Düşey doğrultuda farklı taşıyıcı sistemlere sahip yapıların deprem etkileri altında incelenmesi

Abstract

Günümüzde, taşıyıcı sistem davranış katsayısı R'nin belirlenmesi, yönetmeliklerdebulunan detaylı taşıyıcı sistem sınıflandırmaları ile oldukça pratik hale getirilmiştir.Ancak, global çerçevede nüfus yoğunluğunun artması ile artan yapılaşma talepleri,gelişen teknolojilere yönelik yapı tasarımlarının standartların ötesine geçmesi, dahakısıtlı alanlarda daha işlevsel binaların inşa edilmesi gibi etkenler ile yapı taşıyıcısistemleri daha karmaşık hale gelebilmektedir. Bunun bir sonucu olarak, inşa edilecekbir yapı, bünyesinde birden farklı yapı taşıyıcı sistem türünü bulundurabilir. Budurumda, hibrit (melez) yapı sistemleri ve düşey doğrultuda farklı yanal taşıyıcısistemleri içeren tasarımlar üretilebilir.Düşey doğrultuda farklı yanal taşıyıcı sistemleri içeren yapılar için deprem etkilerialtında tasarıma ilişkin yönetmeliklerde çeşitli doğrusal hesap yöntemleri yeralmaktadır. Ancak, yönetmelik yaklaşımları ile hesaplanan tasarıma esas depremkuvvetlerinin incelenmesi ile ilgili çalışma ve bilgi mevcut değildir. Bu tezçalışmasında, bu tür yapıların mevcut yönetmelik yaklaşımları ile hesaplanan tasarımdeprem kuvvetlerinin incelenmesi ve karşılaştırılması amaçlanmıştır. Türkiyekoşullarında bu duruma örnek teşkil edecek bir çok yapı bulunmaktadır. Tezçalışmasında incelenen 3 farklı yapı tipi de ülkemizde sık rastlanan yapı tipiörnekleri göz önünde bulundurularak belirlenmiştir. Tez çalışmasında kullanılanve hesap yöntemleri karşılaştırılan yönetmelikler, TBDY(2018) orijin kabul edilerekDBYBHY(2007) ve ASCE(07-16) olarak belirlenmiştir.Tez çalışmasında incelenen birinci yapı tipi, ülkemizde bu duruma örnek olaraken sık rastlanan yapı tipini temsil eden, üç katlı bir yapıdır. Taşıyıcı sistem türüyüksek sünek betonarme çerçeve (R = 8) olan birinci kat ve ikinci kat tip katlar olupyapının alt bölümünü, üçüncü kat ise yapının üst bölümünü oluşturmaktadır. Üçüncükatta çatı sistemini belirli akslarda yatay ve düşey çelik çaprazlarla desteklenen çelikmakas sistemi oluşturmaktadır ve makas sistemleri kat kolonlarına mafsallı olarakbağlanmaktadır. Bu durumda, yapının üst bölümünde taşıyıcı sistem türü betonarmekonsol kolon (R = 3) olmaktadır.Tez çalışmasında incelenen ikinci yapı tipi, birinci örnek yapıya yapının alt bölgesinioluşturan birinci ve ikinci katlarda her iki deprem doğrultusunda betonarme perdeduvarlar eklenerek oluşturulan yeni bir yapı tipidir. Oluşturulan bu yeni yapı tipindealt bölge taşıyıcı sistem türü yüksek sünek betonarme perde (R = 6), üst bölge taşıyıcısistem türü betonarme konsol kolon (R = 3) olmaktadır.Tez çalışmasında incelenen üçüncü yapı tipi ise, deprem etkilerine karşı güçlendirmeyapılmış mevcut eski bir endüstri yapısı örneğidir. Yapının alt bölümünü oluşturanbirinci normal kat taşıyıcı sistemi betonarme çerçevedir. Üst bölüm taşıyıcı sistemiise çelik kolonlar ile betonarme ve çelik kiriş elemanlardan oluşan çerçeve veçelik çatı makas sisteminden oluşmaktadır. Çatı sistemini belirli akslarda yatayve düşey çelik çaprazlarla desteklenen çelik makas sistemi oluşturmaktadır vemakas sistemleri kat kolonlarına rijit olarak bağlanmaktadır. Bu yapı için depremetkileri incelenirken, taşıyıcı sistem davranış katsayısı belirlenmesinde yapı yeniyapılacak bina olarak düşünülerek deprem etkileri hesaplanmıştır. Alt bölgede çerçevesistemi yüksek sünek kabul edilerek taşıyıcı sistem davranış