ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
DOĞUSEL ELEKTROMEKANİK VE BETON YAPI ELEMANLARI İMALAT SANAYİ VE TİCARET LİMİTED ŞİRKETİNE AİT MONOBLOK BETON TRAFO
KÖŞKLERİNİN DEPREM GÜVENLİĞİNİN İNCELENMESİ
RAPORU HAZIRLAYANLAR:
DOÇ. DR. M. ALTUĞ ERBERİK ARAŞ. GÖR. KAAN KAATSIZ
MAYIS 2014 ANKARA
BU RAPOR, DOĞUSEL ELEKTROMEKANİK VE BETON YAPI ELEMANLARI İMALAT SAN. VE TİC. LTD. ŞİRKETİ İLE ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DÖNER SERMAYE İŞLETMESİ MÜDÜRLÜĞÜ ARASINDA İMZALANAN 2014-03-03-1-00-39 KOD NO’LU DANIŞMANLIK SÖZLEŞMESİ DOĞRULTUSUNDA HAZIRLANMIŞTIR.
DOĞUSEL ELEKTROMEKANİK VE BETON YAPI ELEMANLARI İMALAT SAN. VE TİC. LTD. ŞİRKETİNE AİT MONOBLOK BETON TRAFO KÖŞKLERİNİN DEPREM
GÜVENLİĞİNİN İNCELENMESİ
1. GENEL
Bu raporda (kısaca) Doğusel Firması tarafından üretilen ve OG-AG dağıtım şebekelerinde kullanılan monoblok (bir-döküm) beton trafo merkezlerinin deprem yükleri altında göstereceği davranış incelenmektedir.
Raporun ilk bölümünde beton trafo köşkü ile ilgili yapısal bilgiler yer almaktadır. Bir sonraki bölüm yapının bir bilgisayar analiz programı (SAP2000 Versiyon 15.0.0) kullanılarak modellenmesi ile ilgili bilgileri içerir. Oluşturulan analitik modelin deprem yükleri altındaki davranışını incelemek amacıyla yapılan analizler de raporun son bölümünde yer almaktadır.
2. YAPISAL BİLGİLER
Firmaya ait değişik şekil ve boyutlarda trafo köşkleri mevcuttur. Bu raporda deprem kuvvetleri açısından en kritik olan model incelenmiştir. Söz konusu beton trafo köşkünün genel görünümü ve başlıca boyutları Şekil 1’de verilmiştir. Yapının plandaki boyutları 6.5 m x 2.5 m olup zemin kotundan yüksekliği 3.3 m’dir. Taşıyıcı duvar kalınlıkları değişken olmakla birlikte ortalama olarak 95 mm’dir. Döşeme kalınlığı 60 mm’dir. Yapının taşıyıcı duvarlarının döşeme plakasının oturduğu kısımdan zemin kotuna kadar olan duvarları daha geniş bir profil izlemekte olup, ortalama kalınlığı 205 mm’dir. Kısa kenarlardaki duvarların birinde boşluk bulunmamakta, diğer duvarda ise 2 m genişliğinde ve 2.4 m yüksekliğinde bir kapı boşluğu bulunmaktadır. Uzun kenarların birinde genişlikleri 3 m ve 1.5 m, yükseklikleri 2.4 m olan iki büyük kapı boşluğu bulunmaktadır. Diğer uzun kenardaki duvarda kapı boşluklarına nazaran küçük bir pencere boşluğu vardır. Yapının analizi sırasında dikkate alınması gereken yapısal bilgiler aşağıda maddeler halinde sıralandırılmıştır:
Betonarme trafo köşküyle ilgili hesaplar TS 500 [1] standardına ve TEDAŞ Şartnamesi’ne [2] uygun olacaktır.
Köşk yapısı, TEDAŞ Şartnamesi’nde belirtildiği üzere 0.5g’lik yatay ve 0.4g’lik dikey ivme değerlerine dayanıklı olacak şekilde yapılacaktır.
İmalatta kullanılan beton kalitesi C35 (basınç mukavemeti 35 MPa) olarak verilmiştir.
Yapının imalatında Q158/158 tipi hasır donatı kullanıldığı belirtilmiştir.
3. YAPININ ANALİTİK OLARAK MODELLENMESİ
Yapının analitik olarak modellenmesinde SAP2000 (Versiyon 15.0.0) isimli bilgisayar analiz programından faydalanılmıştır. Bu program ile üç boyutlu yapıları statik ve dinamik sonlu elemanlar metoduyla analiz etmek mümkündür.
