Dolgu duvarların düşük ve orta yükseklikteki betonarme binaların sismik davranışı üzerine etkilerinin doğrusal elastik olmayan analizle belirlenmesi

Abstract

Ülkemiz yapı stokunun büyük bir kısmını oluşturan düşük ve orta yükseklikteki betonarme binalarda dolgu duvarlar proje tasarımında taşıyıcı eleman olarak dikkate alınmamaktadır. Bu yüzden deprem gibi yatay yükler altında dolgu duvarın yapı davranışı üzerinde etkilerinin araştırılması gerekmektedir. Çalışmanın amacı mevcut binalarda bulunan dolgu duvarların katkılarının, zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan analiz kullanarak belirlenmesidir. Duvar etkisinin belirlenmesi için yönetmelikte belirtilen özellikteki taşıyıcı duvarların dikkate alınmadığı ve alındığı referans binalar belirli parametreler değiştirilerek kıyaslanmıştır. Bu sebeple düşük ve orta yükseklikteki mevcut binaları temsil eden 2, 4 ve 7 katlı binalar 1975 ve 1998 Afet Yönetmeliklerine göre 1. derece deprem bölgesinde Z3 zemin sınıfı üzerinde olduğu varsayılarak tasarlanmıştır. Tasarım sonrası mevcut binalardaki farklılıkları yansıtması için her bir yönetmelik için iki farklı beton dayanımı dikkate alınmıştır. Çalışmada 12 adet dolgu duvar dayanımının dikkate alındığı ve alınmadığı 3-B bina modeli, x ve y gibi iki asal doğrultuda doğrusal elastik olmayan zaman tanım alanında analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında zemin grubuna bakılmaksızın ileri yönlenme etkili ve dört zemin grubu üzerinde kaydedilen 41 adet ölçeklendirilmemiş ve 24 adet ölçeklendirilmiş ivme kaydı kullanılarak toplamda 3120 adet analiz sonucu değerlendirilmiştir. Analizler sonucunda duvar etkisinin dikkate alınmadığı ve alındığı bina modellerinde oluşan taban kesme kuvveti, tepe noktası ötelenme ve maksimum göreli kat ötelenme oranı gibi parametreler karşılaştırılmıştır. Ayrıca modeller TSD sisteme çevrilerek seçilen ivme kayıtları ile doğrusal elastik olmayan zaman tanım alanında analiz edilmiştir. TSD sistem sonuçları ile 3-B bina modellerinin sonuçları tepe noktası ötelenme oranı açısından kıyaslanmıştır. Elde edilen bulgular dolgu duvarların özellikle 2 katlı binalarda dayanımı arttırarak deplasman taleplerini azalttığı görümüştür. 4 katlı binalarda dayanıma katkısının olduğu ancak bu katkının deprem ivme kayıtlarının özelliklerine bağlı olarak deplasman taleplerini bazen artırdığı bazen de azalttığı tespit edilmiştir. 7 katlı binalarda ise duvar katkısının önemli bir etkisi olmadığı görülmüştür. Ayrıca TSD sistemler tepe noktası deplasmanlarını %15-20 gibi güvenli tarafta kalacak şekilde yüksek tahmin etmektedir. Ayrıca çalışmada 2 katlı binaların dışında kalan 4 ve 7 katlı binalarda göreli kat ötelenme değerleri tepe noktası ötelenme oranının yaklaşık %50-60 fazlası olarak bulunmuştur.

The low and mid-rise reinforced concrete buildings ara major part of existing building stock. The infill walls of these buildings are not considered as structural elements in the design. Therefore, it is necessary to investigate the effects of the infill walls on behavior of existing buildings subjected to seismic loads. The aim of this study is to determine the effects of the infill walls using nonlinear time history analysis. Reference buildings with and without wall contribution of load carrying walls according to Turkish Earthquake Code are considered by changing several parameters to determine the wall contribution. For this reason, 2, 4 and 7 story buildings representing low and mid-rise RC buildings are designed according to 1975 and 1998 Turkish Earthquake Code assuming that buildings are in high seismic region of Turkey and on Z3 soil type. After design, two different concrete strength values for each code are considered to represent different concrete strength values in existing building stock. In the current study total of 24 building models with and without walls as load carrying elements are taken into account. Each model has analysed in longitudinal and transverse directions using nonlinear time history analysis. Total of 3120 time history analyses subjected to 65 ground motions recorded in past earthquakes in six different groups have been conducted; 12 records with forward directivity effect, 5 records on Soil Type A, 9 records on Soil Type B, 11 records on Soil Type C, 5 records on Soil Type D according to USGS soil classification and 24 records scaled according Turkish corresponding spectrum in 2007 TEC using earthquake with %10 probability of exceedance in 50 years. Base shear normalized by seismic weight, roof drift ratio and maximum interstory drift ratio of reference buildings with and without wall contribution are compared for evaluation. Besides, `equivalent` Single-Degree-Of-Freedom (ESDOF) model of 3D building models subjected to selected ground motions are used to evaluate whether ESDOF systems provides reasonable roof drift estimates. The observed results indicate that infill walls decreases the displacement demands for 2 story buildings by increasing base shear strength while the effect of infill wall is limited for 7 story buildings. For the 4 story buildings, although the infill walls increase the base shear strength, displacement demands may increase or decrease depending on the characteristics of ground motion record. The results of ESDOF system analyses clearly show that the ESDOF systems provide 15-20% higher roof drift ratios as being on the safe side. The current study also find out that except 2 story buildings, the maximum interstory drift ratio of 4 and 7 story buildings is 50-60% higher than roof drift ratio of those buildings.