ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
OCAK 2012
TÜMÜ PREFABRĠKE ELEMANLARDAN OLUġAN
DÖġEME TĠPĠ YAPILARDA DÖġEME DÜZLEM ĠÇĠ RĠJĠTLĠĞĠNĠN YAPI DAVRANIġINA ETKĠSĠ - DÜġEY PANELLĠ PERDELER
Murtaza Burak TASLAK
ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yapı Mühendisliği Programı
Anabilim Dalı : Herhangi Mühendislik, Bilim Programı : Herhangi Program
OCAK 2012
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
TÜMÜ PREFABRĠKE ELEMANLARDAN OLUġAN
DÖġEME TĠPĠ YAPILARDA DÖġEME DÜZLEM ĠÇĠ RĠJĠTLĠĞĠNĠN YAPI DAVRANIġINA ETKĠSĠ - DÜġEY PANELLĠ PERDELER
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Murtaza Burak TASLAK
(501081090)
ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yapı Mühendisliği Programı
Anabilim Dalı : Herhangi Mühendislik, Bilim Programı : Herhangi Program
iii
Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Hüseyin Faruk KARADOĞAN ... Ġstanbul Teknik Üniversitesi
Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Sumru PALA ... Ġstanbul Teknik Üniversitesi
Prof. Dr. Feridun ÇILI ... Ġstanbul Teknik Üniversitesi
ĠTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü‟nün 501081090 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi Murtaza Burak TASLAK, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm Ģartları yerine getirdikten sonra hazırladığı “TÜMÜ PREFABRĠKE ELEMANLARDAN OLUġAN DÖġEME TĠPĠ YAPILARDA DÖġEME DÜZLEM ĠÇĠ RĠJĠTLĠĞĠNĠN YAPI DAVRANIġINA ETKĠSĠ - DÜġEY PANELLĠ PERDELER” baĢlıklı tezini aĢağıda imzaları olan jüri önünde baĢarı ile sunmuĢtur.
Teslim Tarihi : 19 Aralık 2011 Savunma Tarihi : 27 Ocak 2012
v
vii ÖNSÖZ
Yüksek lisans tezimin danıĢmanlığını üstlenen, teĢvik edici yönetimi ve olumlu eleĢtirileriyle bana yol gösteren değerli hocam Prof. Dr. Hüseyin Faruk KARADOĞAN ile Prof. Dr. Sumru PALA‟ya,
Benden yardımlarını, desteğini, sabrını ve bilgisini esirgemeyen değerli hocam Dr. ġamil ġeref POLAT‟a,
Tez çalıĢmam boyunca anlayıĢlı ve sabırlı yaklaĢımı nedeniyle MODERN MÜHENDĠSLĠK firmasına,
Bugünlere gelmemde maddi ve manevi desteğini esirgemeyen babam Ali TASLAK, annem ġenay TASLAK ve kız kardeĢim Hazal Berrak TASLAK‟a,
Her koĢulda yanımda olan sevgili eĢim Didem TASLAK‟a, TeĢekkür ederim.
Ocak 2012 Murtaza Burak TASLAK
ix ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖNSÖZ ... vii ĠÇĠNDEKĠLER ... ix KISALTMALAR ... xiii ÇĠZELGE LĠSTESĠ ... xv
ġEKĠL LĠSTESĠ ... xvii
SEMBOL LĠSTESĠ ... xxi
ÖZET ... xxv
SUMMARY ... xxvii
1. GĠRĠġ ... 1
1.1 Amaç ... 3
1.2 Ġncelecek Yapı ... 3
2. BAZI YÖNETMELĠKLERDE PREFABRĠKE ELEMANLARIN BĠRLEġĠM BÖLGELERĠ ... 7
2.1 TS9967 – 1992 (Eski, Türk Prefabrike Yapılar Yönetmeliği) ... 7
2.1.1 DöĢeme panolarının ara ve mesnet birleĢimleri ... 7
2.1.2 TaĢıyıcı panolar arasındakı kayma birleĢimleri... 11
2.1.2.1 Panolar Arasındaki Kuru Kayma BirleĢimleri ... 11
2.1.2.2 Panolar Arasındaki Islak Kayma BirleĢimleri ... 11
2.1.3 Panolar arasındaki düĢey kayma birleĢimleri ... 12
2.1.4 Panolar arasındaki yatay birleĢimlere gelen etkiler ... 13
2.1.5 Çekme kuvveti taĢıyan saplamalar ... 14
2.1.6 Kesme kuvveti taĢıyan saplamalar ... 15
2.1.7 Kesme ve çekme kuvveti taĢıyan baĢlıklı saplamalar ... 15
2.2 D.B.Y.B.H.Y 2007 ... 16
2.3 ACI 318-08 ... 17
2.3.1 Çekme etkisi ... 17
2.3.2 Kesme etkisi ... 20
2.3.3 Çekme ve kesme etkisi etkileĢimi ... 23
3. LĠTERATÜR ARAġTIRMASI ... 25
3.1 Genel ... 25
3.2 Deneysel ÇalıĢmalar ... 26
3.2.1 Diyaframların düzlem içi rijitlik ve dayanımları ile ilgili çalıĢma ... 26
3.2.2 DöĢemelerin sistem davranıĢı üzerindeki etkileri ile ilgili bir çalıĢma ... 28
3.3 Ġki Yönlü ve Tek Yönlü Yükler Altında Dübel DavranıĢının Ġncelenmesi ... 30
3.4 Kapasite Tasarımı ... 31
3.4.1 Prefabrike bağlantı bölgelerinde kapasite tasarımı ... 34
3.4.1.1 Çerçeve Bağlantıları ... 35
3.4.1.2 DöĢeme Bağlantıları ... 37
4. BOYUTLANDIRMA ... 41
4.1 Model Kurulması ... 41
x
4.1.2 Kısa doğrultudaki kiriĢ ve kolonlar arasındaki bağlantılar ... 45
4.1.3 DöĢemeler arasındaki ve döĢeme ile kiriĢler arasındaki bağlantılar ... 45
4.1.4 Perde ile perde ve perde ile kolonlar arasındaki bağlantılar ... 45
4.1.5 KiriĢ ve perdeler arasındaki bağlantılar ... 46
4.2 Zemin KoĢulları ... 46 4.3 Malzeme Özellikleri ... 47 4.3.1 Beton... 47 4.3.2 Donatı çeliği ... 48 4.3.3 Malzeme katsayıları ... 49 4.3.4 Bağlantı çeliği ... 50
4.4 Yükler ve Yük Kombinasyonları ... 50
4.4.1 Yükler ... 50 4.4.1.1 Ölü yükler... 50 4.4.1.2 Kaplama yükleri ... 51 4.4.1.3 Duvar yükleri ... 51 4.4.1.4 Hareketli yükler ... 51 4.4.1.5 Deprem yükleri ... 52 4.4.2 Yük kombinasyonları ... 57
4.5 Bağlantı Elemanlarının Rijitlik Hesapları ... 59
4.6 Yapısal Çözümleme... 60
4.7 Kolonların Betonarme Hesabı ... 66
4.8 KiriĢlerin betonarme hesabı ... 70
4.9 Perde panellerinin betonarme hesabı ... 75
4.10 Bağlantı Elemanlarının Boyutlandırılması ... 77
4.10.1 Perde ve kiriĢ arasındaki bağlantı elemanları ... 77
4.10.2 Perde ve perde arasındaki bağlantı elemanları ... 79
4.10.3 Perde ve kolon arasındaki bağlantı elemanları ... 80
4.10.4 DöĢeme düzlem içi elemanlar arasındaki bağlantılar ... 81
5. KARġILAġTIRMALAR ... 83
5.1 Matematik Modeller ... 83
5.2 Model-1, Model-2, Model-3 ve Model-4 Arasındaki KarĢılaĢtırmalar ... 85
5.3 Model-2 Ġle Model-B KarĢılaĢtırılması ... 90
5.3.1 DöĢeme döĢeme arasındaki bağlantı elemanlarının boyutlandırılması ... 90
5.3.2 DöĢeme kiriĢ arasındaki bağlantı elemanlarının boyutlandırılması ... 93
5.3.3 KiriĢ konsol arasındaki bağlantı elemanlarının boyutlandırılması ... 93
5.3.4 KiriĢ konsol arasındaki bağlantı elemanlarının boyutlandırılması ... 96
5.3.5 Perde ve kiriĢ arasındaki bağlantı elemanları ... 97
5.3.6 Perde ve perde arasındaki bağlantı elemanları ... 98
5.3.7 Perde ve kolon arasındaki bağlantı elemanları ... 98
5.3.8 Model-2 Ġle Model-B KarĢılaĢtırılması ... 99
5.3.8.1 Yapı periyotları ve serbest titreĢim hareketleri ... 99
5.3.8.2 Deprem kuvvetinin perde ve kolonlara dağılımı ... 101
5.4 Model-B Ġle Model-E KarĢılaĢtırılması ... 102
6. SEÇĠLEN YAPI MODELĠNĠN YÜK ARTIMI YÖNTEMĠ ĠLE ĠNCELENMESĠ ... 105
6.1 Plastik Mafsal Teorisi ... 105
6.2 Statik Ġtme Analizi ... 107
6.3 Bağlantı Elemanlarının Lineer Olmayan DavranıĢlarının Modellenmesi ... 107
6.3.1 Kayma etkisinde lineer olmayan davranıĢ ... 107
xi
6.3.3 Moment dönme iliĢkisinin tanımı ... 110
6.4 Perdelerin Lineer Olmayan DavranıĢlarının Modellenmesi ... 112
6.4.1 Sargılı beton malzeme modeli ... 112
6.4.2 Donatı çeliği malzeme modeli ... 112
6.4.3 Perde donatı çeliğinin tanımlanması ... 113
6.5 ÇatlamıĢ Kesit Rijitlikleri ... 114
