Çok katlı çok açıklıklı çerçevelerde dolgu duvar konumunun çerçeve davranışına etkisi

(1)

T.C.

PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ÇOK KATLI ÇOK AÇIKLIKLI ÇERÇEVELERDE DOLGU DUVAR KONUMUNUN ÇERÇEVE DAVRANIŞINA ETKİSİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

ÖZGE ERSU

DENİZLİ, TEMMUZ - 2017

(2)

T.C.

PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BİLİM DALINIZ YOKSA BU SEKMEYİ SİLİNİZ

ÇOK KATLI ÇOK AÇIKLIKLI ÇERÇEVELERDE DOLGU DUVAR KONUMUNUN ÇERÇEVE DAVRANIŞINA ETKİSİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

ÖZGE ERSU

DENİZLİ, TEMMUZ - 2017

(3)

(4)

(5)

i

ÖZET

ÇOK KATLI ÇOK AÇIKLIKLI ÇERÇEVELERDE DOLGU DUVAR KONUMUNUN ÇERÇEVE DAVRANIŞINA ETKİSİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ ÖZGE ERSU

PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

(TEZ DANIŞMANI:DOÇ.DR. FATİH ÇETİŞLİ) DENİZLİ, TEMMUZ - 2017

İnşa edilmiş ve edilmekte olan neredeyse her bina türü yapının analizinde dolgu duvarlar yalnızca binada yük olarak düşünülmüş olup taşıyıcılığa katkısı ihmal edilmiştir. Fakat yapılmış olan çalışmalarla aslında dolgu duvarların bina rijitliğini ve enerji yutma kapasitesini artırdığı, dolayısıyla da yapı davranışını değiştirdiği sonucuna varılmıştır. Yapılan çalışmalardan yola çıkılarak bu tezde ilk olarak tek katlı tek açıklıklı model sonrada üç katlı üç açıklıklı çerçevelerde farklı dolgu duvar dizilimlerine sahip modeller incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde dolgu duvarın rijit mesnete oturup oturmadığı durumlarda, komşu sağ ve/veya sol çerçevelerin dolgu duvarlı olup olmaması durumunda, komşu alt ve/veya üst çerçevelerin dolgu duvarlı olup olmaması ve düşünülen çerçevenin deprem itme yönünde etkiyi en önde karşılaması durumuna bağlı olarak yapının davranışının değiştiği görülmüştür. TDY 2007’ye göre yapılan eşdeğer basınç çubuğu kabulünde çerçevenin dolgu duvar doluluk durumu dikkate alınmadığı için üç katlı üç açıklıklı yirmi üç modelden alınan sonuçlarla hesabı yapılması istenen her çerçeve için bulunduğu her türlü konumu ve durumu dikkate alan ampirik bir düzeltme faktörü önerilmiştir. Önerilen bu formül ve TDY 2007’ye göre altı katlı altı açıklıklı modeller üzerinde analizler yapılarak önerilen düzeltme faktörünün katkısı gözlemlenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde düzeltme faktörü eklenerek yapılan analizlerin TDY 2007’ye göre yapılan analizlere göre daha güvenli tarafta kaldığı sonucuna ulaşılmıştır.

ANAHTAR KELİMELER: Eşdeğer basınç çubuğu, dolgu duvar, sonlu elemanlar modeli, düzeltme faktörü.

(6)

ii

ABSTRACT

EFFECT OF LOCATION OF INFILL WALL ON THE BEHAVIOUR OF MULTI STOREY MULTI SPAN FRAME

MSC THESIS ÖZGE ERSU

PAMUKKALE UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE CIVIL ENGINEERING

(SUPERVISOR:ASSOC.PROF. FATİH CETİŞLİ, PH.D.) DENİZLİ, JULY 2017

In the analysis and design of almost every building type structures the infill walls are being considered as only gravitational load, and the contribution of infill walls are being neglected while determining the lateral load carrying capacity.

However, studies showed that the infill walls may increase the rigidity of the structure and may enhance the energy absorbed by the structure. The contribution of the infill masonry walls to the lateral load resistance of the structure could either be a positive contribution or a negative contribution. In this thesis, different infill masonry wall arrangements in a three-span three-strorey plane frame structure, which is detailed with regarding a single-span single-storey plane frame structure from a previous research, were investigated. The analyses of numerical models showed that the behavior of the structure differs as the configuration of infill masonry walls changed; such as constructing the infill masonry wall on a rigid foundation, having infill masonry walls in the adjacent right, left or both frames, having infill masonry walls in the adjacent upper, lower or both frames, and being the first or last infill masonry wall while resisting the lateral move of the storey. While defining masonry infill walls as a compression regulations. In this study, an empirical correction factor is proposed with regarding the condition of the masonry infill walls in a frame structure. The contribution of the proposed correction factor are examplified on six-storey six-span plane frame structure for some infill masonry wall configurations. The results for six-storey six-span plane frame structure showed that the use of the correction factor may result in more conservative estimation the behavior.

KEYWORDS: Equivalents compression strut, infill masonry wall, finite element method, correction factor, empirical model.

(7)

iii

İÇİNDEKİLER

Sayfa

ÖZET ... i

ABSTRACT ... ii

İÇİNDEKİLER ... iii

TABLO LİSTESİ ... viii

SEMBOL LİSTESİ ... x

ÖNSÖZ ... xii

1. GİRİŞ ... 1

1.1 Amaç ve Kapsam ... 2

1.2 Literatür Taraması ... 3

1.2.1 Deneysel Çalışmalar ... 3

1.2.1.1 Monotonik Yükleme Deneyleri ... 3

1.2.1.2 Periyodik ve Harmonik Yükleme Deneyleri ... 4

1.2.2 Analitik ve Nümerik Çalışmalar ... 9

1.3 Tezin Organizasyonu ... 15

2. DOLGU DUVARLARIN YAPIYA ETKİLERİ VE TEK KATLI TEK AÇIKLIKLI MODELİN OLUŞTURULMASI ... 17

2.1 Dolgu Duvarların Yapıya Olumlu ve Olumsuz Etkileri ... 17

2.1.1 Yük Taşımaya Katkı ... 18

2.1.2 Enerji Yutma ve Sönüme Katkı ... 19

2.1.3 Rijitliğe Katkı ... 19

2.1.4 Periyoda Katkı ... 19

2.1.5 Burulma Etkisi ... 20

2.1.6 Yumuşak Kat Etkisi ... 20

2.1.7 Kısa Kolon Etkisi ... 21

2.2 Referans Alınan Deneysel Çalışma Detayları ... 23

2.3 Yapılan Kabullere Göre Oluşturulan Model Detayları ... 25

2.3.1 Sonlu Elemanlar Metodu ... 27

2.3.2 Eşdeğer Basınç Çubuğu Yaklaşımı ... 31

2.4 Tek Katlı Tek Açıklıklı Modelin Doğrulanması ... 36

2.4.1 Tek Katlı Tek Açıklıklı Yalın Çerçeve Modeli ... 37

2.4.2 Tek Katlı Tek Açıklıklı Dolgu Duvarlı Model ... 40

2.4.3 Tek Katlı Tek Açıklıklı Çerçevelerin Analiz Sonuçları ... 42

2.4.4 Tek Katlı Tek Açıklıklı Modelin Dolgu Duvar Rijitliğinin Analitik Olarak Bulunması ... 44

3. PARAMETRİK ÇALIŞMA İÇİN 3 KATLI 3 AÇIKLIKLI MODELLER VE DETAYLARI ... 47

3.1 Üç Katlı Üç Açıklıklı Çerçeve Detayları ... 47

3.1.1 000 Numaralı Yalın Çerçeve Bilgileri ... 50

3.1.2 001 Numaralı Tam Dolgu Duvarlı Çerçeve Bilgileri ... 51

3.1.3 101 Numaralı Kısmi Boşluklu Çerçeve Bilgileri ... 52

(8)

iv

3.2 Üç Katlı Üç Açıklıklı Model Sonuçları ... 75

3.3 Analiz Sonuçları ... 89

3.4 Düzeltme Faktörü ve Ampirik Denklemin Elde Edilmesi ... 94

3.4.1 Yatay Doğrultuda Komşu Duvar Durumu ... 94

3.4.2 Düşey Doğrultuda Komşu Duvar Durumu ... 94

3.4.3 Duvar Hareket Doğrultusuna Göre Konumu ... 95

3.4.4 Duvarın Rijit Mesnete Bağlı Olma Durumu ... 95

4. ÖNERİLEN AMPİRİK MODELİN ÖRNEK BİR ÇERÇEVEDEKİ DURUMUNUN İNCELENMESİ ... 97

4.1 Model Detayları ... 99

4.1.1 601 Numaralı Çerçeve Bilgileri ... 100

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 119

5.1 Üç Katlı Üç Açıklıklı Model Sonuçları İçin Genel Çıkarımlar ... 119

5.2 Altı Katlı Altı Açıklıklı Çerçevelerin Analiz Sonuçları ... 121

(9)

v

5.3 Öneriler ... 148

KAYNAKLAR ... 151

6. ÖZGEÇMİŞ ... 156

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa Şekil 2.2: Yumuşak kat oluşumunun muhtemel nedenleri (Yüksel, 2008) ... 21