Şekil 1. Beton köşkün plan görünümleri ve genel görünümü
Söz konusu trafo köşkü iki parçadan oluşmaktadır. Yapının taşıyıcı kısmını oluşturan betonarme döşeme ve taşıyıcı duvarlar monobloktur. Çatı ise betonarme taşıyıcı duvarlar üzerine oturtulmuş vaziyettedir. Trafo köşkü uzun kenar duvarlarında, boşlukların da etkisiyle, düzlem dışı rijitlik önemli ölçüde azalmıştır. Bu nedenle yatay (deprem) ve düşey (ölü yük, hareketli yük vb.) etkilere maruz kalması durumunda taşıyıcı duvarların esnek bir davranış göstermesi beklenir.
Daha sonra gösterileceği gibi duvarlarda lokal düzlem dışı dinamik titreşim modları ortaya çıkmaktadır.
Bu tip iki boyutlu düzlemsel davranış gösteren elemanlarının bulunduğu yapıların matematiksel modelini oluşturmak için kullanılacak en iyi eleman tipi kabuk (SHELL) elemanıdır. Trafo köşkünün SAP2000 programının bünyesinde yer alan kabuk elemanlarıyla oluşturulmuş üç boyutlu analitik modelini Şekil 2’de gösterilmektedir. Yapının taşıyıcı duvar elemanlarının matematiksel modelleri ise Şekil 3’de yer almaktadır. Şekil 3’de her bir duvar için yapılan adlandırma raporun geri kalan kısmında da kullanılmıştır. Şekillerden de görüldüğü gibi yapının tamamının modellenmesinde dört düğüm noktalı elemanlar kullanılmıştır. Yapının davranışının daha ayrıntılı incelenebilmesi ve analitik modelden daha isabetli sonuç alınabilmesi için SAP2000 programının bünyesinde bulunan eleman bölme gereçleri ile yapısal unsurların modellendiği kabuk elemanları çok daha sık bir sonlu eleman ağından (MESH) oluşacak şekilde bölünmüş ve Şekil 2’de gösterilen eleman matrisi elde edilmiştir. Bu eleman matrisi, açıklıkların köşeleri gibi stres konsantrasyonlarının oluşmasının beklendiği bölgelerde daha sıkı olacak şekilde üretilmiştir.
Şekil 2. Trafo Köşkünün SAP2000 kullanılarak hazırlanan sonlu elemanlar modeli
a) Taşıyıcı duvar D1 b) Taşıyıcı duvar D2
c) Taşıyıcı duvar D3 d) Taşıyıcı duvar D4
Şekil 3. Matematiksel modelin değişik cephelerine ait eleman matrisleri
Trafo köşk yapısının çatısı daha önceden belirtildiği gibi taşıyıcı duvarlar üzerine kurulum esnasında yerleştirilmektedir. Ankastre olmayan çatı, taşıyıcı duvarların üst yüzeylerinin büyük ölçüde beraber hareket etmesini sağlayarak yapıda önemli bir miktar rijit diyafram etkisi yaratmaktadır. Monoblok yapının analitik modelinde bu durum göz önünde bulundurulmuş ve çatı kotundaki düğüm noktalarına rijit diyafram etkisi tanımlanmıştır. Çatının kendi ağrlığı ve TEDAŞ şartnamesinde belirtilen 2500 N/m2’lik çatı tasarım yükü taşıyıcı duvarların üstüne etki ettirilmiştir.
Yapının 60 mm kalınlığındaki döşemesinin yapısal planlar ve imal edilmiş yapının fotoğraflarının incelenmesi ile boşluksuz kısa kenardan başlayıp, planda gözüken 4 m. ebatındaki büyük bölme boyunca devam ettiği anlaşılmıştır. Şekil 2’de gösterildiği gibi döşeme bu bölgede analitik modele aktarılmış ve üzerine kendi ağırlığının yanında TEDAŞ Şartnamesi’nde belirtilen 2500 N/m2’lik tasarım yükü etki ettirilmiştir. Planda gözüken, boşluklu kısa duvarla sonlanan yaklaşık 2.5 m’lik bölmede bu döşeme süreksiz olduğu için taşıyıcı duvarlar bu kısımda direk olarak 80 mm’lik zemin plakasına bağlanmıştır.
