Ayarlı kütle sönümleyici ekli betonarme bir bina üzerinde fizibilite analizi

Abstract

Binalar tasarlanırken statik yüklerin yanı sıra dinamik yükler de göz önünde bulundurulur. Depremden kaynaklı dinamik kuvvet tepkilerini azaltmak için ülkelerin deprem yönetmelikleri ve şartnameleri olmakla birlikte yeni bilgilerle birlikte yenilikler ve revizyonlar gelmektedir. Depremler, birçok yapı türünde titreşim sorunlarına neden olarak aşırı ivmelenmelere ve yer değiştirmelere sebebiyet vererek yapının hizmet verebilirliğini kaybetmesine neden olabilir. Yer hareketleri sırasında yapısal davranışı iyileştirmek için sismik sönümleyici tasarımına ilişkin farklı fikirler önemli ölçüde geliştirilmiştir. Sismik sönümleyici, sismik olaydan sonra yapıların güvenliğini ve hizmet verilebilirliğini güvence altına almak için önemli bir yeniliktir. Bu nedenle, geleneksel tasarımlar yerini modern şemalara bırakmakta ve yeni çözümler önerilmektedir. Depremler sırasında yapısal tepkiyi azaltarak binaları olası hasarlardan korumak için sismik sönümleyiciler bu amaçla kullanılabilir. Yeni yüksek mukavemetli malzemelerin ve sert hafif yapısal bileşenlerin ortaya çıkışı, giderek daha ince olan yüksek binaların tasarlanmasını ve inşa edilmesini mümkün kıldı. Bu yapılar, sıkışık modern şehir merkezlerinde verimli arazi kullanımı sağlarken, diğer avantajların yanı sıra malzeme kullanımı, yerinde nakliye ve derin temeller için azaltılmış gereksinimler yoluyla inşaat maliyetini düşürür. Bununla birlikte, binalar dinamik etkiler karşısında salınım eğilimindedir. Bu salınımlar, orta dereceli deprem hareketi altında (yani hizmet verilebilirlik sınır durumunda) yaşayanların konfor eşiklerini aşan kat ivmeleri oluşturarak işlevsellik kaybına ve aksama süresine yol açabilir. Geleneksel güçlendirme ile titreşimlere duyarlı binaların yanal rijitliği artırmak, genel hizmet verilebilirlik sınır durumu performansını en yüksek kat ivmeleri ile ilişkili olarak iyileştirmez. Bu yaklaşımın önemli bir dezavantajı, yapı ne kadar rijit olursa, artan rijitlik nedeniyle depremlerin ürettiği kuvvetin o kadar büyük olması ve dolayısıyla yapının doğal frekansını arttırmasıdır. Geçmiş deprem verilerine bakıldığında büyük ölçekli depremlerin betonarme yapılarda kalıcı hasarlar ve göçmelere yol açtığı, küçük ve orta ölçekli depremlerde yapısal ve yapısal olmayan elemanlarda farklı derecede hasarlara yol açtığı görülmüştür. Sonuç olarak, bir deprem sırasında bina elemanlarının önemli hasar görme olasılığı vardır. Bu nedenle, hareket kontrolü için sönümleme cihazları binalara sağlanır ve performansa dayalı bir deprem mühendisliği çerçevesi dahilinde bina kodları ve yönergelerinde belirtilen bina sakinlerinin konfor gereksinimlerini karşılamak için uygun şekilde tasarlanır. Binaların sismik direncini artırmak için hem katlar arası ötelenmeleri hem de kat ivmelerini kontrol eden yapısal bir çözüm gereklidir. Binaların depreme karşı güçlendirilmesine yönelik en yaygın yaklaşım, sismik sönümleyici elemanlarının yerleştirilmesidir. Pasif kontrol yöntemi olan ayarlı kütle sönümleyici yardımcı bir kütle, yay ve sönümleyici içermektedir. Ayarlı kütle sönümleyicinin frekansı yapının hakim frekansına yakın ayarlanmakta ve yapının kinetik enerjisini kendisine aktararak yapının titreşimini sönümlemeyi sağlamaktadır. Bu çalışmada, farklı kat adetlerine sahip betonarme binaların deprem performansı ve proje bütçesi, yapıda sönümleyici bulunan ve bulunmayan iki durum için karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Depremler sırasında titreşimleri kontrol etmesi, en üst katta maksimum yatay yer değiştirmenin azaltılması için ayarlı kütle sönümleyicinin kullanımı irdelenmiş, ilaveten sismik uyarım altında 5 ve 10 katlı betonarme binaların katlar arası ötelenmesi senaryosu dikkate alınarak araştırılmıştır. Binalar Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'e göre modellenmiştir. Ayarlı kütle sönümleyici ekli bina ile konvansiyonel (geleneksel) bina için yanal yer değiştirmeler, katlar arası ötelenmeler gibi deprem parametrelerini belirlemek için yapıların sismik davranışı zaman-tanım alanında analiz edilmiştir. Modelleri test etmek için yapısal mühendislik yazılımı SAP 2000 kullanılmıştır. Bu tezde, büyük depremlere karşı bir önlem olarak bir ayarlı kütle sönümleyicisinin (TMD) gereksinimlerini incelemek için kullanım amacı konut olan 5 ve 10 katlı betonarme model kullanılmıştır. Betonarme bina modelleri 17 Ağustos 1999 tarihli 7,51 büyüklüğündeki Kocaeli deprem kaydına maruz bırakılmıştır. Elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurularak ayarlı kütle sönümleyicilerin, binaların deprem performansını arttırmada büyük bir katkısı olduğu görülmüştür. İkinci olarak, yapıların finansal kısmına odaklanılmıştır. Maliyet, yapının tasarım sürecinde karar vermede önemli bir role sahiptir. Maliyet analizi; mühendislik, tasarım, ihale ve inşaat yönetimi gibi inşaatın tüm süreçlerinde temel bir role sahiptir. Her inşaat projesi benzersiz olduğundan, maliyet tahminleri projeden projeye farklılık göstermektedir. Yapı malzemelerinden tasarım yöntemine kadar birçok parametre projenin maliyetini büyük ölçüde etkilemektedir. Ayrıca, sönümleyici uygulaması gibi nispeten yeni yöntemlerin kullanılması proje bütçesini önemli ölçüde değiştirebilir. Bu çalışmada hem konvansiyonel hem de sismik sönümleyici dahil bina için proje bütçesi hesaplanmıştır. Maliyet tahmini yaklaşımı, aktivite bazlı maliyet analizi olarak seçilmiştir. Aktivite bazlı maliyet analizi, faaliyetler aracılığıyla maliyetleri tahmin etme ve analiz etme yöntemi olarak tanımlanır ve karlılığın net bir resmini verir. Aynı yapısal özelliklere sahip iki referans binadan, ayarlı kütle sönümleyici yerleştirilerek yapısal tasarımı yapılmış olan binanın maliyetinin daha fazla olduğu açıktır. Fakat uzun vade göz önünde bulundurulduğunda ayarlı kütle sönümleyici dahil binanın geleneksel binaya kıyasla daha avantajlı olacağı beklenmektedir. Uygulanan zaman tanım analizi ve hesaplanan proje maliyeti elde edilen veriler dahilinde karşılaştırmalı olarak irdelenmiştir. Karşılaştırmalar analiz ve sonuç bölümünde verilmiştir.