Betonarme yüksek bir yapının yatay yük analizi

Abstract

Yatay kuvvetler; rüzgâr veya zemin titreşimlerinin oluşturduğu atalet kuvvetleri, yapıyı kopmaya ve eğilmeye zorlar. Yapının taşıyıcı elemanları bu kuvvetlere karşı koyacak şekilde boyutlandırılıp konumlandırılmalıdır. Yapının yüksekliği ile rüzgâr ve deprem yükleri arttıkça, yatay yükleri taşıyacak özel taşıyıcı sistemler seçmek gerekir. Bu sistemlerden rijit çerçeve sistemi orta yükseklikteki ve alçak yapılar için uygundur. Yapı yüksekliği arttıkça rijit çerçeve, çapraz bağlarla güçlendirilmeli veya rijit çekirdeklerle desteklenmelidir. En uygun yüksek yapı taşıyıcı sistemlerinden biri yanal kuvvetleri karşılamada yapının çevresinden de yararlanılan tüp sistemlerdir.Yatay yüklere karşı güvenli taşıyıcı sistem tasarımı için temel ilkeler dayanım, rijitlik ve sünekliktir. Dayanım; taşıyıcı sistem elemanların yatay ve düşey yüklerden kaynaklanan yükleri güvenle taşımasıdır. Yeni deprem yönetmeliğinde dayanımı sağlamak için kapasite tasarım ilkesi benimsenmiştir. Yapı için yeterli bir rijitlik; ikinci mertebe momentlerini mümkün olduğunca küçültmek, sıkça oluşan depremlerde yapısal olmayan hasarları azaltmak, aletlerin çalışmasına engel olacak ve insanları rahatsız edecek deformasyonları önlemek için gereklidir. Yapıda oluşacak deprem enerjisinin bir kısmını plastik aşamada tüketmek ve yapı maliyetini düşürmek için betonarme taşıyıcı sistemlerin ve onu oluşturan eleman, kesit ve malzemelerin sünek davranış gösterecek şekilde tasarlanması gerekir.Bu çalışmada, rüzgâr yüklerinin bazı durumlarda taşıyıcı sistem tasarımı için daha kritik olması nedeniyle bu etkinin önemini göstermek amacıyla öncelikle özet bilgi içeren TS498 ve daha detaylı olan ASCE 7-02' ye göre rüzgâr yükleri incelenmiştir. Sonuçta ASCE 7-02'ye göre rüzgâr hesabı bölge farklarını, topoğrafik şartları, binanın önem durumunu dikkate aldığı için ve TS498 meteoroloji kayıtları ile çeliştiği için ASCE 7-02 daha gerçekçi bulunmuştur.Ayrıca 210 m yüksekliğindeki bir yapıda TS 498' e ve ASCE 7-02 `ye göre rüzgâr hesabı yapılarak büyük olan değer yapıya statik rüzgâr yüklemesi olarak verilmiştir. Aynı zamanda bu yapıya 1. ve 4.derece deprem durumuna göre mod birleştirme yöntemi kullanılarak deprem yükü de etkitilmiştir. Sonuçta rüzgâr yüklemesinden oluşan yapı taban kesme kuvvetleri 4. derece deprem yüklemesinden oluşan taban kesme kuvvetlerinden yüksek çıktığından yapı taşıyıcı sistem tasarımının rüzgâr yüklerine göre yapılması gerekmektedir. Bu nedenle TS498 standardının değiştirilmesi tavsiye edilmiştir.Anahtar kelimeler: Betonarme Yüksek Yapı Tasarımı, Yüksek YapıTaşıyıcı Sistemleri, Deprem Yükleri Hesap Yöntemi,Rüzgâr Yükleri Hesap Yöntemi, TS498, ASCE 7-02.

Horizantal forces, wind or intertia forces formed by wind or ground vibrations coerce construction to either fall off or bend. Carrying elements of the construction shall be sized and positioned so as to withstand against these forces. As earthquake and wind load of a construction increases with its height, special carrying systems to carry horizantal load should be selected. Of these systems, rigid frame system is appropriate for mid to low height constructions. As height is increased, rigid frame is supposed to be strenghtened with diagonal elements or supported with rigid cores. One of the most appropriate tall buildings carrying systems for withstanding against horizantal forces is tube systems, in which surrounding of the construction is also utilized.Fundamental principles in the design of safe carrying systems against horizantal forces are endurance, rigidness and ductility. Endurance is the safe carrying of horizantal and vertical loads by carrying system elements. In recent earthquake by law, capacity design principle has been considered to ensure endurance. A sufficient rigidness for the construction is required to shrink second order moments as much as possible, to decrease unstructured damages after frequent earthquakes and to prevent deformations that can hinder functioning of equipments and bother people. For the purpose of consuming some of earthquake energy in the plastic stage and lower construction costs, reinforced concrete of carrying systems and its elements, section and materials shall be designed so that they behave ductily.In this thesis, given that wind loads, in some cases, can be critical in design of a carrying system and with the aim of demonstrating the importance of this effect, wind loads according to brief TS498 and to more detailed ASCE 7-02 methods have been examined. The results show that wind load calculation with ASCE 7-02 is more realistic since it considers regional differences, topographical conditions and importance of the construction and also TS498 contradicts with meteorolgy records.Additionally, in a 210 m high construction wind load was calculated according to both TS498 and ASCE 7-02 methods and bigger of the figures was given to the consruction as static wind load. Furthermore, earthquake load was given to this building using modal analysis method according to first and fourth degree earthquake situation. Consequently, as building base shear forces formed by wind was found to be higher than that of formed by fourth degree earthquake load, it is concluded that construction carrying systems should be designed based on wind loads. For this reason it is advised that TS498 standart be changed.Key words: Design of Reinforced Concrete of Tall Buildings, TallBuildings Carrying Systems, Method for Calculation ofEarthquake Load, Method for Calculation of Wind Load,TS498, ASCE 7-02.