Çok katlı betonarme yapıların deprem davranışlarının TBDY2018, ASCE7-16 ve EC8 yönetmeliklerine göre değerlendirilmesi

Abstract

Doğal afetler geçmişten bugüne kadar insanlık tarihinde yıkıcılık yönünden olumsuz sonuçlara yol açmış olaylardır. Bu doğal olayların en başında ise deprem gelmektedir. Her ne kadar depreme karşı önlemler alınmaya çalışılsa da depremin yıkıcı etkisi, her zaman insanlık tarihi boyunca hafızalarda olumsuz izler bırakmış ve küçümsenemeyecek derecede can ve mal kaybına sebep olmuştur. Günümüzün dünyasında yapı tasarımında en önemli konulardan biri tasarlanan yapının depreme dayanıklı olarak inşa edilmesidir. Özellikle deprem kuşağında bulunan ülkelerde depreme dayanıklı yapılar tasarlanmaktadır. Teknolojinin hızlı bir biçimde gelişmesi ile birlikte yapısal analiz programları yardımıyla depreme dayanıklı yapı tasarımı geçmişe kıyasla daha kolay hale gelmiştir. Geliştirilmiş programlar ve yazılımlar sayesinde kısa zamanda hızlı ve doğru sonuçlara ulaşılmaktadır. İnşaat mühendislerinin en önemli mesleki sorumlulukları depreme dayanıklı yapı tasarımını en iyi şekilde benimsemek ve uygulamaktır. Deprem etkisi altında bir yapının deprem anında ve sonrası tamamen göçmesini önlemek, kalıcı hasar oluşumunu sınırlandırmak ve en önemlisi can kaybını engellemek için uygun yapı tasarımında yapılacak kontroller, ülkelerin yayınladıkları ve bir kaç senede bir yenilenen yönetmelikler ile mümkündür. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde depreme dayanıklı yüksek yapıların tasarımı için Dayanıma Göre Tasarım(DGT) ve Şekil Değiştirmeye Göre Değerlendirme/Tasarım(ŞGDT) olmakla iki ana hesap yaklaşımı verilmektedir. Bu kapsamda yönetmelikte bölüm 3.5.1'de Bina Yükseklik Sınıfı=1'e giren ve Deprem Tasarım Sınıfı 1, 2, 3, 3a, 4, 4a olan yeni yapılacak veya mevcut yüksek binalar, DD-2 deprem yer hareketi düzeyi altında Dayanıma Göre Tasarım yaklaşımı kullanılarak Normal Performans Hedefi olarak Kontrollü Hasar (KH) performans hedefini ve DD-1 deprem yer hareketi düzeyi altında Şekildeğiştirmeye Göre Değerlendirme/Tasarım yaklaşımı kullanılarak Normal Performans Hedefi olarak Göçmenin Önlenmesi (GÖ) performans hedefini sağlamalıdır. Bununla beraber DD-4 deprem yer hareketi düzeyi altında DGT tasarım yöntemi kullanılarak Kesintisiz Kullanım (KK) Normal Performans hedefi sağlanmalıdır. Diğer Deprem Tasarım Sınıflarına ve Bina Yükseklik Sınıfına bağlı olarak tasarıma esas Normal ve İleri performans hedefleri yönetmelikte belirtilmiştir. Amerikan ve Avrupa yönetmeliklerinde ise planda ve düşeyde düzenli tüm binalar için mod birleştirme yöntemi kullanılarak Dayanıma Göre Tasarım yaklaşımına göre hesap yapılmasına izin verilmektedir. Sayısal çalışmada dikkate alınan bina modeli örneği Türk yönetmeliğine göre yüksek yapı sınıfına ait olmakta ve BYS=1'dir. Deprem Tasarım Sınıfı ise 1 olmaktadır. Çalışma kapsamında deprem analizleri DD-2 deprem yer hareketi düzeyinde Dayanıma Göre Tasarım yaklaşımı kullanılarak üç yönetmeliğe göre gerçekleştirilmiş ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Yüksek lisan tezi olarak yapılan bu çalışmada yapısal analiz programı ETABS v19.1.0 kullanılarak ele alınan 3 bodrum, 1 zemin ve 30 normal kattan oluşan çok katlı betonarme bir yapının Türk yönetmeliklerinden TBDY2018 ve TS500, Amerikan yönetmeliklerinden ASCE7-16 ve ACI-2019 ve Avrupa yönetmeliklerinden Eurocode 8 ve Eurocode 2 ele alınarak ilgili yönetmeliklerin getirdikleri koşullar irdelenerek deprem analizleri yapılmış ve çıkan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yapılan tez çalışması altı bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünü oluşturan giriş bölümünde çalışmanın içeriği ve amaçlarından bahsedilmiştir. İkinci bölümde, en çok kullanılan taşıyıcı sistem türlerinden ve bu sistemlerin yatay ve düşey yükler etkisindeki davranışları incelenmiştir. Burada çerçeveli, perdeli, perdeli-çerçeveli, çekirdek ve tüp sistemlerden bahsedilmiştir. Sistemlerin özellikleri anlatılmış ve karşılaştırma yapılmıştır. Böylece belirli nitelikteki yapılar için en uygun sistemin seçilebilmesi için ana fikir oluşmuştur. Çalışma kapsamında ikinci bölümde çalışmada ele alınan yönetmeliklerden ve bu ilgili yönetmelikler gereği uygulanması gereken koşullardan bahsedilmiştir. Türk Yönetmelikleri olarak 2000 yılında yayınlanmış olan "Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları (TS500)" ile 2018 yılında yayımlanan "Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY2018)" ve 1997 yılında yayımlanan "Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri (TS498)" yönetmeliklerinden yararlanılmıştır. Deprem hesabında Amerikan Yönetmelikleri olarak betonarme