Taşıyıcı duvarların döşemenin oturduğu kısımdan zemine plakasına kadar olan bölümü, planlarda 95 mm’lik ortalama duvar kalınlığından daha geniş olarak gözükmektedir. Ortalama kalınlığı 205 mm olan yaklaşık 70 cm yüksekliğindeki taşıyıcı duvar alt bölümü, gerçek yapısal davranışı daha iyi yansıtan bir analitik model oluşturulabilmesi için 205 mm kalınlığında kabuk elemanlarla modellenmiştir ve 95 mm kalınlığında kabuk elemanları ile beraber çalışan Şekil 3’te gösterilen sürekli taşıyıcı duvarlar elde edilmiştir.
Yapının planlarında trafo köşkünü bölmelere ayıran 40 mm kalınlığında panel duvarlar mevcuttur. Bu paneller imalat sırasında köşk yapısı ile birlikte dökülmeyip sonradan yerlerine sabitlenmektedirler. Bu özelliklerinden dolayı analitik modelde ihmal edilmişlerdir.
Analitik modelin zemin kotundaki düğüm noktaları sabit mesnet olarak tanımlanmıştır. Sabit mesnet herhangi bir yer değiştirme ve dönmeye izin vermemektedir. Trafo köşkü, kurulum esnasında dolgu bir zeminin üzerine yerleştirilmektedir. Bu zemin, yapının kısıtlı da olsa bir miktar hareket deformasyon gösterebilmesine izin vermektedir. Fakat yatay kuvvetlerin hesabında en olumsuz koşulları sabit mesnet yaratacağı için güvenli tarafta kalmak adına analitik model belirtildiği şekilde oluşturulmutur.
Köşk yapısının çatı ve TEDAŞ Şartnamesi’nde verilen tasarım yükleri dahil ağırlığı 29 ton olarak bulunmuştur. Çatı ağırlığı tasarım yükü dahil yaklaşık 8 ton olarak hesaplanmıştır. Çatının ağırlığı tavan kotundaki düğüm noktalarına Şekil 4’te sunulan şemadaki gibi dağıtılmıştır. Çatının birim alana düşen ağırlığı Şekil 4’te görüldüğü üzere D3 ve D4 duvarları için üçgen biçiminde, D1 ve D2 duvarları için ise yamuk şeklinde bir çizgisel bir yük dağılımına çevrilmiştir.
Şekil 4. Çatı ağırlığının taşıyıcı duvarların üst düğüm noktalarına dağıtılmasında esas alınan şema
D3
D1 D2
D4
Kabuk elemanın malzeme özellikleri SAP2000’e ön veri olarak girilmiştir. Bu özelliklere ait değerler şu şekilde sıralanabilir:
Birim hacimdeki kütle (Mass per unit volume) : 2.5 t/m3 Birim hacimdeki ağırlık (Weight per unit volume) : 25 kN/m3 Elastik Modül (Modulus of Elasticity) : 33*106 kN/m2
Poisson Oranı (Poisson’s Ratio) : 0.3
Genleşme katsayısı (Coefficient of Thermal Expansion) : 1.17*10-5 Kayma Modülü (Shear Modulus) : 12.7*106 kN/m2
Kalınlık (Thickness) : 95 mm (duvarlar); 205 mm (duvarlar
– alt kısım); 60 mm (döşeme); 80 mm (zemin plakası)
4. BETON TRAFO KÖŞKÜNÜN DİNAMİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ
Bu bölümde SAP2000 programı kullanılarak analitik olarak modellenmiş olan beton trafo köşkünün yükleme altındaki davranışı incelenmektedir. İlk olarak köşkün dinamik özellikleri ve serbest titreşim modları hakkında bilgi verilmektedir. Daha sonra yapının deprem güvenliğinin incelenmesi için kullanılan yöntem ve mevcut yapının kapasitesinin yatay ve dikey yükler altında yeterli olup olmadığını gösteren hesaplamalar detaylı olarak sunulmaktadır.
4.1 Yapıya ait Serbest Titreşim Modlarının Belirlenmesi
Yapıların maruz kalacağı dinamik yükler, yapının serbest titreşim modlarına ait titreşim periyotları kullanılarak belirlenir. Trafo köşk yapısının analitik modelde hesaplanan dinamik özellikleri aşağıdaki bölümlerde verilmiştir.
