Süneklik düzeyi yüksek merkezi çaprazlı çelik çerçeve sistemlerin deprem performansının değerlendirilmesi

Abstract

Merkezi çaprazlı çelik çerçeveler, çerçeve sistemini oluşturan elemanların eksenlerinin tek bir noktada birleştiği sistemlerdir. Yüksek yanal rijitliğe sahip oldukları için yatay etkileri karşılaması amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür sistemlerde yatay etkiler, eksenel çekme kuvveti altındaki çapraz elemanın akması ve/veya eksenel basınç etkisi altındaki çaprazın burkulması ile sönümlenmektedir. Merkezi çaprazlı çelik çerçeve sistemlerde çapraz elemanlar, en elverişsiz içeren yük birleşimleri altında elde edilen eksenel kuvvetlere bağlı olarak boyutlandırılmaktadır. Çaprazların beklenen (olası) dayanımlarına ulaştığı mekanizma durumlarında sistemin diğer elemanları ve birleşimlerin elastik bölgede kalması beklenmektedir. Dolayısıyla çerçeve kolon ve kirişleri ile birleşimler, mekanizma durumu ile uyumlu iç kuvvetleri içeren etkilere bağlı olarak boyutlandırılmaktadır. Merkezi çaprazlı çelik çerçevelerde çaprazlar, diyagonal, X, V, ters V ve K olmak üzere farklı formlarda oluşturulabilmektedir. V ve ters V düzenine sahip merkezi çaprazlı çelik çerçeve sistemler büyük boşluklara imkan tanıması sebebiyle mimari açıdan tercih edilmesine karşılık mekanizma durumu dolayısıyla çerçeve kirişlerinde büyük dengelenmemiş kuvvetlere sebep olmaktadır. Bu durum da kirişte büyük eksenel kuvvet, kesme kuvveti ve eğilme momenti oluşumuna neden olmaktadır. Dolayısıyla gerekli dayanımın sağlanabilmesi amacıyla derin kiriş kullanılması zorunlu hale gelmektedir. Son yıllarda gerçekleştirilen çalışmalarda ters V düzenine sahip merkezi çaprazlı çelik çerçeve kirişlerinde akmaya izin verilmesinin, yapı performansına etkisi araştırılmaktadır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda kirişin tasarımında farklı bir mekanizma durumunun ele alınmasıyla kirişte akmanın sağlanabileceği, bu durumun yapı performansını olumsuz etkilemeyeceği belirtilmektedir. Belirtilen mekanizma durumunda eksenel çekme etkisindeki çaprazda meydana gelecek iç kuvvet değeri, çaprazın burkulma dayanımı olarak alınmaktadır. Tez çalışması kapsamında merkezi çaprazlı çelik çerçeve sistemlerde zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz gerçekleştirilerek yapıların deprem etkisi altındaki performanslarının değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Bu nedenle Türkiye'de yürürlükte olan yönetmeliklerin gerektirdiği mekanizma durumlarına ve kirişte akmaya izin verilmesi durumuna karşılık gelen mekanizma durumlarına göre ayrı ayrı tasarım gerçekleştirilmiştir. Tasarım deprem yer hareketi düzeyi DD-2 olmak üzere, merkezi çaprazlı çelik çerçevelerin uygulanabileceği bina yükseklik sınıfı gözetilerek 3, 6, 9 ve 12 katlı yapıların tasarımı gerçekleştirilmiştir. Yapıların deprem etkisi altındaki performansları, bölgede meydana gelebilecek en büyük deprem yer hareketi düzeyine karşılık gelen DD-1 deprem düzeyine göre üç boyutlu olarak değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda yönetmeliklerin gerektirdiği mekanizma durumuna göre tasarlanan yapı elemanlarında meydana gelen en büyük plastik şekil değiştirmelerin ortalama değerleri göçme bölgesine geçmemiştir. Dolayısıyla deprem yer hareketi düzeyi DD-2'ye göre tasarlanan yapılar, deprem yer hareketi düzeyi DD-1 etkisi altında göçmenin önlenmesi performans düzeyini sağlamaktadır. Merkezi çaprazlı çelik çerçeve kirişlerinde akmaya izin verilmesi durumuna göre tasarlanan yapılar için elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde de yapıların benzer bir performans gösterdiği ve çerçeve elemanlarının hiçbirinde hasar düzeyinin göçme bölgesine geçmediği gözlenmiştir.