6.5.1 Kolonlar ... 114
6.5.2 KiriĢler ... 114
6.6 Model B için Yük Artımı Uygulanması ... 114
6.6.1 X yönü yük artımı yöntemi ile çözümleme ... 114
6.6.2 Y yönü yük artımı yöntemi ile çözümleme ... 116
7. SONUÇ VE ÖNERĠLER ... 119
KAYNAKLAR ... 121
xiii KISALTMALAR
DBYBHY : Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik TS : Türk Standartları
ACI : American Concrete Enstitute
ELSA : European Laboratory for Structural Assessment SAP2000 : Structural Analysis Programme
ETABS : Extended 3D Analysis of Building Systems FEA : Finite Element Analysis
PCI : Precast Concrete Institute
NTUA : National Technical University of Athens
SAFECAST : Deprem Etkisi Altında Prefabrike Elemanların Bağlantı Bölgelerinde Kullanılan Mekanik Bağlantı Elemanlarının Performansını AraĢtıran Avrupa Birliği Projesi
UCSD : University of California San Diego LU : Lehigh University
xv ÇĠZELGE LĠSTESĠ
Sayfa
Çizelge 2.1 : Sürtünme katsayıları. ... 8
Çizelge 2.2 : β değerleri. ... 12
Çizelge 2.3 : Dayanım azaltma katsayıları ... 20
Çizelge 4.1 : Spektrum Karakteristik Periyotları ... 47
Çizelge 4.2 : Beton sınıfları ve dayanımları ... 47
Çizelge 4.3 : Donatı çeliklerinin mekanik özellikleri ... 48
Çizelge 4.4 : Bağlantı çeliklerinin mekanik özellikleri ... 50
Çizelge 4.5 : Hareketli yük katılım katsayısı ... 52
Çizelge 4.6 :Hareketli yük katılım katsayısı ... 53
Çizelge 4.7 :Bina önem katsayısı ... 54
Çizelge 4.8 :TaĢıyıcı sistem davranıĢ katsayısı ... 55
Çizelge 4.9 :Yük kombinasyonları ... 58
Çizelge 4.10:Modal Kütle Katılım Oranları Parçalı Perde Modeli ... 62
Çizelge 4.11:Taban kesme kuvvetleri... 64
xvii ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa
ġekil 1.1 : Ġncelecek yapı 3 boyutlu görseli.. ... 4
ġekil 1.2 : DüĢey doğrultuda panellerin yerleĢimi... 4
ġekil 1.3 : TaĢıyıcı sistem elemanları plandaki yerleĢimi ... 4
ġekil 2.1 : TS9967 döĢeme panellerinde aktarılan yükler ... 8
ġekil 2.2 : TS9967 panolar arası bağlantılar ... 9
ġekil 2.3 : TS9967 döĢemenin taĢıyıcı panolar ile bağlantıları ... 10
ġekil 2.4 : TS9967 kat döĢemesi baĢık kuvvetleri. ... 11
ġekil 2.5 : TS9967 taĢıyıcı pano ıslak kayma birleĢim tipleri ... 11
ġekil 2.6 : Çekme kuvveti taĢıyan saplamalar ... 14
ġekil 2.7 : Kesme kuvveti taĢıyan sapmalar. ... 15
ġekil 2.8 : Çekme etkisi. ... 17
ġekil 2.9 : Betonda kopma alanı ... 18
ġekil 2.10:Tek ankraj ve grup ankraj beton kopma alanı ... 18
ġekil 2.11:Kenar etkisi düzeltme katsayısı ... 19
ġekil 2.12:Kenar etkisi düzeltme katsayısı ... 20
ġekil 2.13:Kesme etkisi. ... 21
ġekil 2.14:Beton kopma alanı ... 21
ġekil 2.15:Tek ankraj ve grup ankraj kopma alanı. ... 22
ġekil 2.16:Çekme ve kesme etkisi etkileĢim diyagramı ... 23
ġekil 3.1 :DöĢemenin düzlemi içinde yüklendiği bir deneysel çalıĢma ... 27
ġekil 3.2 :UCSD deney numunesi ... 28
ġekil 3.3 : ELSA deney numunesi ... 29
ġekil 3.4 : Dübel göçme mekanizması ... 30
ġekil 3.5 : BirleĢik eğilme etkisindeki betonarme kesitte moment-eğrilik diyagramı (Çakıroğlu ve Özer, 1980) ... 32
ġekil 3.6 : Çerçeve sistemlerde olası mekanizma durumları ... 33
ġekil 3.7 :Tek katlı çerçevede olası mekanizma durumları ... 33
ġekil 3.8 : Kolon-kiriĢ bağlantısı ... 35
ġekil 3.9 : Bağlantı bölgelerinin kapasite tasarımında kullanılacak iç kuvvetlerin Ģematik gösterimi (Biordini F,Toniolo G,2010) ... 36
ġekil 3.10: DöĢemeye etkiyen kesme kuvveti diyagramı ... 37
ġekil 3.11: Prefabrike döĢeme yük dağılım Ģeması ... 38
ġekil 3.12: DöĢemede bağlantı elemanlarına gelen yükler ... 39
ġekil 4.1 : Plan ağ sistemi ... 41
ġekil 4.2 : Kesit ağ sistemi ... 42
ġekil 4.3 : Alan elemanının çubuk elemanı ile modellenmesi ... 42
ġekil 4.4 : Uzun doğrultuda kiriĢ ve kolon bağlantı elemanları ... 43
ġekil 4.5 : KiriĢ ve kolonlar arasındaki bağlantı detayı ... 43
ġekil 4.6 : Deprem kuvveti altında deformasyon ... 44
ġekil 4.7 : Deprem kuvveti altında deformasyon ... 44
xviii
ġekil 4.9 : Perde ile perde ve perde ile kolonlar arasındaki bağantılar ... 46
ġekil 4.10 : KiriĢ ve perdeler arasındaki bağlantılar ... 46
ġekil 4.11 : SAP 2000 programında betonun mekanik özellikleri veri giriĢi. ... 48
ġekil 4.12 : SAP 2000 programında donatı çeliğinin mekanik özellikleri veri giriĢi 49 ġekil 4.13 :SAP 2000 programında donatı çeliğinin mekanik özlellikleri veri giriĢi 53 ġekil 4.14 : Elastik tasarım ivme spektrumu ... 55
ġekil 4.15 : Prefabrike yapının 3 boyutlu görünüĢü ... 56
ġekil 4.16 : Bağlantı tipi -1 ... 59
ġekil 4.17 : Bağlantı tipi -2 ... 60
ġekil 4.18 : 1.Mode-X-yönü ,Tx =0,259s ... 61
ġekil 4.19 : 2.Mode-Y-yönü ,Ty =0,130s ... 61
ġekil 4.20 : Taban kesme kuvveti kat sayısının SAP 2000 programında veri giriĢi .. 63
ġekil 4.21 : Deprem ivme spektrum değerleri SAP 2000 programında veri giriĢi .... 63
ġekil 4.22 : DöĢemelerin kendi düzlemleri içinde rijit diyafram olarak çalıĢması .... 65
ġekil 4.23 : Yapı plan görünüĢü ... 66
ġekil 4.24 : 1 aksındaki kolonların P-M-M oranları ... 67
ġekil 4.25 : 2 aksındaki kolonların P-M-M oranları ... 67
ġekil 4.26 : C120x50 kolonlarına ait donatı detay çizimleri ... 69
ġekil 4.27 : C40x40 kolonlarına ait donatı detay çizimleri ... 70
ġekil 4.28 : EĢdeğer kesit ... 71
ġekil 4.29 : 2 kesiti ... 74
ġekil 4.30 : Konsol diĢlerinde temsili donatı gösterimi ... 74
ġekil 4.31 : EĢdeğer kesit ... 76
ġekil 4.32 : ETABS progamında eĢdeğer kesit perdenin 3 boyutlu görünüĢü ... 76
ġekil 4.33 : Perde kapasite oranları ... 76
ġekil 4.34 : Perde ve kiriĢ arasındaki bağlantı elemanları -1 ... 77
ġekil 4.35 :Perde ve kiriĢ arasındaki bağlantı elemanları -2 ... 79
ġekil 4.36 : Perde ve perde arasındaki bağlantı elemanları-1 ... 79
ġekil 4.37 : Perde ve perde arasındaki bağlantı elemanları-2 ... 80
ġekil 4.38 : Perde ve kolon arasındaki bağlantı elemanları-1 ... 80
ġekil 4.39 : Perde ve kolon arasındaki bağlantı elemanları-2. ... 81
ġekil 4.40 : Y-yönü deprem yükü altında deformasyon Ģekli... 81
ġekil 5.1 : Kenarlarda bulunan perdeler ... 83
ġekil 5.2 : Kenarlarda bulunan panellerden oluĢturulan perdeler ... 84
ġekil 5.3 : Kolon yerleĢimi. ... 85
ġekil 5.4 : Kenar perdelere ve orta kolonlara dağılan y yönü deprem kuvveti ... 86
ġekil 5.5 : Perde sistemi içinde bulunan panel moment ve kesme kuvveti diyagramı ... 86
ġekil 5.6 : Kenar perde panelleri arasındaki bağlantı elemanları ... 87
ġekil 5.7 : Kenar perde panelleri arasındaki bağlantı elemanları kesme kuvveti diyagramı ... 87
ġekil 5.8 : Panel perdeler ile kiriĢ arasındaki bağlantılar ve panel perdeler ile temel arasındaki bağlantılar ... 88
