2017 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'ne göre betonarme bir yapının performansının taban izolatörleri kullanılarak iyileştirilmesi
Improving the performance of a reinforced concrete building with seismic isolation according to the Building Code of Turkey - 2017
- Tez No: 982326
- Danışmanlar: DOÇ. DR. REŞAT ATALAY OYGUÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda kentleşmenin hızlanması ve yapı stoklarının artması dolayısıyla, deprem gibi büyük afetler sonrasında iş ve yaşam alanlarında meydana gelen yapısal hasarlar, milli ekonomileri ciddi oranda etkiler hale gelmiştir. Yapısal ve yapısal olmayan hasarların giderilmesi için yapılan onarım, güçlendirme ve iyileştirilme işlerinin, yapıların servis ömrü göz önüne alındığında büyük maddi külfetlere neden olduğu aşikardır. Ayrıca yaşanan can kayıpları, manevi anlamda yeri doldurulamaz ve geriye döndürülemez nitelikte olduğundan, can ve mal kayıplarının önüne geçmek son derece önem teşkil etmektedir. Bilgisayarların ve yapı analizi yazılımlarının gelişmesiyle birlikte büyük hacimli yapısal hesapların yapılması daha kolay hale gelmiştir. Bu da yenilikçi tasarım yöntemlerinin önünü açmıştır. Benzer şekilde, yapılarda meydana gelen hasarın bir ölçütü olan yapısal performans kavramı, daha detaylı analizlerin yapılmasıyla beraber son yıllarda daha da önem kazanmıştır. Gerek mevcut yapıların değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi, gerek performansa dayalı yapısal tasarım yöntemleri artık daha etkin bir şekilde uygulanmaktadır. Sabit temelli olarak tasarlanmış mevcut yapılarda veya geleneksel yöntemlerle güçlendirilmiş olan yapılarda, kuvvetli yer hareketinin enerjisi, yapısal ve yapısal olmayan elemanlardaki şekil değiştirme enerjisi ile bertaraf edilir. Enerji soğurma ve yapı hasar mekanizmasında önemli bir rolü olan yapısal sönüm, yapı elemanlarının şekildeğiştirmesiyle sağlanır. İleri mertebe bir deprem talebi söz konusu olduğunda, bahsi geçen şekildeğiştrimelerin ciddi hasarlar doğurması mümkündür. Deprem veya yapı elemanlarında büyük deformasyonlara sebep olabilecek diğer doğal afetlerde, yapısal hasarın önüne geçmeyi hedefleyen deprem yalıtımı uygulamaları ile can ve mal kayıplarının engellenmesi mümkündür. Böylece, deprem esnasında ve sonrasında kesintisiz kullanım performansının sağlanması daha mümkün ve uygulanabilir hale gelmiştir. Bu çalışmada 8 katlı sabit temelli betonarme bir binanın mevcut haldeki performansının eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimleri ile iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Deprem yalıtımı uygulaması ile yapının hakim titreşim periyodu uzatılmış ve deprem yükleri altında yapıda oluşan taban kesme kuvveti azaltılmıştır. Çalışmaya konu olan yapının performans değerlendirmesi 18 Mart 2018 tarihli Resmi Gazete'de yayınlamış olan“Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı için Esaslar”kapsamında yapılmıştır. Yönetmelik'te tanımlanmış olan, 50 yılda %10 aşılma olasılığına sahip olan (tekrarlanma pediyodu 475 yıl) DD-2 tasarım depremi altında“Kontrollü Hasar Performans Düzeyi”ne sahip olan sabit temelli yapıya deprem yalıtımı uygulanarak, sahip olduğu performans seviyesinin aynı tasarım depremi altında“Kesintisiz Kullanım Hasar Performans Düzeyi”ne çekilmesi sağlanmıştır. Altı bölümden oluşan çalışmanın ilk bölümünde tez çalışmasının konusu, amacı ve kapsamı açıklanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde deprem yalıtımlı yapı tasarımının temel ilkeleri özetlenmiştir. Genel olarak uygulanan deprem yalıtımı türleri ve deprem yalıtımının fizibilitesine değinilmiştir. Deprem yalıtımı kavramı, kendi tarihsel gelişimi çerçevesinde irdelenerek günümüzde yapılan uygulama türlerine ve Yönetmelik esaslarına değinilmiştir. Eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım biriminin mekanik özellikleri ve literatür taraması da çalışmanın ikinci bölümünde yer almaktadır. Çalışmanın üçüncü bölümünde yapıların deprem performans değerlendirilmesi ile ilgili Yönetmelik esasları ve tanımlamaları detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Bu çerçevede, 2017 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'ne göre gerek mevcut yapının gerek deprem yalıtımı uygulanmış olan yapının deprem yükleri altında zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemine göre analizi ve deprem performansı değerlendirmesi için göz önüne alınacak hususlar açıklanmıştır. Ayrıca malzeme modelleri ve kesit analizleri ile ilgili tanımlamalar yapılmıştır. Çalışmanın dördüncü bölümünde hem mevcut hem de deprem yalıtımlı yapının analiz basamakları açıklanmıştır. Öncelikle yapının genel geometrik özellikleri açıklanmıştır. Malzeme ve kesit özellikleri tanımlanan yapının taşıyıcı sistem kesit analizlerinin sonuçları verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre yapılan plastik mafsal modellenmesi tanımlanmıştır. Ölü ve hareketli yüklerin tanımlanmasının yanı sıra zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemine göre analiz için yüklemelerin tanımlanması yapılmıştır. Çalışmanın beşinci bölümünde analiz sonuçları yer almaktadır. Analiz sonuçları ve değerlendirmelere kıyas teşkil etmesi amacıyla, mevcut yapıda doğrusal olmayan artımsal itme analizi yapılarak modal kapasite eğrilerinin kıyaslamasına yer verilmiştir. Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlerle elde edilen sonuçlara göre sabit temelli yapının mevcut durumu ile deprem yalıtımı uygulanan yapının performans sonuçları raporlanmıştır. Sonuçların değerlendirilmesinde 2017 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği kapsamında 11 takım yer hareketi kaydı her iki yatay doğrultuda yapıya etkitilmiş ve her eleman için toplam 22 adet analiz sonucunun ortalaması alınmıştır. Yapı elemanlarının deprem etkisi altında kritik kesitlerde meydana gelen plastik dönme mertebeleri ölçüsünde hasar seviyeleri belirlenmiştir. Sonuçlar hem tablo hem de grafik formunda raporlanmıştır. Ayrıca anılan Yönetmelik çerçevesinde elemanların kesme kuvveti kontrolü yapılmıştır. 50 yılda %10 aşılma olasılığına sahip olan DD-2 tasarım depremi altında yalıtımlı yapıda meydana gelen taban kesme kuvveti oranının hesaplanmasının yanı sıra yalıtım birimleri bazında da kesme kuvveti kontrolü yapılmıştır. 50 yılda %2 aşılma olasılığına sahip olan DD-1 tasarım depremi altında yalıtım sistemi ötelenme kontrolleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın altıncı bölümünde zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizlerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmıştır. Ayrıca statik itme analizi sonucu elde edilen modal kapasite eğrileri kıyaslanmıştır. Deprem yalıtımı uygulaması ile elde edilen yapısal davranış farkı irdelenmiştir. Yapılan analiz ve değerlendirmeler sonucunda deprem yalıtımı uygulanmış olan yapıdaki taban kesme kuvvetinin mevcut yapıya göre yaklaşık %70 mertebede daha az olduğu görülmüştür. Göreli kat ötelemeleri oranları da X ve Y yönleri için ayrı ayrı kıyaslanmıştır. Sabit temelli yapıda en yüksek göreli kat öteleme değeri üçüncü katta meydana gelmiştir. Deprem yalıtımlı yapıda ise bu değer en çok yalıtım sistemi üzerindeki ilk katta meydana gelmiştir. İki yapı arasında en çok göreli kat ötelemesi farkı üçüncü katta görülmüştür. Yalıtımlı yapıda en fazla meydana gelen göreli kat ötelemesi oranı değeri 0.0035 kadardır ve bu değer 2017 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği kapsamında Kesintisiz Kullanım (KK) performans seviyesi için verilmiş olan üst sınır değerinin (0.005) altındadır. Statik time analizi sonucunda elde edilen modal kapasite eğrilerine göre deprem yalıtımlı yapıda daha yüksek deplasman ve daha düşük ivme değerleri görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In recent years, urbanization and number of buildings have increased so much that national economies can seriously be affected due to structural damages in residential and commercial buildings after natural disasters such as earthquakes. It is obvious that it can cost too much to pay for maintenance or retrofit of structures considering the life cycle cost. Moreover, it is very important to prevent structural damages because any loss of life is irreversible and irrepleaceable. Due to new generation computers and softwares, it is easier to analyse complicated structures whose analysis requires too much memory. This leads up innovative methods of structural design. Similarly, structural performance concept which is also counted as a measure of structural damage gained importance in recent years with the help of computers which has ability to analyse detailed structures. Either assesment and retrofit of existing structures or performance based design of structures can be applied in a more effective way. In the fixed base or conventionally retrofitted structures, the energy of strong ground motion is dissipated by the enery of deformation of structural and non-sructural elements. Structural damping is quite crucial about energy dissipation and it is provided by deformation of structural and non-structural elements. In case of a high demanding earthquake, it is reasonably possible that the related deformations cause serious damage. It is possible to save people's lives and property with base isolation whose goal is to prevent structural damage during earthquakes or other big natural disasters. Thus, it is easier to provide immediate occupancy or operational performance level in structures during and after earthquakes. In this study, it is aimed to improve the performance level of a fixed based 8-storey reinforced concrete building applying seismic isolation at the base level. The seismic isolator in this study is friction pendulum. Due to seismic isolation, it is aimed to prevent structural damage. The structure in this study is assessed according to the Building Code of Turkey - 2017 which was published in official gazette on 18th March of 2018. The existing structure has the performance level of“life safety”under DD-2 design earthquake whose exceedance probability is 10% in 50 years (475 years of return period). It is aimed that the performance level of the structure has“operational performance level”applying sesimic isolation under the same design earthquake. This study consists of six parts. The first part of six explains subject, purpose and content of the study. In the second part, basic principles of structural design with seismic isolation are explained. Seismic isolation types which are applied in general and feasibility of seismic isolation are referred. The concept of seismic isolation is explained examining throughout its own historical