yüksekliğince devam etmesini öngörmektedir. Karma taşıyıcı sistemler için perde tabanında oluşan momentin bina devrilme momentine oranı taşıyıcı sistem davranış katsayısının seçiminde etkili olmaktadır. Bodrum perdeleri hariç olmak üzere üst katlarda kesilen perdeler için net bir koşul bulunmamaktadır. Bu elemanların üst katlarda küçülmesi veya kaldırılması 1998 Deprem Yönetmeliğinde dolaylı olarak A1 ve B2 türü düzensizliklerin kontrolünde etkili olmaktadır. Güçlendirme hakkındaki görüşler de ilave edilen perdelerin bina yüksekliğince devam etmesini tavsiye etmektedir.
Deprem etkilerinin üst katlarda azalması perdelerin devam ettirilmemesini düşündürürken, kesilen yerde ani rijitlik değişiminden kaynaklanması muhtemel gerilme artışları ve üst katlarda ortaya çıkabilecek problemler ve çözüm yolları araştırılmalıdır.
1.2 1975 ve 1998 Deprem Yönetmeliklerinin ÇeĢitli Açılardan KarĢılaĢtırılması
1.2.1 Depreme Dayanıklı Tasarım YaklaĢımı
1975 Deprem Yönetmeliği, yapay ve itibari bir büyüklük olan “deprem katsayısı” kavramına dayanır. Dünyada son yıllarda geliştirilen modern yönetmeliklerin ortak noktası ise, deprem etkisinin öncelikle “doğrusal elastik tasarım spektrumu” ile ifade edilmesidir. Bu paralelde hazırlanan 1998 Deprem Yönetmeliğinde, tasarım ivme spektrumunda deprem tehlikesini belirleyen temel parametre, deprem bölgelerine göre değişik değerler alan ve A0 simgesi ile gösterilip “etkin yer ivmesi “ olarak
adlandırılan büyüklüktür. Bu büyüklük yönetmelikte tanımlanan Bina Önem Katsayısının I=1 değeri aldığı binalar için, 50 yıllık süre içinde aşılma olasılığı %10 olan depremi karakterize etmektedir. Şekil 1.1‟de verilen Spektrum Katsayısı S(T), tasarım ivme spektrumunun (A0gI) ile normalize edilmiş biçimine karşılık
gelmektedir. Spektrumun şeklini tanımlayan TA ve TB değerleri, zemin gruplarının ve
en üstteki zemin tabakasının kalınlığının belirlediği yerel zemin sınıflarına bağlı olarak tanımlanan “spektrum karakteristik periyotları”dır. Yönetmelikte, eşdeğer doğrusal hesapta göz önüne alınacak “tasarım deprem yükleri”, bu tanımlanan tasarım ivme spektrumuna göre belirlenen elastik deprem yüklerinin, “Ra” ile
simgelenen “Deprem Yükü Azaltma Katsayısı‟na” bölünmesi ile elde edilen yükler olarak tanımlanmıştır.
Şekil 1.1 Spektrum Katsayısının Periyoda Göre Değişimi (1998 Dep.Yönetmeliği)
Şekil 1.2 Spektrum Katsayısının Periyoda Göre Değişimi (1975 Dep.Yönetmeliği)
1.2.2 Tasarım Yöntemleri Açısından Değerlendirme
1998 Deprem Yönetmeliği, deprem analizine ilişkin olarak getirdiği kurallar ve koşullar bakımından da eski yönetmeliğe oranla önemli farklılıklar içermektedir. 1975 Deprem Yönetmeliğinde tek analiz yöntemi olarak verilen “Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi” ne ek olarak yeni yönetmelikte “Mod Birleştirme Yöntemi” ne de ağırlıklı olarak yer verilmiştir; böylece normalize edilmiş spektrumdan yararlanılarak çok modlu spektral analiz olanağı sağlanmıştır. Ayrıca yeni yönetmelikte, özel durumlarda doğrusal olmayan deprem hesabı yapılabilmesi imkanı sağlayan “Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemleri” de yer bulmuştur.