katsayısı R = 8 olarakhesaplamalar yapılmıştır. Üst bölgede ise taşıyıcı sistem davranış katsayısı R = 2olarak hesaplamalar yapılmıştır.Her bir yapı örneğine farklı hesap yaklaşımları içeren 3 adet yönetmelik doğrultusundamodal analizler ve zaman tanım alanında doğrusal analizler olmak üzere iki farklıdoğrusal analiz yöntemi kullanılmıştır. Her bir yapı için taşıyıcı sisteme katkısı en fazlave en az olan taşıyıcı sistem elemanları belirlenerek, kolon, kiriş ve perde olmak üzerefarklı türde taşıyıcı sistem elemanları için deprem etkilerinden elde edilen eleman içkuvvetleri ile bina kat kesme kuvvetleri incelenmiştir. Doğrusal analizlerden eldeedilen sonuçlara göre bu parametreler dört farklı şekilde karşılaştırılmıştır.Birincil olarak, modal analiz yöntemi kullanılarak, her bir yönetmelik hesap yaklaşımıyla elde edilen kat kesme kuvvetleri ve eleman iç kuvvetleri karşılaştırılmıştır.Bu karşılaştırmada her bir yönetmelik yaklaşımı sonucu elde edilen kat kesmekuvvetleri TBDY(2018) hesap yaklaşımından elde edilen taban kesme kuvvetine görenormalize edilerek, farklı yönetmeliklere göre elde edilen deprem etkileri oransalolarak karşılaştırılmıştır. Benzer olarak, her bir yönetmelik yaklaşımına göre yapılanmodal analizlerden elde edilen kesit tesirleri TBDY(2018) hesap prosedürlerineuygun şekilde yapılan analizlerden elde edilen birinci kat kesit tesirlerine görenormalize edilerek, farklı yönetmelik yaklaşımlarının iç kuvvetlere etkisi oransalolarak karşılaştırılmıştır.˙Ikinci karşılaştırma yönteminde farklı yönetmeliklere göre yapılan zaman tanımalanında doğrusal analizlerden elde edilen kat kesme kuvvetleri ve eleman iç kuvvetleribirinci karşılaştırma yöntemine benzer şekilde karşılaştırılmıştır.Bir diğer karşılaştırma yöntemi olarak, yapı tiplerine deprem azaltması yapmadan,modal analiz ve zaman tanım alanında doğrusal analiz uygulanarak elde edilen azaltılmamış kat kesme kuvvetleri ve azaltılmamış eleman iç kuvvetleri karşılaştırılmıştır.Bu karşılaştırma yöntemi ile düşey doğrultuda farklı yanal taşıyıcı sistem türü içerendüzensiz yapılarda modal analizlerin zaman tanım alanında doğrusal analizlere görefarkının gözlemlenmesi amaçlanmıştır.Son olarak, yapılara uygulanan modal analizler ile zaman tanım alanında doğrusalanalizlerden elde edilen kat kesme kuvvetleri ve eleman iç kuvvetleri, her bir depremyönetmeliği hesap yaklaşımına göre karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma yöntemi ileher bir deprem yönetmeliği için modal analizlerden elde edilen kat kesme kuvvetideğerlerinin zaman tanım alanında doğrusal analizlerden elde edilen sonuçlara görefarkının gözlemlenmesi amaçlanmıştır.Düşey doğrultuda farklı taşıyıcı sistem türlerini bulunduran yapı tiplerine etki edecekdeprem kuvvetlerinin tespiti ve incelenmesi için yapılan bu çalışmada, yapıyaetkiye ettirilecek en büyük deprem kuvvetleri ASCE(07-16) hesap yaklaşımındanelde edilmiştir. TBDY(2018) ve DBYBHY(2007) hesap yaklaşımlarından eldeedilen deprem etkileri arasındaki oran bina tiplerine göre değişkenlik göstermiştir.Ancak, katlar arası kuvvet dağılımları incelendiğinde, tüm binalarda taşıyıcısistem türünün değiştiği katta meydana gelen kuvvet dağılımdaki değişimininen etkin şekilde DBYBHY(2007) hesap yaklaşımı sonucunda meydana geldiğigözlemlenmiştir. Doğrusal analiz yöntemleri arasındaki farkın incelenmesi içinyapılan karşılaştırmalarda en büyük farkların yine DBYBHY(2007) hesap yaklaşımısonucunda meydana geldiği gözlemlenmiştir.