Şekil 2. 3: Kısa kolon oluşumu (TDY 2007) ... 22

Şekil 2. 15: Referans alınan çalışmada yalın çerçeve ve standart tuğla dolgulu çerçevenin yanal yük ve dönme oranları sonuçlarının karşılaştırıldığı histeritik eğri (Waly, 2010) ... 37

Şekil 2. 16: Tek katlı tek açıklıklı yalın çerçeve modeli ... 38

Şekil 2. 17: Kolon ve kiriş kesit detayı ... 39

Şekil 2. 18: Tek katlı tek açıklıklı dolgu duvarlı ve dolgu duvarı sonlu elemanlarla tanımlanan model ... 41

Şekil 2. 19: Tek katlı tek açıklıklı dolgu duvarlı ve dolgu duvarı eşdeğer basınç çubuğu ile tanımlanan model ... 41

Şekil 3. 1: Üç katlı üç açıklıklı modellerde kullanılan kolon ve kiriş kesit detayı ... 49

Şekil 3. 2: 000 numaralı yalın çerçeve modeli ... 51

Şekil 3. 3: 001 numaralı tam dolgulu çerçeve modeli ... 52

Şekil 3. 4: 101 Numaralı model ... 53

Şekil 3. 5: 102 numaralı model ... 54

Şekil 3. 25: Duvarlara verilen numaralar ... 90

Şekil 3. 26: İstatistik analiz ile elde edilen modelinin sonucu ile analiz sonucu elde edilen duvar rijitliklerinin karşılaştırılması ... 96

Şekil 4. 1: Altı katlı altı açıklıklı modellerde kullanılan kolon ve kiriş kesit detayı ... 99

(10)

vi

Şekil 5. 1: 6 katlı 6 açıklıklı yalın çerçeve modeli olan 601 numaralı model ile tam dolgu duvarlı ve dolgu duvarları sırasıyla sonlu elemanlar modeli ile tanımlanan 602 numaralı model, TDY 2007'de verilen eşdeğer basınç çubuğu ile tanımlanan 604 numaralı model ve düzeltme faktörünün eşdeğer basınç çubuklarına eklenerek hesap edildiği 606 numaralı modellerin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 127

Şekil 5. 2: 6 katlı 6 açıklıklı yalın çerçeve modeli olan 601 numaralı model ile 3.kat ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu kısmi dolgu duvarlı dolgu duvarı sonlu elemanlar modeli ile tanımlanan 603 numaralı model, TDY 2007'de verilen eşdeğer basınç çubuğu ile tanımlanan 605 numaralı model ve düzeltme faktörünün eşdeğer basınç çubuklarına eklenerek hesap edildiği 607 numaralı modellerin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 128

Şekil 5. 3: 6 katlı 6 açıklıklı 1.kat, 3.kat ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu kısmi dolgu duvarlı dolgu duvarı TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğu olarak modellenen 702 numaralı model ile aynı çerçevelerin boş olduğu dolgu duvarı TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğuna düzeltme faktörü eklenerek modellenen 703 numaralı modelin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 130

Şekil 5. 4: 702 numaralı modelin ilk duvarının göçtüğü 102.adımda oluşan mekanizma durumu ... 131

Şekil 5. 5: 703 numaralı modelin ilk duvarının göçtüğü 75.adımda oluşan mekanizma durumu ... 132 Şekil 5. 6: 6 katlı 6 açıklıklı 1.kat, 3.kat, 3 açıklık ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş

olduğu kısmi dolgu duvarlı dolgu duvarı TDY 2007’de verilen

eşdeğer basınç çubuğu olarak modellenen 705 numaralı model ile aynı çerçevelerin boş olduğu dolgu duvarı TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğuna düzeltme faktörü eklenerek modellenen 706

(11)

vii

numaralı modelin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 133 Şekil 5. 7: 705 numaralı modelin ilk duvarının göçtüğü 133.adımda oluşan

mekanizma durumu ... 134 Şekil 5. 8: 706 numaralı modelin ilk duvarının göçtüğü 99.adımda oluşan

mekanizma durumu ... 135 Şekil 5. 9: 6 katlı 6 açıklıklı 2.kat, 3.kat, 4.açıklık ve 5.açıklıktaki çerçevelerin boş

olduğu kısmi dolgu duvarlı dolgu duvarı TDY 2007’de verilen

eşdeğer basınç çubuğu olarak modellenen 708 numaralı model ile aynı çerçevelerin boş olduğu dolgu duvarı TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğuna düzeltme faktörü eklenerek modellenen 709 numaralı modelin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 136 Şekil 5. 10: 708 numaralı modelin ilk duvarının göçtüğü 176.adımda oluşan

mekanizma durumu ... 138 Şekil 5. 12: 6 katlı 6 açıklıklı 3.kat, 6.kat, 1.açıklık ve 4.açıklıktaki çerçevelerin

boş olduğu kısmi dolgu duvarlı dolgu duvarı TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğu olarak modellenen 711 numaralı model ile aynı çerçevelerin boş olduğu dolgu duvarı TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğuna düzeltme faktörü eklenerek modellenen 712 numaralı modelin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 139 Şekil 5. 13: 711 numaralı modelin ilk duvarının göçtüğü 107.adımda oluşan

mekanizma durumu ... 141 Şekil 5. 15: 6 katlı 6 açıklıklı 601 numaralı yalın çerçeve modeli, dolgu duvarları

TDY 2007’de tanımlı eşdeğer basınç çubuğu olarak modellenen tam dolgu duvarlı 604 numaralı model, 3.kat ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 605 numaralı model, 1.kat, 3.kat ve 4.açıklıktaki

çerçevelerin boş olduğu 702 numaralı model, 3.kat, 4.kat, 3. ve

4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 705 numaralı model, 3.kat, 2.kat, 4. ve 5.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 708 numaralı model ve 3.kat, 6.kat, 1. Ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 711 numaralı modelin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman

değerlerinin karşılaştırılması ... 142 Şekil 5. 16: 6 katlı 6 açıklıklı 601 numaralı yalın çerçeve modeli, dolgu duvarları

önerilen düzeltme faktörünün eklenmesiyle oluşturulan basınç çubuğu kullanılarak modellenen tam dolgu duvarlı 606 numaralı model, 3.kat ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 607 numaralı model, 1.kat, 3.kat ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 703 numaralı model, 3.kat, 4.kat, 3. ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 706 numaralı model, 3.kat, 2.kat, 4. ve 5.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 709 numaralı model ve 3.kat, 6.kat, 1. Ve 4.açıklıktaki çerçevelerin boş olduğu 712 numaralı modelin taban kesme kuvveti ve çatı katı yanal deplasman değerlerinin karşılaştırılması ... 145

(12)

viii

TABLO LİSTESİ

Sayfa

Tablo 2. 1: Betonarme çerçeve elemanlarının özellikleri ... 23

Tablo 2. 2: Deneysel çalışmada kullanılan ½ ölçekli tuğla özellikleri. ... 23

Tablo 2. 3: Tek katlı tek açıklıklı modellerde kullanılan beton detayları ... 26

Tablo 2. 4: Tek katlı tek açıklıklı modellerde kullanılan donatı detayları ... 26

Tablo 2. 5: Tek katlı tek açıklıklı modellerde kullanılan tuğla duvar boyutları ... 27

Tablo 2. 6: Tek katlı tek açıklıklı modelde kullanılan beton detayları ... 38

Tablo 2. 7: Tek katlı tek açıklıklı modelde kullanılan donatı detayları ... 39

Tablo 2. 8: Tek katlı tek açıklıklı modelde kullanılan kolon ve kiriş donatı detayları ... 40

Tablo 2. 9: Dolgu duvar detayları ... 42

Tablo 2. 10: Tek katlı tek açıklıklı yalın çerçeve analiz sonuçları ... 43

Tablo 2. 11: Tek katlı tek açıklıklı dolgu duvarlı çerçeve analiz sonuçları ... 43

Tablo 2. 12: Tek katlı tek açıklıklı dolgu duvarlı ve yalın çerçeveli modellere ait toplam kat rijitlikleri... 44

Tablo 3. 1: Üç katlı üç açıklıklı modellerde kullanılan beton malzeme detayları ... 48

Tablo 3. 2: Üç katlı üç açıklıklı modellerde kullanılan donatı malzeme detayları ... 48

Tablo 3. 3: Üç katlı üç açıklıklı modellerde kullanılan duvar malzeme detayları ... 49

Tablo 3. 4: Üç katlı üç açıklıklı modellerde kullanılan kolon ve kiriş donatı detayları ... 50

