İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ PERFORMANS KAVRAMI VE MEVCUT BETONARME BİNALARIN DEPREM GÜVENLİĞİNİN BELİRLENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Gökhan AYSAL 501041209 OCAK 2007 Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 25 Aralık 2006 Tezin Savunulduğu Tarih : 29 Ocak 2007 Tez Danışmanı : Prof.Dr. Kadir Güler Diğer Jüri Üyeleri Yrd.Doç.Dr. Beyza Taşkın (İ.T.Ü.) Yrd.Doç.Dr. Güray Arslan (Y.T.Ü.)
131
Embed
STANBUL TEKN K ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜpolen.itu.edu.tr/bitstream/11527/8808/1/4613.pdfİSTANBUL TEKN İK ÜN İVERS İTES İ FEN B İLİMLER İ ENST İTÜSÜ PERFORMANS
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ���� FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
PERFORMANS KAVRAMI VE MEVCUT BETONARME BİNALARIN DEPREM GÜVENLİĞİNİN BELİRLENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Gökhan AYSAL
501041209
OCAK 2007
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 25 Aralık 2006 Tezin Savunulduğu Tarih : 29 Ocak 2007
Tez Danışmanı : Prof.Dr. Kadir Güler
Diğer Jüri Üyeleri Yrd.Doç.Dr. Beyza Taşkın (İ.T.Ü.)
Yrd.Doç.Dr. Güray Arslan (Y.T.Ü.)
ii
ÖNSÖZ
Son yıllarda ülkemizde yaşanılan depremler yapıların zayıflığı nedeniyle bir felaket
halini almıştır. Bu depremlerin maddi ve manevi bilançosu insanlarımız için çok ağır
olmuştur. Depremlerde yapılarda görülen hasarların başlıca nedenleri; yetersiz
projelendirme, düşük kaliteli ve eksik malzeme kullanımı, işçilik hataları ve yetersiz
denetimler olarak görülmektedir.
Günümüzde deprem, dünyada ve ülkemizde üzerinde önemle durulan ve ciddi
çalışmalar yapılan bir konu haline gelmiştir. Depremin mevcut yapılara verdiği
hasarı minimuma indirebilmek için uygulanan yapıların güçlendirilmesi bu
çalışmaların en önemlilerindendir. Güçlendirme maddi olarak oldukça külfetli bir
iştir ve gerek proje gerekse uygulama aşamasında üzerinde titizlikle çalışılması
gerekir. Yapıların deprem güvenliğinin belirlenmesinde daha gerçekçi sonuçlar veren
analiz yöntemlerinin kullanılması büyük önem taşımaktadır.
Yapılan bu çalışmada yapısal performans kavramı, mevcut yapıların deprem
güvenliğinin belirlenmesinde doğrusal ve doğrusal olmayan analiz yöntemlerinin
kullanılması üzerinde durulmuştur. Çalışmalarımda bilgi ve tecrübelerine
başvurduğum danışman hocam Sayın Prof. Dr. Kadir Güler’e teşekkürlerimi
sunarım.
Ocak 2007 Gökhan AYSAL
iii
İÇİNDEKİLER
KISALTMALAR vi TABLO LİSTESİ vii ŞEKİL LİSTESİ x SEMBOL LİSTESİ xii ÖZET xv SUMMARY xvii
1. GİRİŞ 1
2. PERFORMANS KAVRAMI 3
2.1. Giriş 3
2.2. Performans Seviyeleri 4
2.2.1. Yapısal Performans Seviyeleri 4
2.2.2. Yapısal Olmayan Performans Seviyeleri 6
2.2.3. Yapı Performans Seviyeleri 7
2.3. Yer Hareketi 8
2.4. Performans Amaçları 9
2.4.1. Performans Amaçlarının Sınıflandırılması 9
2.4.2. Performans Amaçları 10
2.4.3. Temel Güvenlik Performans Amacı 11
2.4.4. Diğer Performans Amaçları 11
2.5. Performans Amaçlarının Karşılaştırılması 11
2.5.1. Başlangıç Performans Amacı 11
2.5.2. Son Performans Amacı 12
3. BASİTLEŞTİRİLMİŞ DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZ YÖNTEMİ 13
3.1. Giriş 13
3.2. Basitleştirilmiş Doğrusal Olmayan Analiz Yöntemleri 14
3.2.1. Kapasitenin Belirlenmesi İçin Adım Adım İşlemler 15
3.2.2. Talep Spektrumunun Belirlenmesi İçin Adım Adım İşlemler 16
3.2.3. Kapasite Spektrumu Yöntemi Kullanarak Sismik Talebin
4.7.5. Göreli Kat Ötelemelerinin Sınırlandırılması 46
v
4.8. Binalar İçin Hedeflenen Deprem Performans Düzeyleri 46
5. MEVCUT BETONARME BİR BİNANIN ANALİZİ 47
5.1. Mevcut Bina Bilgileri 47
5.1.1. Genel Bina Bilgileri 47
5.1.2. Kiriş-Kolon Boyutları ve Donatı Düzeni 47
5.1.3. Binaya Etkiyen Yükler ve Bina Ağırlığı 47
5.1.4. Malzeme Özellikleri 49
5.2. ETABS Programı İle Analiz 50
5.2.1. Binanın Modellenmesi ve Analiz Adımları 50
5.3. DRAIN2DX Programı İle Analiz 65
5.3.1. DRAIN2DX Programında Yapı Sistemlerinin Modellenmesi 66
5.3.2. DRAIN2DX Programında Yapı Sistemlerinin Analizi 67
5.3.3. Örnek Binanın Analizi 68
5.4. Doğrusal Elastik Hesap Yöntemine Göre Performansın Belirlenmesi 78
6. SONUÇLAR 85
KAYNAKLAR 89
EK-A 90
ÖZGEÇMİŞ 113
vi
KISALTMALAR
ATC : Applied Technology Council SE : Service Earthquake, Servis Depremi DE : Design Earthquake, Tasarım Depremi ME : Maximum Earthquake, Maksimum Deprem CSM : Capacity Spectrum Method ADRS : Acceleration-Displacement Response Spectra, İvme-Deplasman Talep Spektrumları MN : Maksimum Hasar Sınırı GV : Güvenlik Sınırı GÇ : Göçme Sınırı ABYYHY : Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik DBYBHY : Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik HK : Hemen Kullanım CG : Can Güvenliği GÖ : Göçmenin Önlenmesi EDYY : Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi AEDYY : Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi
vii
TABLO LİSTESİ
SayfaNo
Tablo 2.1. Yapı performans seviyeleri ……………………………………. 5 Tablo 2.2. Göz önüne alınacak deprem parametreleri …………………..… 8 Tablo 2.3. Performans amaçlarının sınıflandırılması ……………….……... 9 Tablo 2.4. Çok seviyeli performans amaçları ……………….……..….…… 10 Tablo 2.5. Tasarım depreminde can güvenliği seviyesi …...….……..….…. 11 Tablo 2.6. Temel güvenlik performans amacı ……...….……..….….….….. 11 Tablo 2.7. Normal binalar için örnek performans seviyeleri …….….….….. 12 Tablo 2.8. Performans amaçlarının ekonomik durumları……………….….. 12
Tablo 3.1. Performans noktası için seçilecek yöntem çeşitleri………….….. 17 Tablo 3.2. Deprem bölge katsayısı …………………………..….….….…... 21 Tablo 3.3. Kaynağa mesafe katsayısı …………………..……..….….….… 22 Tablo 3.4. Zemin sınıfı katsayısı …………………………..….….….…..… 22 Tablo 3.5. Deprem katsayısı CA…...………………………..….….….…..… 23 Tablo 3.6. Deprem katsayısı CV …...………………………..….….….……. 23 Tablo 3.7. Yapı davranış türü ……...………………………..….….….…… 25 Tablo 3.8. Sönüm düzeltme katsayısı………………………..….….….…… 25 Tablo 3.9. Spektral azaltma katsayıları SRA ve SRV…………..….….….…... 26 Tablo 3.10. Spektral azaltma katsayıları SRA ve SRV’nin minimum değerleri.. 26 Tablo 4.1. Binalar için bilgi düzeyi katsayıları …………………..….…...... 32 Tablo 4.2. Betonarme kirişler için hasar sınırlarını tanımlayan etki/kapasite
oranları ………………..………………………..….….….……... 35
Tablo 4.3. Betonarme kolonlar için hasar sınırlarını tanımlayan etki/kapasite oranları……………….……………..….….….…...
36
Tablo 4.4. Betonarme perdeler için hasar sınırlarını tanımlayan etki/kapasite oranları …...………….……………..….….….…...
36
Tablo 4.5. Göreli kat ötelemeleri sınırları …….……………..….….….…... 46 Tablo 4.6. Binalar için farklı deprem etkileri altında hedeflenen performans
düzeyleri …….…………..………………………..….….….…... 46
Tablo 5.1. Kat Kütleleri …………………………………….……………… 51 Tablo 5.2. Modal Kütle Katılım Oranları …………………..……………… 51 Tablo 5.3. Modal Katılım Oranları ……………….………..………………. 52 Tablo 5.4. Hakim Mod Şekilleri ……………….……..….………………… 52 Tablo 5.5. Taban Kesme Kuvveti-Tepe Noktası Yerdeğiştirmesi Değerleri.. 52 Tablo 5.6. X ve Y Yönlerine Ait Modal Yerdeğiştirme ve Modal İvme
Değerleri ……...….……..….….….…..……..….….….…...…… 54
Tablo 5.7. Tepe Noktası Yatay Yerdeğiştirme İstemi Değerleri .….….…… 55 Tablo 5.8. X Yönü 2 Aksı Kirişleri İçin Toplam Eğrilik İstemi
Değerlerinin Elde Edilmesi ……………….…..…………….….. 56
Tablo 5.9. Y Yönü B Aksı Kirişleri İçin Toplam Eğrilik İstemi Değerlerinin Elde Edilmesi ……………….…..…………….…..