ġekil 5.9 : Panel perdeler ile kiriĢ arasındaki bağlantılar ... 88
ġekil 5.10 : Panel perdeler ile temel arasındaki bağlantılar-1 ... 89
ġekil 5.11 : Panel perdeler ile temel arasındaki bağlantılar-2 ... 89
ġekil 5.12 : Panel pardeler ile temel arasındaki bağlantılar-3 ... 90
ġekil 5.13 : DöĢeme döĢeme arasındaki bağlantı elemanları ... 90
ġekil 5.14 : DöĢeme döĢeme arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-Y kombinasyonu 3-ekseni doğrultusundaki kesme kuvveti diyagramı ... 91
xix
ġekil 5.15 : DöĢeme döĢeme arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-Y kombinasyonu
1-ekseni doğrultusundaki eksenel kuvvet diyagramı ... 91
ġekil 5.16 : DöĢeme döĢeme arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-X kombinasyonu 3-ekseni doğrultusundaki kesme kuvveti diyagramı ... 91
ġekil 5.17 : DöĢeme döĢeme arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-X kombinasyonu 1-ekseni doğrultusundaki eksenel kuvvet diyagramı ... 92
ġekil 5.18 : KiriĢ konsol arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-Y kombinasyonu kesme kuvveti diyagramı ... 93
ġekil 5.19 : Y yönünde etkiyen deprem kuvveti altında deformasyon ... 94
ġekil 5.20 : KiriĢ konsol arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-Y kombinasyonu eksenel kuvvet diyagramı… ... 94
ġekil 5.21 : KiriĢ konsol arasındaki bağlantı elemanları BAĞ-Y kombinasyonu moment diyagramı… ... 95
ġekil 5.22 : Perde ve kiriĢ arasındaki bağlantı elemanları-1… ... 97
ġekil 5.23 : Perde ve kiriĢ arasındaki bağlantı elemanları-2 ... 97
ġekil 5.24 : Perde ve perde arasındaki bağlantı elemanları-1 ... .…………98
ġekil 5.25 : Perde ve kolon arasındaki bağlantı elemanları-1……. ... 98
ġekil 5.26 : Perde ve kolon arasındaki bağlantı elemanları-2……. ... 99
ġekil 5.27 : Model-2 x yönü serbest titreĢim hareketi, Tx=0,258sn ……. ... 99
ġekil 5.28 : Model-B x yönü serbest titreĢim hareketi, Tx=0,257sn ……. ... 100
ġekil 5.29 : Model-2 y yönü serbest titreĢim hareketi, Ty=0130sn ……. ... 100
ġekil 5.30 : Model-B y yönü serbest titreĢim hareketi, Ty=0,284sn ……. ... 100
ġekil 5.31 : Model-2 ve model-B y yönü deprem kuvveti dağılımı ……. ... 101
ġekil 5.32 : Model-2 ve model-B y yönü deprem kuvveti moment dağılımı …...102
ġekil 5.33 : Model-B y göre yapılan tasarım sonucunda kolon kapasiteleri ……. . 102
ġekil 5.34 : Yapı periyotları…... 103
ġekil 5.35 : Model-B ve model-E y yönü deprem kuvveti dağılımı ... .…………103
ġekil 5.36 : Model-B ve model-E y yönü deprem kuvveti moment dağılımı ……. 104
ġekil 6.1 : Moment eğrilik bağıntısı (gerçek sistem)……. ... 105
ġekil 6.2 : Moment eğrilik bağıntısı (plastik mafsal teorisi)……. ... 106
ġekil 6.3 : Kayma etkisinde lineer olmayan davranıĢ modeli ……. ... 108
ġekil 6.4 : d=50 mm‟lik pim kayma etkisinde lineer olmayan davranıĢ modeli . . 109
ġekil 6.5 : DavranıĢ modelinin SAP2000 programında multilinear elastic link kullanılarak veri giriĢi ……. ... 109
ġekil 6.6 : Eksenel kuvvet etkisinde lineer olmayan davranıĢ modeli . ... 110
ġekil 6.7 : Moment dönme iliĢkisi ……. ... 111
ġekil 6.8 : Moment eğrilik iliĢkisi……. ... 111
ġekil 6.9 : Sargılı beton malzeme modelinin Sap2000 programında tanımlanması ……. ... 112
ġekil 6.10 : Donatı çeliği malzeme modelinin Sap2000 programında tanımlanması ……. ... 112
ġekil 6.11 : Perde donatısının Sap2000 programında tanımlanması ……. ... 113
ġekil 6.12 : Betonarme hazır boĢluklu perdenin lineer olmayan davranıĢın modellenmesi ……. ... 113
ġekil 6.13 : X yönü yük artımı göçme anı plastik mafsalların dağılımı . ... 114
ġekil 6.14 : X yönü yük artımının 11.adım sonunda bağlantı elemanlarındaki lineer ötesi davranıĢ . ... 115
ġekil 6.15 : X yönü yük artımının 11.adımda bağlantı elemanlarındaki moment dönme iliĢkisi. . ... 115
xx
ġekil 6.17 : Y yönü yük artımı göçme anı plastik mafsalların dağılımı ……. ... 116 ġekil 6.18 : Y yönü yük artımının 3. adımında bağlantı elemanlarındaki lineer ötesi
davranıĢ ……. ... 116 ġekil 6.19 : Y yönü yük artımının 3. adımında bağlantı elemanlarındaki eksenel
kuvvet deplasman iliĢkisi. ……. ... 117 ġekil 6.20 : Y yönü yük artımı kuvvet deplasman eğrisi ……. ... 117 ġekil 6.21 : Y yönü yük artımı sonucu göçme durumu ……. ... 117
xxi SEMBOL LĠSTESĠ
A0 : Etkin yer ivme katsayısı
Ab : Saplama enkesit alanı
Abrg : BaĢlıklı saplama veya baĢlıklı bulon net ezilme alanı
Ac : Kolon veya perde uç bölgesinin brüt enkesit alanı
Acr : Temas yüzeyi
Aj : BirleĢim kesit alanı
An : Temas yüzeyine dik teçhizat alan inceltilmiĢ mesnette çekme teçhizatı
ANc : Tek ankraj veya grup ankraj beton kopma alanı
ANco : Beton kopma alanı
As : Toplam enine teçhizatı alanı
Ase,N : Çekmede etkili kesit alanı
Ase,V : Kesmede etkili kesit alanı
Asmin : Minimum boyuna donatı
Asf : Kesme-sürtünme teçhizatı alanı
Ash : Askı donatısı, mesnetlerde kullanılan hasır donatı alanı
Ake : Kenetlerin kesit alanı toplamı
Av : Tek ankraj veya grup ankraj beton kopma alanı
Avo : Beton kopma alanı
B : DöĢeme tipi yapılarda önemli yatay yük taĢıyıcıların arasındaki mesafe b : DöĢeme panelinin geniĢliği
bk : En dıĢtaki enine donatı eksenleri arasındaki uzaklık
bj : Ek geniĢliği
ca1 : Çeliğin ekseninden dıĢ yüzeye olan mesafesi
d : Faydalı yükseklik
dy : Akma durumu Ģekil değiĢtirmesi
du : Göçme durumu Ģekil değiĢtirmesi
db : Saplamanın nominal çapı
Du,mon : Pimin tek yönlü yükleme altında taĢıyabileceği maksimum kesme kuvveti
Du,cyc : Pimin iki yönlü yükleme altında taĢıyabileceği maksimum kesme kuvveti
e : DıĢmerkezlik E : Elastisite modülü F’ : Kesme alanı
Fh : Kolonların moment kapasitelerine göre döĢemeye gelebilecek deprem
kuvveti
fcd : Beton tasarım basınç dayanımı
fc’ : Beton karakteristik dayanımı
fctd : Beton tasarım çekme dayanımı
fya : Karakteristik akma dayanımı
fyd : Donatı çeliği akma dayanımı
fyk : Çeliğinin karekteristik akma değeri
xxii futa : Kopma dayanımı
G : Kayma modülü h : Kat yüksekliği
Hd :Temas yüzeyine dik çekme kuvveti, prefabrike eleman üzerindeki yatay
kuvvet
Hj : Temas yüzeyine dik çekme kuvveti
Hres : Saplama çekme mukavemeti
Hw : Temel üzerinden itibaren toplam perde yüksekliği
Hx-y : Kapasite tasarımına göre prefabrike bağlantı elemanlarına gelen kesme
kuvvetleri
I : Bina önem katsayısı
k : Kullanılan bağlantı elemanlarında hesaplanan rijitlik değerleri, döĢemenin bir kenarındaki bağlantı sayısı
kc : Beton içinde bırakıla ankrajlar için katsayı
kT : Yüzey tipine bağlı katsayı
l : DöĢeme panelinin uzunluğu
lj : BirleĢim uzunluğu, genelde kat yüksekliği
lp : Konsol diĢi boyu
lw : Perdenin plandaki uzunluğu
L : DöĢeme tipi yapılarda kısa yöndeki mesafe