Nowadays, the response modification coefficient, R has been determining verypractical with detailed structural system classifications in seismic codes. However,building structural systems can become more complex due to the increasing demandfor construction with increasing population density in the worldwide, the fact thatbuilding designs for developing technologies go beyond standards and the constructionof more functional buildings in more restricted areas. As a result, a structure to beconstructed can have more than one type of seismic force-resisting system in it. In thiscase, designs comprising hybrid systems and combinations of structural systems in thevertical direction can be produced.Various linear calculation methods are included in the design codes under earthquakeeffects for combinations of structural systems in the vertical direction. However, thereare no studies and information related to the analysis of seismic forces based on thedesign calculated by the codes approaches. In this thesis, it is aimed to examine andcompare the design seismic forces of such structures calculated with the current codesapproaches. There are many sample structures in this situation in Turkey.In the thesis study, 3 different building types were determined by taking intoconsideration the most common building type samples in our country. The codes usedin the thesis study and the calculation methods were compared and accepted as theorigin of TBDY(2018) and determined as DBYBHY(2007) and ASCE(07-16)The first building type examined in the thesis is a three-story building representing themost common building type in Turkey. The first floor and second-floor seismic forcesresisting system type is special reinforced concrete frame system (R = 8) is the lowerpart of the structure and the third floor is the upper part of the structure. On the thirdfloor, the roof system consists of steel truss system supported by horizontal and verticalsteel crosses on certain axles and the truss systems are pinned to the floor columns. Inthis case, in the upper part of the structure, the seismic forces resisting system type isconcrete cantilever column (R = 3).The second type of structure examined in the thesis is a new type of structure that isformed by adding reinforced concrete shear walls in the direction of both earthquakeson the first and second floors forming the lower region of the structure. In this newbuilding type, the lower zone structural system type is special reinforced concrete shearwall (R=6) and the upper zone structural system type is reinforced concrete cantilevercolumn (R = 3).The third type of structure examined in the thesis is an example of an existing industrialstructure reinforced with earthquake effects. The first-floor seismic forces resistingsystem that form the lower part of the structure is a special reinforced concrete framesystem. The upper section structural system consists of steel columns, reinforcedconcrete beams and steel beams, and steel roof truss system. The roof system consistsof steel truss system supported by horizontal and vertical steel crosses on certain axlesand the truss systems are fixed connected to the top of floor columns. While examiningthe effects of the seismic force for this structure, the seismic forces were calculated byconsidering the structure as the new building to determine the response modificationcoefficient. In the lower region, the frame system is considered to be special momentframe and the response modification coefficient is calculated as R = 8. In the upperregion, the response modification coefficient is calculated as R = 2.Two different linear analysis methods, modal analysis and linear analysis in timedomain, were used in accordance with three different codes containing differentcalculation approaches for each building sample. For each structure, the structuralelements having the maximum and least contribution to the structural system weredetermined and the internal forces and shear forces of the buildings obtained fromefects of seismic forces were examined for different structural elements such ascolumns, beams and curtains. According to the results obtained from linear analysis,these parameters were compared in four different ways.Firstly, the shear forces and element internal forces obtained by each codes calculationapproaches were compared using modal analysis method. In this comparison, theshear forces obtained as a result of each codes approach were normalized accordingto the base shear force obtained from the calculation approach of TBDY(2018) andthe effects of seismic forces obtained according to different codes were comparedproportionally.Similarly, the cross-sectional effects obtained from the modal analyzesmade according to each codes approach were normalized according to the first-floorcross-sectional effects obtained from the analyses performed in accordance with thecalculation procedures of TBDY(2018), and the effect of different codes approacheson internal forces was proportionally compared.In the second comparison method, the shear forces and element internal forces obtainedfrom linear analyzes were compared in a similar way to the first comparison methodin the time domain made according to different codes.As another comparison method, unreduced shear forces and unreduced elementinternal forces were compared by applying modal analysis and linear analysis in thetime domain without earthquake reduction. With this comparison method, it is aimedto observe the difference of modal analysis in the time domain in comparison to linearanalysis in irregular structures with different lateral carrier system types in the verticaldirection.Finally, the modal analyzes applied to the structures and the shear forces and elementinternal forces obtained from linear analyzes in the time domain were comparedaccording to the calculation approach of each seismic codes. With this comparisonmethod, it is aimed to observe the difference of the shear force values obtained fromthe modal analysis according to the results obtained from the linear analysis in the timedomain for each seismic codes.ASCE(07-16) calculation approach has been used to determine and investigate theseismic forces that will affect the structure types which have different structural systemtypes in the vertical direction. The ratio between the earthquake effects obtained fromthe calculation approaches of TBDY(2018) and DBYBHY(2007) varies accordingto building types. However, when the distribution of forces between the floors isexamined, it is observed that the change in the force distribution occurring on the floorwhere the structural system type changes in all buildings occur most effectively as aresult of DBYBHY(2007) calculation approach. In the comparisons made to examinethe difference between linear analysis methods, it was observed that the biggestdifferences occurred again as a result of DBYBHY(2007) calculation approach.