Tablo 3. 5: 001 numaralı modelin analiz sonuçları ... 75

(13)

ix

Tablo 4. 1: Altı katlı altı açıklıklı modellerde kullanılan beton malzeme detayları ... 97 Tablo 4. 2: Altı katlı altı açıklıklı modellerde kullanılan donatı malzeme

detayları ... 98 Tablo 4. 3: Altı katlı altı açıklıklı modellerde kullanılan dolgu duvar

malzeme detayları ... 98 Tablo 4. 4: Altı katlı altı açıklıklı modellerde kullanılan kolon ve kirişe ait

donatı detayları+ ... 99

(14)

x

SEMBOL LİSTESİ

w: Eşdeğer sanal basınç çubuğu genişliği λ: Dolgu ile çerçevenin rijitlik parametresi h: Kat yüksekliği

l: Çerçeve açıklığı

h': Dolgu duvar yüksekliği l': Dolgu duvar genişliği

Em: Eşdeğer sanal basınç çubuğu elastisite modülü t: Dolgu duvar kalınlığı

θ: Eşdeğer sanal basınç çubuğun yatayla yaptığı açı Ec: Çerçevenin elastisite modülü

Ic: Kolonun atalet momenti

wazaltılan: Azaltma faktörü ile çarpılan eşdeğer basınç çubuğu genişliği Aboşluk: Dolgu duvarda bulunan boşlukların alanları toplamı

Apanel: Dolgu duvarın boşluksuz alanı

(R )1

i : Boşluklu dolgu duvarlarda azaltma faktörünün tanımlanan boşluk durumuna göre değerlendirilmesi

(R )2

i: Azaltma faktörünün var olan dolgu hasarlarına göre değerlendirilmesi Ik: Kolonun atalet momenti

hduvar: Dolgu duvarın yüksekliği hk: Kolonun yüksekliği

aduvar: Dolgu duvarın genişliği kduvar: Dolgu duvarın rijitliği

rduvar: Dolgu duvarın diyagonal boyu

Di: Herhangi bir kattaki kolonun i ucundaki deplasmanı Dj: Herhangi bir kattaki kolonun j ucundaki deplasmanı Δkolon: Göreli kat ötelemesi

V2: Kata gelen kesme kuvveti

ηki: i’inci katta tanımlanan Rijitlik Düzensizliği Katsayısı Δi: Binanın i’inci katındaki azaltılmış göreli kat ötelemesi

(Δ )orti : Binanın i’inci katındaki ortalama azaltılmış göreli kat ötelemesi hi : Binanın i’inci katındaki kat yüksekliği

Ve: Kolonlarda enine donatı hesabına esas alınacak kesme kuvveti

Ma : Kolonun serbest yüksekliğinin alt ucunda, kolon kesme kuvvetinin hesabında esas alınan moment

Mü : Kolonun serbest yüksekliğinin üst ucunda, kolon kesme kuvvetinin hesabında esas alınan moment

(15)

xi

ln: Kolonun kirişler arasında kalan serbest yüksekliği, kirişin kolon veya perde yüzleri arasında kalan serbest açıklığı

(16)

xii

ÖNSÖZ

Bu tezi hazırlamamda şüphesiz en büyük destekçilerimden biri ve akıl hocam olan, bilgilerini hiçbir zaman esirgemeden paylaşan ve ihtiyacım olan her anda yanımda olan, çok değerli hocam Doç. Dr. Fatih CETİŞLİ’ye sonsuz teşekkürler, emeğiniz çok büyük hakkınızı hiçbir zaman ödeyemem.

Değerli katkılarından dolayı Prof. Dr. Mehmet İNEL’e ve Prof. Dr. Alper İLKİ’ye sonsuz teşekkürler.

Emeklerini ve zamanlarını hiçbir zaman sakınmayan çok kıymetli mesai arkadaşlarım Arş. Gör. Ali KALKAN ve Arş. Gör. Ahmet DEMİR takıldığım hemen her konuda yardımlarınızı esirgemediniz hem arkadaşım hem hocam oldunuz, her şey için sonsuz teşekkürler.

Benim canım ailem maddi ve manevi her zaman yanımda olan babam Hacı ERSU’ya, annem Şerife ERSU’ya en büyük teşekkürüm sizlere her kararımın arkasında durdunuz, bu günlere gelmemde en büyük katkı sizlerin. Ablam Betül ERSU TOKLUMAN’a, kardeşim Emin ERSU’ya, abim Faruk TOKLUMAN’a ve yeğenim Aysel Mina TOKLUMAN’a hayatımın her anında en büyük destekçim oldukları için sonsuz teşekkürler, hepiniz en büyük iyikilerimsiniz.

Kısa bir süre sonra hayatlarımızı birleştireceğimiz nişanlım İnşaat Yüksek Mühendisi Hasan Utku ÇAKIR’a her zaman yanımda olduğu için, umutsuzluğa düştüğüm her anda beni en iyi şekilde motive edip yeniden şevkle çalışmaya yönlendirdiği ve yardımını hiçbir zaman esirgemediği için sonsuz teşekkürler.

Denizli’deki ailem Filiz GENCER’e, Müzeyyen GENCER’e, Yaşar ÇAKIR ve Umut ÇAKIR’a yanımda oldukları için sonsuz teşekkürler.

(17)

1

1. GİRİŞ

Ülkemizde ve dünyada inşa edilmiş ve inşa edilmekte olan konut tipi yapılarda genellikle çerçeve veya perde-çerçeve sistemleri kullanılmaktadır. Bu tip yapıların tasarım ve analizinde taşıyıcı sistem olarak perde, kolon, kiriş ve döşeme hesaba katılırken dolgu duvarların taşıyıcılığa olan etkisi ihmal edilmekte olup dolgu duvarlar sadece yapıyı oluşturan taşıyıcı sistemin içinde bulunan, kullanım amacına göre mekânları birbirinden ve dış ortamdan ayıran elemanlar olarak görülmektedir.

Fakat herhangi bir deprem ve rüzgâr yükü etkisi altında dolgu duvarlar yapıyı oluşturan çerçevelerde birlikte çalışmaktadırlar.

Son depremler binaların performansına dolgu duvar varlığının önemli katkısı olduğunu ortaya koymaktadır. Dolayısıyla dolgu duvarların yapısal katkısı, özellikle çerçeve dolgu etkileşiminin çerçevenin hem rijitliği hem de dayanımında boşlukların varlığına rağmen önemli bir artışa neden olabileceği orta ve yüksek sismik bölgelerde ihmal edilemez bir gerçek olduğu sonucuna varılmaktadır.

Genellikle çerçevelerde bulunan boşluklar rijitlik ve dayanımı düşürmektedir.

Farklı ülkelerdeki sismik tasarım kodlarında (EC8-Part 3, FEMA-440, ASCE 41-13, TDY2007-Bölüm 7) dolgu duvarlı betonarme çerçevelerle ilişkili tasarım ve analizlerin gözden geçirilmesi, sadece bazı yönetmeliklerin betonarme dolgu duvarlı çerçevelerin tasarım ve analizinde dolgu duvar etkisini ele aldığını göstermektedir.

Boşluklu dolgu duvarlı çerçevelerin rijitliği ve dayanımı yönetmeliklerin çoğunda dikkate alınmamaktadır. Dolayısıyla boşluklu dolgu duvarların davranışı, tasarım talimatları ve rasyonel yaklaşım geliştirmek için yoğun bir şekilde incelenmektedir.

Günümüzde, sismik tasarım rehberleri dolgu duvarların diyagonal çubuk gibi modellenmesini esas alan, boşluksuz dolgu duvarlı çerçevelerin rijitliklerinin hesaplanması için hükümler içerir. Bununla birlikte, boşluklara (kapı ve pencere boşlukları gibi) sahip olan dolgu duvarlı çerçeveler için bu hükümler sağlanmamaktadır. Bununla birlikte, hâlihazırda uygulamada olan yönetmelikler yapıda yer alan tüm duvarların (kat içinde durumu, bulunduğu kat gibi farklar göz

(18)

2

önüne alınmaksızın) deprem yükleri altında benzer davranışı gösterdiğini kabul etmektedir.

1.1 Amaç ve Kapsam

Bu çalışmada, betonarme binaların tasarım ve projelendirilmesinde çerçevedeki tüm açıklıkların dolgu duvarlı olarak kullanılmaması dolgu duvarların çerçeve içindeki konumunun çerçeve davranışına etkisi incelenecektir. Öncelikle tek katlı deneysel model verileri kullanılarak çalışmaya temel olacak olan kabul ve varsayımların belirlenmesi için tek katlı tek açıklıklı çerçeve modeli oluşturulmuştur.