SAP2000 programıyla yapılan analiz sonucu yapının serbest titreşim modları ve bunlara ait peryot değerleri belirlenmiştir. Bu raporda sadece ilk beş serbest titreşim moduna ait bilgiler verilmiştir. Şekil 5’te 3-boyutlu verilmiş olan serbest titreşim modlarına ait peryot değerleri, T1=0.0848 saniye, T2=0.0402 saniye, T3=0.0328 saniye T4=0.0285 ve T5=0.0285 saniyedir. İkinci ve üçüncü titreşim modları döşemenin lokal modları, dördüncü ve beşinci titreşim modları ise D1 ve D2 duvarlarının lokal modlarıdır. Alınan değerler eğer çatı döşemesi gerekli diyafram etkisini sağladığı takdirde yapının son derece rijit olduğunu kanıtlamaktadır. Yapının dinamik etkilere maruz kaldığı zaman dikkate değer yer değiştirmelere uğramayacağı, ilk titreşim modunun baskın etkisiyle bir blok olarak yer değiştirme ve burulmaya maruz kalacağını söylemek mümkündür.
Yapılara etki eden deprem kuvvetlerinin hesabında izlenen yöntemlere göre analitik modelden alınan yapının dinamik özellikleri, dinamik etki altında yapıya etki edecek yükler ile doğrudan bağlantılıdır. Bu özellikler kullanılarak analiz ortamında hesaplanmış gerilmeler daha sonra limit değerleriyle karşılaştırılıp yapının güvenliği hakkında bir karara varılır. Yapılacak hesaplarda kullanılacak olan yöntem bir sonraki bölümde sunulmaktadır.
4.2 Deprem Yüklerinin Hesaplanması
Yapıda oluşan gerilmelerin lineer statik analiz yoluyla belirlenebilmesi için ilk önce yapıya etkiyecek olan deprem yükünün hesaplanması gerekmektedir. TEDAŞ Şartnamesi’nde yer sarsıntısı için verilen yatay yer ivmesi 0.5g, dikey yer ivmesi ise 0.4g’dir. Bu ivme değerlerinin deprem yüklerine dönüştürülmesi için yer hareketinin yapıyla olan etkileşimini göz önüne almak gerekmektedir. SAP2000 programıyla yapılan lineer statik analizde; yapının analize dahil edilen titreşim modlarında verilen ivme değerleri kullanılarak yatay ve dikey yönlerde statik kuvvetler hesaplanmış, yapıya etki ettirilmiş ve her mod için alınan sonuçlar kombine edilerek nihai gerilmeler ve deformasyonlar hesaplanmıştır.
Şekil 5. Yapının çatı döşemesinin rijit dayafram olarak çalıştığı varsayılarak elde edilen ilk beş titreşim modu
Deprem yüklerinin hesaplanmasında kullanılan bir diğer parametre deprem yükü azaltma katsayısıdır (R katsayısı). Yapının deprem etkisi altında elastik ötesi bir davranış göstereceği ve bir miktar hasar göreceği kabul edilerek eşdeğer yatay kuvvet R katsayısıyla orantılı olarak azaltılmaktadır. Ancak incelenen trafo köşkünün deprem altındaki davranışının elastik sınırlar içinde kalacağı düşünüldüğünden yapılan hesaplarda R=1 olarak alınmış ve yapıya etki ettirilen kuvvetlerde herhangi bir azaltmaya gidilmemiştir.
Analizlerde kullanılan yükleme durumları Tablo 1’de özetlenmiştir. Tablo 1’de verilen X yönü yapının uzun yönünü, Y yönü de yapının kısa yönünü tanımlamaktadır. Z yönü dikeyi göstermektedir.
Tablo 1 Analizde kullanılan yükleme durumlarının tanımları Yük Yön Açıklama
DEAD* Z Döşeme ve çatı tasarım yükleri, çatının ağırlığı
LATX X 0.5g ivme ile hesaplanan yatay statik yükleme (x yönünde) LATY Y 0.5g ivme ile hesaplanan yatay statik yükleme (y yönünde) VERT Z 0.4g ivme ile hesaplanan dikey statik yükleme
*DEAD yükü aynı zamanda taşıyıcı duvarların ve döşemelerin ağırlığını da içerir.