57
viii
Tablo 5.10. X Yönü 2 Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyeleri…… 58 Tablo 5.11. Y Yönü B Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyeleri…… 59 Tablo 5.12. X Yönü 2 Aksı Kolonları İçin Toplam Eğrilik İstemi
Değerlerinin Elde Edilmesi ……………….…..…………….….. 60
Tablo 5.13. Y Yönü B Aksı Kolonları İçin Toplam Eğrilik İstemi Değerlerinin Elde Edilmesi ……………….…..…………….…..
61
Tablo 5.14. X Yönü 2 Aksı Kolonları Deprem Performans Seviyeleri…........ 62 Tablo 5.15. Y Yönü B Aksı Kolonları Deprem Performans Seviyeleri……... 63 Tablo 5.16. Eleman Enkesit Özellikleri ………………………..….….……... 70 Tablo 5.17. Eleman Akma Değerleri ………………………..….….……....... 70 Tablo 5.18. Hakim Mod Şekilleri ……………….……..….………………… 70 Tablo 5.19. Taban Kesme Kuvveti-Tepe Noktası Yerdeğiştirmesi Değerleri.. 71 Tablo 5.20. X ve Y Yönlerine Ait Modal Yerdeğiştirme ve Modal İvme
Değerleri ……...….……..….….….…..……..….….….…...…… 72
Tablo 5.21. Tepe Noktası Yatay Yerdeğiştirme İstemi Değerleri ….…...…... 74 Tablo 5.22. X Yönü 2 Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyeleri…… 74 Tablo 5.23. Y Yönü B Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyeleri…… 75 Tablo 5.24. X Yönü 2 Aksı Kolonları Deprem Performans Seviyeleri…........ 76 Tablo 5.25. Y Yönü B Aksı Kolonları Deprem Performans Seviyeleri……... 77 Tablo 5.26. B Aksı Kolonlarının Moment Kapasiteleri ………...….……...... 81 Tablo 5.27. Katlara Etkiyen Eşdeğer Deprem Yükleri …………...….……… 81 Tablo 5.28. B Aksı Kirişlerinin Etki/Kapasite Oranları ……………….……. 82 Tablo 5.29. B Aksı Kolonlarının Etki/Kapasite Oranları ……………….…... 83 Tablo 5.30. B Aksı Kirişleri İçin Hasar Bölgeleri …...……………………… 83 Tablo 5.31. B Aksı Kolonları İçin Hasar Bölgeleri …...…………………….. 84 Tablo 6.1. Tepe Noktası Yatay Yerdeğiştirme İstemi Değerleri …………... 86 Tablo A.1. 1 Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin
Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………... 91
Tablo A.2. 2 Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
92
Tablo A.3. 3 Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
93
Tablo A.4. 4 Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
94
Tablo A.5. A Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
95
Tablo A.6. B Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
96
Tablo A.7. C Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
97
Tablo A.8. D Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
98
Tablo A.9. E Aksı Kirişlerinin Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
99
Tablo A.10. 1 Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
100
Tablo A.11. 2 Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
102
Tablo A.12. 3 Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
104
ix
Tablo A.13. 4 Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
106
Tablo A.14. A Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
108
Tablo A.15. B Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
109
Tablo A.16. C Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
110
Tablo A.17. D Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
111
Tablo A.18. E Aksı Kolonlarının Deprem Performans Seviyelerinin Karşılaştırılması ………………………..….….…….…………...
: Bina performans seviyeleri ile güçlendirme maliyeti arasındaki ilişki ..............................................................................................
: Taban kesme kuvveti ile çatı yerdeğiştirmesi arasındaki ilişki .............................................................................................. : Geleneksel ve ADRS formatlarında talep spektrumları .............. : Kapasite spektrumu ile talep spektrumunun üst üste çizilmiş hali ................................................................................................
: Kapasite spektrumunun parçalı olarak gösterilmesi .................... : %5 Sönümlü elastik deprem spektrumu ....................................... : Spektral indirgeme için sönümün ifadesi ..................................... : Talep spektrumunun azaltılması ................................................... : Talep spektrumu ve kapasite spektrumlarının kabul edilebilir sınırlar içindeki kesişim noktası ....................................................
: Kapasite spektrumu ile talep spektrumunun kesiştirilmesi .......... : Başlangıç performans noktasının bulunması ............................... : Kapasite spektrumunun parçalı hale dönüştürülmesi ............... : Kapasite spektrumu ve indirgenmiş talep spektrumunun üst üste çizilmesi ........................................................................................
: İndirgenmiş talep spektrumu ile kapasite spektrumunun kesiştirilmesi .................................................................................
: Kesit hasar bölgeleri ..................................................................... : İç kuvvet-plastik şekildeğiştirme bağıntısında pekleşme etkisinin göz önüne alınmaması durumu.......................................
: İç kuvvet-plastik şekildeğiştirme bağıntısında pekleşme etkisinin göz önüne alınması durumu ...........................................
: Performans Noktasının Belirlenmesi ( BTT ≥)1(1 ) ........................
: Performans Noktasının Belirlenmesi ( )1(1T < BT ) ..........................
: Performans Noktasının Belirlenmesi ( )1(1T < BT ) ..........................
: Zemin Kat Kalıp Planı ................................................................. : Kiriş ve Kolon Enkesitleri ............................................................ : Beton İçin Gerilme-Şekildeğiştirme Bağıntısı ............................. : Donatı Çeliği İçin Gerilme-Şekildeğiştirme Bağıntısı ................. : Yapı Modelinin 3 Boyutlu Görünümü ......................................... : X Yönü Statik İtme Eğrisinin İki Doğrulu Diyagrama Dönüştürülmesi .............................................................................
: Y Yönü Statik İtme Eğrisinin İki Doğrulu Diyagrama Dönüştürülmesi .............................................................................
: X Yönüne Ait Spektral İvme-Spektral Yerdeğiştirme Diyagramı ......................................................................................
: Y Yönüne Ait Spektral İvme-Spektral Yerdeğiştirme Diyagramı ...................................................................................... : C6 Kolonu Performansı ................................................................ : Y Yönüne Ait Birleştirilmiş Çerçeve ........................................... : İki Numaralı Eleman Özellikleri .................................................. : X Yönü Statik İtme Eğrisinin İki Doğrulu Diyagrama Dönüştürülmesi ...........................................................................
: Y Yönü Statik İtme Eğrisinin İki Doğrulu Diyagrama Dönüştürülmesi ...........................................................................
: X Yönüne Ait Spektral İvme-Spektral Yerdeğiştirme Diyagramı ..................................................................................... : Y Yönü Statik İtme Eğrisinin İki Doğrulu Diyagrama Dönüştürülmesi .............................................................................
: B Aksı MG+Q Diyagramı ............................................................... : Tek Donatılı Dikdörtgen Kesit ..................................................... : B Aksı ME Diyagramı .................................................................. : X Yönüne Ait Statik İtme Eğrisi ................................................... : Y Yönüne Ait Statik İtme Eğrisi ................................................... : X Yönü Kirişleri Performans Karşılaştırılması ............................. : Y Yönü Kirişleri Performans Karşılaştırılması ............................. : X Yönü Kolonları Performans Karşılaştırılması ........................... : Y Yönü Kolonları Performans Karşılaştırılması ..........................