Bu modele göre üç katlı ve üç açıklıklı, farklı konumlardaki çerçeveleri dolgu duvarlı yirmi üç model analiz edilmiştir. Tek katlı tek açıklıklı dolgu duvarlı çerçeveden yalın çerçeve modeli çıkarıldığında elde edilen yalnızca dolgu duvarın rijitliği ile analiz sonuçlarından elde edilen üç katlı üç açıklıklı modellerdeki dolgu duvar davranışlarının farklı olduğu görülmüştür. Bu farklılığı yansıtabilmek için, normalde TDY 2007 ve FEMA 356’da dolgu duvar rijitliği hesaplanırken dikkate alınmayan dolgu duvarların çerçeve içindeki konumlarının; komşu üst veya komşu alt kattaki çerçevelerin boş veya dolu olması, komşu sağ veya komşu sol çerçevelerin boş ya da dolu olması, duvarın rijit mesnete bağlı olup olmaması ve deprem kuvveti gibi yatay yüklerin geldiği yöne göre duvar konumun uzaklığı veya yakınlığı gibi, dikkate alındığı bir düzeltme katsayısı önerilmiştir. Bu düzeltme katsayısı 6 katlı 6 açıklıklı modellerin hepsinde uygulanmış ve TDY2007’de tanımlanan eşdeğer basınç çubuğu modeline göre yapılan analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçlarında doğrusal davranış bölgesinde çerçeve davranışında çok bir fark görülmemekle birlikte doğrusal olmayan davranış bölgesinde düzeltme katsayısı eklenerek yapılan analizlerden elde edilen sonuçların daha güvenli tarafta kaldığı görülmüştür. Bu çalışma, bundan sonra yapılacak çalışmalar için herhangi bir katta veya herhangi bir açıklıkta çerçevede boşluk bulunması durumuna göre TDY2007’deki basınç çubuğu hesabında basınç çubuklarına ne kadarlık bir düzeltme faktörü uygulaması gerektiğini belirlemek için genel bir denklem bulmayı amaçlamaktadır.

(19)

3 1.2 Literatür Taraması

Betonarme hesap yapılırken çerçeve ve dolgu duvarın birlikte davranışının bilinmemesi sebebiyle dolgu duvarın yapıya katkıları genelde dikkate alınmaz. Fakat yapılan çalışmalar, betonarme çerçeveli yapılarda kullanılan dolgu duvarların, dolgu duvarları çevreleyen çerçevenin hem rijitliğini hem de dayanımını önemli ölçüde artırdığını, yapının enerji yutma kapasitesi ve sönüm kapasitesini artırdığını, yatay ötelenme ve yapı periyodunu azalttığını ortaya koymuştur. Dolgu duvarın etkilerini inceleyen deneysel, analitik ve nümerik çalışmalardan bazıları aşağıda verilmiştir.

1.2.1 Deneysel Çalışmalar

Deneysel çalışmalar monotonik yükleme ve periyodik ve harmonik yükleme olarak iki şekilde yapılmaktadır. Monotonik yükleme deneyi ilk olarak 1952’de Thomas tarafından, periyodik ve harmonik yükleme deneyi 1966’da Esteva tarafından yapılmıştır.

1.2.1.1 Monotonik Yükleme Deneyleri

1950’lere bakıldığında statik deney çalışmaları monoton artan yüklemeli dolgulu çerçevelerin Thomas tarafından 1952’de yapıldığı görülmüştür. Daha sonra birçok bilim adamı çelik veya betonarme çerçeveli dolgu duvarları farklı malzemelerden oluşan modeller incelemişlerdir. Monotonik yükleme deneyleri, dinamik analizde gerekli olan temel parçalardan biri olan yük-deplasman ilişkisini ortaya koymaktadır. Monotonik deneylerle dolgulu çerçevelerin yanal dayanım ve rijitliği üzerine dolguların etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Monoton yüklü dolgulu çerçeveler üzerine yapılan deneysel çalışmalar;

• Açıklık etkisi,

• Beton panellerinin çerçeveye bağlanma durumları

• Çerçeve ve duvar arasındaki bağlantı uzunluğu,

• Boşluk etkisi,

(20)

4

gibi spesifik parametrelerin etkisini ortaya çıkarmak için gerçekleştirilmiştir.

Harris ve diğ. (1993), beton blok dolgulu yerçekimi etkisine göre tasarlanan çerçevelerin davranışı üzerine nadir bulunan çalışmalardan birini yapmışlardır. 4 adet 1/6 ölçekli tek açıklıklı üç katlı hafif betonarme çerçeveler (LRC) test edilmiştir.

Çerçeveler; birinci yalın, ikinci sadece ilk kat dolgu duvarlı, üçüncüde birinci ve ikinci kat dolgu duvarlı, dördüncüde tüm katlar dolgu duvarlı olarak modellenmiştir.

Ters üçgen monoton artan yükleme modeli her çerçeveye uygulanmıştır. Bu çalışmanın temel sonucu ve tavsiyesi aşağıdakiler gibi olmuştur:

• Çerçeve ile bağlantısı olmayan dolgu duvarlar, çerçevelerin dönmesini azaltmak ve dayanımını artırmak için etkili ve ekonomik bir metottur.

• Hafif betonarme çerçevelerin önemli derecede güçlendirilmesi bu deney ile sağlanmıştır fakat bu testlerde kullanılan nispeten güçlü dolgu duvarlar kolonların ciddi hasarlanmasına sebep olmuştur.

• Dolgu duvarların kolonlardan erken ayrılmasının önlenmesi için dolgu duvar dayanımının doğru seçilmesi daha arzu edilebilir bir göçme moduna erişilmesine sebep olacaktır.

• Dolgu duvarların sınırlayıcı çerçeveye sabitlenmesi genel performansın belirlenmesinde kritik faktör olabilir. Düzgün bir sabitleme ile kolonda erken kırılma ve duvarda hasarı önlemek mümkün olabilecektir.

1.2.1.2 Periyodik ve Harmonik Yükleme Deneyleri

Estava 1966’da dolgulu çerçevelere ilk periyodik yüklemeyi yapmıştır.

Betonarme elamanlarla çevrili yığma duvarların alternatif yük etkisi altında davranışını incelemiştir.

Liauw ve Kwan (1985), 4 katlı dolgulu çerçevelerin küçük ölçekli modellerine periyodik yüklemeli deneysel çalışma yapmışlardır. Çerçevelerin üst noktasına harmonik yük uygulamışlardır. Çalışmada duvar çerçeve arasında hiçbir bağlantı olmayan model, sadece kiriş duvar arası bağlantı olan model ve tam

(21)

5

bağlantılı (kolon-duvar ve kiriş-duvar) model olmak üzere 3 durum incelenmiştir.

Çalışmanın birinci bölümünde statik yükler altında yük-deformasyon ilişkisi, gerilme dağılımı ve göçme modları incelenmiş ve ikinci bölümde ise periyodik yükleme altında histeretik karakteristikler, enerji yutma kapasiteleri ve bozunma özellikleri değerlendirilmiştir. Daha rijit ve sağlam, kademeli ve oldukça yavaş bir bozulma oranına sahip olduklarından daha sünek ve emniyetli ve enerji yutma kapasiteleri daha yüksek olduklarından dolayı bütünleşik dolgulu çerçevelerin yapısal açıdan üstün oldukları sonucuna varmışlardır.

Dawe ve diğ. (1989), yapının dinamik rijitlik ve dayanımı, duvar bozunma davranışına yer hareketinin etkisini, kolonun çatıya göre dönme rijitliğinin ve çerçeve rijitliğinin rolünü değerlendirmek için katı kil tuğlaları ile dolgulu veya dolgusuz 10 çelik çerçeveyi test etmişlerdir. Deneylerdeki modelleri sinüzoidal yer hareketine maruz bırakmışlarıdır. Dolgulu çerçevelerin doğrusal tepkisi tek serbestlik dereceli model ile tahmin edilebilirken bu çerçevelerin doğrusal olmayan tepkisi yanal ötelenmesi engellenmiş çerçeve modeli kullanılarak tahmin edilebilmiştir.

Bulunan sonuçlar 3 basit analitik modelin sonucu ile karşılaştırılmıştır. Sinüzoidal hareketlere maruz kalan 1/3 ölçekli modellerde yapılan testler dolgu duvarların sistemin dayanım ve rijitliğini önemli ölçüde arttırdığı sonucunu ortaya koymuştur.

Çalışmada incelenen etkiler, dolgu duvarın rijitliği ve dayanıma katkısını, sistemin göçmesini, hareket yoğunluğunu, çerçeve rijitliğini ve kolon-döşeme ara yüzeylerinde dönmeyi içermektedir. Zayıf ve orta hareketler nihai göçme öncesinde doğrusal olmayan bir davranış sergilerken, güçlü hareketler sistemin göçme hızını artırmıştır. Rijit çerçeveler ve rijit düğüm noktaları sistemin dinamik mukavemetini önemli derecede arttırdığı sonucuna varılmıştır.