Yukarıda verilen yükleme durumları kullanılarak aşağıda verilen yük kombinasyonları oluşturulmuştur:
COMB1 = DEAD ± LATX ± 0.3*LATY ± VERT (2.a) COMB2 = DEAD ± 0.3*LATX ± LATY ± VERT (2.b)
COMB1 ve COMB2 kombinasyonları ile en olumsuz yükleme koşulları elde edilmeye çalışılmıştır. COMB1 ile yapıyı esas olarak X yönünde, COMB2 ile de yapıyı esas olarak Y yönünde zorlayan bir yükleme biçimi oluşturulmuştur. Her iki yük kombinasyonunda da baskın olmayan diğer yöndeki statik yükleme durumu 0.3 katsayısı ile çarpılarak dikkate alınmıştır. Bu, deprem mühendisliğinde takip edilen bir uygulamadır ve trafo köşk yapısının analizi için de tatbik edilmiştir. Yatay yükleme durumlarına ek olarak, TEDAŞ Şartnamesi’nde yer alan dikey yer sarsıntısı yükleme durumu da (VERT) her iki kombinasyona ilave edilmiştir. Yükleme durumlarının analiz sonuçları ayrı ayrı incelendiğinde VERT yükleme durumunun çok zayıf gerilmelere yol açtığı görülmüş ve VERT için ayrı bir yük kombinasyonu yaratmak yerine COMB1 ve COMB2’ye dahil edilmesi uygun görülmüştür. Yük kombinasyonlarında DEAD yükleme durumuna eşlik eden diğer statik yüklemeler ± şeklinde lineer olarak eklendiği için bu kombinasyonların ekleme işaretine göre farklı sonuç kümeleri vermeleri beklenmektedir. Bu sebeple; bütün bu sonuç kümelerini dikkate alan, elde edilen sonuçlardan maksimum ve minimum gerilmeleri ve deformasyonları veren ENVELOPE_TEDAS isimli zarf kombinasyonu da tanımlanmıştır. Bir sonraki bölümde verilen iç kuvvetler bu zarf kombinasyonu ile elde edilmiştir.
4.3 Deprem Analizi Sonuçları
Beton trafo köşkü, SAP2000 programı kullanılarak Tablo 1’de verilen yükler altında incelenmiş ve yükleme koşuluna karşılık gelen gerilmeler ve kuvvetler elde edilmiştir. Analiz sonucunda kabuk elemanlarının her iki yönde maruz kaldığı düzlem dışı momentlerin (M11 ve M22) taşıyıcı duvarlar ve döşemeler için gösterimi Şekil 6’da verilmiştir. COMB1 ve COMB2 yük kombinasyonlarının uygulanması sonucu yapı üzerinde elde edilen ve ENVELOPE_TEDAS isimli zarf kombinasyonu ile çıkarılan M11 ve M22 moment dağılımları Şekil 7-10’da gösterilmiştir. Moment değerlerine ait ölçek ise her şeklin yan kısmında gösterilmektedir.
Momentin birimi “kNm/m” dir. Bu sonuçlara göre farklı kalınlıklardaki kabuk elemanların maruz kaldığı maksimum ve minimum moment değerleri Tablo 2’de verilmiştir. Taşıyıcı duvarlar için en yüksek ve düşük moment değerleri, D1 ve D2 duvarlarının boşluklu olan D4 duvarı ile
birleştiği köşelerin alt ve üst uçlarında elde edilmiştir. Döşeme için verilen uç değerlerin ise beklenildiği gibi açıklığın ortasında oluştuğu gözlemlenmiştir.
Şekil 6. M11 ve M22 momentlerinin yönlerinin taşıyıcı duvar elemanları ve döşeme için gösterimi
Tablo 2 Analizde elde edilen maksimum ve minimum moment değerleri Kabuk elemanı M11 (kNm/m) M22 (kNm/m)
Maks. Min. Maks. Min.
