Birbirine dik doğrultudaki dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin ortak kolonlarının gerekli dayanım bakımından incelenmesi

Abstract

Gelişen üretim metodları sayesinde, çelik malzemelerin üretiminde maaliyetlerin düşmesi ve çelik taşıyıcı sistemlerle yapılacak binalarda inşaat süresinin ciddi şekilde kısalması sebebiyle, Türkiye'de ve dünyada çelik taşıyıcılı yapılar daha yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Yatay yükleri karşılamak için kullanılan çelik taşıyıcı sistemler genel olarak; moment çerçeveli, merkezi çaprazlı ve dışmerkez çaprazlı çelik taşıyıcı sistemler olarak üçe ayrılır. Moment aktaran çelik çerçeve sistemler, geniş kullanım alanları sağlamalarına rağmen, yapı yüksekliğinin artmasıyla yatay yer değiştirmelerin sınırlandırılmasında yetersiz kalmaktadır. Merkezi çaprazlı çelik çerçeveler ise, yatay yerdeğiştirmeyi önleme konusunda ciddi avantajlara sahip olmakla beraber, çerçevenin bulunduğu akslarda geçişleri sınırlandırmaktadır. Hem bu dezavantajlı durumu önlemek, hem de deprem ve rüzgar etkisi gibi, yatay etkilerden kaynaklı yerdeğiştirmelerin sınırlandırılması amacı ile düzenlenen ve yapıya önemli ölçüde elastik rijitlik ve yüksek enerji sönümleme kabiliyeti kazandıran dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveli yapı taşıyıcı sistemleri, tasarımda sıklıkla tercih edilmektedir. Dışmerkez çaprazlı çelik taşıyıcı sistemler, özel olarak tasarlanan ve boyutlandırılan, bağ kirişi adı verilen özel elemanın, öngörülen yatay ve düşey yük etkileri altında önemli ölçüde plastik şekildeğiştirme yapabildiği ve bu plastikleşme sırasında, sistemdeki diğer tüm birincil elemanların (kolonlar, çaprazlar) doğrusal elastik bölgede kaldığı sistemlerdir. Bu özellik sisteme, bağ kirişinin yeterince kısa teşkil edilmesi sureti ile kazandırılır. Yüksek plastik şekildeğiştirme kapasitesine sahip dışmerkez çaprazlı çelik sistemler daima süneklik düzeyi yüksek sistemler olarak göz önüne alınır. Özel olarak tasarımı yapılan bağ kirişlerinin mesnetlendiği kolonların tasarımına da aynı ölçüde dikkat edilmesi gerekmektedir. Tasarım aşamasında, özellikle birbirine dik doğrultudaki dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin ortak kolonlarının gerekli tasarım dayanım taleplerinin belirlenmesinde yetersizlikler olabileceği düşünülmektedir. Bu çalışma kapsamında, tipik çok katlı bir çelik bina taşıyıcı sistemi esas alınarak ilgili ortak kolonlar gerekli dayanım bakımından incelenmiştir. Birbirine dik yöndeki deprem etkilerinin her ikisine birden maruz kalan köşe kolonların dayanım taleplerinin belirlenmesi amacı ile; 24 m ve 35 m plan boyutlarına sahip, kat yükseklikleri eşit ve 3.5 m, bina yüksekliği 28 m olan çelik taşıyıcı sisteme, dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler, her iki deprem doğrultusu için de simetrik ve eşit olarak yerleştirilerek yapısal sistem oluşturulmuştur. Bağ kirişi, çapraz ve kolon enkesitleri süneklik düzeyi yüksek elemanlar için verilen koşulları sağlayacak şekilde seçilmiştir. Bağ kirişi boyları, ilgili yönetmeliklerin tasarım kriterlerine uygun olarak düzenlenmiş, kısa bağ kirişi kullanılarak (e≤1.6Mp/Vp) yapının yüksek sünek olması sağlanmıştır. İkincil (Tali) kirişler, bağ kirişlerinin uç bölgelerini yanal doğrultuda destekleyecek şekilde düzenlenmiştir. Bağ kirişlerinin gerekli dayanım talepleri, genel analiz yöntemiyle, yaklaşık ikinci mertebe etkileri gözönüne alınarak ve ilgili yük kombinasyonları altında en elverişsiz sonuçları veren yüklemeler kullanılarak belirlenmiş olup, bağ kirişlerinin dönme açıları 0.08 radyan ile sınırlandırılmıştır. Çapraz elemanların dayanım talepleri, ilgili yük kombinasyonları altında en elverişsiz sonuçlardan elde edilen iç kuvvetlerin, bağ kirişlerinin kesme kapasitelerinin deprem etkileri altında oluşan iç kuvvet taleplerine bölünmesi sureti ile hesaplanan, dayanım fazlalığı katsayısı ile büyütülerek belirlenmiştir. Dışmerkez çaprazlı çerçevelere ait kolonların gerekli eksenel kuvvet talepleri, bulundukları katın üzerinde bulunan bağ kirişlerinin kesme kuvveti kapasitelerinin, deprem yönü gözetilerek süperpoze edilmesi ile belirlenmiştir (Ortak kolonlar için bu dayanım; bir doğrultudaki bağ kirişi kesme kapasitelerinin tamamı ve göz önüne alınan doğrultuya dik doğrultudaki bağ kirişi kesme kapasitelerinin %30'unun toplanması sureti ile elde edilen dayanım talebi ile, hesap doğrultusu 90 derece döndürülerek elde edilen dayanım talebinin büyüğü olarak dikkate alınmıştır). Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz için, yapının yapılacağı bölgenin deprem karakteristiklerine uyumlu olacak şekilde (Tasarım depremi ile uygun büyüklükte, kırılma mekanizması yanal atımlı olan) 11 deprem kaydı seçilmiştir. Her bir deprem kaydı takımının iki yatay bileşenine ait spektrumların karelerinin toplamının karekökü alınarak bileşke spektrum elde edilmiştir. Tüm bileşke spektrumların ortalamalarının 0.2Tp - 1.5Tp aralarındaki genlikleri, DD-2 deprem düzeyi için belirlenen tasarım hedef spektrumunun aynı periyot aralığındaki genliklerinin 1.3 katından küçük olmayacak şekilde deprem kayıtları basit ölçekleme yöntemiyle ölçeklenmiştir.