Mehrabi ve diğ. (1994), 14 yarı ölçekli beton dolgu duvarlı betonarme çerçeveleri test etmişlerdir. Amaçları dolgunun nispi dayanım ve rijitliğinin, çerçeveye, yanal yük öyküsüne, panelin en/boy oranına, düşey yükün dağılımına ve büyüklüğüne, bitişik dolgulu açıklıklara göre çerçevenin performansı üzerine etkisini değerlendirmekti. Çalışma sonunda;

• Dolgulu panellerin betonarme çerçevelerin yük dayanım kapasitelerini önemli ölçüde artırabildikleri,

(22)

6

• Monotonik yüklemeye maruz kalan numunelere göre periyodik yüklemeye maruz kalan numuneler daha düşük direnç ve daha hızlı dayanım bozulması gösterdikleri,

• Toplam düşey yük arttıkça daha yüksek direnç elde edildiği, ancak düşey yükün kolonlar ve kirişler arasındaki dağılımının etkisinin önemsiz olduğu,

• 0.48 ile 0.67 aralığında panel en/boy oranı yanal rijitlik ve dayanım üzerinde sadece küçük bir etkiye sahip olduğu,

• Nihai yanal yük ile ilgili olarak, iki açıklıklı dolgulu çerçeveler benzer tek açıklıklı dolgulu çerçevelere göre yaklaşık 1.7 ile 1.85 kat daha güçlü çıktığı, gibi sonuçlara varılmıştır.

Negro ve Verzeletti (1996) deneylerinde çerçevelerin en üst katta oluşan maksimum yer değiştirmeleri karşılaştırıldığında, dolgu duvarlı çerçevede oluşan maksimum ötelenmenin basit çerçeveye göre 2.6 kat daha az olduğu gözlemlemiştir.

Ayrıca, basit çerçeveye göre, dolgu duvarlı çerçevelerin yatay yükler altında çok daha yüksek rijitliğe sahip oldukları belirlenmiştir.

Mosalam ve diğ. (1997), yarı statik deneyler kullanarak dolgu duvarlı çelik çerçevelerin sismik değerlendirmesini yapmışlardır. Çelik çerçeve yarı-rijit bağlantılı, dolgu duvar betonarme olmayan kâgir duvar ve yükleme periyodik yüklemedir. Çerçevelerin ve dolgu duvarların farklı geometrik kombinasyonları ve farklı tip kâgir duvar kullanılmıştır. Bu çalışmada çeşitli deneyler deprem tipi yükleme altında küçük ölçekli dolgu duvarlı çerçevelerin performansını araştırmak için yapılmıştır. Beton bloklar ve harç derzleri arasındaki nispi dayanım, açıklık ve kat sayıları, boşluk şekilleri (kapı veya pencere boşluğu ve boşluğun simetrik veya asimetrik olması durumu) dikkate alınmıştır. Çalışma sonunda dolgu duvarların yapının dayanım ve rijitliğine büyük ölçüde katkı sağladığını, duvar malzemesinin farklı olması durumunda yatay ötelenme değerinde değişim gözlendiği, kat sayısı arttıkça diğer tüm özellikler sabit iken yatay ötelenmenin artığı, boşluksuz dolgu duvarların kırılgan davranış gösterdiği, dolgulardaki boşlukların sünekliği artırdığı, harç derzleri ile dolgu blokları arasındaki bağlantının göçme modunu belirlemede önemli etkiye sahip olduğunu ve zayıf blok-orta harç durumunda derz çatlaklarının oluştuğunu, zayıf blok-güçlü harç durumunda köşe kırılmalarının oluştuğu, iki

(23)

7

açıklıklı sistem kapasitesinin tek açıklı sistem kapasitesinin 2 katı olduğu ve rijitliğin 1.7 kat fazla olduğu sonuçlarına varmışlardır.

Anıl ve Altın (2007), periyodik yanal yükleme altında kısmi dolgularla güçlendirilen sünek betonarme çerçevelerin davranışını araştırmak amacıyla çalışmışlarıdır. Tek katlı ve tek açıklıklı, 1/3 ölçekli dokuz numune tersinir periyodik yükleme altında test edilmiştir. Dolgu duvarların en/boy oranı ve yerleşim şekilleri deneysel çalışmanın parametrelerini oluşturmaktadır. Test sonuçları kısmen dolgulu betonarme çerçevelerin, yalın çerçeveye kıyasla belirgin şekilde daha yüksek dayanım ve rijitlik sergilediğini göstermiştir. Dolgu duvarın en/boy oranı artarken, yanal dayanım ve rijitlik önemli derecede artmıştır. Bu değişkenlere ek olarak, çerçeveler ve dolgular arasındaki bağlantının da dolgulu çerçevelerin davranışını etkilediği görülmüştür. Hem kolona hem de kirişe bağlı kısmi dolgu duvarlı durumda çerçeve en başarılı davranışı göstermiştir.

Pujol ve diğ. (2008), sürekli dolgu duvarlarının yapının dayanıklılığını arttırdığını ölçmek için tam ölçekli 3 katlı yapıyı tuğla dolgu duvarlar ile güçlendirip tersinir deplasmanlar vererek test etmişlerdir. Bu testin sonuçlarını, aynı binanın dolgu duvar olmadan test edildiği daha önceki deney sonuçları ile karşılaştırmışlardır. İlk testte döşeme-kolon birleşim noktalarında kesme göçmeleri oluşmuştur. Dolgu duvarların ilavesi döşeme çökmelerini önlemeye yardımcı olmuştur ve yapının rijitliğini %100 artırdığı ve dayanımını %500 artırdığı sonucuna varılmıştır.

Özkaynak (2010), doktora tez çalışmasında dolgu duvarları lifli polimerler ile sargılanmış betonarme çerçevelerin yatay yükler etkisindeki deprem davranışı deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Bu amaçla ülkemizdeki betonarme yapı özelliklerini yansıtacak şekilde üretilen, 22 adet 1/3 ölçekli tek katlı ve tek açıklıklı yalın, dolgu duvarlı ve güçlendirilmiş dolgu duvarlı betonarme çerçeve numuneleri statik ve benzeşik dinamik deney teknikleri kullanılarak laboratuvarda denenmiştir.

Deney numunelerinin performans değerlendirmeleri FEMA 356 ya göre yapılmıştır.

Gerçekleştirilen deneysel çalışmalara dayalı olarak güçlendirilmiş durum için belirlenen duvar davranış modeli ve yapısal sönüm özellikleri, deprem güvenliği yetersiz bir betonarme yapının dolgu duvarlarının CFRP ile sargılanarak

(24)

8

güçlendirmesi örneğinde kullanılmış ve önerilen güçlendirme tekniği yapı sisteminin performansını iyileştirdiği sonucuna ulaşmıştır.

Coza ve diğ. (2011), çalışmalarında dolgu duvarlı çift taraflı sıva uygulamasının mümkün olmadığı betonarme yapılarda, tek yüz/çift yüz sıvanın etkisi ve çerçeveye olan katkısı, tek/çift taraflı karbon lifler ile güçlendirmenin yapıda nasıl bir performans oluşturacağını incelemişlerdir. Çalışma kapsamında, 6 adet, 1/3 ölçekli, tek açıklıklı, tek katlı numuneler üzerinde, bu tür sistemlerin yatay yük taşıma kapasiteleri, rijitlik ve enerji sönümleme gibi özelliklerini karşılaştırmak amacıyla deneysel bir dizi çalışmalar tasarlanmıştır. Numuneler; boş çerçeve, dolgu duvarlı / tek yüzü ve çift yüzü sıvalı çerçeve, dolgu duvarlı tek yüzü sıvalı tek yüzü/çift yüzü karbon lifli kompozitler ile güçlendirilmiş çerçeve olarak üretilmiş, her numune üzerinde yer değiştirme kontrollü yük artırımı yöntemi uygulanarak, numuneler deneye tabi tutulmuşlardır. Deney sonuçlarına bakıldığında tek ve çift taraflı güçlendirme yönteminin her ikisinin de deney elemanlarının göçme davranışları, yatay yük taşıma gücü, enerji sönümleme miktarı ve rijitlik değerleri bakımından olumlu sonuçlar sağladığı ortaya konmuştur. Eşdeğer diyagonal basınç çubuğu kavramı kullanılarak dolgu duvarlar modellenmiş, analitik çalışma deneysel çalışmada elde edilen global davranışı yeterli bir yakınsaklıkla tahmin etmiştir.

Stavridis ve diğ. (2012), 2/3 ölçekli, 3 katlı, 2 açıklıklı dolgu duvarlı betonarme çerçevenin sarsma tablası testini yapmışlardır. Örnek 1920’lerde Kaliforniya’daki inşaat uygulamasını temsil etmektedir. Deney numunelerinin ilk açıklığı tam dolgu duvarlı, ikinci açıklığında pencere boşlukları bırakılmıştır. Yapılar beyaz gürültü temelli uyarılar ve artan yoğunluğa sahip 14 ölçekli tarihsel deprem kaydı da dâhil olmak üzere bir dizi dinamik teste tabi tutulmuştur. Yapının performansı maruz kaldığı sismik yükler göz önüne alındığında tatmin edici çıkmıştır. Çalışma, numunenin tasarımını, sarsma tablasından elde edilen bulguları, dinamik tepkileri, yük direncini, hasarın nasıl geliştiğini ve göçme mekanizmasını özetlemektedir.