55 65 69 69 71 72
73 73 79 79 81 86 86 87 87 88 88
xii
SEMBOL LİSTESİ
A0 : Etkin yer ivmesi katsayısı A(T) : Spektral ivme katsayısı Ac : Kolon veya perdenin brüt kesit alanı As : Toplam donatı alanı a1
(i) : (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait modal ivme ay1 : Birinci moda ait eşdeğer akma ivmesi bw : Kirişin gövde genişliği CA : Zeminin etkili maksimum ivme katsayısı CR1 : Birinci moda ait spektral yerdeğiştirme oranı CV : Periyodu 1 sn. olan %5 sönümlü sistemin spektrum değeri d : Kirişin ve kolonun faydalı yüksekliği d1
(i) : (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait modal
yerdeğiştirme d1
(p) : Birinci moda ait modal yerdeğiştirme istemi Ec : Çerçeve betonunun elastisite modülü ED : Sönümle yutulan eneji Es : Beton çeliğinin elastisite modülü ESO : Maksimum şekildeğiştirme enerjisi EI0 : Çatlamamış kesit eğilme rijitliği Fc : Betonun taşıdığı basınç kuvveti fck : Betonun karakteristik basınç dayanımı fcd : Betonun hesap basınç dayanımı fcm : Mevcut beton dayanımı fctm : Mevcut betonun çekme dayanımı FiX : X yönünde katlara etkiyen eşdeğer deprem yükü FiY : Y yönünde katlara etkiyen eşdeğer deprem yükü Fs : Donatının taşıdığı çekme kuvveti fyd : Beton çeliğinin hesap akma gerilmesi fyk : Beton çeliğinin karakteristik akma dayanımı h : Çalışan doğrultudaki kesit boyutu hi : Kat yüksekliği I : Bina önem katsayısı M1 : 1. moda ait etkin kütle Mcap : Eğilme momenti kapasitesi M+
cap : Pozitif eğilme etkisinde eğilme momenti kapasitesi M-
cap : Negatif eğilme etkisinde eğilme momenti kapasitesi ME : Deprem etkisinde oluşan eğilme momenti MG+Q : Düşey yükler etkisinde oluşan eğilme momenti Mp : Plastik moment Mx1 : x deprem doğrultusunda doğrusal elastik davranış için tanımlanan 1. moda ait etkin kütle N : Deprem ve düşey yükler altında kolonda oluşan eksenel kuvvet
xiii
ND : Düşey yükler altında kolonda oluşan eksenel kuvvet NA-V : Bilinen bir deprem kaynağına olan mesafe katsayıları r : Etki/kapasite oranı ralt : Elemanın altı için etki/kapasite oranı rüst : Elemanın üstü için etki/kapasite oranı Ra(T1) : Deprem yükü azaltma katsayısı Ry1 : Birinci moda ait dayanım azaltma katsayısı Sa : Spektral ivme Sae1 : Birinci moda ait elastik spektral ivme Sd : Spektral yerdeğiştirme Sde1 : Birinci moda ait doğrusal elastik spektral yerdeğiştirme Sdi1 : Birinci moda ait doğrusal elastik olmayan spektral yerdeğiştirme SRA : Spektral azaltama katsayısı SRV : Spektral azaltama katsayısı S(T1) : Spektrum katsayısı Sae(T) : Elastik spektral ivme SaR(T) : Azaltılmış elastik spektral ivme T : Periyot
(1)1T : Başlangıçtaki (i=1) itme adımında birinci (deprem doğrultusunda
hakim) itreşim moduna ait doğal titreşim periyodu
BT : İvme spektrumundaki karakteristik periyot
un : Tepe noktası yerdeğiştirmesi uxN1
(i) : Binanın N’inci katında x deprem doğrultusunda (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait yerdeğiştirme uxN1
(p) : Binanın N’inci katında x deprem doğrultusunda tepe yerdeğiştirme istemi Uhedef : Tepe noktası yatay yerdeğiştirme istemi UX : Yapının X yönü UXhedef : X yönü tepe noktası yatay yerdeğiştirme istemi UY : Yapının Y yönü UYhedef : Y yönü tepe noktası yatay yerdeğiştirme istemi Vb : Taban kesme kuvveti Vx1
(i) : x Deprem doğrultusunda (i)’inci itme adımı sonunda elde edilen birinci moda ait taban kesme kuvveti Vt : Taban kesme kuvveti W : Bina toplam ağırlığı Wi : Kat ağırlığı Z : Deprem bölge katsayıısı α1 : 1. Doğal titreşim modu için modal kütle katsayısı βeff : Etkili toplam sönüm oranı β0 : Eşdeğer sönümle temsil edilen histeretik sönüm δ : Yerdeğiştirme (δi)max : İlgili kattaki en büyük göreli kat ötelemesi εcg : Betonun birim kısalması εco : Betonda plastik şekildeğiştirmenin başlamasına karşı gelen birim kısalma εcu : Kesitin en dış lifindeki beton basınç birim şekildeğiştirmesi εs : Donatı çeliği birim şekildeğiştirmesi εsy : Donatı çeliğinin akma birim şekildeğiştirmesi εsu : Beton çeliğinin akmaya karşı gelen en büyük birim boy değişimi
xiv
φφφφ p : Plastik eğrilik istemi
φφφφ t : Toplam eğrilik istemi
φφφφ y : Eşdeğer akma eğriliği ΦxN1 : Binanın N’inci katında x deprem doğrultusunda birinci moda ait mod şekli genliği Γ1 : 1. doğal titreşim modu için modal katılım katsayısı Γx1 : x Deprem doğrultusunda birinci moda ait katkı çarpanı ηbi : (i)’inci katta tanımlanan burulma düzensizliği katsayısı κ : Sönüm düzeltme katsayısı λ : Eşdeğer deprem yükü azaltma katsayısı µ : Donatı çeliğinin mekanik yüzde oranı θp : Plastik dönme istemi ρ : Çekme donatısı oranı ρb : Dengeli donatı oranı ρs : Kesitte mevcut bulunan ve sargı etkisi sağlayabilen enine donatının hacımsal oranı ρsm : Kesitte bulunması gereken enine donatının hacımsal oranı ρ' : Basınç donatısı oranı
(1)1ω : Başlangıçtaki itme adımında birinci titreşim moduna ait doğal açısal
frekans
Bω : İvme spektrumundaki karakteristik periyoda karşı gelen doğal açısal
frekans
xv
ÖZET
PERFORMANS KAVRAMI VE MEVCUT BETONARME BİNALARIN
DEPREM GÜVENLİĞİNİN BELİRLENMESİ
Bu çalışmada yapısal performans kavramı ile birlikte mevcut betonarme binaların
deprem güvenliklerinin performans kavramı kullanılarak saptanması incelenmiştir.
Öncelikli olarak konu ve hesap yöntemleriyle ilgili açıklamalar ele alınmış, daha
sonra betonarme bir yapı değerlendirilerek sayısal uygulama yapılmıştır.
Çalışmanın birinci bölümünde, deprem ve çalışmanın içeriği hakkında genel bilgi
verilmiştir. Depreme dayanıklı yapı tasarımının ülkemiz açısından taşıdığı önem
vurgulanmıştır. Doğrusal olmayan analiz yöntemlerinin avantajları ve yapısal
performans kavramı kısaca açıklanmıştır.
İkinci bölümde, son yılların güncel konusu olan performans kavramı üzerinde
durulmuştur. Doğrusal olmayan hesaplamalarda izlenmesi gereken yol ana hatlarıyla
belirtilmiştir. Performans seviyelerinin saptanmasında göz önüne alınan kriterler ile
birlikte yapısal ve yapısal olmayan performans seviyeleri detaylı olarak
açıklanmıştır. Sismik talebin saptanması için kullanılan deprem türleri ve
özelliklerine yer verilmiştir. Performans amaçlarının sınıflandırılması yapılmış ve
güçlendirme ile olan ilişkisi üzerinde durulmuştur.
Üçüncü bölümde bir statik itme analizi yöntemi olan “Kapasite Spektrumu Yöntemi”
detaylarıyla açıklanmıştır. Kapasite, talep ve performans kavramlarının birbirleriyle
olan ilişkisi ortaya konulmuş, talep ve kapasite spektrumlarının elde edilmesi adım
adım anlatılmıştır. Kapasite ve talep spektrumlarının kesiştirilerek performans
noktasının bulunması için yapılan işlemler hakkında bilgi verilmiştir. Bu bölüm
ATC’nin öngördüğü yaklaşımı temel almaktadır.
Dördüncü bölümde güncellenen DBYBHY 2006’nın mevcut betonarme binaların
değerlendirilmesi ile ilgili olan yedinci bölümünün getirdiği yenilikler açıklanmıştır.
Bilgi düzeyleri ve betonarme binalarda bilgi toplanmasından bahsedilmiş, yapı
elemanlarında hasar sınırları ve hasar bölgeleri tanımlanmıştır. Deprem hesabında
xvi
kullanılmasına izin verilen doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan hesap
yöntemleri hakkında bilgi verilmiştir.
Beşinci bölümde altı katlı betonarme bir yapının performansı, DBYBHY 2006’da
tanımlanan doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan hesap yöntemleri
kullanılarak incelenmiştir. Doğrusal elastik olmayan hesap yöntemi yapıya iki faklı
bilgisayar programı kullanılarak uygulanmıştır.
Son bölümde genel bir değerlendirme yapılarak analiz sonuçları karşılaştırılmıştır.
xvii
SUMMARY
PERFORMANCE CONCEPT AND DETERMINING THE EARTHQUAKE
SAFETY OF EXISTING REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
In this thesis study, structural performance concept and earthquake safety of existing
reinforced concrete buildings by using perfomance concept are subject to research.
First, general information about subject and calculation methods are explained, later
a reinforced concrete structure is evaluated and numerical application is presented.
In the first chapter, general information about earthquakes and the research is given.
Importance of earthquake resisting stuructural design for our country is underlined.
Advantages of nonlinear analysis methods for earthquake resistant design and
structural performance concept are clarified briefly.
In the second chapter, structural performance concept which has been widely
mentioned in civil engineering is defined. Main features of nonlinear calculations are
explained. Criteria, which are used to describe performance levels, structural and
nonstructural performance levels are summarized. Characteristics of earthquakes
which are used to define the seismic demand are given in general. Performance
objectives are classified and relationship with strengthening cost is explained.
In the third chapter, a nonlinear analysis “Capacity Spectrum Method” is examined
step by step. Relations between capacity, demand and performance concepts and how
to obtain capacity and demand curves are explained in details. Information about the
procedure to figure out the performance point by using capacity and demand curves
is given. Explanations of this part have their basis from ATC.
In the fourth chapter, new developments about earthquake safety of existing
buildings, which are recently being introduced by Turkish Earthquake Code 2006 is
summarized. Information levels and gathering information from reinforced concrete
buildings are mentioned; damage levels and damage areas for structural elements are
defined. General information about linear and nonlinear methods which can be used
for earthquake calculations is given.
xviii
In the fifth chapter, performance of a six-story reinforced concrete building, by
performing linear and nonlinear calculation methods which are defined in Turkish
Earthquake Code 2006, is asessed. Nonlinear calculation method is applied to the
building considering two different computer programs.
In the last chapter a general evaluation is made and comparison of analyse results are
presented.
1
1. GİRİŞ
Ülkemiz yaşadığı depremler sonucu çok sayıda can kaybına ve büyük miktarda
maddi kayba maruz kalmıştır. Bu kayıpların oluşmasında en başta gelen sebep, yapı
stokundaki deprem dayanımı yetersiz yapı miktarının fazlalığıdır. Yaşanılan
depremler sonrasında çok sayıda hasarlı yapı ortaya çıkmış ve bu yapıların
güçlendirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Ayrıca yapı sahiplerinin güvenlik ihtiyacı ile
olası bir depreme karşı yapılarının güvenliğini bilmek istemelerine de yol açmıştır.
Bu gelişmeler son zamanlarda ülkemiz inşaat mühendisliğinde “Binalar İçin
Performans” konusunun daha fazla duyulmasını sağlamıştır. Performans kavramı, bir
yapının talep edilen sismik yer hareketini karşılayabilme kapasitesi olarak
açıklanabilir. Sözü geçen kapasite binanın yapısal ve yapısal olmayan elemanlarının
kapasitelerinden oluşan bir bütündür. Bir bina için çeşitli performans seviyelerinden
bahsedilebilir ve seçilecek performans seviyesi binaya uygulanacak güçlendirmenin
kapsamını belirlemektedir. Bir bina için birden fazla performans seviyesi
belirlenebilir ve bu durumda yapı sahibine güçlendirmenin maliyeti ile deprem
güvenliği açısından alternatifler sunulabilir.
