Deprem tasarımında ötelenmenin ve enerji tüketiminin kontrolü

Abstract

Yapıların tasarımı aşamasında yürürlükte bulunan yönetmelik ve şartname kriterlerininsağlandığına dair kontrolün yapılabilmesi için üç boyutlu yapının, kat ötelenmelerininbilinmesi gerekir. Günümüzde yapıların ötelenme miktarı, bilgisayar programları ileyapılan analizler sırasında elde edilebilmektedir. Yapı ötelenmeleri bilgisayarprogramları ile hesaplansa bile, tasarım aşamasında dizayn kesit boyutları henüz bellideğilken yönetmelik ve şartnamelerin gerektirdiği sınırlanmalar sağlanana kadar tekrarlıçözümün yapılması gerekir. Öyleyse, uygulamacı mühendisin yapıların ötelenme hesabıiçin çabuk ve gerçekçi bir çözüm yöntemine ihtiyacı vardır.Bu nedenle, çerçeveli ve perde duvarlı-çerçeveli yapıların ötelenmesinin hesabı içingeliştirilen genel diferensiyel denklemlerden yararlanılarak analitik ilişkiler türetilmişve yapıların ötelenmesinin hesabı için oldukça basit bir yöntem geliştirilmiştir. Böylebir çözüm yönteminin ötelenme hesabı gerektiren birçok işlemi de kolaylaştıracağıaçıktır.1997 Deprem Yönetmeliği' nde yeterli rijitliği sağlamak ve ikinci mertebe etkilerini enaza indirebilmek için göreli kat ötelenmeleri sınırlandırılmıştır. Geliştirilen bu yöntemile göreli kat ötelenmesinin kontrolü ve sınırlandırılması kolayca yapılabilecektir.1997 Deprem Yönetmeliği' nde deprem yükü hesabının yapılabilmesi için yapınındoğal periyodunun bilinmesi gerekir. Doğal periyot hesabı için önerilen formülde ise üçboyutlu yapının kat ötelenmeleri bir parametre olarak karşımıza çıkar. Ayrıca, kolonnarinlik hesabında yanal ötelenmenin önlenmiş olup olmadığını belirleyebilmek için TS500/2000' de hesaplanması önerilen stabilite indeksi ifadesi içerisinde de göreli katötelenmesi yer almaktadır. Dolayısıyla tek bir kolonun narinlik hesabının yapılabilmesiiçin üç boyutlu binanın yanal ötelenmelerinin hesap edilmesi gerekir. Bu da oldukçakülfetli bir işlemdir. Bu yüzden çerçeveli ve perde duvarlı-çerçeveli yapılarda doğalperiyot ve stabilite indeksi ifadeleri yanal ötelenme teriminden kurtarılmış, böyleceuygulanması ve sonuç alınması kolay ifadeler elde edilmiştir.Yapının, intikal eden deprem enerjisini başarı ile tükettiğini söyleyebilmek içindeplasman (ötelenme) sünekliğinin (4-5) arasında alınması yeterli şart olarak kabuledilmektedir. Öyle ise, proje mühendisinin yapı için ây (akma deplasmanı) ve âu(maksimum deplasman) değerlerini hesaplaması gerekmektedir. Son yıllarda, bilgisayarteknolojisindeki gelişmeler sonucunda nonlineer deplasmana dayalı yöntemlerinuygulaması yaygınlaşmıştır. Bu yöntemlerle elde edilen kapasite eğrisi yapının depremedayanımı hakkında önemli bilgiler verir. Günümüzde nonlineer statik itme analizi(pushover), ancak bilgisayar programları ile yapılabilmektedir. Bunun için, perdeduvarlı-çerçeveli yapıların ötelenme hesabı için türetilen analitik ilişkilerdenyararlanarak kapasite eğrisinin elde edilmesinde kullanılabilecek basit ve kolayuygulanabilir bir işlem prosedürü geliştirilmiştir.Anahtar Kelimeler: Çerçeveli Yapılar, Perde Duvarlı-Çerçeveli Yapılar, Ötelenme,Dönme, Eğrilik, Eğilme Kırılması, Kesme Kırılması, Stabilite ndeksi, Doğal Periyot,Kapasite Eğrisi

In the design stage of the structures, three-dimensional story drifts should be known forcontrolling the criteria required in the design codes are provided. Nowadays, computerprograms are used to determine the drift in the structures together with structuralanalysis. Even, structural drifts are calculated by computer programs, in design stage,design section dimensions are not certain yet, analysis must be repeated until providingthe limitations required in codes. Consequently, engineer needs a quick and realisticsolution method. For this reason, analytical relations are derived by utilizing the generaldifferential equations developed for calculating the drift of frame of structure andcomposite (frame-shear wall) buildings and a very simple method is developed forcalculating the drift of structures. It is definite that, this solution method simplifiesmany processes which require drift calculations.In Turkish Design Code-1997, for providing required stiffness and minimizing thesecondary structural effects, relative story drifts are limited. By this method, controllingand limiting of story drift is very simple. In Turkish Design Code-1997, natural periodof the structure must be known for calculation of the earthquake loads. In the suggestedformulation for natural period, three dimensional story drifts must be known asparameters. Besides, relative story drift is included in the stability index statement thatis suggested in Turkish Standart-TS 500/2000 for determining the lateral drift is avoidedor not in column slenderness calculations. Consequently, for calculating the slendernessof a column, lateral drifts of a three dimensional building must be calculated. But it isvery inconvenient. Accordingly, frame and composite (frame-shear wall) buildings,natural period and stability index statements are delivered from shear force and lateraldrift terms. In this way, a simple statement in application is obtained.If the earthquake energy is dissipated successfully in the structure, displacement (drift)ductility must be between 4 - 5. Consequently, design engineer must calculate ây(yielding displacement) and âu (maximum displacement) for structure. Recently, as aresult of developments of computer technologies, nonlinear displacement methods aregrowing up. By using these methods, capacity curve can be sketched easily. Thesecurves give earthquake resistance of the structure. Nowadays, pushover analysis can berealised by using computer programs. Hence, by utilizing the analytical relationsobtained for drift calculation of composite (frame-shear wall) buildings, a simple andapplicable process is developed. Consequently, design engineer can obtain capacitycurve of composite (frame-shear wall) buildings by a simple method instead of complexand interminable calculations.Key Words: Frame Structures, Composite (frame-shear wall) Structures, Drift,Rotation, Curvature, Bending Fracture, Shear Fracture, Stability Index, Natural Period,Capacity Curve