Mpi-j : KiriĢ uçlarında çeliğin pekleĢmesi gözönüne alınarak hesaplanan negatif ve
pozitif moment taĢıma kapasitesi
Mri-j : KiriĢ uçlarında hesaplanan negatif ve pozitif moment taĢıma kapasitesi
Mpt : Perde taban kesitinde moment taĢıma kapasitesi
Mdt : Perde taban kesitinde hesaplanan moment değeri
n : DöĢeme açıklığı sayısı, bulon sayısı nt : 1 mm‟deki diĢ sayısı
Ndm : DüĢey ve deprem yüklerinin ortak etkisi altında maksimum basınç kuvveti
Np : Beton içinde bırakıla ankrajlar için katsayı
Npn : Beton içinde bırakıla ankrajlar için katsayı
Nsa : BirleĢim uzunluğu, genelde kat yüksekliği
Nua : Ankraja etkiyen faktörlü çekme kuvveti
R : TaĢıyıcı sistem davranıĢ katsayısı S(T) : Spektrum katsayısı
Ta, Tb : Spektrum karakteristik periyotları
Tx,Ty : Bina doğal periyotları
Tu : Bağlantı elemanın kayma emniyet gerilmesine göre hesaplanan
taĢıyabileceği maksimum kesme kuvveti tw : Pano kalınlığı
Vd : Çatlak yüzeyine paralel kesme kuvvetinin hesap değeri
Vdz : Pano uç ve kenarındaki düĢey kuvvet
Vdy : KiriĢ üzerinde sadece düĢey yüklerden oluĢan kesme kuvveti
Vdx : X doğrultusunda kayma kuvveti
Vres : Kesme kuvveti altında kesitin taĢıma gücü
Ve : Kolon, kiriĢ ve perdede enine donatı hesabında esas alınan kesme kuvveti
Vpdy : Y doğrultusunda mesnetlerde meydana gelen kesme kuvvetleri
Vr : Kolon, kiriĢ veya perdenin kesme dayanımı
Vt : Taban kesme kuvveti
Vw : Kesme dayanımına kesme donatısı katkısı
xxiii
rmin : Minimum donatı oranı
βv : Perdede kesme kuvveti dinamik büyütme katsayısı
ωs : Kayma teçhizatı oranı
μ : Kesme sürtünme katsayısı μe : Sürtünme katsayıları
gR : Güvenlik katsayısı
z1-2-3 : Kat yükseklikleri
Ø : Dayanım azaltma faktörü ε : Birim ĢekildeğiĢtirme
co : Betonda plastik sekil değiĢtirmenin baĢlamasına karsı gelen birim kısalma
cu : Betonun birim kısalması
su : Beton çeliğinin akmaya karsı gelen en büyük birim boy değiĢimi
θy : Akma durumu dönme değeri
θu : Göçme durumu dönme değeri
γer : Lineer teori ile hesap yapılmasından doğan hataya karĢı getirilmiĢ bir
xxv
TÜMÜ PREFABRĠKE ELEMANLARDAN OLUġAN
DÖġEME TĠPĠ YAPILARDA DÖġEME DÜZLEM ĠÇĠ RĠJĠTLĠĞĠNĠN YAPI DAVRANIġINA ETKĠSĠ - DÜġEY PANELLĠ PERDELER
ÖZET
Önemli yatay yük taĢıyıcı elemanları arasındaki açıklığın yapı geniĢliğine olan oranının büyük tutulduğu bina türü yapılar, döĢeme türü yapılar olarak adlandırılmaktadır. Bu oranın ikiyi aĢmasından sonra döĢemelerin düzlemleri içinde rijit sayılmaları yanılgıları arttırmaktadır (Muto, 1974).
Hazır betonarme panel eleman kullanımının yaygınlaĢması ile birlikte bu elemanlar ve bu elemanları birbirine bağlayan bağlantı araçları, döĢemelerin düzlemleri içinde rijit diyafram davranıĢını üzerinde etkin rol oynamaktadır. Hazır betonarme döĢeme elemanlarının kullanıldığı bazı sistemlerde, toplam kütleyi azaltmak ve üretimi basitleĢtirmek amacıyla donatılı kavrama betonu kullanılması ve kullanılmaması gibi önemli farkları bulunan yollar izlenebilmektedir. Donatılı kavrama betonundan vazgeçilme eğilimlerinin artması ile birlikte, eleman bağlantı ayrıntıları döĢeme düzlem içi rijitliğini değiĢtirmekte olup genel olarak yapı davranıĢını etkilemektedir. Bu çalıĢmada, önemli yatay yük taĢıyıcı elemanları arasındaki açıklığın yapı geniĢliğine oranının ikiden büyük olduğu bir yapı ele alınmıĢtır.
Ülkemizde 2007 yılında yürürlüğe giren mevcut Deprem yönetmeliği esas alınarak ve döĢeme düzlem içi rijit diyafram davranıĢı kabulü ile incelenen yapı mevcut kurallara uygun olarak boyutlandırılmıĢtır. DöĢemelerin düzlemleri içinde rijit diyafram sayılması ve sayılmaması hallerine karĢılık gelmek üzere iki model hazırlanması ve her iki modelde de taĢıyıcı sistem elemanlarına ve bu elemanlar arasındaki bağlantı elemanlarına gelen kuvvetler ve bu kuvvetlerin değiĢimleri genel yapı davranıĢı ile birlikte incelenmiĢtir.
Bağlantı elemanlarının doğrusal olmayan özellikleri dikkate alınarak yük artımı yöntemi ile her iki model için ayrı ayrı çözümlemeler yapılmıĢtır. Her iki modelde hasarların hangi elemanlarda meydana geldiği gözlemlenmiĢ ve hasarlara yol açan nedenler irdelenmiĢtir. Yük artımı yöntemi ile bağlantı elemanlarının sünekliği tespit edilmiĢ olup buradan yola çıkarak yapının sünekliği üzerinde durulmuĢtur.
Ġncelenen yapıda, perdelerin yapının uçlarında olması döĢeme düzlem içi Ģekil değiĢtirmeleri nedeniyle yapı ortasındaki deplasmanın artmasına neden olmaktadır. Genellikle tasarımda yapılan döĢeme düzlem içi rijit diyafram kabulü ile birlikte, orta kolonlarda artan kesme kuvveti değerleri gözden kaçabilmekte ve tasarım buna göre yürütülmesi yanılgısına neden olmaktadır.
Hazır betonarme döĢeme elemanlar arasındaki bağlantıların döĢeme düzlem içi rijit diyafram davranıĢında etkili olduğu ve yük artımı yöntemi sonucunda bağlantı elemanlarında ilk hasarların meydana geldiği gözlemlenmiĢtir.
xxvii
THE EFFECTS OF IN-PLANE DEFORMATIONS OF SLABS ON THE STRUCTURAL RESPONSE OF PRECAST BUILDINGS
WITH VERTICAL SHEAR WALL PANELS SUMMARY
Generally, the more distance between the main lateral load resistant elements, the more in-plane deformations of slabs happens and starts to effect the overall structural response when the aspect ratio becomes more than two (Muto, 1974).
Ready for widespread use of reinforced concrete panel elements, these elements together with and connecting means connecting these elements, the tiles in the planes plays an active role on the behavior of rigid diaphragm. Ready concrete slab elements used in some systems, and production to reduce the total mass of and used in order to simplify the use of reinforced concrete, such as clutch. The key differences can be traced paths. Reinforced grip mat with increasing tendency of abandonment, furnishing details of the connection element affects the overall behavior of the structure is to replace the in-plane stiffness.
In this study, an important gap between the horizontal load-bearing structural elements the ratio is greater than the width of the two structure are discussed.
On the basis of existing legislation which was enacted in 2007 in Turkey Earthquake With the adoption of the behavior of the in-plane rigid floor diaphragm and examined the existing structure sized in accordance with the rules. Rigid in the plane of the tiles Two models correspond to the counting of states of the diaphragm, and counted Preparation and structural elements and these elements are in both models forces between the connection elements and these forces, changes in the overall were examined together with the behavior of the structure.