Kontrollü hasar kavramını ve kapasite tasarımı ilkesini benimseyen yeni deprem yönetmeliği, 1975 Deprem Yönetmeliğinden farklı olarak düzensiz binalara ilişkin, nitel anlamda bir takım koşullar tanımlamıştır. Bu bağlamda belirli düzensizlik durumlarında, belirli yükseklikleri aşan binalarda “Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi” nin kullanımına sınırlamalar getirmiştir. Ancak yinede bu yöntemin kullanım alanı geniştir. Bu yaklaşımın ardındaki düşünce, temel düzensizlik koşullarını sağlayan ve belirli yükseklik sınırlarını aşmayan binalarda, belirtilen kapasite tasarım ilkesinin doğru biçimde uygulanmasının, ayrıntılı deprem analizinden daha önemli olduğudur. 1998 Deprem Yönetmeliğinde deprem analizine ilişkin getirilen en önemli koşullardan biri de, gerek Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminde ve gerekse Mod Birleştirme Yönteminde üç boyutlu analiz yapılması zorunluluğudur. Böylece iki boyutlu idealleştirmenin deprem davranışının doğasına aykırı olduğu ve ek burulma etkilerinin göz önüne alınmasıyla simetrik binalarda bile iki boyutlu davranışın esasen mümkün olmadığı vurgulanmıştır.
Kesit hesaplarında ise “Emniyet Gerilmeleri Yöntemi” terk edilmiş ve yeni yönetmelikte “Bütün deprem bölgelerinde betonarme elamanların depreme dayanıklı olarak boyutlandırılmasında ve donatı hesaplarında, TS-500‟de verilen Taşıma Gücü Yöntemi‟nin kullanılması zorunludur” cümlesi yer almıştır [1].
2. MEVCUT YAPILARIN DEPREM GÜVENLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ
Güvenlik çok genel bir ifade ile yapının taşıyabileceği yükün taşıması beklenenden büyük olmasıdır. Yapının tasarım aşamasında bu husus ilgili yönetmelikler ile verilen ve yapıya etkimesi beklenen yüklerin istatistiksel değerleri, malzeme ve yük katsayıları ve tasarım koşulları ile sağlanmaya çalışılsa da matematiksel olarak kesin bir değer ile ifade edilmesi mümkün değildir.
Mevcut yapıların depreme karşı güvenliği farklı düzeylerdedir. Yönetmeliklerin değişmesi, meydana gelen depremler sonucu yapıdaki hasarlar (elastik ötesi şekil değiştirmeler), inşasındaki kusurlar ve kullanım amacının değişmesi yapının güvenliğinin incelenmesini gündeme getirmiştir.
2.1 Mevcut Durumun Tespiti Ve Değerlendirilmesi
Mevcut bir binanın deprem güvenliğinin incelenmesi, onarım ve güçlendirme müdahaleleri öncesinde yapının karakteristiklerinin belirlenmesi için mevcut durumun tespiti ve değerlendirilmesi gereklidir. Bu ön çalışma yapıya ait belgelerin sağlanarak mevcut bina üzerinde incelemeler yapılmasıdır.
2.1.1 Yapıya Ait Belgelerin Sağlanması
Bu ilk aşamada binaya ait belgeler toplanır ve değerlendirilir. Bu belgelerin başlıcaları şunlardır:
a) Binaya ait taşıyıcı sistem hesapları ve ilgili çizimler, mimari projeler ile tesisat
projeleri. Binanın mevcut durumunun değerlendirilmesinde yapıya ait projelerin, taşıyıcı sistem hesapların bulunması çok önemlidir. Bu hesaplar sayesinde binanın tasarım aşamasında esas alınan malzeme karakteristikleri, işletme yükleri, deprem yükleri ve diğer dış etkiler, yapı taşıyıcı sisteminin modellenmesi, tasarımda yapılan varsayımlar ve idealleştirmeler, uygulanan hesap yöntemi hakkında bilgi sahibi olunabilecektir. Betonarme uygulama projesi yapı taşıyıcı sisteminin daha kolay tanınmasını sağlayacak, yapıdaki olası kritik bölgeler daha başlangıçta tespit
edilebilecektir. Ayrıca taşıyıcı sistem ve hasar rölövesine esas olacak, mevcut sistemin modelinin oluşturulmasında ve hesabında büyük kolaylık sağlayacaktır.