Yapısal tasarımda yapılan deprem hesaplarının temel amacı yapının tamamen
göçmesinin ve ekonomik olarak tamir edilemez düzeyde bir hasara uğramasının
engellenmesidir. Mevcut doğrusal hesap yöntemleri yapının depremden sonraki hasar
durumu hakkında net bir fikir vermemektedir. Dolayısıyla doğrusal hesap
yöntemlerinin deprem hesabında gerçekçi olmadığı söylenebilir. Bu durumda,
yapının elastik ötesi davranışını göz önünde bulunduran daha gerçekçi çözümler
sunan doğrusal olmayan hesap yöntemleri kullanılabilir. Yapılan doğrusal olmayan
analiz ile deprem sonrası oluşacak şekildeğiştirmeler bulunarak yapıda meydana
gelecek hasarlar belirlenebilir. Yapıların deprem hesabı esas olarak kuvvete dayalı
tasarım ile gerçekleştirilmektedir. 2006 Taslak deprem yönetmeliğinde mevcut
yapıların değerlendirilmesinde performansa dayalı tasarım yaklaşımının
kullanılmasına yer verilmiştir.
Bilgisayar programlarının geliştirilmesi ile birlikte yapıların doğrusal olmayan
yöntemler ile analizleri daha doğru ve daha basit yapılabilmektedir. Modelleme
2
sırasında yapıdan elde edilmiş gerçek malzeme değerlerinin kullanılması son derece
önemli, özen gösterilmesi gereken bir noktadır.
Sonuç olarak, gelişmiş hesap teknikleri kullanarak ve sıkı bir denetim mekanizması
ile depreme dayanıklı yapılar inşa edilmesi hiç de zor değildir. Bu çerçevede ülkemiz
inşaat mühendislerine büyük görevler düşmektedir. Böylece deprem korkulacak bir
afet olmaktan çıkarak, geçmişte yaşanan acı tecrübeler tekrar yaşanmak zorunda
kalmayacaktır.
3
2. PERFORMANS KAVRAMI
2.1 Giriş
Performans kavramı, öncelikle mevcut yapıların deprem güvenliğinin belirlenmesi
için geliştirilmiş, deprem mühendisliğinde yeni bir kavramdır. Ancak, zamanla bu
yöntemin yeni yapıların tasarımında da kullanılması amacıyla yönetmeliklere
girmesi mümkün olacaktır. Deprem hareketi için yapılan hesaplamalarda şu anda
kullanılmakta olan hesap yöntemlerinde hesap kolaylığı için yapının elastik
davrandığı kabulü yapılmaktadır. Oysa gerçekte yapı elastik ötesi davranmaktadır.
Elastik davranış göz önüne alınarak yapılan hesaplamalar sonucunda bulunan
büyüklükler belli katsayılar ile düzenlenmektedir.
Performansa dayalı deprem mühendisliğinde bir yapının deprem performans amacı
şu iki sorunun yanıtı ile tanımlanır. Yapıda deprem sonrası ne boyutta bir hasar
durumu ve buna bağlı olarak nasıl bir performans seviyesi kabul edilecektir? Bu
durumları belirlerken hangi deprem esas alınacaktır? Bu iki sorunun cevabı
değerlendirilerek bina performans amacı tanımlanır. Performans amacı yapının bir
depreme karşı göstereceği davranışı yani sismik performansı tanımlar. Sismik
performans, belirli bir deprem etkisi altında kabul edilebilir maksimum hasar
durumlarının belirlenmesi ve sınıflandırılması şeklinde tanımlanabilir. Performans
amacı tek bir deprem durumunu içerdiği gibi birden çok deprem durumunu da
içerebilir, bu durum “Çoklu Performans Amacı” olarak adlandırılır.
Bir yapı için uygun performans amacına yapı sahibi ile mühendis birlikte karar verir.
Performans amacı belirlendikten sonra mühendis analizde kullanılacak sismik talebi
ve bu talebe göre yapının yapısal ve yapısal olmayan sistemlerinin değerlendirilmesi
ve tasarım için kullanılacak performans seviyelerinin sınır değerlerini ifade eden
kabul edilebilirlik kriterlerini tanımlayabilir. Bu performans seviyesi, göz önünde
bulundurulan deprem hareketi ve yapı için uygun bir sınırlı hasar durumunu belirtir.
Performans seviyesine göre yapılan hesaplarda istenilen seviyede doğru bir sonuç
alabilmek yapısal özelliklerin ve zemin davranışının iyi bilinmesine bağlıdır. Mevcut
4
bir yapı için hesap yapılıyorsa elemanların dayanım değerlerinin doğru bir şekilde
ölçülmesi büyük önem taşımaktadır.
Performansa dayalı deprem hesaplarında izlenen yol şöyle sıralanabilir:
• Sismik performans değerlerinin elde edilebilmesi için talep kriterlerinin
belirlenmesi ve sismik performans seviyesinin belirlenmesi
• Yapının mevcut özelliklerinin belirlenmesi
• Beklenen performans değerinin ve sismik kapasitenin analizler yapılarak
belirlenmesi
• Elde edilen değerlerin, istenilen değerlerle karşılaştırılarak eksiklerin
tamamlanması
2.2 Performans Seviyeleri
Yapının deprem sonrası hasar durumu seçilen performans seviyesi ile belirlenir.
Performans seviyesinin belirlenmesinde, yapıda yer hareketinden sonra oluşması
beklenen fiziksel hasarlar, bu durumun oluşturduğu can güvenliği ve yapının deprem
sonrası hizmet verebilmesi göz önüne alınır.
Yapısal ve yapısal olmayan elemanların performans seviyeleri ayrı ayrı tanımlanır.
Yapısal ve yapısal olmayan performans seviyelerinin kombinasyonu yapının hasar
durumunu ifade edebilmek amacıyla yapı performans seviyelerini oluşturur, [1,2].
Yaygın olarak kullanılan yapı performans seviyeleri ve tanımları aşağıda verilmiştir.
2.2.1 Yapısal Performans Seviyeleri
Hemen Kullanım Performans Seviyesi SP-1: Depremden sonra çok sınırlı yapısal
hasarın meydana geldiği durumdur. Taşıyıcı sistemin bütün taşıyıcılık özelliklerinin,
düşey ve yatay yük taşıma kapasitesinin hemen hemen hiç değişmediği performans
seviyesidir. Yapısal hasarlardan dolayı can güvenliği riski yoktur. Yapı deprem
sonrası hemen kullanıma açılabilir, (Tablo 2.1).
Kontrollü Performans Aralığı SP-2: Bu seviye net bir performans seviyesi olmayıp,
depremden sonraki hasar durumunu belirten bir performans aralığıdır. Bu aralık can
güvenliğinin korunmasının ek olarak hasarın belirli ölçüde sınırlandırılmasına
karşılık gelir. Yönetmeliklerde 50 yıllık bir süre içinde aşılma olasılığı %10 olarak
5
tanımlanan deprem etkisinde öngörülen performans seviyesi bu aralığa karşı gelir.
Tarihi binaların ve değerli mimari özellikleri olan yapıların korunması amacıyla bu
performans aralığı kullanılabilir
Tablo 2.1: Yapı Performans Seviyeleri
Yapısal performans seviyeleri
Yapısal olmayan
performans seviyeleri
SP-1 Hemen
kullanım
SP-2 Kontrollü
hasar aralığı
SP-3 Can
güvenliği
SP-4 Sınırlı
güvenlik aralığı
SP-5 Yapısal stabilite
SP-6 Hasarın göz
önüne alınmadığı
NP-A Kullanıma
devam
1-A Kullanıma
devam 2-A
Tavsiye edilmez
Tavsiye edilmez
Tavsiye edilmez
Tavsiye edilmez
NP-B Hemen
kullanım
1-B Hemen
kullanım 2-B 3-B
Tavsiye edilmez
Tavsiye edilmez
Tavsiye edilmez
NP-C Can
güvenliği 1-C 2-C
3-C Can
güvenliği 4-C 5-C 6-C
NP-D Azaltılmış
hasar
Tavsiye edilmez
2-D 3-D 4-D 5-D 6-D
NP-E Hasarın
göz önüne alınmadığı
Tavsiye edilmez
Tavsiye edilmez
3-E 4-E 5-E
Yapısal stabilite
Uygulanmaz
Can Güvenliği Performans Seviyesi SP-3: Yapıda deprem sonrası önemli hasarlar
meydana gelmesine rağmen, binada yerel veya toptan göçme söz konusu değildir ve
yapıda bu duruma ulaşmayı önleyecek ek bir kapasite mevcuttur. Yapı içerisinde
bulunan kişilerde yaralanmalar görülebilir ama can güvenliği tehlikesi yoktur. Bu
performans seviyesindeki yapıların onarılıp tekrar kullanılması mümkündür fakat
yüksek maliyet gerektirmektedir.
Sınırlı Güvenlik Performans Aralığı SP-4: Bu seviye net bir performans seviyesi
değildir. Binaların güçlendirilmesinde can güvenliğinin tam olarak sağlanmaması
durumunda göz önüne alınabilir.
Bu seviyede, güçlendirme tüm yapısal elemanlar için gerekmeyecektir. Ancak, can
güvenliği seviyesinden daha fazla, toptan göçme seviyesinden daha az bir
güçlendirme gerekecektir.
6
Yapısal Stabilite (Toptan Göçmenin Önlenmesi) Performans Seviyesi SP-5: Yapının
taşıyıcı sisteminin güç tükenmesi sınırında bulunması durumuna karşılık gelir. Yatay
yük taşıyan sistem önemli biçimde hasar görmüştür, yanal rijitlik ve dayanımda
önemli oranda azalmalar olmuş, buna rağmen düşey yük taşımaya devam etmektedir.
