Mevcut betonarme bir binanın deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi ile belirlenmesi, güçlendirme önerileri ve maliyet analizi

Abstract

Deprem, yer kabuğu içinde beklenmedik bir anda meydana gelen kırılmalar nedeniyle ani olarak ortaya çıkan titreşimlerin dalgalar halinde yayılarak geçtikleri ortamları sarstığı bir doğa olayıdır. Depremler oluşum süreçleri ve etki mekanizmaları bağlamında tahmin edilemez ve önlenemeyen doğa olaylarıdır. Ülkemiz tektonik konumu itibariyle dünyanın en etkin deprem kuşaklarından birinin üzerinde yer almaktadır. Geçmiş yıllarda ülkemizde birçok yıkıcı deprem olduğu bilinmektedir. Son yıllarda gerçekleşen 17 Ağustos 1999 Gölcük, 12 Kasım 1999 Düzce, 23 Ekim 2011 Van depremleri, gelecek yıllarda oluşabilecek şiddetli depremlerin birer örneği niteliğindedir. Ülkemizin %92'sinin deprem bölgeleri içerisinde bulunması ve mevcut yapıların çoğunun yeterli denetim altında standartlara uygun inşa edilmemiş olması, muhtemel büyük bir deprem için ciddi bir risk teşkil etmektedir. Bu bağlamda, mevcut yapıların deprem performanslarının değerlendirilmesi ve gerekli tedbirlerin alınması önem arz etmektedir. İnşaat mühendisliği alanında son yıllarda yapılan araştırma ve geliştirmelerin teknolojiyle entegre edilmesi, yeni yöntem ve standartların ortaya çıkmasını sağlamıştır. Güncel deprem haritalarının oluşturulması bu gelişmelerden biridir. Mevcut veya yeni yapıların deplasman esaslı hesap ve değerlendirmesi için doğrusal analiz yöntemleri kullanmak yerine yapıların deprem davranışını daha gerçekçi yansıtabilen doğrusal olmayan analiz yöntemlerinin kullanılması da önemli bir standart haline gelmiştir. Bu bağlamda mevcut yapıların günümüz standart ve esaslarına uygun şekilde kontrollerinin sağlanması, mevcut güncel yönetmeliğimizin belirlediği şartları sağlamadığı takdirde gerekli önlemlerin alınması son derece önemlidir. Yüksek lisans tezi kapsamında, 1 Ocak 2019 tarihi itibari ile yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 uyarınca mevcut bir yapının deprem performansı değerlendirmesi yapılmıştır. Deprem performansı değerlendirmesinde TBDY-2018 (Bölüm 15)'de bulunan deprem etkisi altında mevcut bina sistemlerinin değerlendirilmesi ilişkin kurallar esas alınmıştır. Mevcut kurallar ve hesap esasları doğrultusunda, zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi kullanılarak bodrum kat dahilinde 5 katlı betonarme bir yapının deprem performansı değerlendirmesi yapılmıştır. Mevcut yapı için seçilmiş deprem verileri kullanılarak gerçekleştirilen analizler sonucunda yapının yönetmelikçe belirtilen şartları sağlamadığı tespit edilmiştir. Bu doğrultuda mevcut yapı için iki farklı güçlendirme çalışması TBDY-2018 (Bölüm 15.10)'da bulunan betonarme binaların güçlendirmesine ilişkin esaslar takip edilerek gerçekleştirilmiştir. Birinci bölümde, tez çalışmasının girişi ve mevcut tezin amacı hakkında genel bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde, doğrusal olmayan davranış ile ilgili genel açıklamalara ve detaylara yer verilmiştir. Doğrusal olmayan davranışın modellenmesi kapsamında malzeme ve sistem davranış modelleri ile ilgili bilgiler verilmiştir. Mevcut tezde kullanılan, zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemine ilişkin bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde, mevcut yapının genel bilgileri ve teknik özelliklerinden bahsedilmiştir. Mevcut yapının, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği TBDY-2018 yaklaşımı ile özellikleri belirlenmiş ve analiz kapsamında gerekli olan kriterler incelenmiştir. Yapının bulunduğu bölge özelinde geçmişte gerçekleşen deprem kayıtları tespit edilmiş ve mevcut yapı analizlerinde kullanılacak sahaya özgü deprem kayıtları seçilmiştir. Dördüncü bölümde, mevcut yapının deprem performans analizi bilgisayar programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Mevcut yapının doğrusal olmayan hesap modeli için uygulanan adımlar detaylı olarak belirtilmiştir. Beton ve çelik malzemelerinin doğrusal olmayan davranış modelleri belirlenmiştir. Mevcut yapının taşıyıcı sistem elemanlarının davranış modelleri tanımlanmıştır. Kolon ve kiriş elemanların davranış modelleri oluşturulması kapsamında yığılı plastik davranış modeli seçilmiş ve eleman açıklık uçlarına plastik mafsallar ETABS programı kullanılarak atanmıştır. Betonarme perde elemanlar için ise doğrusal olmayan davranış modeli olarak yayılı plastik davranış modeli kullanılmıştır. Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz için seçilen ölçeklendirilmiş on bir adet deprem kayıtları dik iki doğrultuda olacak şekilde ETABS analiz programına tanımlanmıştır. Mevcut betonarme sistem elemanlarının etkin kesitlik rijitlikleri ve izin verilen şekil değiştirme sınırları yönetmelikteki esaslar takip edilerek belirlenmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda, taşıyıcı elemanlar için plastik dönme ve plastik şekil değiştirmeler kullanılarak elemanların hasar bölgeleri tespit edilmiştir. Analiz sonucunda elemanların kesme kuvveti dayanımlarını belirlemek adına kesme kuveti kontrolleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar kapsamında mevcut yapının Kontrollü Hasar (KH) performans düzeyine uygun olmadığı tespit edilmiş ve güçlendirme kararı alınmıştır. Beşinci bölümde, yönetmelikteki esaslar temel alınarak iki farklı güçlendirme yöntemi belirlenmiştir. Belirlenen güçlendirme seçenekleri mevcut yapı modeline uygulanmış ve dördüncü bölümde gerçekleştirilen analizler, güçlendirilmiş mevcut yapı modelleri için de tekrar edilmiştir. Güçlendirilmiş mevcut yapının taşıyıcı elemanları eğilme güvenliği ve kesme güvenliği kontrolleri kapsamında incelenmiştir. Güçlendirme sonrası mevcut yapının deplasman değerleri kontrol edilmiş ve yapının deplasman rijitliğini sağladığı görülmüştür. Bu bilgiler ışığında uygulanan güçlendirme teknikleri, mevcut yapının yönetmelikçe uygun görülen performans düzeyini sağladığı görülmüştür. Ayrıca bu iki güçlendirme yönteminin güvenlik, uygulanabilirlik ve ekonomik yönden karşılaştırılması yapılmıştır. İlgili çalışmanın altıncı bölümünde, iki farklı seçilen güçlendirme işlemleri için yaklaşık maliyet analizi, piyasa araştırması yapılarak ve aynı zamanda "İnşaat Birim Fiyatlarına Esas İşçilik – Araç ve Gereç Rayiç Listeleri" baz alınarak hesaplanmıştır. Mevcut betonarme yapının, günümüz şartlarına uygun olarak aynı mimari özelliklere sahip bir şekilde inşa edilmek istenildiği durumda maliyet analizi belirlenmiştir. Güçlendirme işlemlerinin maliyetleri ve mevcut binanın yeniden inşası için çıkan maliyetler birlikte yorumlanmıştır.