b) Tasarımda esas alınan standart ve yönetmelikler. c) Binanın bulunduğu yere ait geoteknik raporlar.
d) Yapım sırasında gerçekleştirilen malzeme deneylerine ait raporlar.
e) Yapım sırasında tutulan ve proje ile inşaat arasındaki farklılıkları belirten kayıtlar. 2.1.2 Yapı Üzerindeki Ġnceleme Ve ÇalıĢmalar
Mevcut bina üzerindeki inceleme ve çalışmaların amacı aşağıdaki gibi sıralanabilir; 1. Binaya ait belgelerin mevcut bina ile uyumunun saptanması,
2. Binaya ait belgelerin mevcut olmaması veya yetersiz olması,
3. Meydana gelen hasar ve bozulmaların tespit edilmesi ve gerekli önlemlere karar verilmesi.
Mevcut bina üzerinde yapılması gerekebilecek inceleme ve çalışmalar da aşağıdaki gibidir.
a) Yapının mimari rölövesinin hazırlanması: Yapının planları mevcut değilse
güçlendirme durumunda hacimlerin kullanım şekillerinin, kapı ve pencere boyutlarının belirtileceği bir mimari rölöveye ihtiyaç duyulacaktır. Eğer mevcut bir mimari plan varsa, bunun yerinde uygunluğu kontrol edilerek mevcut yapıdaki farklılıkların işlenmesi yerinde olur.
b) Yapının taşıyıcı sistem rölövesinin hazırlanması: Bu rölövede kiriş, kolon ve
perde boyutlarının belirtilmesi, kat yüksekliklerinin bulunması gerekir. Döşeme yüksekliği ve türü de planlarda gösterilmelidir. Binada temel yer yer açılarak temel düzeni, temelin geometrik boyutları belirlenmeli ve hazırlanacak rölöve temel planında işlenmelidir. Eğer binanın taşıyıcı sistem hesapları ve ilgili planları varsa, bunun yerinde uygunluğu kontrol edilmeli, mevcut yapıdaki farklı durumlar belirtilmelidir.
c) Taşıyıcı sistem üzerinde incelemeler: Taşıyıcı sistemde yapının davranışını veya
hesabını etkileyen hususların saptanması ve yapılacak hesaplarda göz önüne alınması gerekli olacaktır. Bunlardan bir bölümü aşağıda sıralanmıştır.
planda veya düşey düzlemdeki düzensizlikler,
bina ile komşu yapılar arasındaki olası etkileşim,
bina taşıyıcı sisteminin süneklik düzeyi,
dolaylı kiriş-kolon mesnetlenmeleri,
yapım kusurları nedeniyle yapının ideal geometrisinden sapmalar,
kötü yapısal birleşimler,
kolonların kirişlerden güçlü olma koşulunun gerçekleşme oranı,
taşıyıcı sistemden kaynaklanan ya da dolgu duvarları nedeniyle meydana gelebilen kısa kolonlar.
Bu incelemeden elde edilen bilgiler taşıyıcı sistem rölövesine işlenmeli veya kayda alınmalıdır.
d) Hasar tespiti ve hasar rölövesi hazırlanması: Binanın inşası sırasında veya
kullanım süresi içerisinde deprem ve çevresel etkenler gibi nedenlerle yapıda meydana gelmiş hasar ve bozulmaların saptanması gereklidir. Bu hasar ve bozulmaların başlıcaları;
deprem etkisiyle oluşan yapısal olmayan elemanlardaki hasarlar,
taşıyıcı sistem elemanlarında ve birleşim bölgelerindeki imalat hataları,
korozyon ve çevre şartlarından kaynaklanan hasarlar,
yapı elemanlarının aşırı şekil değiştirmeleridir.