Yapı, stabilitesinin bir kısmını korumasına rağmen deprem sonrası artçı şoklar
sebebiyle her an yıkılma tehlikesiyle karşı karşıyadır. Bu türde hasar görmüş
binaların onarımı önerilmez, ancak tekrar kullanılması gerekli ise geniş kapsamlı bir
güçlendirmeye ihtiyaç duymaktadır. Bu seviye maksimum yer hareketine karşı
yapının toptan göçmeye maruz kalmayacağı son noktadır ve yeni binalarda
maksimum deprem etkisi altında sağlanması gerekir.
Taşıyıcı Elemanların Hasarının Göz Önüne Alınmadığı Performans Seviyesi SP-6:
Bu da tam anlamıyla bir seviye olmayıp, yapısal olmayan elemanların sismik
değerlendirmesi ve güçlendirilmesi için bir seviye ifade eder. Bina depreme
dayanamayıp yıkılsa bile binanın korunması yanında, istenen elemanın zarar
görmemesi durumu bu seviyeyle ifade edilir.
2.2.2 Yapısal Olmayan Performans Seviyeleri
Yapının taşıyıcı olmayan elemanlarında meydana gelen hasar seviyelerini
açıklamaya yarar. Ayrıca, doğrudan değerlendirme ve güçlendirme aşamasındaki
teknik kriterleri belirlemek için de kullanılır.
İşlevsel Performans Seviyesi NP-A: Deprem sonrasında yapısal olmayan
elemanlarda bir hasar söz konusu değildir. Bütün makine ve ekipmanlar çalışır
durumdadır, ancak küçük düzeltmeler gerekebilir.
Hemen Kullanım Performans Seviyesi NP-B: Yapısal olmayan elemanların
konumunun değişmediği fakat kullanımı etkileyen, kolayca giderilebilen bazı hasar
ve aksaklıklarının olduğu performans seviyesidir. Bu seviyede sismik güvenlik
durumu etkilenmemiştir.
Can Güvenliği Performans Seviyesi NP-C: Yapısal olmayan elemanlarda önemli
hasarların meydana geldiği ama bina içi ve dışında herhangi bir göçmenin olmadığı
performans seviyesidir. Yapısal olmayan sistemler, makineler ekipmanlar ve araç
gereçler onarılıp yerlerine yerleştirilmeden çalıştırılamaz ve kullanılamaz. Deprem
süresince yapısal olmayan elemanların can güvenliği tehdit etme riski çok düşüktür.
Yapısal Olmayan Elemanların Hasarının Göz Önüne Alınmadığı Performans
Seviyesi NP-E: Bu seviye tam bir performans seviyesini ifade etmemekle birlikte
7
genel durum için bir projelendirme olasılığı sunar, mühendis ve yapı sahibi için
durumun saptanmasını kolaylaştırır. Yapısal olmayan elemanların taşıyıcı sisteme
herhangi bir etkisi ve katkısı olmadığı kabul edilerek hesaplar yapılsa da deprem
anında çerçevelerin içine örülen duvarların yük taşıyarak çerçevelere yardımcı
olduğu bilinen bir durumdur. Bu nedenle, yapısal olmayan elemanların inşasına
gereken önem verilmelidir.
2.2.3 Yapı Performans Seviyeleri
Taşıyıcı sistemin durumunu gösteren yapısal performans seviyesi ile taşıyıcı olmayan
sistemin durumunu gösteren yapısal olmayan performans seviyelerinin
kombinasyonu sonucu, talep edilen sınırlı hasar durumunu ifade eden yapı
performans seviyeleri oluşur. Mümkün olan tüm kombinasyonlar Tablo 2.1’de
gösterilmiştir.
Kullanım açısından oldukça yaygın olan 1-A, 1-B, 3-C, 3-D, 5-E performans
seviyeleri öncelikli olarak açıklanmıştır.
Kullanıma Devam Performans Seviyesi 1-A (B): Binanın yapısal olan ve yapısal
olmayan elemanlarındaki hasar, kullanıma devamı etkilemeyecek seviyededir.
Binanın yedek sistemlerinin devreye girmesi ile kullanıma devam edilir. Can
güvenliğine ilişkin hiçbir problemin olmadığı ve onarımın gereksiz olduğu
durumdur.
Hemen Kullanım Performans Seviyesi 1-B (IO): Bu performans seviyesi önemli
yapılar için öngörülen seviyedir. Bina hacimleri ve sistemleri kullanılabilecek
durumdadır. Binada bulunan eşyalarda bir miktar hasar olabilir.
Can Güvenliği Performans Seviyesi 3-C (LS): Taşıyıcı sistemde hasar mevcut
olmasına rağmen, önemli miktarda bir kapasite vardır ve taşıyıcı olmayan
elemanlarda hasar kontrol altındadır. Bu hasardan dolayı oluşabilecek can güvenliği
riski çok düşük bir olasılıktır. Deprem esnasında eşyalar hareket edebilir, deprem
sonrası sızıntı ve yangın tehlikesi olabilir. Bu performans seviyesi günümüzdeki
yönetmeliklerin yeni binalar için öngördüğü bir performans seviyesinden bir miktar
daha düşük bir seviyeyi ifade eder. Yani yönetmelikler, binanın bu seviyedekinden
daha fazla yerdeğiştirme yapmamasını öngörür.
Bina Performans Seviyesi 3-D: Yapısal elemanlardaki can güvenliği seviyesi ile
yapısal olmayan elemanlardaki azaltılmış hasar seviyesinin birleşimidir.
Yönetmeliklerde bulunan 50 yıl %10 olasılıklı deprem tanımı alarak yapılan ve
8
deprem kuvvetlerinin %75’ini karşılayabilecek şekilde gerçekleştirilen güçlendirme
müdahalesinin böyle bir performans seviyesini sağladığı kabul edilebilir.
2.3 Yer Hareketi
Performansa dayalı tasarımda, seçilen bir yapı performans seviyesinin hangi deprem
etkisi altında elde edilmesinin gerektiğinin belirlenmesi gerekir. Bunun için yer
hareketi ile istenilen performans seviyesi birleştirilmelidir. Yer hareketinin
belirlenmesi tasarım için mutlaka gereklidir. Farklı büyüklükteki depremler için
yapının farklı kriterleri karşılaması istenir. Deprem etki seviyesinin belirlenmesi
spektrum eğrisinin belirlenmesi ile olur. Depremin 50 yıl içerisinde aşılma olasılığı
tanımından veya benzer büyüklükteki depremler arasındaki ortalama dönüş periyodu
tanımından hareket edilir, (Tablo 2.2). Yer hareketi genel olarak üç başlık altında
toplanabilir:
Tablo 2.2: Göz Önüne Alınacak Deprem Parametreleri
Aşılma olasılığı Zaman Aralığı Ortalama Dönüş Periyodu
%50 50 Yıl 72 Yıl
%20 50 Yıl 225 Yıl
%10 50 Yıl 474 Yıl
%2 50 Yıl 2475 Yıl
Servis Depremi (SE): 50 yıllık bir zaman diliminde meydana gelme olasılığı %50
olan depremdir. Ortalama dönüş periyodu yaklaşık 72 yıl olan bu depremin yapının
ömrü boyunca olma ihtimali yüksek ancak, şiddeti ve büyüklüğü düşük olan bir
depremi tanımlar. Servis depremi seviyesi tasarım depremi seviyesinin yaklaşık
yarısıdır.
Tasarım Depremi (DE): 50 yıllık periyotlar içinde meydana gelme olasılığı %10 olan
depremlerdir. Ortalama dönüş periyodu yaklaşık 474 yıl olan bu depremin yapının
ömrü boyunca olma ihtimali düşüktür.
Maksimum Deprem (ME): 50 yıllık periyotlar içinde meydana gelme olasılığı %2
olan depremlerdir. Ortalama dönüş periyodu yaklaşık 2475 yıl olacak şekilde, bölge
9
jeolojik bilgileri göz önüne alınarak belirlenebilecek en büyük deprem olarak kabul
edilir. Maksimum deprem etkileri tasarım depremi etkilerinin yaklaşık 1.25~1.5
katıdır. Deprem yönetmeliklerinde tasarım depremi etkisinin, bina önem katsayısı ile
artırılması sonucunda maksimum deprem tanımlanmaya çalışılır.
2.4 Performans Amaçları
2.4.1 Performans Amaçlarının Sınıflandırılması
Sismik performans amacı, büyüklüğü verilen yer hareketi için tahmin edilen bina
performansının seçilmesi ile saptanır. Tablo 2.3’de gösterildiği gibi, 50 yılda aşılma
olasılıklarına göre yer hareketiyle bina performans seviyeleri eşleştirilmesi sonucu
çeşitli performans amaçları seviyeleri oluşmuştur. Burada a, f, k, p amaçları ana
binalar için; e, j, o amaçları önemli binalar için ve i, n amaçları ise çok özel güvenliği
olan binalar için kullanılmaktadır. Her bir seviye tek tek belirlenip kullanılabileceği
gibi, birden çok seviyenin aynı anda bir arada kullanılmasıyla çoklu performans
amacı oluşturulmuş olur.
Tablo 2.3: Performans Amaçlarının Sınıflandırılması
Deprem Yer Hareketi Kullanıma
Devam (1-A)
Hemen Kullanım
(1-B)
Can Güvenliği
(3-C)
Yapısal Stabilite
(5-E)
%50 / 50 Yıl Servis Depremi
a b c d
%20 / 50 Yıl e f g h
%10 / 50 Yıl Tasarım Depremi
i j k l
%5 / 50 Yıl Maksimum Deprem
m n o p
P amacı gibi yüksek seviyelerdeki amaçlar yüksek maliyetler çıkarabilir. Bu halde,
performans seviyeleri yerleşim alanlarında yerel yönetimler tarafından, özel
mülkiyetlerde ise bina sahibi ve mühendis tarafından belirlenmektedir.
Şekil 2.1’de deprem yer hareketi ve bina performans seviyelerinin
kombinasyonlarının maliyetle olan ilişkisi üç boyutlu olarak verilmiştir, [3].