Taking into account the nonlinear properties of the connection elements of load increment by the method of analysis is made separately for the two models. Both models, causing damages and injuries which the elements were observed to ocur reasons are discussed. Ductility of the connection elements are determined by the method of load increment has been focused on the ductility of the structure from there.
The investigated structure, the walls at the ends of the structure to be the in-plane shape slab cause an increase in displacement due to change in the middle of the structure. Generally, the design with the assumption of rigid diaphragm plane slab, the middle overlooked, increasing shear force values of columns, reviews, and design accordingly error that causes the execution.
Ready for laying concrete slab in-plane rigid connections between the elements link load increment method is effective and as a result of the behavior of the diaphragm elements observed in the first damage occurred.
Masses of building type structures, systems, largely influenced by the earthquake to take place on the remaining floors of this means that the formation of such structures,
xxviii
the largest inertial forces floors. The horizontal load-bearing systems, these forces, the horizontal load-bearing vertical elements scattered through them are expected to transfer the basic system. For this, sufficient dimensioning of structural elements required to transfer forces between the junction zones.
Considered as rigid in the planes of the tiles, the structural analyzes required to keep in mind the number of unknown displacement for each layer, and a rotation of two to three, including downloading, otherwise the problem increases the number of the unknown. Simplified the rules under which conditions the binding of some of the problem is gaining importance in addition to reducing the number of unknown stability and the structural engineer of the solution on which to base the equation concerns the team.
Due to a variety of unusual properties of some structural systems in buildings anılabilmektedir irregular. Upholstery and curtain-type elements such as horizontal and vertical aperture in the gaps and these gaps, particularly in the building, to be distributed randomly, ie, where the position to be effective on the behavior of the structure, construction engineer requires being careful; unforeseen lateral load distribution, free and forced vibration characteristics of the system and eventually accumulation areas, such as unexpected results may engender a permanent deformations. Therefore, forcing some of them more than expected in some elements, such as unnecessarily oversize karşılaşılmaması with the results, the goal is important to a more appropriate structural models can be solved quickly installed (Yuksel and Karadoğan, 1998).
A group of high seismicity of the southern European countries and Turkey, energy yoğaltabilen completely prefabricated components used in joint assemblies of the seismic behavior of low-rise buildings continue to work to identify a common, (Safecast, 2009). Shorten the time necessary research, to share findings and pre-competitive to the extent that costs and intended to act together, this study is one of the most important ELSA Laboratory experiments carried out using the technique of pseudo dynamic test. The three-storey structure, which overhangs hizalarında floor columns placed prefabricated foundations dish, beam and slab elements to convey this moment, or aktarmayacak çıkmalara to each other and connected to the specific combination schemes. Placed in hollow spaces of prefabricated walls are placed in line with the ends of the earthquake and accessories that are connected to the dish grounds, filled the gap remains in the mortar. One of the key goals of this study is non-rigid slab in plane to observe the effects on system behavior, and it is to facilitate the appropriate mathematical models.
Ratio of the width of the horizontal load-bearing elements in the structure of the opening between the floor of a building pre-fabricated more than two dimensions will be made with the assumption of rigid diaphragm plane. Sections of the carrier element and the connecting elements to be considered in sizing the floor without assumption of rigid diaphragm plane by analyzing the system, these sections examine the effects of changes in size and laying plane sections initially intended to investigatethe effects of rigid diaphragm behavior. Trim and the assumption of rigid diaphragm assumption of rigid diaphragm plane without fasteners using two models, the installed load increment method taking into account the non-linear properties of elements of damages which occurred in both models, and what measures should be taken here with the connection elements and structure determination of ductility focused on ductility. In this study, ready to replace the traditional concrete
xxix
vertical walls of reinforced concrete panels are used and "All slab-type structures consisting of prefabricated components laying behavior of the in-plane stiffness effect of the structure-horizontal panel curtains" as a result of the thesis will now be made to compare the findings.
Length, width ratio of two or more structures which are called slab type structures. Flooring is important in this kind of in-plane deformation structures, based on the floor of this situation known to be affected than the upper floors. Floor-plane deformations with a model which considers the assumption of rigid diaphragm plane formed by laying the free vibration of the model by comparing the in-plane deformation on the floor has reached serious proportions observed.
Tile flooring with in-plane deformation model which considers the assumption of rigid diaphragm plane for the model, structural elements were designed with the connection elements. Flooring is sized according to the in-plane deformation model which considers the middle columns, floor-plane deformation on the columns to be taken into account the internal forces due to the increased medium together with the observed column capacity is exceeded. Curtain panel system for the floor-plane deformation of the connection elements taken into consideration with the model, compared to model deformations are taken into account as unnecessary as a result of a large cross-sections were used.
X direction as a result of load increment was the result of the system controlled migration in the state of the structural system. Y direction as a result of load increment, the in-plane floor assumption of rigid diaphragm failure to check the status of the connection elements are resized according to the model was the result.
1 1. GĠRĠġ
Bina türü yapı sistemlerinin kütlelerinin büyük oranda döĢemeler üzerinde yer alması deprem etkisinde kalan bu tür yapılarda en büyük eylemsizlik kuvvetlerinin döĢemelerde oluĢması anlamına gelmektedir. Yatay yük taĢıyıcı sistemlerde, bu kuvvetlerin, yatay yük taĢıyıcı düĢey elemanlara dağılarak onlar aracılığıyla temel sistemine aktarılması beklenmektedir. Bunun için taĢıyıcı sistem elemanları arasındaki birleĢim bölgelerinin kuvvetleri aktaracak yeterlilikte boyutlandırılması gerekmektedir.
Hazır betonarme döĢeme elemanlarının kullanımının yaygınlaĢması ile birlikte yatay yük taĢıyıcı sistemde yatay yükün düĢey taĢıyıcı elemanlara aktarılabilmesi için döĢeme düzlemi içinde rijit diyafram davranıĢının sağlanması ve döĢemeleri oluĢturan elemanların arasındaki bağlantılarında bunu sağlayacak Ģekilde tasarımı, geleneksel betonarme sistemlere oranla daha da önem kazanmaktadır. Hazır betonarme döĢeme elemanlarının kullanıldığı yatay yük taĢıyıcı sistemde, diyafram davranıĢı olarak da isimlendirilen, döĢeme düzlem içi rijitliğinin sağlanabilmesi için donatılı kavrama betonu ve kavrama betonsuz uygulamalar yapılmaktadır. Donatılı kavrama betonundan vazgeçilme eğilimlerinin artması ile birlikte, eleman bağlantı ayrıntıları, merdiven ve tesisat boĢlukları ile döĢeme yapım yöntemleri gibi değiĢkenler döĢeme düzlem içi rijitliklerini değiĢtirmekte olup genel olarak yapı davranıĢını etkilemektedir.
DöĢemelerin düzlemleri içinde rijit sayılmaları; yapısal çözümlemelerde göz önünde tutulması gerekli bilinmeyen sayısını her kat için iki ötelenme ve bir dönme olmak üzere üçe indirirken, tersi durumda problemin bilinmeyen sayısı çok artmaktadır. Problemin hangi koĢullarda önem kazanmakta olduğunun bazı basitleĢtirilmiĢ kurallara bağlanmasının yanında bilinmeyen sayısının azaltılması ve çözümün dayanacağı denklem takımının kararlılığı da yapı mühendisini ilgilendirmektedir.
2
Uygulamalar göstermektedir ki, döĢeme düzlem içi kesit zorları ve Ģekil değiĢtirmeleri öngörülenlerden daha farklı olabilmekte kesit zorlarının yatay yük taĢıyıcı düĢey elemanlara döĢemeler aracılığıyla aktarımı yüklemenin farklı aĢamalarında beklenen yolları izlemeyebilmektedir. Belirli kesitlerde kalıcı Ģekil değiĢtirmelerin yığılması dağılım üzerinde etkili olmaktadır (Yüksel ve Karadoğan, 1998).
Önemli yatay yük taĢıyıcı elemanları arasındaki açıklığın yapı geniĢliğine olan oranının büyük tutulduğu bina türü yapılar kısaca döĢeme türü yapılar olarak anılmaktadır. Bu oranın ikiyi aĢmasından sonra döĢemelerin düzlemleri içinde rijit sayılmaları yanılgıları arttırmaktadır. Rijit bir radye temel üzerine oturan döĢeme türü yapıda döĢeme düzlem içi Ģekil değiĢtirmelerinin en etkili olduğu katın, radye üzerindeki kat olduğu ve daha yukarıdaki katlarda döĢeme düzlem içi Ģekil değiĢtirmelerinin azaldığı ancak iç kuvvet dağılımlarının hem en alt katta hem de en üst katta bu olgudan etkilendiği gösterilmiĢ ve o döneme kadar ki bulgular bir anlamda bir araya getirilerek özetlenmiĢtir (Muto, 1974).
Dolgulu ya da dolgusuz yassı kiriĢli, kompozit ya da kiriĢsiz döĢemeler gibi düzlem içi rijitlikleri kiriĢli döĢemelerden daha az olan döĢemelerin yer aldığı döĢeme tipi yapılarda bu etkilerin daha fazla kendini göstermesi beklenmektedir (Yüksel ve Karadoğan, 1998).