Yapıdaki hasar ve bozulmalar nedenleri ile birlikte hazırlanan taşıyıcı sistem rölövesi esas alınarak işlenmelidir. Yapıda alınması gerekli önlemler ve onarım yöntemine bu aşamada karar verilmesi ve ilgili kısımların rölövede not edilmesi uygun olacaktır. Deprem hasarları, yapının deprem etkisi altındaki davranışının anlaşılmasına büyük ölçüde yardımcı olacaktır. Ayrıca hasarın boyutu güçlendirmenin gerekip gerekmediğine karar verilmesinde etkili olur. Bu durumda mümkün olabilecek güçlendirme yöntemleri hazırlanan hasar rölövesinde belirtilmelidir.
e) Yapıda beton kalitesinin belirlenmesi: Binada beton kalitesi en az üç beton
numunesi alınarak belirlenmelidir. Beton numune sayısı binanın büyüklüğüne göre arttırılabilirse de bulunan mukavemetin ortalama bir değer olması ve bunların alınan
elemanları zayıflatacağı düşünülerek çoğaltılması tercih edilmeyebilir. Beton kalitesinin belirlenmesinde genellikle darbeli çekiç deneyi ve ses hızı deneyi gibi tahribatsız yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerle elde edilecek sonuçlar betonda zamana bağlı değişimler, eksenel yük etkisi, boyut etkisi gibi nedenler ile güvenilir olmayabilir. Bu nedenle beton kalitesinin tespitinde tahribatsız yöntemler ile birlikte betondan numune alınarak mukavemet tespiti deneyleri de yapılıp sonuçlar doğrulanmalıdır. Beton kalite testleri mevcut yapı üzerinde yapılacağından ve ortalama bir değer verdiğinden hesaplarda kullanılacak beton malzeme katsayısı, γmc = 1.5‟den daha küçük seçilmesi uygun olabilir.
f) Yapıda donatı kalite ve düzeninin belirlenmesi: Betonarme elemanlardaki donatı
miktarı ve düzeninin saptanması gereklidir. Donatı detay planları var ise de donatı miktar ve düzeninin, eldeki planlar ile ne oranda uyum sağladığının belirlenmesi için taşıyıcı elemanlar üzerinde inceleme yapılmalıdır. Binada en az üç kolonda pas payı kaldırılarak boyuna donatı ve enine donatı miktar ve düzeni, tespit edilmelidir. Kolonların biri üç kenarından açılabilirse de, diğerlerinin bir veya iki kenarından açılması taşıyıcı sistemi zayıflatmamak için tercih edilebilir. Benzer şekilde seçilecek üç kirişte donatı, açıklıkta ve mesnet kesitinde yakın alttan bakılarak, boyuna donatı düzeni, pilye sayısı ve enine donatı aralık ve çapları tespit edilebilir. Kullanılacak manyetik alet ile donatının belirlenmesi işlemi yaygınlaştırılabilir. Ayrıca donatılarda korozyon hasar nedeniyle çap küçülmesi varsa belirlenmeli ve yapılacak hesaplarda dikkate alınmalıdır. Donatı düzeni ve miktarının tespitindeki hassasiyet ve çalışmanın kapsamı genellikle yapının önemine, mevcut yapının durumuna ve analizlerde kullanılacak yöneteme göre belirginleşir. Yapının mevcut projesinin olmaması ya da projeden farklı imalat yapılmış olması da incelemenin sınırlarını belirleyici bir etken olacaktır. Donatı düzeninin tespitinde donatının kalitesi genellikle belli olabilse de tereddüt edildiğinde uygun yerlerden alınacak donatı çeliği numuneleri üzerinde deney yapılarak donatı kalitesi belirlenmelidir.
g) Mevcut yüklerin belirlenmesi: Yüzey kaplamaları ve duvarlar gibi taşıyıcı
olmayan elemanları üzerinde yapılacak ölçümler de göz önünde tutularak yapı yükleri tayin edilir. Ayrıca yapının kullanım amaçlarına uygun olarak ilave yükler belirlenir.
h) Geoteknik bilgilerin sağlanması: Yapının bulunduğu bölgeye ait zemin
karakteristiklerini belirten bilgiler yok veya yetersiz ise bu bilgilerin elde edilmesi gerekecektir. Bu amaçla yapılacak çalışmaların kapsamı genellikle yapının önemi ve büyüklüğü ile orantılıdır.