95 mm taşıyıcı duvar 1.16 -1.16 3.56 -3.52 205 mm taşıyıcı duvar 2.84 -2.91 4.12 -3.64 60 mm döşeme 0.56 -1.41 1.58 -2.90
Şekil 7. ENVELOPE_TEDAS için pozitif M11 moment dağılımı (birim: kNm/m) M11
M22
M11
M22
Şekil 8. ENVELOPE_TEDAS için negatif M11 moment dağılımı (birim: kNm/m)
Şekil 9. ENVELOPE_TEDAS için pozitif M22 moment dağılımı (birim: kNm/m)
Şekil 10. ENVELOPE_TEDAS için negatif M22 moment dağılımı (birim: kNm/m)
Monoblok köşkün imalatında tek tip Q158/158 hasır çelik kullanılmıştır. Buna ek olarak çatının oturduğu, döşemenin bağlandığı, taşıma bağlantılarının bulunduğu kısımlarda 14 mm çaplı nervürlü donatı detayları da mevcuttur. Güvenli tarafta kalmak adına, belirli bölgelerde yer alan nervürlü donatıların duvar kapasitelerine katkıları ihmal edilmiştir. Çelik hasırda kullanılan donatının çapı 5.5 mm’dir ve her iki yöndeki donatı aralığı 150 mm’dir. Donatının akma kapasitesi 510 MPa, nihai dayanımının da 605 MPa olduğu bilinmektedir. Hasır donatının aralığı, dayanımı gibi özellikleri düşey ve yatay yönlerde değişmemesi sebebiyle taşıyıcı duvarların M11
ve M22 moment kapasiteleri her iki yönde de aynıdır. Taşıyıcı duvarların kesitleri Şekil 11’de verilmiştir.
95 mm ortalama kalınlığa sahip taşıyıcı duvarlarda tek sıra hasır donatı bulunmaktadır. Bu elemanlarda hacimsel olarak düşeyde ve yatayda 0.0015 (%0.15) mertebesinde bir donatı oranı mevcuttur. Donatının duvarın yaklaşık olarak ortasında yer almaktadır, duvarın her iki yüzüne de eşit mesafededir. Dolayısıyla duvarın eksenleri boyunca iki yöndeki (pozitif ve negatif) moment
kapasiteleri aynıdır. Duvarın akma momenti yapılan kesit analizi sonucu 3.8 kNm/m olarak hesaplanmıştır ve Tablo 2’de verilen maksimum ve minimum M11, M22 moment taleplerini karşılamaktadır.
205 mm ortalama kalınlığa sahip taşıyıcı duvarların alt kısmında çift sıra hasır donatısı bulunmaktadır. Duvarların bu kısmında hacimsel olarak düşeyde ve yatayda 0.00139 (%0.14) mertebesinde bir donatı oranı mevcuttur. Donatıların pas payı her iki yüzde de yaklaşık olarak 25 mm civarındadır. Bu sebeple duvarın eksenleri boyunca iki yöndeki (pozitif ve negatif) moment kapasiteleri aynıdır. 205 mm ortalama kalınlığı olan duvarın akma momenti yapılan kesit analizi sonucu 15.4 kNm/m olarak bulumuştur ve bu değer Tablo 2’de verilen maksimum ve minimum M11, M22 moment taleplerinin oldukça üstündedir.
95 mm ortalama kalınlığı olan taşıyıcı duvar 205 mm ortalama kalınlığı olan taşıyıcı duvar Şekil 11. Taşıyıcı duvarların kesitleri (ölçüler mm’dir)
4.4 Çatı Yuvası Kesme Kuvveti
Beton trafo köşkü oldukça rijit ve kutu davranışı gösteren ve oldukça sınırlı bir yer değiştirme yapması beklenen bir yapı olduğu için çatının yatay hareket esnasında yerinden oynayıp taşıyıcı duvarlardaki yuvasından sıyrılması olası gözükmemektedir. Gerçekleşme ihtimali olan tek sorun, deprem esnasında çatının yatay yönde hareket edip kesme kuvvetini aktaran çıkıntısının duvara çarpıp zarar görmesi olabilir (Şekil 13). Böyle bir risk olup olmadığının belirlenmesi için çatının ağırlığının %50’si kadar eşdeğer bir yatay kuvvetin (Feşdeğer = kütle * 0.5g) duvara çarptığı ve bu zorlamanın TS500’e göre mevcut beton kesme dayanımı (Vkesme = 0.65 fctd *A kesme) ile karşılandığı varsayılmıştır. Hesaplanan Feşdeğer, çatının ağırlığı olan 8 ton ile TEDAŞ Şartnamesi’nde verilen 0.5g’lik tasarım ivmesinin işleme sokulması ile 40 kN olarak hesaplanmıştır. İmalatta kullanılan C35 betonun TS500’e göre tasarım çekme dayanımı (fctd) 1.4 MPa’dır. Kesme dayanımı için kritik değer olarak kısa duvarların uzunluğu olan 2.5 m alınmıştır.
Çatının kesme kuvvetini aktaran alt çıkıntısının kalınlığı planlarda 60 mm olarak verilmiştir.
