ASMOLEN BİNALARIN DEPREME KARŞI TASARIMININ İRDELENMESİ. İYTE İnşaat Mühendisliği Bölümü Asst. Prof. Dr. Cemalettin DÖNMEZ

ASMOLEN BİNALARIN DEPREME KARŞI TASARIMININ İRDELENMESİ

İYTE İnşaat Mühendisliği Bölümü Asst. Prof. Dr. Cemalettin DÖNMEZ

CD, İYTE 3

Deprem Raporlarında Asmolen Yapılar

Ulaşabilen en eski kayıtlar 1967 Adapazarı depremine uzanmaktadır.

Uğur Ersoy, Betonarme Kitabından

1967 ile 1992 arası deprem raporlarında asmolen binalar ile ilgili bir bilgiye ulaşılamamıştır.

• 1967 Pülümür

• 1970 Gediz

• 1975 Lice

• 1983 Erzincan-Kars

CD, İYTE 5

1992 Erzincan depreminde sosyal sigortalar

hastanesinin asmolen olan ek binalarının yıkıldığı rapor edilmiştir.

EERI Erzincan Özel Raporu, 1993

1998 Adana-Ceyhan depreminde Ceyhan’daki

yapıların tipik olarak asmolen döşemeli olduğu rapor edilmiştir.

CD, İYTE 7

1999 İzmit depreminde asmolen bina göçmeleri rapor edilmiştir.

Bazı örneklerde bu yapıların düşey elemanların yatay

elemanlara göre zayıflığı sebebiyle de göçtüğü belirtilmiştir.

Saatçioğlu ve diğerleri, Canadian Journal of Civil Eng., 2001

1999 İzmit depremi raporlarında genel olarak betonarme yapıların depreme karşı dayanıklılık gerekliliklerini

sağlamadıkları belirtilmiştir.

CD, İYTE 9

2012 Van-Erciş depreminde de asmolen binalarda oluşan hasarlar rapor edilmiştir.

2012 Van-Erciş depremi

CD, İYTE 11

Sözü geçen raporların hiç birinde asmolen yapılar kendi

özellerinde değerlendirilmeyip, betonarme ana grubu içerisinde kategorize edilmiştir.

Ne yazık ki 1967’den 2012’ye betonarme yapılarda rapor edilen göçme sebeleri değişmeyen şu ana başlıklara sahiptir:

• Yapısal sistemin yerleşimine bağlı burulma, yumuşak ve zayıf kat sorunları

• Diğer yapısal düzensizlikler

• Yeri, miktarı ve detayı yetersiz enine donatı

• Genel olarak donatı detaylarındaki yetersizlikler

• Yetersiz işçilik

• Daha eski depremlerde ağırlıklı malzeme dayanımındaki yetersizlikler

Van depreminde asmolen binalarda gözlenen hasarlar göçme mekanizması itibari ile ilgi çekmiştir.

CD, İYTE 13

Bu noktada Türkiye Deprem Şartnamelerindeki asmolen yapılar ile ilgili gerekliliklerin değişimini irdelemek faydalı olacaktır.

 Adapazarı depreminden sonra deprem riski yüksek bölgelerde asmolen bina yapımı yasaklanmıştır.

1975 şartnamesi ile belirli yüksekliklerin üstünde

“deprem perdesi” kullanımı şartıyla tekrar izin verilmiştir.

Deprem Şartnamelerinde Asmolen Yapılar

 1997 şartnamesi ile birlikte asmolen binaların

“süneklik düzeyi yüksek çerçeveler” olarak

tasarlanması kaydı ile perde duvar şartı kaldırılmıştır.

Mevcut şartnamede standart betonarme çerçeveler için tanımlanan süneklik düzeyi şartları haricinde doğrudan asmolen binaları etkileyen iki şart vardır:

CD, İYTE 15

Diğer taraftan asmolen yapılar doğal geometrileri gereği çok zorlanmadan kuvvetli-kolon zayıf-kiriş şartını sağlarlar.