Kullanılan deprem büyüklüğünün ve istenilen performansın artması sonucunda
maliyet de atmaktadır. Bu sebeple kullanılacak performans amacı yapıya uygun
seçilmelidir.
10
Şekil 2.1 : Bina Performans Seviyeleri İle Güçlendirme Maliyeti Arasındaki İlişki
2.4.2 Performans Amaçları
Sismik performansın amacı, büyüklüğü verilen deprem hareketi için tahmin edilen
bina performansının seçilmesi ile saptanır. Çok seviyeli performans amacı da iki
veya daha fazla beklenen performans ve yer hareketinin seçimi ile tayin edilir.
Örneğin, Tablo 2.4’de görüldüğü gibi yapılacak analizde servis depremine karşı
kullanıma devam, tasarım depremine karşı can güvenliği seviyesine ulaşılması
beklenir.
Tablo 2.5’deki gibi ileri seviyede bir amaç seçilebilir ama bu durumda maliyetin
yükseleceği de göz önüne alınmalıdır.
Tablo 2.4: Çok Seviyeli Performans Amaçları
Bina performans seviyesi Deprem yer hareketi seviyesi Kullanıma
devam Hemen
kullanım Can güvenliği
Yapısal stabilite
Servis (SE) X
Tasarım (DE) X
Maksimum (ME)
11
Tablo 2.5: Tasarım Depreminde Can Güvenliği Seviyesi
Bina performans seviyesi Deprem yer
hareketi seviyesi Kullanıma devam
Hemen kullanım
Can güvenliği Yapısal stabilite
Servis (SE)
Tasarım (DE) X
Maksimum (ME)
2.4.3 Temel Güvenlik Performans Amacı
Tablo 2.6’da görüldüğü gibi can güvenliği-tasarım depremi ile yapısal stabilite-
maksimum deprem seviyelerinin birlikte düşünüldüğü çoklu performans ana
güvenlik amacıdır.
Tablo 2.6: Temel Güvenlik Performans Amacı
Bina performans seviyesi Deprem yer
hareketi seviyesi Kullanıma devam
Hemen kullanım
Can güvenliği Yapısal stabilite
Servis (SE)
Tasarım (DE) X
Maksimum (ME)
X
2.4.4 Diğer Performans Amaçları
Yapı performans seviyeleri ile birden çok depremin kombinasyonları ile çeşitli
performans amaçları elde edilebilir. Tablo 2.7’de normal binalar için örnek
performans seviyeleri, Tablo 2.8’de performans amaçlarının ekonomiklik durumları
gösterilmiştir.
2.5 Performans Amaçlarının Karşılaştırılması
2.5.1 Başlangıç Performans Amacı
Performans seviyesinin, özel yapılarda sahibi tarafından, yerleşim alanlarında ise
yerel yönetimler tarafından belirlenmesi gerekir. Sorumlu mühendis, bina sahibine
başlangıç performans amacının belirlenmesinde her türlü durum değerlendirilerek
mevcut koşullardaki en uygun kararın verilmesine yardımcı olmalıdır. Güçlendirme
12
projesi veya sismik değerlendirmeyle ilgili beklentilerin belirlendiği bir durum
raporunun hazırlanması, bina sahibi ve tasarım ekibine mevcut kaynaklarla
yapılabilecek en uygun performans amacının belirlenmesine yardımcı olur.
Tablo 2.7: Normal Binalar İçin Örnek Performans Seviyeleri
Sismik Tehlike
Yeni Binalar Güncel
Güçlendirmeler
Yüksek Kullanım
Amacı
Minimum Tasarım Süresi
Birleştirilmiş Performans Seviyesi
Servis Depremi (SE)
Tasarım Depremi (DE)
2-C 3-D 3-C 1-C
Maksimum Deprem (ME)
5-E 3-D
Tablo 2.8: Performans Amaçlarının Ekonomiklik Durumları
Sismik Tehlike
Kısa Ömürlü Yapılar
Orta Ömürlü Yapılar
Uzun Ömürlü Yapılar
Birleştirilmiş Performans Seviyesi
Servis Depremi (SE)
3-D
Tasarım Depremi (DE)
5-E
Maksimum Deprem (ME)
5-E
2.5.2 Son Performans Amacı
Başlangıç performans amacı gerek duyulursa, bina sahibi ve ilgili mühendisçe
değiştirilebilir. Değerlendirme ve güçlendirme tasarımında kullanılan performans
amacı, rapor ve çizimlerde açıklanarak ifade edilmelidir.
13
3. BASİTLEŞTİRİLMİŞ DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZ YÖNTEMİ
3.1 Giriş
Bu bölümde mevcut binaların performans seviyelerinin belirlenmesi, muhtemel bir
deprem göz önüne alınarak yapılan güçlendirme projesinde kullanılacak analiz
yöntemlerinin seçimi ve uygulaması anlatılacaktır.
Mevcut betonarme binalarda doğrusal (elastik) ve doğrusal olmayan (elastik
olmayan) analiz olmak üzere iki tip analiz kullanılabilir, [3]. Doğrusal analiz
yöntemleri; statik yatay yük, dinamik yatay yük ve talep kapasite oranını kullanan
işlemler içerir. Bu analiz yöntemlerinde malzeme bakımından doğrusal olmayan
davranış göz önüne alınmadığı için mevcut olan ek kapasite kullanılmaz. Doğrusal
olmayan analiz yöntemlerinin en başta gelenlerinden biri doğrusal olmayan, zaman
tanım alanında analizdir. Ancak bu yöntem genel uygulama için oldukça karmaşık ve
zordur. Bununla birlikte kullanımı daha kolay olan basitleştirilmiş doğrusal olmayan
analiz yöntemleri de mevcuttur. Bu basitleştirilmiş doğrusal olmayan analiz
yöntemlerinden; kapasite eğrisi ve indirgenmiş talep spektrumu eğrilerinin kesişim
noktalarını bularak uygulanan “Kapasite Spektrumu Yöntemi” (CSM) ile, doğrusal
olmayan analiz rahatça yapılabilir. Bu kısımda özellikle bu yöntemin uygulanması
üzerinde durulacaktır.
Doğrusal olmayan analiz yöntemleri, yapının elastik kapasitesi ve ilk akmanın nerede
oluşacağını açıkça göstermesine rağmen, mekanizma durumlarını ve akma
sırasındaki kuvvet dağılımını göstermede yetersiz kalmaktadır. Buna karşılık
doğrusal olmayan analiz yöntemleri binaların göçme anına kadar olan davranışlarının
ve göçme durumundaki mod şekillerinin nasıl olacağını büyük yaklaşıklıkla gösterir.
Tasarımda doğrusal olmayan hesap yöntemlerinin kullanılması mühendise, yapı
elastik kapasitesini aştığında gerçek davranış hakkında net bir fikir verir ve daha
gerçekçi çözümlere ulaşmasını sağlar.
Kapasite spektrumu yöntemi binanın toplam taban kesme kuvveti ile yapının en üst
noktasında oluşan tepe (çatı) yerdeğiştirmesi arasındaki ilişkiyi gösteren kapasite
eğrisi ile sismik yer hareketini ifade eden talep spektrumu eğrisinin karşılaştırmasını
14
grafik bir ortamda mühendise sunar. Bu yöntem mevcut binaların değerlendirilmesi
ve güçlendirilmesi için son derece kullanışlı bir yöntemdir. Binanın mevcut
durumuyla ve güçlendirildikten sonra nasıl davranacağı net bir şekilde bu yöntemle
görülebilir.
3.2 Basitleştirilmiş Doğrusal Olmayan Analiz Yöntemleri
Performansa dayalı analizlerin iki önemli kavramı talep ile kapasitedir ve işlemler bu
iki kavrama bağlı olarak yapılır. Talep, deprem yer hareketinin göstergesidir.
Kapasite, yapının sismik talebe karşılık verebilme yeteneğinin göstergesidir. Yapı
performansı kapasitenin talebe karşılık verebilmesi ile ölçülür. Yani, yapı depremin
talebine karşılık verebilecek kapasitede olmalıdır. Bu sebeple yapı performansı
projelendirme amaçları ile uyumlu olmalıdır.
Gerek kapasite spektrum yöntemi, gerekse deplasman katsayıları yöntemi gibi statik
itme yöntemlerinin kullanılarak basitleştirilmiş doğrusal olmayan analiz işlemlerinin
yapılabilmesi için kapasite, talep ve performans özelliklerine ihtiyaç vardır.
Kapasite: Yapının toplam kapasitesi yapıyı oluşturan elemanlarının dayanım ve
şekildeğiştirme kapasitelerine bağlıdır. Elastik sınıra kadar olan bölümdeki
şekildeğiştirme kapasitesi doğrusal analiz yöntemleri ile hesaplanabilir fakat, elastik
sınırın ötesindeki şekildeğiştirme yapabilme kapasitesini belirlemek için statik itme
(pushover) analizi gibi doğrusal olmayan analizlerden bazılarını kullanmak gerekir.
Bu yöntemde yapı bileşenlerinin akmaya ulaşması için gereken yatay yük artırılarak
uygulanır ve yapı labil hale gelinceye veya önceden belirlenen bir sınıra ulaşana
kadar devam edilir. İki veya üç boyutlu modeller için doğrusal olmayan analiz ve
statik itme eğrisi bilgisayar programları tarafından doğrudan oluşturulabilmektedir.
Analiz sonucunda elde edilen kapasite eğrisi, yapıların elastik sınırlarını aştıktan
sonraki davranışlarının tahmin edilmesine yardım eder.
Talep: Deprem sırasında yer hareketi zamana bağlı olarak sürekli yön değiştirir. Bu
nedenle binada karışık yatay yerdeğiştirme durumları oluşur. Tasarım için gerekli
parametreleri belirlemek amacıyla, her bir zaman aralığı için bu yer hareketini
izlemek yani zaman tanım alanında analiz pratik olmayan bir hesap yöntemidir. Söz
konusu yapı ve yer hareketine ilişkin yerdeğiştirme, yer hareketi boyunca yapıda
meydana gelmesi beklenen maksimum yerdeğiştirmedir.