2.2 TaĢıyıcı Sistemin Deprem Güvenliğinin Belirlenmesi
Bina taşıyıcı sisteminin belirlenen karakteristikleri ile sistemin matematik modeli oluşturularak çözümlenmesi gereklidir. Eğer taşıyıcı sistemde hasar varsa bu durumun modele uygun şekilde yansıtılıp çözüm sonuçlarının karşılaştırılması, davranışın değerlendirilmesi açısından önemlidir.
Taşıyıcı sistemde yüklerin iletilmesinde açıkça belirlenen önemli bir eksiklik, güvenliğin olmadığına karar verilmesi için yeterli olabilir (alt katlarda kolonların kaldırılması gibi).
1975 deprem yönetmeliğine göre projelendirilmiş mevcut binaların 1998 deprem yönetmeliği koşulları esas alınarak deprem güvenliğinin incelenmesinde genellikle deprem kuvvetlerinin karşılanmasında ve süneklik koşullarının sağlanmasında problemlerle karşılaşılır. Binaya etkitilecek deprem hesap yükünün belirlenmesinde ve süneklik düzeyinin hesaplara yansıtılmasında taşıyıcı sistem davranış katsayısının seçimi önemli yer tutar.
2.2.1 TaĢıyıcı Sistemin Modellenmesinde Ve Kontrolünde Alınacak Yükler
Yapılar, üzerlerine gelecek yükleri emniyetle taşımak için projelendirilirler. Emniyet kavramı, genellikle, dayanım ve kullanılabilirlik olarak iki ana grupta toplanabilir. Başka bir deyişle, üzerlerine gelebilecek yüklerin etkisinde yapılar hem dayanım kaybetmemeli, hem de kullanılabilir durumdan çıkmamalıdır. Öyle ise, bir yapıyı etkileyecek yüklerin şiddetini ve karakterini bilmek çok önemlidir. Ancak, doğada yükler çok rastgele gözükürler. Rüzgarlar değişik şiddetlerde esebilmekte, kar kalınlıkları ise yöreden yöreye değişmektedir. Bazı bölgeler şiddetli deprem bölgesi olmasına rağmen, bazı bölgelerde ise hiç deprem olmamaktadır. Bütün bunların yanı sıra bu yüklerin şiddetleri de çok değişkendir. Bu durumun, yüklerin saptanmasında istatistiksel yöntemlerle yapılmasını gerektirdiği açıktır. Bunun sağlanması, değişik yapı tipleri için çok sayıda istatistiksel verilerin toplanmış olmasını gerektirir.
Zamanımızda, yapıların projelendirilmesinde alınan yükler, tecrübe, gözlem ve ölçülerden oluşan, genellikle emniyetli tarafta, maksimum değerlerdir. Bu yük değerleri, çoğunlukla şartnamelerde yer alırlar. Yurdumuzda, yapıların projelendirilmesinde alınacak yükler, TS-498‟de [12] verilmiştir. Yükler aşağıda sıralanan gruplar içinde düşünülebilirler :
1. Ölü yükler
2. Hareketli yükler (insan yükü, makineler, eşya, vb.) 3. Hareketli köprü yükleri (trafik yükü)
4. Kar ve yağmur yükleri 5. Rüzgar ve infilak yükleri 6. Deprem yükleri
7. Su ve toprak basıncı, dalga ve buz yükleri 8. Sıcaklık farkları, rötre ve montaj yükleri 9. Özel yükler
Burada özellikle deprem yükleri üzerinde durulması gerekmektedir.
Deprem Yükü
Düşey doğrultuda etkiyen ölü ve hareketli yüklerin yanı sıra yapılara etkiyen en önemli yük, özellikle ülkemizde, deprem yüklemesidir. Burada yük yerine yükleme ibaresi kullanılması aşağıda açıklanacaktır.