Asmolen yapıların popüler olmasını sağlayan kuvvetli hususlar vardır:

• Döşeme altında kiriş dişleri görünmediğinden duvar yerleşimlerini özgür bırakan bu sistem mimarlar

açısından tercih sebebidir.

• Döşeme kalıbı düşünüldüğünde kiriş dişlerinin bulunmaması imalat açısından daha hesaplı bir sisteme işaret etmektedir.

• Tasarım mühendisi açısından düşük rijitliği sayesinde görece ufak yanal yüklerle tasarlanabilmesi ve doğal olarak kuvvetli-kolon zayıf-kiriş şartını sağlayabilmesi bir cazibe sebebi olmaktadır.

CD, İYTE 17

Ne yazık ki tasarım mühendisinin asmolen

çerçeveleri tercih sebebi kuvvet tabanlı tasarım alışkanlığı kaynaklı olası bir yanılsama

taşımaktadır.

Eşdeğer deprem yükü ile tasarım yapıldığında tasarıma esas olan varsayımlar:

• Dinamik yükler altında yapı temel olarak 1. modunda tepki verir,

• Birinci mod tepkisini bozan ve taleplerin belirli

bölgelere yogunlaşmasına sebep olan düzensizlikler kontrol altındadır,

• Yapının tasarımı azaltılmış yükler altında elastik sistem kabülü ile yapılmış analizler üzerinden

gerçekleşebilir.

CD, İYTE 19

• Yapıda kontrollü hasar (süneklik) sonucu oluşan ötelenme talepleri yapının kapasitesinin altındadır.

• Tasarım esas olarak ivme spektrumu üzerinden yapılır ve ötelenme kontrolü azaltılmamış yükler altında elastik analiz ile kat arası ötelenme oranı vasıtasıyla sağlanır.

İvme ve ötelenme

spektrumları göz önüne alındığında uzun

periyotlu sistemlerin ötelenme taleplerinin büyüdüğü görülür.

a_a

T_a a_b

T_b

İvme

Periyot

Δ_a Δb

Ötelenme

CD, İYTE 21

Asmolen yapılarda yatık kirişler sebebiyle sistem rijitliği dramatik bir biçimde düşebilir ve bu düşüşe paralel olarak yüksek ötelenme talepleri oluşabilir.

Uygulamada rijitlikteki düşmenin (veya periyottaki

uzama) mertebesini incelemek olası sorunun ciddiyeti hakkında bilgi sağlayacaktır.

2007 sonrası İzmir’de tasarlanmış bir grup asmolen yapının incelenmesi sonucu aşağıdaki değerlere ulaşılmıştır

Yapı No

Yükseklik (m)

Sayısı Kat Zemin

Tipi,T_B (s) T_elastik (s)

1 9.3 3 Z3 (0.6)

2 12.0 4 Z2 (0.4)

3 13.1 4 Z2 (0.4)

4 13.0 4 Z2 (0.4)

5 15.5 5 Z2 (0.4)

6 15.0 5 Z2 (0.4)

0.6 0.7 1.2 0.8 1.1 1.4

Uygulamada Asmolen Yapılar

CD, İYTE 23

Söz konusu yapıların:

• Nominal malzeme dayanımları fc : 30MPa, f_y : 420MPa,

• Kat alanları 220 ila 520 m²,

• Temelleri mütemadi veya radye,

• Kolon açıklıkları 2.0 ila 7.5 m,

• Kirişlerin büyük kısmı 50x32 cm olmakla beraber 60x32 ve 70x32 kirişlerde mevcut,

• Yapılar sadece yatık kirişlerden değil aynı zamanda dik kirişlere de sahip ve bu kirişler tipik olarak 25x50 cm boyutlarında,