Performans: Yapı performansı, kapasite eğrisi ve talep eğrinin kesişmesiyle oluşan
performans noktası ile belirlenir. İstenilen performansın sağlandığını kontrol etmek
15
için öncelikle kapasite eğrisi ve talep eğrisi belirlenmelidir. Bu kontrol yapısal ve
yapısal olmayan elemanlarda oluşan hasarın kabul edilen sınırların aşılıp
aşılmadığını gösterir.
3.2.1 Kapasitenin Belirlenmesi İçin Adım Adım İşlemler
Yapı kapasitesi statik itme eğrisi ile temsil edilir. Bir yapının kapasitesini
belirlemenin en uygun yolu, yapının tabanında meydana gelen kesme kuvveti ile tepe
yatay yerdeğiştirmesini bir grafik üzerinde göstermektir, (Şekil 3.1). T
aban
Kes
me
Kuv
veti
Tepe yerdeğiştirmesi
Şekil 3.1 : Taban Kesme Kuvveti İle Tepe Yerdeğiştirmesi Arasındaki İlişki
Kapasite eğrisi çizilirken, genellikle yapının birinci doğal titreşim modu esas alınarak
yapılan yüklemeler sonucunda yapıda meydana gelen taban kesme kuvveti ile tepe
yatay yerdeğiştirmesi göz önünde tutulur. Bu durum genellikle 1. moda ait doğal
titreşim periyodunun bir saniyeden az olduğu yapılar için geçerlidir. Bu tür binalarda
daha yüksek modların yapıya etkileri oldukça küçük olduğundan bu etkiler göz ardı
edilebilir.
Ancak çok katlı ve daha sünek yapılarda genellikle 1. moda ait titreşim periyodu bir
saniyeden daha fazladır. Yüksek modların yapıya etkileri göz ardı edilemeyecek
kadar büyüktür ve sorumlu mühendis hesaplarında bu etkileri göz önüne almalıdır.
Kapasite hesabında aşağıdaki işlem sırası izlenmelidir:
1. Yatay kat yükleri, kat kütle merkezlerine birinci mod şekliyle etkitilir.
Bu analiz sırasında düşey ağırlık yükleri de hesaba katılmalıdır.
16
2. Düşey ve yatay yüklerin gerekli kombinasyonları için eleman kuvvetleri
hesaplanır.
3. Analiz sonucunda bulunan taban kesme kuvveti ve tepe yerdeğiştirmesi kaydedilir.
Performans kontrolü için gerekli olduğundan, eleman iç kuvvetleri ve dönmeler de
kaydedilmelidir.
4. Plastik mafsal oluşan kesitler için rijitlik sıfır alınarak model tekrar oluşturulur.
5. Yapı elemanlarında yeni bir plastik mafsal oluşumu gözlenene kadar yükler
arttırılır.
6. Yapı kapasitesi limit durumuna ulaşana kadar 4., 5. ve 6. adımlar tekrar edilir.
P-∆ etkileri düzensiz bir duruma geldiğinde yapı elemanlarının göçmeye başladığı ve
yapının düşey yük taşıma kapasitesine ulaştığı anlaşılır. Bu noktada işleme son
verilebilir.
3.2.2 Talep Spektrumunun Belirlenmesi İçin Adım Adım İşlemler
Mevcut bir bina için güçlendirme yapılırken performans seviyelerinin tespiti
konusunda yapı kapasitesinin belirlenmesine ilave olarak, belirli bir deprem etkisi
altında oluşan maksimum yerdeğiştirmenin saptanması da önemli bir konudur. Bu
bakımdan kapasite spektrumu yöntemi oldukça kullanışlıdır.
Bu yöntem, güçlendirme çalışmalarında büyük kolaylıklar sağlayarak yapı için elde
edilen kapasite eğrisinden en yüksek düzeyde faydalanılabilmesini sağlar.
Kapasite spektrumu yönteminde depremin talep yerdeğiştirmesi kapasite spektrumu
üzerinde “performans noktası” diye adlandırılan bir noktada oluşur.
Performans noktası yapının sismik kapasitesini, diğer bir deyişle belirli bir deprem
etkisi altındaki yapının bu etkiye karşı göstereceği direnci ifade eder.
3.2.3 Kapasite Spektrumu Yöntemi Kullanılarak Sismik Talebin Hesaplanması
Performans noktasının yeri şu iki koşul ile sağlanmalıdır:
1. Nokta kapasite spektrumu üzerinde olmalı,
2. Nokta %5 sönümlü elastik talep spektrumundan indirgenmiş talep spektrumunun
üzerinde olmalıdır.
17
Bu iki şartın sağlanması performans noktasının kapasite eğrisi ile indirgenmiş talep
spektrumunun kesiştiği noktada bulunması anlamına gelir. Bu noktayı bulabilmek
için ardışık yaklaşım yapılmalıdır.
Bu işlem için aşağıda üç farklı yöntem anlatılmakta olup üçünün de amacı aynıdır,
[1], fakat kullanılan işlemler farklılık göstermektedir, (Tablo 3.1).
Tablo 3.1: Performans Noktası İçin Seçilecek Yöntem Çeşitleri
A Yöntemi: Bu yöntem, kavramın en doğrudan uygulamasıdır. Tamamıyla iteratif bir
yöntemdir fakat, formüle edilmiş esaslar kolaylıkla bilgisayar programlarına
uygulanabilir. Yeni başlayanlar için en uygun, anlaşılır yöntem olup sonuca en kısa
yoldan ulaşmak mümkündür.
B Yöntemi: Kapasite eğrisinin iki doğrultuda modellenmesi imkanını sunan basit bir
yöntemdir. Performans noktasının gerçek değeri küçük ardışık yaklaşımlar yapılarak
bulunur. Yöntem B grafikten çok analitiktir ve bilgisayar programlarında uygulamak
için en uygun yöntemdir.
Yöntem B’nin uygulanmasını anlaşılması Yöntem A’ya göre daha zordur.
C Yöntemi: Performans noktasını bulmak için kullanılan zayıf bir grafik yöntemdir.
Bilgisayarsız çözüm için en uygun yöntemdir ancak, anlaşılması ve bilgisayarlara
uygulanması diğer yöntemlere göre daha zordur.
Yöntem A
• En açık, anlaşılır ve metodun en doğrudan uygulamasıdır.
• Analitik bir yöntemdir. • Programlama için uygundur. • Doğrudan sonuca gitmesi ve anlaşılması en kolay
olduğundan yeni başlayanlar için en uygun olanıdır.
Yöntem B
• Analitik bir yöntemdir. • Yapılan kabuller ile Yöntem A’ya göre daha basittir • Programlama için en uygun yöntemdir.
Yöntem C
• Grafik bir yöntemdir. • Elle analiz için en uygun olanıdır. • Programlama açısından uygun değildir. • Metodolojisi çok anlaşılır değildir.
Yapılan analiz sonucunda herhangi bir kesitte elde edilen θp plastik dönme istemine
bağlı olarak plastik eğrilik istemi, aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.
p
p
pL
θ=φ (4.12)
Seçilen bir beton modeli ile pekleşmeyi de göz önüne alan donatı çeliği kullanarak,
kesitteki eksenel kuvvet istemi altında yapılan analizden elde edilen iki doğrulu moment-eğrilik ilişkisi ile tanımlanan yφ eşdeğer deprem eğriliği, pφ plastik eğrilik
istemine eklenerek kesitteki tφ toplam eğrilik istemi elde edilir.
Beton ve donatı çeliğinin birim şekildeğiştirmeleri cinsinden elde edilen deprem
istemleri, aşağıda tanımlanan birim şekildeğiştirme kapasiteleri ile karşılaştırılarak
kesit düzeyinde taşıyıcı sistem performansı belirlenir.
44
Plastik şekildeğiştirmelerin meydana geldiği betonarme sünek taşıyıcı sistem
elemanlarında, çeşitli kesit hasar sınırlarına göre izin verilen şekildeğiştirme
kapasiteleri aşağıdaki gibidir.
1. Kesit minimum hasar sınırı (MN) için sargılı bölgenin en dış lifindeki beton basınç
birim şekildeğiştirmesi ile donatı çeliği birim şekildeğiştirmesi üst sınırları:
004.0)( MNcg =ε ; 010.0)( MNs =ε (4.14)
2. Kesit güvenlik sınırı (GV) için sargılı bölgenin en dış lifindeki beton basınç birim
şekildeğiştirmesi ile donatı çeliği birim şekildeğiştirmesi üst sınırları:
0135.00095.0004.0)(sm
sGVcg ≤
ρ
ρ+=ε ; 040.0)( GVs =ε (4.15)
3. Kesit göçme sınırı (GÇ) için sargılı bölgenin en dış lifindeki beton basınç birim
şekildeğiştirmesi ile donatı çeliği birim şekildeğiştirmesi üst sınırları:
018.0013.0004.0)(sm
sGCcg ≤
ρ
ρ+=ε ; 060.0)( GCs =ε (4.16)
4.7 Bina Deprem Performansının Belirlenmesi
Binaların deprem güvenliği, uygulanan deprem etkisi altında yapıda oluşması
beklenen hasarların durumu ile ilgilidir ve dört farklı hasar durumu için
tanımlanmıştır.
Hesap yöntemlerinin birinin uygulanması ve eleman hasar bölgelerine karar
verilmesi ile bina deprem performans düzeyi belirlenir. Sonuçların değerlendirilmesi
ile güçlendirme kararı alınır.
4.7.1 Hemen Kullanım Durumu
Bir katta her bir deprem doğrultusu için yapılan hesap sonucunda kirişlerin en fazla
%10’u belirgin hasar bölgesine geçebilir ancak, diğer taşıyıcı elemanların tümü
minimum hasar bölgesindedir. Bu durumda bina hemen kullanım durumunda kabul
edilebilir ve güçlendirilmesine gerek yoktur.