Dünyanın derinliklerindeki “aktif fay” denilen bölgelerde rölatif hareket ile biriken enerji kırılma sonucu açığa çıkar. Bu noktaya “deprem odağı” adı verilir. Deprem odağının tam üstüne tekabül eden yer kabuğu üzerindeki noktaya ise “deprem merkezi” adı verilir.
Deprem odağınca açığa çıkan muazzam enerji, her yönde enerji dalgaları olarak yayılırlar. Bu enerji dalgaları yeryüzü kabuğuna ulaşırlar ve taban kayasında hareketler oluştururlar. Bu hareketler deprem ölçüm aletleri tarafından, genellikle, deprem süresince zamana bağlı ivmeler olarak kaydedilirler. En kuvvetli yer hareketleri deprem merkezinde ve civarında olur ve deprem merkezinden uzaklaştıkça bu hareketler süratle azalır.
Depremlerin şiddeti ve büyüklüğü iki ölçek kullanılarak tanımlanır: Mercalli ve Richter. Richter Ölçeği depremde açığa çıkan enerjinin logaritmik bir göstergesidir. Buna göre Richter Ölçeği ile 5 ve 6 şiddetinde olarak tanımlanan iki depremde açığa çıkan enerji arasında 19 kat fark vardır.
Mercalli Ölçeği, depremin yol açtığı gözlenen hasarın I-XII arasında değişen sınıflara göre tanımlanmasıdır. Sınıflandırma herhangi bir ölçme sonucu değil, depremin insanlar ve binalar üzerindeki etkisinin gözlenmesi ile yapılır [5].
Dünyanın derinliklerindeki mevcut ana fay hatları bellidir ve Türkiye, Akdeniz‟den Asya Kıtası‟nın içlerine uzanan ana fay hatlarından birinin üzerindedir. Bu durumda Türkiye, ciddi deprem riskine maruz bir ülke olarak sınıflandırılabilir. Ancak, Türkiye‟de her bölgenin, ana fay hatlarına yakınlık ve uzaklığına göre, bir deprem riski vardır. Türkiye‟deki her bölgenin deprem riski T.C Bayındırlık ve İskan Bakanlığı tarafından yayınlanan deprem bölgeleri haritasında yansıtılmıştır (Şekil 2.1) [1].
TaĢıyıcı sistem davranıĢı
Deprem esnasında açığa çıkan enerji, yer altı zemin katmanlarının içinden geçerek taşıyıcı sistemin temeline ulaşır ve yapıda x, y ve z doğrultusunda hareketlere sebep olur. Taşıyıcı sistemin düşey yük taşıma kapasitesi ve dolayısıyla bu yönde emniyet faktörü büyük olduğundan, özel durumlar dışında, genellikle z doğrultusundaki hareketler ihmal edilir. (x) ve (y) doğrultusundaki yer hareketleri taşıyıcı sistemde ivmeler oluştururlar. Bu ivmeler, taşıyıcı sistem içinde, F = m a ilişkisine bağlı olarak, kuvvetlerin oluşmasına neden olur. Yapıda kütle yayılıdır ve bu kütle birdenbire bir ivmeye maruz kalınca, bu noktada bir kuvvet oluşur. Öyle ise, deprem kuvveti yapı dışından gelerek taşıyıcı sistemi zorlayan bir kuvvet değildir. Deprem kuvveti, yayılı kütlesi olan yapının ani bir ivmeye maruz kalmasından dolayı yapı bünyesi içinde ortaya çıkan bir zorlamadır. Bu özelliğinden dolayı deprem kuvveti “eylemsizlik kuvveti” olarak da tanımlanır.
Pratikte, bir taşıyıcı sistemin analizini, yapının her noktasına etki eden sonsuz sayıda yük olduğu dikkate alınarak yapmak mümkün değildir. Bundan dolayı, bir basitleştirme yaparak, taşıyıcı sistemin kütlesi yalnız kat döşemeleri içinde varmış gibi düşünülür. Bölme duvarların, kolon ağırlıklarının v.b ağırlıkların kat düzeyinde etkidikleri düşünülür.