Bazı yapı sistemleri alıĢılmıĢın dıĢındaki çeĢitli özellikleri nedeniyle düzensiz yapılar olarak anılabilmektedir. DöĢeme ve perde gibi yatay ve düĢey diyafram tipindeki elemanlarda bulunan boĢluklar ve özellikle bu boĢlukların bina içerisinde geliĢigüzel dağılıyor olması, yani konumlarının yapı davranıĢı üzerinde etkili olabileceği durumlar, yapı mühendisinin dikkatli olmasının gerektirmekte; öngörülmeyen yatay yük dağılımlarını, sitemin serbest ve zorlanmıĢ titreĢim karakteristiklerini ve sonunda da kalıcı ĢekildeğiĢtirmelerin beklenmeyen bölgelerde yığılması gibi sonuçları doğurabilmektedir. Dolayısıyla bazı elemanların beklenenden fazla zorlanması bazılarının ise gereksiz yere aĢırı boyutlandırılması gibi sonuçlar ile karĢılaĢılmaması için, amaca daha uygun yapısal modellerin hızlıca kurulup çözülebilmesi önemlidir (Yüksel ve Karadoğan, 1998).
3 1.1 Amaç
Önemli yatay yük taĢıyıcı elemanları arasındaki açıklığın yapı geniĢliğine oranının ikiden fazla olduğu prefabrike bir yapının döĢeme düzlem içi rijit diyafram kabulü ile boyutlandırılması yapılacaktır. Boyutlandırmada esas alınacak taĢıyıcı eleman ve bağlantı elemanlarının kesitleri ile döĢeme düzlem içi rijit diyafram kabulü yapılmayan sistemde çözümleme yapılarak, bu kesitlerdeki etkilerin incelenmesi ve bu kesitlerin boyutlarındaki değiĢimlerinin döĢeme düzlem içi rijit diyafram davranıĢına etkilerinin incelenmesi ilk olarak amaçlanmaktadır.
DöĢeme düzlem içi rijit diyafram kabulü yapılan ve rijit diyafram kabulü yapılmayan iki model kurulup yük artımı yöntemi kullanılarak bağlantı elemanlarının da lineer olmayan özellikleri dikkate alınarak her iki modelde de hangi elemanlarda hasarların meydana geldiği ve ne gibi önlemler alınması gerektiği ile bağlantı elemanlarının sünekliğinin tespiti ve buradan yapının sünekliği üzerinde durulmuĢtur. Bu çalıĢmada geleneksel betonarme perdelerin yerine hazır betonarme düĢey paneller kullanılmakta olup “Tümü prefabrike elemanlardan oluĢan döĢeme tipi yapılarda döĢeme düzlem içi rijitliğinin yapı davranıĢına etkisi – yatay panelli perdeler” isimli tezin sonucu ortaya çıkacak bulguların karĢılaĢtırılması yapılabilecektir.
1.2 Ġncelecek Yapı
Yatay yük taĢıyıcı elemanları arasındaki açıklığın yapı geniĢliğine olan oranının ikiden büyük olan döĢeme türü yapı, 1 zemin kat ve 4 normal kat olmak üzere toplam 5 kattan oluĢmaktadır. Uzun doğrultuda yapı uzunluğu 30.70 m, kısa doğrultuda yapı uzunluğu 8.10 m‟dir. Zemin katın yüksekliği 4.00 m ve normal katların yüksekliği 3.00 m olup yapı toplam yüksekliği 16.00 m‟dir (ġekil 1.1). Yapının uçlarında hazır betonarme boĢluklu panellerden oluĢturulmuĢ perdeler yer alırken ortalarda içi dolu kesitli prefabrike kolonlar yer almaktadır. Yapının uçlarında bulunan paneller, A ve B aksındaki çerçevelerin içlerine yerleĢtirilerek bütün bir perde davranıĢı sağlanması amaçlanmaktadır (ġekil 1.2). Uzun ve kısa doğrultuda, hazır betonarme boĢluklu paneller, kolonlardan çıkan kısa konsolara eğilme elemanı olarak moment aktaran birleĢimlerle bağlanmaktadır. Bu Ģekilde oluĢan çerçevelere, hazır betonarme boĢluklu paneller, mafsallı birleĢimler ile kiriĢlere bağlanmaktadır (ġekil 1.3).
4
ġekil 1.1 : Ġncelecek yapı 3 boyutlu görseli.
ġekil 1.2 : DüĢey doğrultuda panellerin yerleĢimi.
5
Bu çalıĢmada, rijit bir radye temel üzerine oturan döĢeme türü yapının döĢeme düzlem içi Ģekil değiĢtirmelerinin en etkili olduğu katın, radye üzerindeki kat olduğu ve daha yukarıdaki katlarda döĢeme düzlem içi Ģekil değiĢtirmelerinin azaldığı bilindiğine göre sadece zemin katın modeli kurulacak olup üst katların yükleri alt kat kolonlarına aktarılacaktır. Bu kabul, yük artımı yönteminde çözümleme sürelerinin azaltılmasına katkıda bulunmaktadır.
DöĢemelerin rijit diyafram ve rijit diyafram olmayan davranıĢlarına göre Sap2000 (Yapısal çözümleme programı) programında 3 boyulu olarak 2 farklı model kurulacaktır. TaĢıyıcı elemanlar ile bunlar arasındaki bağlantı elemanlarının boyutlandırılması, döĢemelerin rijit diyafram davranıĢı gösterdiği kabul edilen modele göre yapılacaktır. Boyutlandırmada TS500, TS498, TS9967, TS EN 13369 ve DBYBHY 2007 standartları esas alınmaktadır.
7
2. BAZI YÖNETMELĠKLERDE PREFABRĠKE ELEMANLARIN
BĠRLEġĠM BÖLGELERĠ
Bu bölümde yürürlükten kalkmıĢ olan eski Türk Prefabrike Yapılar Yönetmeliği TS9967, DBYBHY 2007 ve ACI 318-08 standartlarında prefabrike bağlantı bölgelerinde kullanılacak elemanlar ile ilgili koĢullar açıklanacaktır.
2.1 TS9967 – 1992 (Eski, Türk Prefabrike Yapılar Yönetmeliği)
1992 yılında yürürlüğe giren “Prefabrike ve öngerilmeli yapı elemanları için uygulanacak hesap esasları ve montaj kuralları TS9967” yönetmeliği Ocak 2010‟da “öndökümlü beton mamüller–genel kuralları” TS-EN13369 yönetmeliğinin yürürlüğe girmesiyle, iptal edilmiĢtir. Yeni yönetmelik, hesap esasları için ise DBYBHY 2007‟de ilgili bölümlere atıfta bulunmaktadır. Deprem yönetmeliğinin açıklamakta yetersiz kaldığı prefabrike yapılar ile ilgili bazı hususlarda referans olmak üzere yürürlükten kalkmıĢ olan eski prefabrike yapılar yönetmeliğine de bu çalıĢmada yer verilmiĢtir.
2.1.1 DöĢeme panolarının ara ve mesnet birleĢimleri
DöĢemeler, diyafram davranıĢını sağlayabilmek için ġekil 2.1‟ de gösterilen yükleri güvenli bir Ģekilde aktarmalı ve taĢımalıdır.
DöĢeme panosu tipine bağlı olarak bu kuvvetler, kuru veya ıslak birleĢimlerle aktarılır. Pano uç ve kenarındaki düĢey Vdz kuvveti, mesnetlere, TS9967-4.3.3‟teki esaslara uygun olarak aktarılır.
(TS9967- 4.3.3) - Birleşim Elemanı Olarak Kesme Sürtünmesi
Betonarme veya öngerilmeli beton bir elemanda, betonu kendisi ile birlikte veya sonradan dökülmüĢ bir parçanın, ilk dökülen bölümden ayrılmaması ve bu ara kesitte oluĢacak çatlağın pürüzlü yüzündeki sürtünme kuvvetlerini almak için konacak "kesme-sürtünme" teçhizatı alanı (Asf) aĢağıdaki formül ile hesaplanır (2.1).
8
Döşeme panellerinde aktarılan yükler Şekil 2.1’de gösterilmiştir.
Şekil 2.1 : TS9967 döşeme panellerinde aktarılan yükler.
2 ( ) 0.7 d sf yk e V A mm f (2.1) Burada,
Vd : çatlak yüzeyine paralel kesme kuvvetinin hesap değeri, (N) fyk : çeliğinin karekteristik akma değeri, (MPa)
Acr : temas yüzeyi (mm2),
μe : Çizelge 2.1’den alınacak değerdir.
Çizelge 2.1 : Sürtünme katsayıları.