yapıların tasarım konusundaki kuralları düzenleyen "American Concrete Instute " tarafından 2019 yılında düzenlenmiş olan "Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary (ACI-2019)" ele alınmıştır. Depreme dayanıklı yapılarında tasarımında 2016 senesinde yürürlülüğe giren "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE/SEI 7-16)" kullanılmıştır. Yapıların tasarımında kullanılan Avrupa yönetmelikleri, Avrupa Birliği üyesi ülkeler tarafından esas alınan Eurocode yönetmeliklerinden Eurocode 2 (EN 1992) ile Eurocode 8 (EN 1998) olmaktadır. Betonarme yapıların hesap ve tasarımda "Eurocode 2" , Depreme dayanıklı yapı tasarımında ise uyulması gereken koşullar "Eurocode 8" esas alınarak deprem hesapları gerçekleştirilmektedir. Yine bu bölümde ilgili yönetmeliklerde deprem hesaplarında dikkate alınacak tüm deprem parametreleri ve yapısal düzensizlikler açıklanmıştır. Deprem hesapları detaylı bir şekilde açıklanıp ve uygulamalarda en çok kullanılan statik hesap yöntemi olarak eşdeğer deprem yükü yöntemi ve dinamik hesap yöntemi olarak ise mod birleştirme yöntemlerine değinilmiştir. Analizlerde mod birleştirme yöntemi kullanılmış ve üç yönetmeliğe göre elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışmanın üçüncü bölümünde ise deprem hesabı yapılacak olan yapıya ait bilgiler ve deprem analiz sonuçları verilmiştir. Deprem analizleri yapılan bina İstanbul ili Kadıköy ilçesinde konumlanacağı varsayılmıştır. Koordinatlar enlem 40.990201° ve boylam 29.058031° olarak seçilmiştir. Kat yüksekliği 3.5 m olup ve kullanım amacı konut olarak belirlenen yapının taşıyıcı sistemi perdeli-çerçeveli taşıyıcı sistem olarak seçilmiştir. Bina her iki deprem doğrultusunda simetrik olarak modellenmiştir. Binanın X doğrultusundaki uzunluğu 44m, Y doğrultusundaki uzunluğu 32m olup, kat alanı 1408 m2 olarak hesaplanmıştır. Kat planı tüm katlarda aynı düzene sahiptir ve kolon boyutları yükseklik boyunca değişkenlik göstermektedir. Malzeme olarak C50 kalitesinde beton ile B420C donatı çeliği kullanılmıştır. Yine bu bölümde üç yönetmeliğe göre deprem hesabı detaylı bir şekilde yapılmıştır. Öncelikle hesaplarda kullanılacak DD-2 deprem yer hareketine göre tasarım depremi için kullanılacak parametreler açıklanmıştır. Daha sonra yapı üzerinde bulunması öngörülen sabit ve hareketli olmak üzere statik düşey yükler belirtilmiştir. Son aşama olarak ise deprem analizleri için gerekli olan parametreler ETABS programına girilmiştir. Analizlerin ilk aşamasında kolon, kiriş, döşeme ve perde gibi taşıyıcı yapısal elemanlara yönetmelikler gereği etkin kesit rijitlikleri girilmiş ve modal analiz sonucu bina periyot değerleri belirlenmiştir. Elde edilen periyot değerleri yönetmeliklere göre belirtilen sınır şartlarla karşılaştırılmış ve deprem analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucu elde edilen sonuçların yönetmeliklere göre kontrolleri yapılmış ve karşılaştırılmıştır. Son olarak ise üç yönetmeliğe göre verilen yük birleşimlerine göre yapılan hesap sonuçları elde edilen iç kuvvet büyüklükleri karşılaştırılmıştır. Dördüncü bölümde ise üç farklı yönetmeliğe göre deprem hesapları özetlenerek sonuçlar tablolar ve grafikler halinde gösterilerek karşılaştırmalar yapılmıştır. Öncelikle analizler sonucunda yönetmeliklere göre elde edilen periyot değerleri, yapıların inelastik kapasitelerinden yararlanabilmek ve ekonomik bir tasarım için yönetmeliklere göre belirlenen taşıyıcı sistem davranış katsayıları ve dayanım fazlalığı katsayıları ve bina toplam ağırlıkları karşılaştırılmıştır. Burada yönetmelikler gereği yapısal elemanlar için kullanılan etkin kesit rijitlikleri ve toplam bina ağırlığına göre her bir yönetmeliğe göre farklı periyot değerleri elde edildiği gözlemlenmiştir. Türk ve Avrupa yönetmeliklerinde bina toplam ağırlığı hesaplanırken yapısal elemanların kendi ağırlığı, yapı üzerinde bulunması öngörülen sabit yükler ve hareketli yüklerin belirli oranı dikkate alınırken, Amerikan yönetmeliğinde bazı özel durumlara dışında sadece yapısal eleman ağırlıkları ve ilave sabit yükler hesaba katılmıştır. Türk ve Amerikan yönetmelikleri ile yapılan kabuller, kontroller konusunda benzerlik gösterdiği görülmüştür. Bununla beraber Türk ve Avrupa yönetmeliğinde bulunan yerdeğiştirmeler yapı davranış katsayısı ile büyütülürken, Amerikan yönetmeliğinde davranış katsayısından bağımsız olarak deplasman büyütme katsayısı ile çarpılıp bina önem katsayısına bölünmesiyle hesaplanmıştır. Sonraki aşamalarda deprem hesap sonucunda elde edilen taban kesme kuvvetleri, yerdeğiştirmeler, ikinci mertebe etkileri ve tasarıma esas yük birleşimleri sonucu bulunan en elverişsiz iç kuvvet değerleri karşılaştırılmıştır.