• Zemin katın üst katların yüksekliğine oranı 1.1 ila 1.4 arasında değişmekte

• Tipik kolon yüksekliği 3.0 m

• Tipik kolon boyutları 25x50 veya 60 cm ila 30x60 veya 70 cm

• Tipik perde duvar kalınlıkları 25 cm

Yapı 2:

CD, İYTE 25

Yapı 3:

4 katlı, T: 1.2 s

Yapı 4:

CD, İYTE 27

Yapı 6:

5 katlı, T: 1.4 s

Yakut (2008) yaptığı bir çalışmada bir grup 2007 öncesi betonarme bina için bina yükseklik ile yapı periyodu arasındaki ilişkiyi incelemiş ve ana eğilim olarak 1997 şartnamesinde tanımlanmış olan periyot formülünün uygunluğunu ortaya koymuştur.

Bu çalışmada ele alınan sınırlı sayıdaki asmolen yapının yükseklik periyot ilişkisi Yakut’un verileri ile beraber ele alındığında incelenen asmolen binaların Yakut’un normal çerçeveli binalarından ortalamada kabaca %40 daha yüksek periyotlara sahip olduğu gözlemlenmiştir.

3 4

1 0 . 07 H _N

T =

CD, İYTE 29 y = 0.0728x

y = 0.0399x

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 5 10 15 20 25

Height (m)

Period (s)

Yakut'un Verisi Bu çalışma

Bu çalışmanın dolgu duvar etkisi gözetilmiş hali Bu çalışmaya uygun doğrusal ilişki

Yakut'un Verisine Uygun Doğrusal İlişki

İncelenen asmolen yapıların TDY-2007’ye göre tasarım depremi ötelenme talepleri

Yapı No

Sayısı Kat Zemin

Tipi,T_B (s) T (s)

T_çatlamış TDY-2007

(s)

En Yüksek Kat Arası Öteleme (%) TDY-2007 Metodu

1 3 Z3 (0.6) 0.6 0.9 2.4

2 4 Z2 (0.4) 0.7 1.1 1.9

3 4 Z2 (0.4) 1.2 1.7 2.8

4 4 Z2 (0.4) 0.8 1.3 2.1

5 5 Z2 (0.4) 1.1 1.5 2.2

6 5 Z2 (0.4) 1.4 2.1 3.3

7 6 Z3 (0.6) 1.3 1.7 2.8

CD, İYTE 31

Yapıların doğrusallık dışına çıkmaları durumundaki ötelenme taleplerini belirlemek için çeşitli yöntemler tanımlanmıştır. 2007-TDY’inde tanımlı yöntem aslen Amerikan ATC-40’da (1996) tanımlı Kapasite

Spektrumu yönteminin bir varyasyonudur.

FEMA-274 (1997) ve FEMA-440 (2005) raporlarında tasarım mühendisine hedef ötelenmelerin %150’sine kadar yapının güvenli davrandığının incelemesi

önerilir.

%150

%100

CD, İYTE 33

Yatık kirişlerin döngüsel yükler altındaki davranışının incelenmesi Türkiye’de yapılan uygulamalarda başka sorunlara işaret etmektedir.

Yatık Kiriş-Kolon Sisteminin Davranışı

Düşük rijitlikleri ve sınırlı donatı aderans bölgeleri sebebi ile yatık kirişlerin döngüsel yükler altındaki

davranışları hakkında literatürdeki çalışmalar üç kritik konu tanımlamıştır:

1. Düğüm noktasında bağlanan elemanların geometrisi ve bağlantı detayları,

2. Kolon dışında kalan kiriş eğilme donatılarının aderansı,

3. Kiriş ve kolonun eğilme donatılarında oluşan sıyrılma,

CD, İYTE 35

İlk iki madde ile ilgili olarak bazı araştırmacılar

(Benavent-Climent ve diğ. 2010, Gentry ve Wight

1994 ve Lafave 2001) düğüm noktalarında yatık kiriş moment direncinin birbiri ile bağlantılı üç

değişkene/mekanizmaya bağlı olduğunu ortaya koymuşlardır.