Manesh (2013) yüksek lisans tezinde, dolgu duvarlı çelik çerçevelerin düzlem davranışının bazı yönlerini araştırmak için deneysel bir program yürütmüştür. Dört adet tamamen dolgulu ve beş adet kısmen dolgulu duvar içeren dokuz adet beton dolgulu çelik çerçeveler eksenel ve yanal yük etkisi altında test edilmiştir. Tüm

(25)

9

numuneler 1/3 ölçeklidir. Düzlem içi yanal yük, üst kirişe bir eksenel yük uygulandığında ve sabit tutulduğunda, numunenin göçmesine kadar çerçevenin üst kiriş seviyesinde kademeli olarak artırılmıştır. Çalışmanın parametreleri eksenel yük, derz dolgu ölçüsü, açıklık ve dolgunun en/boy oranıdır. Deney sonuçlarında çatlak şekilleri, rijitlik, göçme modu, çatlama dayanımı, numunelerin nihai dayanımı izlenmiş ve rapor edilmiştir. Eksenel yükün varlığının dolgulu çerçevenin nihai dayanımını artırdığı ancak rijitliğinde belirgin bir etkisinin olmadığı bulunmuştur.

Kısmi harçlı numuneler diyagonal çatlaklar gösterirken, tamamen harçlı numuneler göçmeden önce çatlamayı çok az veya hiç göstermemiştir. Harcın artması çerçevenin nihai dayanımını artırmış fakat sünekliği azaltmıştır. Boşluk varlığı çerçevenin nihai dayanımını düşürmüş ve sünekliği artırmıştır. Mevcut Kanada ve Amerikan tasarım kodlarının incelenmesi, Kanada kodunun dolgulu çerçevelerin rijitliğini olduğundan çok daha fazla tahmin ederken Amerikan kodu bu çerçeve sistemler için daha iyi tahminler ortaya koyduğunu bulmuşlardır.

Demirel ve diğ. (2015), çalışmalarında 2007 Türkiye Deprem Yönetmeliği’ne göre tasarlanan yarım ölçekli betonarme çerçevelerde dolgu duvarın deprem davranışına olan etkilerinin incelemişlerdir. 3 adet tek açıklıklı, tek katlı, yarım ölçekli betonarme çerçeve ODTÜ Yapı Mekaniği Laboratuvarı’nda test edilmiştir.

Boş çerçeve (BÇ), dolgu duvarlı sıvasız çerçeve (DÇ) ve dolgu duvarın karşılıklı olarak hasır çelik telle tutturulduğu sıvalı çerçeve (HÇ) incelenmiştir. Çalışma sonucunda dolgu duvarın çerçeve taban kesme kuvvetini %43 oranında arttırdığı fakat kapasitenin hızlı bir şekilde tükenerek ilerleyen ötelenme değerlerinde davranışın boş çerçeveye yakınsadığı gözlenmiştir. Dolgu duvar karşılıklı olarak hasır çelik telle tutturulup sıvandığında ise taban kesme kuvveti %219 oranında artmış ve yüksek ötelenme değerlerinde dahi dolgu duvarın davranışa katkısı azalarak da olsa devam etmiştir.

1.2.2 Analitik ve Nümerik Çalışmalar

1970’lerde ve 1980’lerde, dolgulu çerçevelerin sayısal modellemesine daha fazla ilgi gösterilmiştir.

(26)

10

Smith (1966), çalışmasında farklı rijitliklere sahip çapraz yüklemeli çerçeve modeli serilerinde, çerçevenin rijitliğinde ufak bir artışın yapının rijitlik ve dayanımına büyük bir etkisi olduğunu göstermiştir. Çerçeve ve dolgu arasındaki temas uzunluğuna dayanan yaklaşık teorik analizler bu kompozit davranışı açıklamak için ve tüm diyagonal rijitlik ve dayanım tahmin yöntemleri sağlamak için geliştirilmiştir. Sonraki çalışmasında yanal yüklemeli dolgu duvar davranışını incelemiştir. Diyagonal yükleme durumu için önerilen metotlar tek veya çok katlı kare dolgulu çerçevelerin yanal rijitlik ve dayanımını tahmin etmek için uyarlanmıştır. Tek ve çift katlı modeller üzerindeki deneylerin sonuçları öngörülen önerme yöntemlerini desteklemektedir.

Page ve diğ. (1985), çalışmalarında tuğla duvar için doğrusal olmayan deformasyonlar ve ilerleyen yerel çatlakları hesaba katan sonlu elemanlar modelini kullanmışlardır. Çatlaklar, tek başına ya derzde ya da hem tuğla hem de derzleri kapsayan bir modülde meydana gelebilmektedir. Sonlu elemanlar programı sekiz köşeli izoparametrik elemanlar üzerine kurulmuştur ve bu program düzlemsel yükler altında tuğla duvarın artan yüklemesi ve aşamalı çatlaklarını simüle etmek için kullanılmıştır. Programın etkinliği, hesaplanan davranışı, tuğla dolgu duvarlı beş çelik çerçeve üzerindeki raf testlerinden elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırarak gösterilmiştir.

Saneinejad ve Hobbs (1995), çalışmalarında dolgu duvarlı düzlem-içi kuvvetlere maruz kalmış çelik çerçeveler için yeni bir analiz ve tasarım yönteminden bahsetmişlerdir. Yöntem önceki deneylerden elde edilen verilere ve bir dizi doğrusal olmayan sonlu elemanlar (NLFE) analiz sonuçlarına dayanmaktadır. Bu yöntem, dolgu malzemelerinin sınırlı sünekliliğini göz önüne alarak, dolgulu çerçevelerin elastik ve plastik davranışlarını açıklamaktadır. Önerilen yöntem, dolgulu çerçevelerin dayanım ve rijitliğinin yanı sıra dolgunun diyagonal çatlama yükünü de tahmin etmektedir. Çalışmada dolgunun en-boy oranı ve kirişlerin kolonlardan farklı dayanım ve rijitliğe sahip olması gibi varyasyonlar hesaba katılmıştır ve dolguları eşdeğer diyagonal dikmelerle değiştirerek çok katlı dolgulu çerçeveleri modellemek için geliştirilmiştir.

Mehrabi ve diğ. (1996), mevcut yönetmelik hükümlerine uygun olarak tasarlanan betonarme (RC) çerçevelerin sismik performansı üzerinde dolgu

(27)

11

panellerinin etkisi araştırmışlardır. Çalışmada biri rüzgâr yükleri için, diğeri de güçlü deprem kuvvetleri için tasarlanan iki çerçeve türü düşünülmüştür. 12 adet 1/2 ölçekli, tek katlı, tek açıklıklı, çerçeve örnekleri test edilmiştir. İncelenen parametreler, dolgu panellerinin çerçeveye göre dayanımı, panelin en-boy oranını, düşey yük dağılımını ve yanal yük öyküsünü içermektedir. Deney sonuçları dolgu panellerinin betonarme çerçevelerin performansını önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, kuvvetli çerçeveli ve güçlü panelli numuneler, zayıf çerçeveli ve zayıf paneli olanlara göre, yük direnci ve enerji yutma kabiliyeti açısından daha iyi bir performans sergilemişlerdir. Dolgulu çerçeve örneklerinde bulunan yanal yük direnci yalın çerçeveye göre çok daha fazla çıktığı sonucuna ulaşılmıştır.

Syrmakezis ve Asteris (2001) düzlem çerçevelerin sismik tepkisine boşluklu dolgu duvarların etkisini araştırmışlarıdır. Parametrik çalışma boşluğun konumunu ve alanını dikkate alarak gerçekleştirilmiştir. Çok katlı dolgu duvarlı çerçeveler kısmi dolgu duvarlı çerçeveler ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar

• Boşluk arttıkça rijitliğin azaldığını,

• Boşluk diyagonal üzerinde olduğunda çerçevenin rijitlik azalmasının en yüksek değerde olduğunu,

• Dolguların rijitliği artırdığını ve yanal dayanımı artırdığını, göstermiştir.

Chrysostomou ve diğ. (2002) dolgu duvarlar için iki boyutlu bir hesaplama modeli sunmuşlardır. Dolgu duvarın davranışı, düzgün sürekli eğrileri sağlayan bir güç zarfı ve bir histeretik döngü denklemi ile öngörülmektedir. Dolgu, güç zarfı ve histerik döngü denklemleri tarafından tanımlanan davranışı izleyen, yalnızca sıkıştırılmış altı eğilme çubuğu ile idealize edilmiştir. Her yönde paralel çubuklar bulunur ve kolon-kiriş açıklığı boyunca plastik mafsalların oluştuğu yerlerde dolgu ve çelik çerçeve arasındaki etkileşimi temsil etmek için köşegen dışı çubuklarda konumlandırılmıştır. Bu analitik modelin avantajları şöyledir:

• Dolgu duvarlarının hem dayanım hem de rijitlik azalması modellenmiştir.

(28)

12

• Modelin parametreleri fiziksel anlam taşır ve deneysel verilere uyacak şekilde kolayca adapte edilebilir.