Temas Yüzeyi Durumu μ Maksimum Vj
İki beton birlikte dökülmüş 1.4 0.30 λ2 fckAcr < 6.9λ2Acr Ek sonradan dökülmüş, eski betonun yüzü
yeterince pürüzlü
1 0.25 λ2 fckAcr < 6.9λ2Acr Ek sonradan dökülmüş, eski betonun yüzü
yeterince pürüzlü değil
0.4 0.15 λ2 fckAcr < 4.1λ2Acr Ek çelik üzerine dökülmüş 0.6 0.20 λ2 fckAcr < 5.5λ2Acr Asf teçhizatı çatlak yüzeyine dik doğrultuda ve gerekirse çelik lamalarla kaynaklanarak iki parçaya tamamen kenetlenmiş olarak yerleştirilmelidir. Temas yüzeyine dik bir Hj çekme kuvveti varsa, Asf’nin yanısıra,
2 ( ) 0.7 d n yk H A mm f (2.2)
9
teçhizatı eklenmelidir. Hd her durumda düşey mesnet reaksiyon kuvvetinin
%10’undan küçük olmamalıdır. Panoların Arasındaki Düşey Vdz’ler;
Üç kenarından veya karşılıklı iki kenarından mesnetli birden fazla pano ile oluşturulan döşemelerde, panoların arasındaki düşey Vdz kuvveti, aralıklardaki kesit
boşlukları harçla veya döşeme elemanlarından filiz olarak bırakılan teçhizatların kaynak veya fîyongla eklenmesiyle aktarılır (Şekil 2.2).
Şekil 2.2 : TS9967 panolar arası bağlantılar. Panolar arasındaki Vdy kayma kuvvetleri;
Döşeme tipine ve kuvvetin büyüklüğüne bağlı olarak, Panolar arası yerinde harçla doldurularak,
Panolar arası harçtaki kayma mukavemetinin taşıma gücüne göre 0.3 MPa’yı geçtiği durumlarda, TS9967 4.3.3.’e uygun olarak hesaplanan ve pano aralıklarına dik konan kesme-sürtünmesi teçhizatıyla,
Ara harcın kayma mukavemetinin yetersiz kalması durumunda, boşluklu panoların veya nervürlü plakların üst yüzünde kenetler oluşturarak aktarılır.
10
Döşeme Panoları İle Taşıyıcı Duvar veya Kiriş Arasındaki Vpdy ve Vdx’ler;
Döşeme düzlemi içindeki yatay yükler, bazı örnekleri Şekil 2.3 ‘de verilen ıslak veya kuru birleşimlerle taşıyıcı duvar panoları veya kirişlere aktarılmalıdır. Paralel olması durumunda taşıyıcı bir duvar veya kiriş ile boşluklu panolar arasında Vpdy için en çok 4.80 metrede bir enine bağlantı yapılmalıdır.
Şekil 2.3 : TS9967 döşemenin taşıyıcı panolar ile bağlantıları. Kat Döşemesi Başlık Kuvvetleri Vbx’ler
Kat döşemesindeki başlık kuvvetleri, Şekil 2.4’de verilen T2 kuvvetleridir.
Basınç durumunda, panolar arasındaki dolgu harçları veya çelik lama veya profil parçalarının kaynakla birleştirilmeleri,
11
Şekil 2.4 : TS9967 kat döşemesi başlık kuvvetleri. 2.1.2 Taşıyıcı panolar arasındakı kayma birleşimleri
Taşıyıcı duvar panoları ile oluşturulan perdeler, taşıyıcı duvarlar ve rijitlik duvarlarında monolitik davranışın gerçekleşebilmesi için panolar arasındaki düşey ve yatay birleşimlerde kayma olmaması sağlanmalıdır. Pano kayma birleşimleri kuru veya ıslak birleşim şeklinde olabilir.
2.1.2.1 Panolar arasındaki kuru kayma birleşimleri
Kuru birleşimler, yerel olarak büyük etkiler doğurdukları için, aktarılan kuvvetin küçük olduğu durumlarda kullanılmalıdır. Kuru birleşimlerde, birleşen elemanların birleşim kenarlarının hesapça gereken sayıda yerleştirilen çelik birleşim parçaları, kaynakla birleştirilerek, kesme kuvveti aktarılır.
Bu tip birleşimlerde, çelik birleşim elemanları pano betonuna iyice kenetlenmeli ve kaynak emniyet gerilmesi yüzde 30 azaltılmalıdır. (Taşıma gücü yöntemiyle hesap yapılıyorsa, malzeme katsayısı 1.5 alınmalıdır.)
2.1.2.2 Panolar arasındaki ıslak kayma birleşimleri
Panolar arasındaki ıslak kayma birleşimlerinde, birleşen kenar kesitler, şekilde görüldüğü gibi kenetsiz ve kenetli olmak üzere iki şekilde yapılabilir (Şekil 2.5).
12
Her iki durumda da panoların birleşim kenar kesitlerine, kenara dik doğrultuda hesapla bulunan teçhizat filizleri konulur. Bu kayma teçhizatları kaynak veya fiyonglu bindirme ile eklenebilir. Kaynakla ek için aralığın açık olmasına dikkat edilmelidir.
2.1.3 Panolar arasındaki düşey kayma birleşimleri Vres > γer Vd olmalıdır.
Burada,
γer : 4/3 dür ve lineer teori ile hesap yapılmasından doğan hataya karşı getirilmiş bir
katsayıdır.
Vd : artırılmış kesme kuvvetidir.
1 2 1 3 0.15 , 0.15 , ( 0.02 ) s yk s j cd s res ke cd s yk s res ke j cd s yk A f A f iken V A f A f iken V A A f A f (2.3)
olarak hesaplanır, panolar arasındaki düşey kayma taşıma kapasitesi Vres 0.30A fj cd
olmalıdır. Burada,
ωs= kayma teçhizatı oranı,
As = toplam enine teçhizatı alanı,
fyk= enine teçhizatın hesap mukavemeti,
fcd =birleşimdeki betonun hesap mukavemeti
Aj = bj.lj bj= ek genişliği lj= birleşim uzunluğu, genelde kat yüksekliği
Ake = Kenetlerin kesit alanı toplamıdır.
β katsayısına ait değerler, Çizelge 2.2’de verilmiştir. Çizelge 2.2 : β Değerleri.
Yayılı enine teçhizat Konsantre enine teçhizat
Birleşim Türü β1 β2 β3 β4 β5
Kenetsiz,düz 0 0.6 0.5 0.5 0.4
Kenetsiz,pürüzlü 0 0.9 0.75 0.7 0.6
13
BirleĢimin üzerinde döĢeme varsa, döĢeme panolar arasındaki yerinde dökme beton alanı Atb, Ake alanına katılabilir.
Ayrıca aĢağıdaki Ģartlar sağlanmalıdır:
Yayılı kenetli bir köĢe birleĢiminde kayma teçhizatları yalnız üst ve alt döĢeme aralıklarına konmuĢ bağ çubukları ile sağlanmıĢ ise, Vres yüzde 30 azaltılmalıdır.
Tekil kenetler Ake yerine Aj alınarak teçhizatlandırılmalı, teçhizatı olmayan kenetli birleĢimler kenetsiz kabul edilmelidir. Yerel basınç tahkiki yapmak Ģartıyla, tekil kenetlerin kayma kuvveti kesme-sürtünme teçhizatıyla artırılabilir.
Yalnız basınç etkisindeki düĢey bir birleĢimde kayma teçhizatı oranı ωs ≥0.01 olmalıdır.
As kayma teçhizatı birleĢim boyunca eĢit olarak dağıtılmalıdır. Ancak, artırılmıĢ kesme kuvvetinin küçük olması durumunda kayma teçhizatı, bu panolara oturan döĢemeler arasındaki yatay birleĢimin içine de konulabilir.
2.1.4 Panolar arasındaki yatay birleĢimlere gelen etkiler DüĢey yüklerden gelen basınç kuvveti,
Yatay yüklerden gelen kesme kuvveti ve normal kuvvet, Yatay yüklerden gelen eğilme momenti‟dir.
Bu nedenle yatay pano birleĢimlerinin hesabı, Yalnız basınç gerilmelerine veya, Yalnız çekme gerilmelerine veya,
Hem basınç hem çekme gerilmelerine, göre yapılmalıdır.
BirleĢimdeki pano yatay kesitleri, enine dıĢmerkezlilikler de gözönüne alınarak taĢıma gücü metodu ile hesaplanmalıdır.
BirleĢimlere konulacak kayma teçhizatı, düĢey çekme çubukları Ģeklinde; Panonun kenarlarına veya,
14
Komşu pano ile düşey birleşim yerlerine, ekler yapılmış olarak veya,
Mümkünse, kapı-pencere kenarlarındaki düşey teçhizatların ekleri yapılarak düzenlenmelidir.
Panonun her bir kenarındaki yatay birleşim için teçhizat, As > 0.0005 lw tw olmalıdır.
Burada,
lw: pano genişliği
tw: pano kalınlığı
2.1.5 Çekme kuvveti taşıyan saplamalar
Çekme kuvveti taşıyan saplamalar ile ilgili detaylar, Şekil 2.6’da verilmiştir.
Şekil 2.6 : Çekme kuvveti taşıyan saplamalar.
res 0 ck H 0.70 A (0.333 f ) 0 e e h A 2 l (l d ) 2 0
A : Kesik koni yan yüzü (mm )
Tek bir saplamanın serbest kenara yakın olması durumunda Hres kuvveti, de serbest
kenara uzaklık olmak üzere e es e d C 1.0 l
Katsayısı ile çarpılmalıdır. Bir saplama köşeye yakınsa,
15
es el e e2 e
C (d / l ) *(d / l )
Değeri kullanılmalıdır. Burada delde2 saplamanın köşeyi teşkil eden her iki serbest kenara uzaklıklarıdır.