Yatık kirişe dik olarak kolona bağlanan kirişlerin burulma dayanımı

CD, İYTE 37

Kolon çeğirdeğine bağlanan eğilme donatılarının oranı,

Kolon yakınında oluşan basınç çubuğu mekanizması,

CD, İYTE 39

Kolon yakınında oluşan basınç çubuğu mekanizması,

Araştırmalar:

• Kolon çekirdeği dışındaki eğilme donatılarının

işleyebilmesi için kolona dik bağlanan kirişlerin yeterli burulma kapasitesine sahip olması gerektiğini,

• Tasarımda hem kapasite hem rijitlik önemli ise dik kirişlerin burulma çatlama kapasitesinin eğilme

donatılarının kapasitesinden büyük olmasını,

• Sadece kapasite önemli ise burulma donatısı ile

sağlanan kapasitenin aktif olarak kullanılabileceğini, göstermiştir.

CD, İYTE 41

ACI 352-02 (2002) kolon ve kiriş donatılarında sıyrılmaya engel olunabilmesi için eleman

derinliklerinin en az 20Φ_donatı olması gerektiğini belirtir.

32 cm’lik bir döşemede bu şartı sağlayabilmek için gerekli maksimum donatı çapı

32/20 = 1.6 cm ‘dir.

ACI 318-11 yatık kiriş eni ve kolon çekirdeğinden

geçmeyen eğilme donatıları ile ilgili olarak yeni şartlar getirmiştir.

CD, İYTE 43

Kiriş ve kolon geometrisine, kirişin ve kolon eğilme donatılarının yeterli adreans yapabilmesine ve dik kirişlerin yeterli burulma kapasitesine sahip olmasına dikkat edilmesi durumunda yatık kirişler yüksek ötelenme kapasiteleri sağlayabilmektedir

Yatık kirişler ile yapılan bütün araştırmalarda kirişler kolona eşmerkezli olarak bağlanmıştır.

Yatık kirişlerin dışmerkezli bağlantıları hakkında mevcut bir çalışma yoktur.

ACI 352-02 yüksek deprem riski olan bölgelerde dışmerkezli kiriş-kolon bağlantısı tavsiye

etmemektedir.

CD, İYTE 45

Bir firmanın web sayfasında bulunan imalat örneği

ÜLKEMİZDE UYGULAMADA MEVCUT BİRÇOK YATIK KİRİŞ KOLON BAĞLANTISININ DÖNME KAPASİTELERİ HAKKINDA BÜYÜK SORU

İŞARETLERİ VARDIR.

CD, İYTE 47

Yatık kiriş boyutlandırma ve detaylandırması

hakkındaki bütün kaygıları bir kenara bırakıp bu tip sorunları olmayan düzgün bir çerçeveyi göz önüne alalım.

Örnek Bir Asmolen Bina

750x750 mm kolonlar, 600x320 mm kirişler,

120x320 mm döşeme dişleri, 70 mm döşeme kalınlığı, Her katta eşit 3.0 m kat yüksekliği, 6 kat,

CD, İYTE 49

Örnek yapı TDY-2007 2. ve 3. kısımlara göre sünek çerçeve şartlarını taşıyacak şekilde tasarlanmıştır.

2.10.1.3’deki şartını sağlamaktadır.

Bina Yüksekliği

(m)

Sayısı Kat

Zemin Tipi

[T_B, (s)] T (s)

T_çatlamış TDY-2007

(s)

En Yüksek Kat Arası Öteleme (%) TDY-2007 Metodu

18 6 Z3 (0.6) 1.1 1.7 3.0

( )

i i

h δ

Sünek çerçeve şartları sağlanmış ve plastik

mafsallarda maksimum birim uzama değerlerini sağlayacak detaylandırma yapılmış.