Depremin bir “enerji yüklemesi” olduğu düşünülür ve enerji de “şekil değiştirme potansiyeli” olarak tanımlanırsa, depreme maruz bir yapı, “şekil değiştirme yaparak” bu deprem enerjisini tüketmek durumundadır. Yapının enerji tüketimi değişik şekillerde olmaktadır [3].
Taşıyıcı sistemin ötelenmesi
Çatlakların oluşması
Plastik mafsalların oluşması
Bölme duvarların ezilmesi, çatlaması
Malzeme içindeki sürtünmeden oluşan ısı
Yukarıda sıralanan olaylar deprem enerjisini dengeleyecek şekilde oluşurken, taşıyıcı sistemde yıkılma veya çökme gibi insan hayatını tehlikeye sokan durumlar oluşmamalıdır. Proje mühendisi, işte bunu sağlamakla sorumludur.
Deprem enerjisi, taşıyıcı sistemi zorlayan kuvvetler olarak ifade edilir. Deprem enerjisi ve gerçek “eylemsizlik kuvvetleri” düşünülürse, taşıyıcı sistemi dışardan zorluyor gibi gözüken deprem kuvvetleri proje hesaplarında genellikle “eşdeğer deprem yükü” olarak uygulama bulur.
Deprem enerjisini tüketirken dinamik yatay ötelenmeler yapan taşıyıcı sistem, “salınım modları” oluşturur ve bunları ötelenme grafikleri olarak göstermek mümkündür. Bu salınım modları, yapının ötelenmesinin maksimum ve hareket hızının sıfır olduğu durumları yansıtır.
Taşıyıcı sistem üzerinde oluşan eylemsizlik kuvvetlerinin şiddeti aşağıdaki faktörlere bağlıdır.
Yapı kütlesi : Yapı kütlesi ne kadar ağır olursa, deprem esnasında oluşan
eylemsizlik kuvveti o kadar büyük olur, F = m a. Bu gözlemden hareketle yapı ağırlığını azaltan tedbirler, eylemsizlik kuvvetlerini de azaltacaktır.
TaĢıyıcı sistem doğal periyodu ve sönümleme : Depreme karşı gösterdiği
tepkiyi belirlemesi açısından, taşıyıcı sistemin en önemli özelliği doğal periyodudur. Doğal periyot, yapı kütlesine, yanal ötelenme rijitliğine ve sönümlemeye bağlıdır.
m T=2
k
(Periyot, kütlenin ve ötelenme rijitliğinin bir fonksiyonudur.)
m = w/g (Kütle arttıkça periyot artar.) k (Ötelenme rijitliği azaldıkça periyot artar.)
Etkin yer ivmesi : Deprem sonucu oluşan ve yapıya intikal etmesi düşünülen ve yerçekimi ivmesi g = 9.81m/s2 „nin bir oranı olarak ifade edilen ivmedir. Etkin
yer ivmesi, taşıyıcı sistem altındaki zeminden geçerken etkilenir ve böylece yapıya intikal eder. Pratikte, dört değişik düzeyde etkin yer ivmesi düşünülür ve “Etkin Yer İvmesi Katsayısı, A0” olarak hesaplara girer, A = A0 g , Tablo 2.1,
Tablo 2.1 Etkin Yer İvmesi Katsayıları Deprem Bölgesi A0
1 0.4
2 0.3
3 0.2
Tablo 2.1‟de verilen ivme değerleri şöyle özetlenebilir:
(0.1g)‟lik bir ivme düzeyinde depreme maruz kalan ve depreme dayanıksız olan yapılarda hafif hasarlar oluşabilir.
(0.2g)‟lik bir ivme düzeyini insanlar kuvvetle hisseder.
(0.3g) ve (0.4g) ivme düzeylerinde ise, orta yoğun deprem hasarları oluşabilir.
Zemin-yapı etkileĢimi : Zemin ile zemin içinde temeli olan taşıyıcı sistem, karşılıklı bir etkileşim içindedir. Başka bir deyişle, zeminin özellikleri yapının dinamik hareketlerini etkiler. Teknik literatürde bu olaya “zemin-yapı etkileşimi” adı verilir. Genel olarak zemin-yapı etkileşimi, zeminin jeolojik yapısına ve deprem odağından uzaklık parametrelerine bağlı olarak dikkate alınır. Deprem odağından uzaklık “deprem bölge haritası” olarak yansıtılır.