• Köşegen dışı dikmeler, dolgu ve sınırlayıcı çerçeve arasındaki etkileşimin modellenmesine izin verir.

• Boşlukların etkileri, uyum eksikliği ve ara yüz koşulları gibi yerel davranışlar modellenebilir.

Asteris (2003), yanal yükler altında dolgulu düzlem çerçevelerin analizi için yeni bir sonlu elemanlar tekniği sunmuştur. Dolgu duvarlı çerçevelerin rijitliğinin azaltılmasında dolgu duvarın boşluğunun etkisi bu teknik yardımıyla araştırılmıştır.

Tek katlı tek açıklıklı dolgu duvarlı çerçeve için dolgu duvar boşluğunun yüzdesini ve konumunu parametre olarak kullanarak analitik bir çalışma yapmıştır. Araştırma, çok katlı, tamamen veya kısmen dolgu duvarlı çerçeve durumları için genişletilmiştir. Özellikle, yanal yükler altında dolgulu çerçevelerin etkilerinin yeniden dağıtılması incelenmiştir. Kesme kuvvetinin yeniden dağılımının, dolgu panellerinin varlığı ve sürekliliği tarafından kritik olarak etkilenmiş olduğu gösterilmiştir. Dolgunun varlığı, genel olarak, çerçeve kolonlarındaki kesme kuvvetlerinin azalmasına neden olmuştur. Bununla birlikte, yumuşak katlı bir dolgulu çerçeve söz konusu olduğunda, kolonlara etki eden kesme kuvvetleri yalın çerçevenin analizinden elde edilen kesme kuvvetlerinden çok daha yüksek çıkmıştır.

Santhi ve diğ. (2005), yerçekimi yükleri için tasarlanmış betonarme çerçevelerin sismik performansını, titreşim tablası kullanarak deneysel olarak değerlendirmişlerdir. Çerçevelerden bir tanesi yalın, diğeri birinci ve ikinci katında dolgu duvar içeren iki adet tek açıklıklı üç katlı uzay çerçeve, IS 1893-2002'de verilen spektruma eşdeğer uyarma altında test edilmiştir. Uyarılma esnasında modellerin ölçülen tepkisinden kesme kuvveti, katlar arası sapma ve rijitlik değerlendirilmiştir. Betonarme çerçevelerin sismik performansı üzerine dolgu duvar etkisi de araştırılmıştır. Ardından, çerçevelerin göçmesi test edilmiş ve zemin kattaki kolonlarda ciddi hasarlar gözlenmiştir. Hasar gören kolonlar betonarme bir ceket tarafından güçlendirilip yeniden aynı deprem uyarıları altında test edilmiştir. Test sonuçları, dayanım ve rijitlikte önemli bir artış olması nedeniyle, güçlendirilmiş çerçevelerin düşük ila orta dereceli sismik kuvvetleri destekleyebileceğini göstermiştir.

(29)

13

Mondal ve Jain (2008), çalışmalarında dolgulu çerçevelerin yatay ötelenme rijitlikleri üzerinde farklı boyutlardaki merkezi boşlukların etkisini inceleyen tek katlı tek açıklıklı, iki katlı tek açıklıklı, üç katlı tek açıklıklı üç dolgu duvarlı çerçeve modelini analiz etmişlerdir. Analiz sonuçlarında yük-deformasyon eğrisi 3 aşamaya ayrılarak incelenmiştir. İlk aşamada çerçeve dolgu arasında uyumsuzluk gözlemlenirken, ikinci aşamada yaklaşık doğrusal bir davranış ve bu davranışın dolgu-çerçeve arasındaki etkileşimi yansıtmaya başladığı gözlemlenmiş, üçüncü aşamada ise artan yükle dolgu malzemesinin aşamalı olarak bozulması nedeniyle rijitlikte azalma görülmektedir. Sonlu elemanlar modeli literatürdeki deneysel çalışmalarla karşılaştırılıp doğruluğu test edilmiştir. Parametrik çalışmaya dayanarak dolgulu çerçevelerde bulunan merkezi boşluk için eşdeğer basınç çubuğu genişliğini belirlemek için bir azaltma faktörü önerilmiştir.

Asteris ve diğ. (2011), çalışmalarında dolgulu çerçevelerin davranışlarının değerlendirilmesini sunmuşlardır. Bazı yeni gelişmelerin çalışmalara uyarlanması çerçevelerin pratik tasarım ve analizi için araştırılmıştır. Mevcut sonlu elemanlar sonuçlarına dayanan bu çalışmada azaltma faktörünün elde edilmesine yönelik (burada azaltma faktörü, üzerinde boşluk bulunan dolgu duvarı temsil eden bir diyagonal çubuğun etkin genişliğinin oranıdır) analitik denklemler önerilmektedir.

Bu denklem dolgu duvarlarda boşluk olduğunda dolgunun yatay ötelenme rijitliğinin hesaplanmasına izin verebilecektir. Önerilen denklemin geçerliliği, sonuçların çeşitli araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalara ile karşılaştırılarak gösterilmiştir.

Nwofor (2012), çalışmasında dolgu duvarların mikro modellemesi için sonlu elemanlar metodunu, makro modellemesi için temel rijitlik metodunu doğrulamak adına iki tür sayısal model kullanmıştır. Her iki modelinde de, numunelerin göçme davranışının yaklaşık aynı sonuç gösterdiğini bulmuştur. Bu çalışmada kullanılan makro modelleme prosedürünün, hesaplama açısından rahat ve çabuk sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Dolayısıyla çerçeve yapılarının doğrusal olmayan analizi için makro modelleme önerilmiştir. Bu çalışmanın temel amacı analitik model olarak sonlu elemanlar metodunu kullanarak dolgu panellerde boşluğun konumunun ve boyutunun etkisine açıklama getiren yatay yüklü dolgu duvarlı betonarme çerçevenin kayma mukavemet direncini modellemek ve ayrıca dolgu duvarlı betonarme çerçevelerin yanal yük analizleri için doğrusal olmayan makro model önermektir.

(30)

14

Rathi ve Pajgade (2012), çalışmalarında dolgu duvarları eşdeğer basınç çubukları ile modellenmiş ve %15 oranında ortada veya kenarlarda boşlukları bulunan çerçeveler için statik analiz yapmışlardır. Yalın çerçeve, tam dolgu duvarlı çerçeve, %15 ortada boşluk bulunan dolgu duvarlı çerçeve ve %15 kenarda boşluk bulunan dolgu duvarlı çerçeveler analiz modellerini oluşturmaktadır. Analizler sonunda;

• Dolgu panellerin yapının rijitliğini artırdığı

• Boşluk oranındaki artışın dolgulu çerçevenin yatay ötelenme rijitliğinde azalmaya sebep olduğu

• Yalın çerçevenin, tam dolgu duvarlı çerçeve ve kısmi dolgu duvarlı çerçevelere göre daha fazla deformasyon yaptığı

• Ortasında boşluk bulunan dolgu duvarlı çerçevelerdeki deformasyonun köşesinde boşluk bulunan dolgu duvarlı çerçevelere göre daha fazla olduğu

• Dolgu duvar etkisi göz önüne alınmadığında kolonlarda kesme kuvveti, eğilme momenti değerleri tam dolgu duvarlı ve kısmi dolgu duvarlı duruma göre çok daha fazla olduğu

sonuçlarına ulaşılmıştır.

Dolgu duvarlar çerçevelerin davranışını iyileştirmeye katkıda bulunurlar fakat araştırmalar kısmi dolgu duvarların kısa kolon etkisi olarak bilinen olumsuz etkilere neden olabileceğini de göstermiştir. Birçok deneysel kanıt, tutsak kolon etkisinin kısmen dolgulu çerçevelerin deprem sırasında hasar görmesine neden olduğunu göstermektedir. Rüzgâr yönündeki çerçevenin içinde duvarın son bulduğu noktada oluşan kesme kuvveti rüzgâr tarafındaki kolonun göçmesine sebep olmaktadır.

Pradhan (2012), analitik formül sayesinde bu tür noktalardaki kesme kuvveti değerlerini belirlemek için çalışma yapmıştır.

Uva ve diğ. (2012), 1970’li yılların başlarında tarihlenen projenin sadece Kalabriya’daki yüksek sismik risk alanlarında bulunan mevcut betonarme çerçeveli binanın analizine ilişkin kapsamlı bir çalışma sunmaktadırlar. Göçme mekanizması üzerine dolgu duvarların etkisini değerlendirmek için hem dolgu duvarsız (yalın çerçeve) hem de dolgu duvarlı uygun yapı modellerinin bir dizi doğrusal olmayan

(31)

15

statik analizleri gerçekleştirilmiştir. Özellikle binanın genel yapısal tepkisi üzerindeki etkilerini araştırmak için dolgu duvarların mekanik parametrelerine kısmi güvenlik faktörleri (PSF) atanarak hassasiyet analizi gerçekleştirmişlerdir.