TDY-2007’ye göre maksimum birim uzama değerleri

kuşatılmış betonda 0.004, kuşatılmamış betonda 0.018 ve donatıda 0.06’dir

Performans analizinde ikincil momentler hesaba katılmıştır.

CD, İYTE 51

Uzun Yönde İtme Eğrisi

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tepe Ötelenmesi (mm)

Taban Kesme Kuvveti Oranı

TDY-2007'ye göre Tasarım Talebi

Hemen

Kullanım Can Güvenliği Göçme Öncesi

Eski deprem raporları incelendiğinde asmolen yapılar ile ilgili detaylı bilgiye nadir olarak ulaşılmaktadır. Bu durumun iki sebebi olduğu düşünülmektedir:

– Normal betonarme çerçeveler ile karşılaştırılırsa asmolen yapılar görece ufak bir yüzdeye sahiptirler (tahminen %10 ila 15)

– Asmolen yapıların davranış sorunlarını ortaya

koyabilecek gözlemlerin, boyutlandırma, malzeme dayanımı ve/veya detaylandırma zaafiyetleri

SONUÇLAR:

CD, İYTE 53

2012 Van-Erciş depremi bir istisna olarak görece düşük talepler altında asmolen yapıların kapasitelerine

ulaştığını gösteren örnekler sunmuştur.

SONUÇLAR:

Literatürdeki araştırmalar eşmerkezli yatık kiriş kolon birleşimlerinin kolon çekirdeği dışındaki eğilme

donatılarının yetersiz aderansı ve/veya dik kirişlerin burulma yetersizlikleri ile erken rijitlik ve dayanım kayıplarına uğrayabildiklerini ortaya koymuştur.

Ülkemizde yaygın olarak uygulanan dışmerkezli kiriş

kolon birleşimleri, dik kiriş burulma direncinin tasarımda hesaba hiç bir şekilde girmemesi ve çerçeve asal

eksenlerine uyumsuz kiriş ve kolon aksları sebebiyle asmolen çerçevelerin kabul edilenden daha zayıf ve

SONUÇLAR:

CD, İYTE 55

Yine önceki slaytta belirtilen sebeplerle ülkemizdeki tipik asmolen binalar için gerçekçi performans

analizlerinin yapılamıyacağı söylenebilir.

SONUÇLAR:

TDY-2007 asmolen binaları tipik kiriş-kolon çerçevesi olarak kabul etmekte, süneklik ve kiriş boyutlandırma şartlarını sağlaması dışında bir talepte

bulunmamaktadır.

İzmir’de uygulanan bir grup projenin incelenmesi

sonucu tasarımın esas olarak şartnamenin %2 öteleme sınırı tarafından kontrol edildiği tespit edilmiştir.

SONUÇLAR:

CD, İYTE 57

Bu yapıların elastik analiz ile hesaplanan periyotları

ortalamada normal kiriş kolon çerçevelerine göre %40 daha yüksektir.

Diğer taraftan tekil örneklerde periyot değerleri beklenen değerlerin 2-3 katına çıkabilmektedir.

Yüksek periyotlara sahip yapılar deprem talepleri

altında yüksek ötelenme değerlerine ulaşmak zorunda kaldığından, deprem talepleri altında yapı güvenliği

yetersiz kalabilmektedir.

SONUÇLAR:

Uzun periyot değerlerinin oluşturabileceği güvensiz

durumu gösterebilmek maksadıyla her türlü zaafiyetten muaf bir asmolen bina TDY-2007’ye göre tasarlanmış ve yine TDY-2007 göre performans analizine tabii

tutulmuştur.

SONUÇLAR:

Yapı TDY-2007’deki performans düzeyini sağlayamamıştır.

CD, İYTE 59

ASMOLEN BİNALARIN

TASARIMINDA NASIL BİR YAKLAŞIM

GERÇEKLEŞTİRİLMELİDİR???