Akesme değeri bu duvar uzunluğu ve kalınlığın çarpılması ile belirlenmiştir. Yapılan hesap sonucu
bu kritik durum için beton kesme dayanımı yaklaşık olarak 135 kN olarak hesaplanmıştır.
Sonuçlardan da anlaşıldığı üzere bahsedilen türde bir hasar oluşması riski yoktur.
Şekil 9. Yatay yöndeki deprem hareketi esnasında çatı ve duvar arasındaki etkileşimde oluşabilecek hasar
5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
Bu raporda Doğusel Firması tarafından üretilen monoblok beton trafo merkezlerinin deprem güvenliği incelenmiştir. SAP2000 analiz programı kullanılarak hazırlanan analitik modelde ilk önce yapının serbest titreşim modları ve bu modlara ait periyotlar belirlenmiştir. Bu analiz sonucu yapının oldukça rijit olduğu tespit edilmiştir. Yapının rijit olması deprem anında çok fazla ötelemeye maruz kalmayacağını ancak daha az rijit bir yapıya göre daha fazla deprem kuvvetini kendisine çekebileceğini göstermektedir. Bu gerçekten yola çıkarak ve deprem anında yapının elastik sınırlar içinde bir davranış göstereceğini kabul ederek analitik modele TEDAŞ Şartnamesi’nde verilen yatay ve dikey yer sarsıntısı ivme değerleri etki ettirilmiş ve deprem analizi uygulanmıştır. Analizler sonucunda kabuk elemanlarında elde edilen eğilme momentleri, kapasite değerleri esas alınarak kontrol edilmiştir.
Elde edilen sonuçlara göre; 95 mm ortalama kalınlığı olan taşıyıcı duvarlar, düzlem dışı eğilme momenti taleplerini kapasitelerine yakın bir seviyede karşılamaktadır. 205 mm kalınlığı olan taşıyıcı duvarların alt kısımlarının kapasitesi ise, bu elemanlarda oluşan taleplerin çok üstündedir.
Yapının çatısının yatay hareket durumunda taşıyıcı duvarlara uygulaması muhtemel olan kuvvetin, bu duvarların kesme kapasitesinin oldukça altında kaldığı gözlemlenmiştir.
Deprem Yönü
Duvar
Çatı Çatlak
Sonuç olarak, incelenen durumlarda söz konusu monoblok beton trafo köşkünün üzerinde oluşan kuvvet taleplerini yapısal elemanlar karşılamaktadırlar. Bir başka deyişle söz konusu trafo köşkü, TEDAŞ Şartnamesi tarafından talep edilen deprem güvenliği seviyesini sağlamaktadır. Depremin olasılıksal doğası gereği, trafo köşkünün şartname tarafından belirtilmiş olan deprem taleplerinden daha büyük bir zorlamayla karşılaşması az bir ihtimal olsa da mümkündür. Bu tür olağanüstü durumlarda trafo köşkünün nasıl bir davranış göstereceği ile ilgili bir çalışma yapılmamıştır.
Elde edilen sonuçlar, deprem yükleri açısından en kritik olduğu düşünülen boyut ve özelliklere sahip trafo köşkü içindir. Bu sonuçlar, firmaya ait diğer tüm boyutlardaki trafo köşkleri için de geçerli olacaktır.
Bu raporda sunulan trafo köşkü ile ilgili hesaplamalar sadece yapısal konuları içermektedir. Trafo köşkünün içinde yer alan ve yapısal olmayan birimlerin (OG, AG, Trafo birimleri, çevre bağlantıları vb.) montajı, titreşim duyarlılığı ve diğer birimler ile olan etkileşimi ile ilgili konular ve bu birimlerin deprem sırasında yapısal elemanlara verebilecekleri hasarlar ile ilgili herhangi bir görüş bildirilmemiştir.
DOÇ. DR. M. ALTUĞ ERBERİK ARAŞ. GÖR. KAAN KAATSIZ
Orta Doğu Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
KAYNAKLAR
[1] Türk Standardları Enstitüsü, 2000. Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları (TS500), Ankara.
[2] Türkiye Elektrik Dağıtım A.Ş., 2009. Beton Mahfazalı Kompakt Tip YG/AG Dağıtım Transformatör Merkezleri Teknik Şartnamesi (TEDAŞ-MYD/2000-036.B), Ankara.