Saplama gruplarında bunların ara mesafelerinin 2 2 le den küçük olduğu serbest bir kenara olan uzaklığının 2 leden küçük olduğu durumlarda A0 olarak Ek E’deki
denklemler kullanılmalıdır. Ek E, TS 9967 yönetmeliğinde yer almaktadır. 2.1.6 Kesme kuvveti taşıyan saplamalar
Kesme kuvveti taşıyan saplamalar ile ilgili detaylar, Şekil 2.7’de verilmiştir.
Şekil 2.7 : Kesme kuvveti taşıyan saplamalar.
res b yk V 0.7 A f 2 0 b d A 4 yk s f 0.9 f s
f :Saplama malzemesinin karakteristik akma mukavemetidir. 2.1.7 Kesme ve çekme kuvveti taşıyan başlıklı saplamalar Kesme ve çekme kuvvetine maruz başlıklı saplamalarda,
Betonda : d 4/3 d 4/3 res res V H ( ) ( ) 1 V H Çelikte : d 4/3 d 4/3 res,s res,s V H ( ) ( ) 1 V H koşulları sağlanmalıdır.
16
BaĢlıklı saplamanın kaynakla birleĢtirildiği çelik plakanın t kalınlığı
b 2 t d 3 olmalıdır. b
d :saplamanın nominal çapı
2.2 D.B.Y.B.H.Y 2007
Türk Deprem Yönetmeliği, yerinde dökme betonarme yapılar için öngördüğü tasarım esaslarını prefabrike yapılar için bazı kabullerdeki değiĢiklikler ile birlikte aynen kabul etmiĢtir, bağlantı bölgelerini ilgilendiren bu değiĢiklikler Ģunlardır;
(3.6.2.1) Mafsallı Bağlantılar
Kaynaklı olarak yapılan mafsallı bağlantılar, Bölüm 2‟ye göre depremden oluĢacak bağlantı kuvvetlerinin en az 2 katını, diğer mafsallı bağlantılar ise en az 1.5 katını taĢıyacak yeterli dayanıma sahip olacaklardır. BirleĢim hesaplarında, emniyet gerilmeleri en fazla %15 arttırılacaktır.
(3.6.2.2) Moment Aktarabilen Çerçeveler
(3.6.2.2.1) – Prefabrike bina çerçevelerinde moment aktarabilen tüm bağlantıların deprem etkisi ile oluĢan tersinir ve yinelenir yükler altında monolitik davranıĢa benzer dayanım ve sünekliğe sahip oldukları, literatürden kaynak verilerek analitik yöntemlerle veya deneylerle kanıtlanmıĢ olacaktır.
(3.6.2.2.2) – Bağlantılar, bağlanan elemanlardan aktarılan iç kuvvetleri, dayanım ve süneklikte herhangi bir azalma olmaksızın aktarabilecek dayanıma sahip olacaktır. Kaynaklı bağlantılarda Bölüm 2‟ye göre depremden ötürü bağlantıya etkiyen iç kuvvetlerin en az 2 katı, diğer tür bağlantılarda ise en az 1.5 katı göz önüne alınacaktır. BirleĢim hesaplarında, emniyet gerilmeleri en çok %15 arttırılacaktır. (3.6.2.2.3) – Bağlantılar, bağlanan elemanlarda plastik mafsal oluĢma olasılığı yüksek olan yerlerden olabildiğince uzakta düzenlenmelidir.
17 2.3 ACI 318-08
2.3.1 Çekme etkisi
Çekme etkisine ait şekiller, Şekil 2.8’de verilmiştir.
Şekil 2.8 : Çekme etkisi. Çelik ankraj bulon tasarımı
sa se,N uta
N n A f
se,N
A : Çekmede etkili kesit alanı (ACI Table 34 2)
n : bulon sayısı
uta uta ya
f : kopma dayanımı (MPa), (f min (1.9f ;860 MPa)
ya
f : karakteristik akma dayanımı (MPa)
2 se,N a t 0.9743 A : (d ) 4 n t
n :1mm 'deki diş sayısı [1/ ] Çekmede beton kırılması dayanımı
Nc cb ed,N c,N cp,N b Nc0 A N N A Nc0
18
ġekil 2.9 : Betonda kopma alanı. 2
Nc0 ef ef ef
A (2x1.5h )x(2x1.5h )9h Nc
A : Tek ankraj veya grup ankraj beton kopma alanı (ġekil 2.10).
ġekil 2.10 : Tek ankraj ve grup ankraj beton kopma alanı.
' 1.5
b c c ef
N : k f h
c
k :10 (beton içinde bırakılan ankrajlar için)
Hafif beton için düzeltme katsayısı
'
c ck
f Beton karakteristik dayanımı 70 MPa (f )
ed,N Kenar etkisi düzeltme katsayısı
19
ġekil 2.11 : Kenar etkisi düzeltme katsayısı.
c,N: Ankrajın çekme dayanım katsayısı
Servis yükleri altında betonun çatlamadığı gösterilebiliyorsa;
c,N 1.25
cp,N: ÇatlamamıĢ betonda mekanik ankrajların çekme dayanım katsayısı
Çekmede betondan sıyrılma dayanımı
pn c,P p
N N
BaĢlıklı kayma çivisi ve baĢlıklı ankraj bulonu için; 2
p brg c
N 8 A f
brg
A : Başlıklı saplama veya baĢlıklı bulon net ezilme alanı
'
c ck
f : Beton karakteristik dayanımı f
Servis yükleri altında çatlak oluĢmadığı gösterilebiliyorsa;
c,P 1.40
Çekmede yan yüzde beton kopması Derin ve kenara yakın ankrajlarda görülür.
ef a1
20 '
sb a1 brg c
N (13 c A ) f
Tek baĢlıklı ankraj için ca 2 3 ca1 ise Nsbdeğeri (1 c a2/ c ) / 4a1 ile çarpılır. Burada ; 1.0(ca2/ c )a1 3.0 (ġekil 2.12).
ġekil 2.12 : Kenar etkisi düzeltme katsayısı. Grup ankrajlarda;
ef a1
h 2.5 c ve ankrajlar arası mesafenin 6 c a1‟den küçük olması durumunda
sbg sb a1 s N (1 ) N 6 c ‟dir.
s : Kenar boyunca uzanan ankraj sırasında dıĢ uçlarda kalan bulonlar arası mesafe
Yukarıdaki hesaplanan bütün dayanımları Çizelge 2.3‟de verilen, dayanım azaltma katsayıları ile çarpılacaktır.
Çizelge 2.3 : Dayanım azaltma katsayıları.
2.3.2 Kesme etkisi
BaĢlıklı ankraj bulonu tasarımı
sa se,V uta
V n 0.6 A f
sa d
V V
21
se,V
A : Kesmede etkili kesit alanı
2 se,V a t 0.9743 A : (d ) (ACI Table 34 2) 4 n t
n :1mm 'deki diş sayısı [1/ ]
uta uta ya
f : kopma dayanımı (MPa), (f min (1.9f ;860 MPa)
ya
f : karakteristik akma dayanımı (MPa)
Kesme etkisine ait şekiller, Şekil 2.13’te verilmiştir.
Şekil 2.13 : Kesme etkisi. Kesme etkisinde betonda kopma dayanımı
Bir ankraj bulonuna kenara dik doğrultuda kesme etkimesi v cb 6 7 b vo A V A vo
A : Beton kopma alanı
vo a1 a1 a1
A : 2 (1.5 c )x(1.5 c ) 4.5 c (Şekil 2.14).
a1
c : Çeliğin ekseninden dış yüzeye olan mesafesi
22 v
A : Tek ankraj veya grup ankraj beton kopma alanı (ġekil2.15).
ġekil 2.15 : Tek ankraj ve grup ankraj kopma alanı.
2 6 1 c 0.7 0.3 1.5 c 7 1.4 (ft f )r 7 1.0
donatısız çatlamıĢ betondaki ankrajlar
7 1.2
donatılı çatlamıĢ betondaki ankrajlar
7 1.4
donatılı ve maksimum 100 mm aralıklı etriyeli çatlamıĢ betondaki ankrajlar 0.2 ' 1.5 b 0 c 1 0 1 V 7( ) d f c d 0 d : bulon çapı 0 l 8 d cb d V V
23
Kesme etkisinde betonda kaldıraç etkisi dayanımı Tek ankraj için;
cp cp cb
V k N
Ankraj grubu için;
cpg cp cbg V k N cp k hef 65 mm cp k hef 65 mm
2.3.3 Çekme ve kesme etkisi etkileĢimi Tam kapasite kesmeye çalıĢtığında;
ua n
V 0.2 V ua
V : Ankraja etkiyen faktörlü kesme kuvveti Tam kapasite çekmeye çalıĢtığında;
ua n
N 0.2 N
ua
N : Ankraja etkiyen faktörlü çekme kuvveti
ua ua n n N V 1.2 N V (ġekil 2.16)
