Yüksek Binaların 2007 Türk Deprem Yönetmeliği Ve İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği'ne Göre Tasarımı Üzerine Sayısal Bir İnceleme

Abstract

Yapı sistemlerinin deprem etkileri altındaki yapısal performanslarının belirlenmesinde, doğrusal ve doğrusal olmayan hesap yöntemleri kullanılabilmektedir. Doğrusal hesap yöntemleri dayanım esaslı, doğrusal olmayan hesap yöntemleri ise şekildeğiştirme ve yerdeğiştirme esaslıdır. Doğrusal teoriye göre hesapta, malzemenin doğrusal-elastik, yerdeğiştirmelerin çok küçük olduğu varsayılmakta ve bu varsayım ile süperposizyon ilkesi uygulanabilmektedir. Doğrusal olmayan hesapta ise malzemenin doğrusal-elastik sınır ötesindeki davranışı hesaba katılmakta, diğer bir deyişle, bünye bağıntılarının doğrusal olmadığı gözönünde tutulmaktadır. Bunun sonucunda, doğrusal olmayan teoride süperpozisyon ilkesi uygulanamamaktadır. Yapı mühendisliğindeki ve malzeme bilimindeki gelişmeler, bilgisayar teknolojisindeki ilerlemeler mühendislerin deprem hareketlerini ve depremin yapılar üzerindeki etkilerini daha gerçekçi ve aslına uygun olarak belirlemesine katkıda bulunmaktadır. Bu gelişmeler, yapı sistemlerinin deprem etkileri altındaki doğrusal olmayan davranışlarının daha yakından izlenmesine ve göçme güvenliklerinin daha gerçekçi bir şekilde belirlenmesine de olanak sağlamaktadır. Bu tez kapsamında, betonarme binaların can güvenliği deprem performansının 2007 Deprem Yönetmeliği’ nde tanımlanan doğrusal yöntemlerle ve henüz taslak aşamasında olan İstanbul İli Yüksek Binalar Yönetmeliği’ nde tanımlanan doğrusal olmayan yöntemlerle belirlenmesi amacına yönelik olarak, 42 katlı, üç boyutlu bir bina taşıyıcı sistem modeli boyutlanarak analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Altı bölümden oluşan yüksek lisans tezimin birinci bölümü, konunun açıklanmasına ve konu ile ilgili çalışmaların gözden geçirilmesine ayrılmış, çalışmanın amacı ve kapsamı hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde, yapı sistemlerinin doğrusal ve doğrusal olmayan davranışları incelenmiş, doğrusal olmayan sistemlerin hesap yöntemleri gözden geçirilmiştir. Malzeme bakımından doğrusal olmayan betonarme sistemlerinin iç kuvvet-şekildeğiştirme bağıntıları verilmiş, doğrusal olmayan şekildeğiştirmelerin belirli kesitlerde toplandığı varsayımına dayanan plastik mafsal hipotezi ve doğrusal olmayan şekildeğiştirmelerin sistem üzerinde yayılı olduğunu gözönüne alan fiber eleman analojisi irdelenmiştir. Bu kapsamda bina taşıyıcı sistemlerinin doğrusal olmayan davranışları incelenmiş ve bu davranış üzerinde etken olan faktörler açıklanmıştır. Bunun yanında, dinamik analizde kullanılan deprem kayıtlarının seçimi ve ölçeklendirilmesi konusunda bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde binaların performansa dayalı tasarımı hakkında genel bilgi verilmiştir. 2007 Türk Deprem Yönetmeliği’ nde yer alan bina deprem performans düzeyleri ve kullanılan analiz yöntemleri gözden geçirilmiş, bu çalışma kapsamında kullanılan Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Analiz Yöntemi açıklanmıştır. Dördüncü bölümde, yüksek binaların performansa göre tasarımı konusundaki çeşitli uluslararası yaklaşımlar irdelenmiştir. Bu bağlamda, İstanbul İli Yüksek Binalar Yönetmelik Taslağı ile özellikle Amerika’ da depremselliği yüksek olan Los Angeles şehri için hazırlanmış olan yüksek binalar yönetmelik taslağı hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bölüm sayısal incelemelere ayrılmıştır. 42 katlı bir binanın üç boyutlu bir hesap modeli hazırlanmış, DBYBHY-2007 de yer alan doğrusal yöntemle tasarımı ve İstanbul İli Yüksek Binalar Yönetmeliği Taslağı’ nın can güvenliği hedef performans seviyesine göre doğrusal olmayan analizi yapılmıştır. Altıncı bölüm bu tez kapsamında varılan sonuçları içermektedir. Çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar bu bölümde açıklanmış ve değerlendirilmiştir.

The performance of structural systems under earthquake effects can be determined by linear and non-linear evaluation methods. The linear evaluation methods are based on strength and the non-linear evaluation methods are based on deformation and displacement. According to the linear evaluation theory, it is assumed that the material is linear-elastic and the deformations are small, so that the principle superposition can be applied to the analysis. In the non-linear evaluation approach, however, the behaviour of material beyond the linear- elastic limit is considered; therefore the relationships are not linear. Consequently, the superposition principle cannot be applied in non-linear analysis. Developments in structural engineering, computer technology and the material science help engineers to be familiar to the earthquake motions and the effects of earthquake on buildings in a more realistic and accurate way. These developments with the observation of the non-linear behaviour of structural systems in an earthquake, enable engineers to accomplish more realistic designs. In the scope of this thesis, a 42 storey - tall building structure is designed for the life safety seismic performance, by means of the linear methods of TDY 2007. Then the seismic performance of the structure is evaluated by the nonlinear methods of Istanbul Seismic Design Code for Tall Buildings and results are compared. The present master thesis is composed of six chapters. The first chapter is designated for the brief explanation of the subject and the examination of the previous works done about the scope. The aim and the scope of the study is explained in this part. In the second chapter, information about the general principles of the linear and non-linear evaluation methods and the assumptions on which these methods are based on, are given. The strain-stress relationships of the non-nonlinear reinforced concrete material are explained; also plastic hinge hypothesis and the fiber member analogy are given. Moreover, factors that affect the non-linear behaviour of structural systems are examined. Furthermore, selection and scaling for real earthquake ground motion records are explained briefly. The third chapter gives information on the performance based design and assessment of structures. Performance levels and performance assessment methods are explained briefly. Also the method of Nonlinear Analysis Method in the Time Domain, which is also utilized for the numerical study introduced during this thesis, is explained. In the fourth chapter, international regulations and draft reports for performance assessment of tall buildings are explained. At this way, the Istanbul Seismic Design Code for Tall Buildings and the other tall building codes, especially for the city of Los Angeles which have high intensity for the earthquake hazard in the U.S.A are explained. The fifth chapter is devoted for the numerical investigations. A three dimensional structural model of a 42 storey building is designed by the strength based linear method given by the TDY-2007. Then, the non-linear method of the Istanbul Seismic Design Code for Tall Buildings is used for the Life Safety Performance Level evaluation of the building structure. The results are compared and evaluated. The sixth chapter is the final chapter and is devoted to the results of the study. Main findings of the study, the examination of the results of this study are explained in this chapter.