45
4.7.2 Can Güvenliği Durumu
Bir katta uygulanan her bir deprem doğrultusu için yapılan hesap sonucunda
kirişlerin en fazla %20’si ve kolonların bir kısmı ileri hasar bölgesine geçebilir.
Ancak ileri hasar bölgesindeki kolonların, kolonlar tarafından taşınan kesme
kuvvetine toplam katkısı %20’nin altında olmalıdır. Diğer taşıyıcı elemanların tümü
minimum hasar bölgesi veya belirgin hasar bölgesindedir. Bu durumda bina can
güvenliği durumunda kabul edilir. Can güvenliği durumunun kabul edilebilmesi için
herhangi bir katta alt ve üst kesitlerinin ikisinde birden maksimum hasar sınırı
aşılmış olan kolonlar tarafından taşınan kesme kuvvetlerinin, o kattaki tüm kolonlar
tarafından taşınan kesme kuvvetine oranının %30’u aşmaması gerekir. En üst katta
ileri hasar bölgesindeki düşey elemanların kesme kuvvetleri toplamının, o kattaki
tüm kolonların güçlendirilmesine, güvenlik sınırını aşan elemanların sayısına ve yapı
içindeki dağılımına göre karar verilir.
4.7.3 Göçmenin Önlenmesi Durumu
Herhangi bir katta, uygulanan her bir deprem doğrultusu için yapılan hesap
sonucunda kirişlerin en fazla %20'si ve kolonların bir kısmı göçme bölgesine
geçebilir. Ancak göçme bölgesindeki kolonların, kolonlar tarafından taşınan kesme
kuvvetine toplam katkısı %20’nin altında olmalıdır ve bu elemanların durumu
yapının kararlılığını bozmamalıdır. Diğer taşıyıcı elemanların tümü minimum hasar
bölgesi, belirgin hasar bölgesi veya ileri hasar bölgesindedir. Bu durumda bina,
göçmenin önlenmesi durumunda kabul edilir. Göçmenin önlenmesi durumunun
kabul edilebilmesi için herhangi bir katta alt ve üst kesitlerinin ikisinde birden
minimum hasar sınırı aşılmış olan kolonlar tarafından taşınan kesme kuvvetlerinin, o
kattaki tüm kolonlar tarafından taşınan kat kesme kuvvetine oranının %30’u
aşmaması gerekir. En üst katta göçme bölgesindeki kolonların kesme kuvvetleri
toplamının o kattaki tüm kolonların kesme kuvvetlerinin toplamına oranı en fazla
%40 olabilir. Binanın mevcut durumunda kullanımı can güvenliği bakımından
sakıncalıdır ve güçlendirilmelidir. Ancak güçlendirmenin ekonomik açıdan
uygulanabilirliği değerlendirilmelidir.
4.7.4 Göçme Durumu
Bina göçmenin önlenmesi durumunu sağlayamıyorsa göçme durumundadır. Binada
güçlendirme uygulanmalıdır, ancak güçlendirilmesi ekonomik olarak verimli
olmayabilir. Binanın mevcut durumunda kullanımı can güvenliği bakımından
sakıncalıdır.
46
4.7.5 Göreli Kat Ötelemelerinin Sınırlandırılması
Her bir deprem doğrultusu için, binanın herhangi bir katındaki göreli kat ötelemesi
her performans düzeyi için Tablo 4.5’i sağlamalıdır. Tablo 4.5’de (δi)max ilgili kattaki
düşey elemanların uçları arasında hesaplanan en büyük göreli kat ötelemesini, hi ise
kat yüksekliğini göstermektedir.
Tablo 4.5: Göreli Kat Ötelemesi Sınırları
Performans Düzeyi Göreli Kat Ötelemesi
Oranı Hemen Kullanım
Can Güvenliği
Göçmenin Önlenmesi
(δi)max/hi 0.008 0.02 0.03
4.8 Binalar İçin Hedeflenen Deprem Performans Düzeyleri
ABYYHY 1998’de tanımlanan ivme spektrumu 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan
deprem etkisini esas almaktadır. 50 yılda aşılma olasılığı %50 olan depremin ivme
spektrumu bu spektrumun yaklaşık olarak yarısı, 50 yılda aşılma olasılığı %2 olan
depremin ivme spektrumu ise bu spektrumun yaklaşık 1.5 katı olarak kabul
edilmiştir. Mevcut veya güçlendirilecek binaların deprem güvenliğinin
belirlenmesinde esas alınacak deprem etkileri ve hedeflenen performans düzeyleri
Tablo 4.6’da verilmiştir.
Tablo 4.6: Binalar İçin Farklı Deprem Etkileri Altında Hedeflenen Performans Düzeyleri
Depremin Aşılma Olasılığı Binanın Kullanım Amacı
ve Türü 50 yılda
%50 50 yılda
%10 50
yılda %2
Deprem Sonrası Kullanımı Gereken Binalar: Hastaneler, sağlık tesisleri, itfaiye binaları, haberleşme ve enerji tesisleri, ulaşım istasyonları, vilayet, kaymakamlık ve
belediye yönetim binaları, afet yönetim merkezleri, vb.
- HK CG
İnsanların Uzun Süreli ve Yoğun Olarak Bulunduğu Binalar: Okullar, yatakhaneler, yurtlar, pansiyonlar, askeri
kışlalar, cezaevleri, müzeler, vb. HK - CG
İnsanların Kısa Süreli ve Yoğun Olarak Bulunduğu Binalar: Sinema, tiyatro, konser salonları, kültür
merkezleri, spor tesisleri - CG GÖ
Tehlikeli Madde İçeren Binalar: Toksik, parlayıcı ve patlayıcı özellikleri olan maddelerin bulunduğu ve
depolandığı binalar - HK GÖ
Diğer Binalar: Yukarıdaki tanımlara girmeyen diğer binalar (konutlar, işyerleri, oteller, turistik tesisler, endüstri
yapıları, vb.) - CG -
47
5. MEVCUT BETONARME BİR BİNANIN ANALİZİ
Bu bölümde betonarme çerçeve taşıyıcı sisteme sahip mevcut 6 katlı bir binanın
deprem güvenliği Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ve Eşdeğer Deprem
Yükü Yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Statik itme analizleri ETABS ve
DRAIN-2DX programları, elastik analiz ETABS programı kullanılarak yapılmış ve
sonuçları belirlenmiştir.
5.1 Mevcut Bina Bilgileri
5.1.1 Genel Bina Bilgileri
Yapı bir zemin ve beş normal kattan oluşan ve konut olarak kullanılan bir binadır.
Tüm katlarda kat yüksekliği eşit olup 3 m’dir. Toplam bina yüksekliği 18 m’dir.
Binanın taşıyıcı sistemi betonarme çerçevelerden oluşmaktadır. Betonarme perde
mevcut değildir. Döşemeler kirişli plak döşemedir. Bina 1.derece deprem bölgesinde
ve Z2 sınıfı zemin üzerinde bulunmaktadır. Tavan kalıp planı Şekil 5.1’de
gösterilmiştir. Eleman isimleri kullanılan programların eleman numaralandırmasına
uygun olarak belirlenmiştir.
5.1.2 Kiriş-Kolon Boyutları ve Donatı Düzeni
Binadaki kiriş kesitleri iki farklı tiptedir. Kenar aks kirişleri birinci tip, iç aks kirişleri
ikinci tip kiriş kesitine sahiptir. Kolonlarda 3 kesit tipi mevcuttur. C1, C5, C16, C20
kolonları birinci tip; C2, C3, C4, C6, C10, C11, C15, C17, C18, C19 kolonları ikinci
tip; C7, C8, C9, C12, C13, C14 kolonları üçüncü tip kesite sahiptir. Kiriş ve
kolonlarda etriye sıklaştırılması yapılmıştır. Paspayı kiriş kesitlerinde 20 mm, kolon
kesitlerinde 30 mm’dir. Kiriş ve kolon kesitleri Şekil 5.2’de verilmiştir.
5.1.3 Binaya Etkiyen Yükler ve Bina Ağırlığı
Tüm katlarda döşeme sabit yükü olarak 5 kN/m2, hareketli yük olarak 2 kN/m2
alınmıştır. Binada tüm iç kirişlerin üzerinde kat yüksekliği boyunca yarım tuğla
duvar, tüm dış kenar kirişlerin üzerinde 1m yüksekliğinde bir tuğla duvar yükü
48
alınmıştır. Bu nedenle tüm iç kirişlere 6.25 kN/m, tüm kenar kirişlerde 4.2 kN/m
duvar yükü uygulanmıştır. Kat ağırlıklarının hesabında, bina konut amacı ile
kullanıldığı için hareketli yük katılım katsayısı 0.30 kabul edilmiştir. Tüm yüklerin
hesaplanması ile bir katın ağırlığı 2642.37 kN olarak bulunmuştur. Toplam bina
ağırlığı ise 15854.24 kN’dur.
492
442
442
420468468420
4
3
2
1
EDCA B
B27
B18
B9
B26
B17
B8
B25
B16
B7
B24
B15
B6
B23
B14
B5
C5C4C3C2C1
C10C9C8C7C6
C15C14C13C12C11
C20C19C18C16 C17
B22
B31B30B29B28
B21B20
B13B12B11B10
B4B3B2B1
B19
160
Şekil 5.1 : Zemin Kat Kalıp Planı
Tip 3(50/50)Tip 2(40/50)Tip 1(40/40)Tip 2(30/60)Tip 1(30/60)
As=12Ø20As=10Ø20As=8Ø20
As=6Ø16
As'=6Ø16+1Ø18
As=3Ø16+1Ø18
As'=4Ø16+1Ø18
Kiriş Enkesitleri Kolon Enkesitleri
Şekil 5.2 : Kiriş ve Kolon Enkesitleri
49
5.1.4 Malzeme Özellikleri
Yapıda kullanılan beton kalitesi C 16, donatı çeliği kalitesi S 420’dir. Betonun