development. Design principles in the Building Code of Turkey – 2017 and current application types of seismic application and device types. Also mechanical properties of friction pendulum devices and literature research are handled in the second part. In the third part, principles of seismic assessment of buildings in the Building Code of Turkey – 2017 are explained in detail. Within this scope, the principles which are taken into consideration for nonlinear time history analysis under earthquake loading and seismic performance assessment of both the existing and the seismically isolated structure are explained. Also, material models and section analysis are explained in this section. In the fourth part of the study, time history analysis steps under earthquake loading are explained. Initially, geometrical properties of the existing structure are explained in general. After explaining material and section properties, section analysis results are given. According to the section analysis results, plastic hinge modelling steps are explained. Either dead and live loading or seismic loading with nonlinear time history analysis method are explained. Also, loading steps are defined as well. The analysis results take part in the fifth part of the study. In order to compare the analysis results and assessment of existing structure, pushover analysis are run for both fixed based structure and the isolated one. Modal capacity curves are superposed and compared to realize the global behavoir of both structures. Seismic performance assessments of existing and seismically isolated structure are reported in the fifth part of the study. For earthquake loading, 11 pairs of ground motion acceleration records are used according to the Building Code of Turkey – 2017. Each ground motion record is applied in both horizontal directions. So average of 22 analysis results are used for each structural element. Damage levels in structural elements under seismic loading are determined according to plastic rotation in critical sections. In order to run earthquake analysis, non-linear time history anaysis method were employed. For each performance assessment and design process, ground motion datas were scaled according to related spectrum and period interval. The results were summarized with graphics and tables. In addition, structural elements are checked for shear forces according to the Building Code of Turkey – 2017. Not only base shear check under DD-2 design earthquake level but also every friction pendulum device is checked for shear forces as well. Under DD-1 design earthquake level, displacement check of seismic isolation system is made. In the sixth part os the study, nonlinear time history analysis results are compared and discussed. Also, modal capacity curves which are obtained from nonlinear static pushover analysis are superposed and compared. The difference in structural behavior with seismic isolation is studied. Analysis and assessment show that the base shear force in the seismically isolated building is 70% level of which in the fixed based building. Interstory drift ratios are compared for each horizontal direction as well. The greatest interstory drift ratio was occurred in the third storey level in the fixed based structure. On the other hand, the greatest interstory drift ratio was occurred in the first storey level in the seismically isolated structure. The biggest interstory drift ratio difference between two buildings occurred in the third storey level. The greatest interstory drift ratio in the seismically isolated building is about 0.0035hi which is under the upper boundary for“operational performance level”(0.005hi). According to the results of nonlinear static pushover analysis, seismically isolated building produces higher spectral displacement and lower spectral acceleration.
Benzer Tezler
- Performance comparison of eccentrical and concentrical braced steel frame structures with non-linear push-over method
Doğrusal olmayan itme analizi yönetemi ile merkezi ve dışmerkezli çaprazlı çelik çerçeve sistemlerin süneklik performanslarının karşılaştırılması
ÖMER BARLAS ATALAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELİŞAN FİLİZ PİROĞLU
- TBDY (2018) ve taslak tebliğ (2025)'e göre orta katlı betonarme binaların doğrusal tasarımı ve maliyet analizi
Linear design and cost analysis of mid-rise reinforced concrete buildings according to TBEC (2018) and draft communiqué (2025)
HALİT EMRE UYGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇAĞLAR AKKAYA
- 2018 Türk bina deprem yönetmeliğine göre karma bir yapının analizi
A mixed building analysis acording to 2018 Turkish building earthquake regulation
HATİCE BONCUK ÖZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KIVANÇ TAŞKIN
- Betonarme binaların taşıyıcı sistem seçiminde perde yerleşiminin davranışa etkisi
Effect of the wall geometry to structural behaviour in reinforced concrete buildings
KUTLUHAN ETHEM KINIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜLAY AKSU ÖZKUL
- Yeni planlı alanlar imar yönetmeliğine göre yeni yapı ruhsatı alma sürecinde bir kontrol sistemi önerisi
A new proposed control system for the new building permit process according to the new planned zoned bylaws
HAZAL KAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRKAN EMRE GÜRCANLI