Cetişli (2015), kısmi dolgu duvarlı çerçevelerin davranışını, boşluğun boyutlarını ve konumunu dikkate alarak parametrik bir çalışma yapmıştır. Tek katlı tek açıklıklı çerçeveyi dokuz bölgeye ayırarak, eşdeğer çapraz basınç çubuğunun rijitlik azaltma faktörünü tahmin etmeye çalışmıştır. Çalışma sonunda betonarme çerçevelerin donatı detaylarının rijitlik azaltma faktörü üzerindeki etkisinin ihmal edilebilir olduğunu, bununla birlikte rijitlik azaltma faktörünün açıklık oranının yanı sıra açıklığın konumu ve boyutundan da etkilendiğini göstermiştir.

1.3 Tezin Organizasyonu

Tez çalışmasının;

1.bölümünde tez ile ilgili genel bilgiler verilerek, tezin amacı, kapsamı ve literatür taraması özetlenmiştir.

2.bölümde dolgu duvarların yapıya olumlu ve olumsuz katkıları, sonlu elemanlar modelinin oluşturulması, esas alınan deneysel çalışma detayları, oluşturulan tek katlı tek açıklıklı model detayları ve tek katlı tek açıklıklı çerçevenin esas alınan deneysel çalışmaya göre doğrulanması anlatılacaktır.

3.bölümde, parametrik çalışma için 3 katlı 3 açıklıklı model detayları ve analiz sonuçları verilecektir. Analiz sonuçları dolgu duvar etkisinin farklı durumlar altında değiştiği sonucuna varılarak dört ayrı parametrelere göre yorumlanacaktır.

TDY 2007’de verilen eşdeğer basınç çubuğu hesabı için bu dört parametreye bağlı düzeltme faktörü önerilecektir.

4.bölümde, önerilen ampirik modelin örnek bir çerçeve üzerinde uygulanması gösterilecektir. Bu bölümdeki modeller 6 katlı ve 6 açıklıklı olacak ve her bir çerçeve için farklı dolgu duvar dizilimi yapılacaktır. Herhangi bir dolgu duvar dizilimi için sonlu elemanlar ile analiz, eşdeğer basınç çubuğu ile analiz ve bulunan ampirik denklemden elde edilen düzeltme faktörünün de eklendiği düzeltilmiş eşdeğer basınç

(32)

16

çubuğu ile analiz olmak üzere üçer tane analizi yapılacak ve çıkan sonuçlar karşılaştırılacaktır.

5. ve tezin son bölümünde, üç katlı üç açıklıklı ve altı katlı altı açıklıklı modellerden elde edilen sonuçların genel değerlendirilmesi yapılacak, düzeltme faktörünün öneminden bahsedilecek ve sonraki çalışmalar için önerilerde bulunulacaktır.

(33)

17

2. DOLGU DUVARLARIN YAPIYA ETKİLERİ VE TEK KATLI TEK AÇIKLIKLI MODELİN OLUŞTURULMASI

Dolgu duvarların yapı davranışına etkisi her ne kadar hesaba dahil edilmese de farklı durumlar altında yatay yük taşımaya katkı sağlama, enerji yutma ve sönüm kapasitesini arttırma, yapı rijitliğini arttırma ve rijitliği arttırarak yapı periyodunu azaltma gibi önemli katkıları varken yapıda burulma etkisi oluşturma, yumuşak kat ve herhangi bir mimari sebepten dolayı kolon boyunca dolgu duvarın devam etmemesinden meydana gelen (kapı ve pencere boşlukları gibi) kısa kolon etkisi gibi olumsuz etkileri bulunmaktadır.

Tezin bu bölümde ilk olarak daha önce yapılmış bir çalışmadan alınan deney sonuçları ile o deneye ait eleman boyutları ve malzeme özellikleri kullanılarak SAP2000 programında modellenen ve analizi yapılan çalışmanın sonuçları karşılaştırılacaktır. İki sonuç birbiriyle aynı çıktığı için çalışmaya temel olacak olan tek katlı tek açıklıklı model, deneysel çalışmanın boyutları ve malzeme özellikleri kullanılarak oluşturulacaktır. Daha sonra bu model esas alınarak türetilecek üç katlı üç açıklıklı farklı çerçevelerinde dolgu duvar bulunan modeller oluşturulup dolgu duvarın çerçeve davranışına etkisi incelenecektir.

2.1 Dolgu Duvarların Yapıya Olumlu ve Olumsuz Etkileri

Dolgu duvarların deprem ve rüzgâr gibi yüklerin etkisi altında taşıyıcı sisteme olumlu katkılar sağladığı her ne kadar yaygın bir düşünce olarak bilinse de bazı durumlarda dolgu duvar kullanımı sebebiyle yapı davranışında beklenmedik farklılıklar oluşabilmekte ve deprem etkileri altında yapı normal davranışından daha olumsuz davranış sergileyebilmektedir. Bu etkiler sırasıyla alt başlıklarda verilmiş olup ilk dört başlık olumlu katkılarını diğerleri olumsuz etkilerini anlatmaktadır.

(34)

18 2.1.1 Yük Taşımaya Katkı

Dolgu duvarların yatay ve düşey yükler altında yapı davranışına olumlu etkilerinin olduğu çeşitli çalışmalarda gözlenmiştir. Dolgu duvarlı ve dolgu duvarsız çerçevelerin yatay yükler altındaki analizleri sonucunda dolgu duvarlı çerçevenin yatay yüklere karşı dolgu duvarsız çerçeveye göre çok daha dayanıklı olduğu sonucuna varılmıştır (Mehrabi ve diğ., 1996). Düşey yük etkisi altındaki kirişler düşünüldüğünde, dolgu duvarı olan kirişlerin dolgu duvarsız kirişlere göre daha az deplasman yaptığı bilinmektedir (Bayülke, 2003).

Şekil 2.1: Altında Dolgu Duvar Olan ve Olmayan Kirişlerdeki Çatlaklar (Haziran 2000 Orta-Çankırı Depremi) (Bayülke, 2003)

Yapılardaki bütün duvarlar deprem yükleri karşısında “perde duvar”dır ve bütün perde duvarlar gibi taşıma güçlerine ulaşana kadar yatay yük taşırlar. Yatay yük taşımayacağı varsayılan duvarlar da “perde duvar”dır. Betonarme çerçeveli yapılarda kolonlar arasındaki tuğla dolgu duvarların sınırlı da olsa yatay yük taşıma gücü vardır. Bu sınırın altındaki yük düzeylerinde tuğla dolgu duvar önemli rijitliği olan “perde duvar”dır (FEMA-178).

(35)

19 2.1.2 Enerji Yutma ve Sönüme Katkı

Dolgu duvarlar ile çerçevenin kolon ve kirişlerle olan ara yüzeylerindeki hareket, yapıya sönüm sağlamaktadır. Dolgu duvarla çerçevenin ayrışması, dolgu duvar içinde olan çatlaklar yapının sönümünü daha da artırır. Bu ara yüzeyler arasındaki hareketin sonucu oluşan sürtünme kuvvetleri önemli miktarda deprem enerjisi tüketir (Bayülke, 2003).

2.1.3 Rijitliğe Katkı

Deneysel veya analitik çalışmalarda dolgu duvarlı çerçevenin rijitliği yalın çerçeveye göre çok daha fazla çıktığı gözlemlenmiştir (Dawe ve diğ., 1989, Negro ve Verzeletti, 1996). Bu tezin tek katlı tek açıklı çerçevesinden alınan sonuçlara bakıldığında da (Tablo 2.12) dolgu duvarlı çerçevenin toplam kat rijitliğinin dolgu duvarsız çerçeveye göre yaklaşık 1.5 kat fazla çıktığı görülmüştür.

2.1.4 Periyoda Katkı

Salt çerçeveli durumda ve dolgu duvarı yapıldıktan sonra titreşim monitörü ile periyodu ölçülmüş yapılarda titreşim periyotlarında büyük değişimler gözlenmiştir (Bayülke, 1989). Periyot değişmeleri çok düşük yatay yük ya da çok düşük genlikli titreşimlerde gözlenmiştir. Bu yapıların bitmiş durumdaki, dolgu duvar ve sıvaları yapılmış durumda, titreşim periyotları çıplak çerçeve durumundaki periyotlarının %50-70’i kadardır. Dolgu duvarlar yapıların çıplak çerçeve konumundaki rijitliğini 2-4 kat artırabilmektedir. Duvarın rijitliğe katkısı aslında daha büyüktür. Çünkü dolgu duvarlar yapının ağırlığını da artırırlar. Ağırlık artışı yapı periyodunu artırmaktadır. Ancak rijitlikte olan artışın neden olacağı periyot azalmasının küçük bir bölümü ağırlık artırımının getireceği daha sınırlı periyot artışını fazlası ile karşılamaktadır.

Şiddetli depremlerde salınımları ölçülmüş yapıların periyotları ile analitik yöntemlerle hesaplanmış periyotları arasında önemli farklar vardır. Periyot hesaplarında dolgu duvarların katkısı dikkate alınmadan bulunan periyotlar yapıda