Taşıyıcı sistemin oluşturduğu yöresel zemin şartları (Z1-Z4)‟e kadar değişen dört
değişik zemin türü sınıfı ile yansıtılabilir. Her zemin grubunun deprem hareketlerine karşı göstereceği dinamik tepkide “spektrum karakteristik periyotları” olarak ifade edilir.
Elastik deprem yüklerinin azaltılması : Elastik varsayımlarla yapılan hesap
sonucunda (E,A,I = sabit) bulunan deprem yükü “elastik deprem yükü” olarak tanımlanır. Ancak, taşıyıcı sistemlerde, deprem bir afet yüklemesini oluşturur ve yapıyı, bölge bölge, yük taşıma kapasitesinin sınırına kadar zorlayabilir. Taşıyıcı sistem elemanlarında çatlamalar, mafsallaşmalar, kalıcı ötelenmeler, bölme duvar yıkılmaları vb. hasarlar oluşabilir. Bu olayların bir sonucu olarak taşıyıcı sistem yanal ötelenmeye karşı “yumuşar”. Daha teknik bir ifadeyle yanal ötelenme rijitliği azalır ve doğal periyodu hızla büyür.
Deprem hareketlerinin başlangıcında elastik deprem kuvvetleri (eylemsizlik kuvvetleri) oluşturan taşıyıcı sistem (Konum1), doğrusal elastik olmayan olaylar sonucu, periyodunu büyütür ve deprem başlangıcına göre çok daha düşük düzeyde ivmeye maruz kalır (Konum 2) (Şekil 2.2).
Şekil 2.2 Elastik Ve Elastik Olmayan Davranışlar Sonucunda İvmelerin Azalması Proje depremi altında taşıyıcı sistem (Konum1)‟de başlar ve (Konum2)‟ye ulaşır. Konum 1 : T1 → a1 → F1 = m a1
Konum 2 : T2 → a2 → F2 = m a2
Taşıyıcı sistem, Konum (1) de de, Konum (1-2) arasında da ve Konum (2)‟de de, kuvvet dengesini sağlayacak gibi projelendirilmelidir. Yoksa, taşıyıcı sistem yıkılacaktır. Konum (1)‟den Konum (2)‟ye geçiş, taşıyıcı sistemin çatlaması, mafsallaşması, kalıcı ötelenme görmesi vb. olaylar sonucu olmaktadır. Bu elastik ötesi olayların gerçekleşebilmesi ve yapının çökme olmadan Konum (2)‟ye ulaşabilmesi için taşıyıcı sistem “sünek” olarak projelendirilmelidir.
Betonarme taşıyıcı sistemlerin hesabı Konum (2)‟ye göre yapılır. Öyle ise, elastik varsayımlar ve hesaplar sonucu bulunan ve Konum (1)‟e tekabül eden deprem kuvveti, taşıyıcı sistemin sünek olduğu kabulü ile, Konum (2)‟ye tekabül eden deprem kuvvetine indirgenmelidir. Bunun çok karmaşık bir işlem gerektirdiği açıktır, çünkü elastikten, elastik olmayan konuma geçiş çok karmaşıktır. Bu karmaşık olay, pratikte, basit bir azaltma katsayısı kullanılarak çözümlenir. Taşıyıcı sistemin süneklik düzeyine göre, Konum (1)‟e tekabül eden elastik deprem kuvvetleri Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı (R-katsayısı) olarak tanımlanan bir sabit sayı ile azaltılır. Sonuç, Konum (2)‟deki deprem kuvvetlerini verir. Şu noktayı tekrar vurgulamakta yarar vardır. Elastik deprem kuvvetlerini azaltmak, R katsayısı seçilirken öngörülen süneklik düzeyinin sisteme sağlanması ile mümkündür. Bu ise, taşıyıcı sistemin seçiminden, donatı detaylandırılmasına kadar çok çeşitli prensiplerin uygulanmasına bağlıdır ve bir mühendislik sanatıdır [3].