DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ

Transkript

1 DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Ali Ruzi Özuygur Dr. İnşaat Mühendisi YPU - Yapı Proje Uygulama İnşaat Mühendisleri Odası, İstanbul 24 Aralık, 2015

2 YÜKSEK BİNA TAŞIYICI SİSTEMİ Yüksek Bina Tasarımı Rijit çekirdek Düzenli, basit ve simetrik taşıyıcı Eksenel kuvvetlerin kontrolü Örnek: Transbay Tower, San Francisco, Magnusson Klemencic Assoc.

3 SİNPAŞ BOMONTİ TİME REZİDANS PROJESİ (GERÇEKLEŞMEMİŞTİR) 3 boyutlu görünüş, Tago Mimarlık

4 SİNPAŞ BOMONTİ TİME REZİDANS PROJESİ (GERÇEKLEŞMEMİŞTİR) 2012 versiyonu

5 YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Bodrum kat mimari planı Kesiti

6 YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Bodrum kat kalıp planı

7 YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ +7.6 kotu kalıp planı (1. kat)

8 YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Tip kat taşıyıcı sistemi

9 YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Üst 13 kat taşıyıcı sistemi

10 TAŞIYICI ELEMAN BOYUTLARI

11 YAPISAL TASARIM PARAMETRELERİ Malzeme: Yükler: Beton C50 Donatı S420a Hareketli Yük Konut alanlarında 2 kn/m 2 Umuma açık alanlarda 5 kn/m 2 Dış mekanlarda 10 kn/m 2 Kaplama + bölme duvarı 3.5 kn/m 2 Cephe 3.5 kn/m Tesisat 10 kn/m 2

12 DEPREM VE ZEMİN PARAMETRELERİ Türk Deprem Yönetmeliği 2007 ye göre: 2. derece deprem bölgesi Ao = 0.3 Taşıyıcı sistem davranış katsayısı R = 6 Zemin Parametreleri (ELC Zemin Müh.): Zemin emniyet gerilmesi 1200 kn/m 2 Zeminin düşey yatak katsayısı kn/m 3 Zemin sınıfı Z1

13 BÖLGEYE ÖZEL TASARIM SPEKTRUMU VE DEPREM KAYITLARI, Erdik vd.

14 BÖLGEYE ÖZEL TASARIM SPEKTRUMU VE DEPREM KAYITLARI, Erdik vd. Sa (g) ARC000 BRS000 CPE147 DSP000 LAMONT362E MHV000 NPS000 MEAN MCE, 2% in 50 DBE, 10% in 50 SLE, 50% in T (sec)

15 DİNAMİK ANALİZ PARAMETRELERİ Eğilme hesabı Kesme, eksenel kuvvet hesabı Kolon, perde R = 6 R = 2 Kiriş R = 6 R = 2 Döşeme R = 6 R = 2 Perde bağ kirişleri* R = 6 R = 6 Temel R = 2 R = 2 Transfer katı döşemeleri R = 6 R = 2 Diyafram hesaplarında R = 1 R = 1

16 DİNAMİK ANALİZ PARAMETRELERİ Kolon ve Perde Eksenel Kuvvet Üst Sınırları: Amaç: Sünme etkisinin kontrolü Çekme kontrollü (sünek) davranışın sağlanması Kolonlarda G + Q + E için Perdelerde G + Q + E için N d 0.35 f ck A c N d 0.30 f ck A c Tasarım Depreminde Taban Kesme Kuvvetinin Alt Sınırı: Tasarım Aşamaları: V b,min = 0.04 S MS(DBE) W 1) Tasarım Depremi ile lineer elastik analiz ve tasarımı (ETABS) 2) En Büyük Deprem ile performans kontrolü (PERFORM 3D)

17 LİNEER ELASTİK ANALİZ İÇİN MODELLEME ÖZELLİKLERİ ETABS ile Modelleme: Diyafram kullanılmamıştır. Çatlamış kesit rijitlikleri dikkate alınmıştır. Döşemeler kabuk elemanı olarak modellenmiştir. Çevredeki toplar yanal yük olarak temsil edilmiştir. Temel altı zemini yaylarla temsil edilmiştir. Modellemeyle ilgili parametrik çalışmalar yapılmıştır.

18 LİNEER ELASTİK ANALİZ İÇİN MODELLEME ÖZELLİKLERİ ETABS ile Modelleme:

19 LİNEER ELASTİK ANALİZ İÇİN MODELLEME ÖZELLİKLERİ Deprem Etkime Yönleri Bina geometrisine uygun olarak 4 farklı yön: 0 derece (X ekseni yönü): yükleme ismi SPECX 90 derece (Y ekseni yönü): yükleme ismi SPECY 60 derece: yükleme ismi SPEC derece: yükleme ismi SPEC150 Deprem yönlerinin birleştirilmesinde E x E y veya E y E x durumları için Mutlak Birleştirme (ABS) yöntemi kullanılmıştır. Y 60 X 150

20 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Bina toplam ağırlıkları (yükleri): Temel hariç taşıyıcı elemanlar (sabit yük): Temel ağırlığı (sabit yük): Hareketli yükler: Kaplama + bölme duvar (sabit yük): Cephe (sabit yük): Tesisat (sabit yük): kn kn kn kn kn kn Bodrum katlar hariç üst yapının sismik ağırlığı (G Q): kn Ağırlık Hesabı Toplam ağırlık hesabı Katlar El hesabı Etabs Katlar El hesabı Etabs Kat ağırlıkları (kn) Kat ağırlıkları (kn)

21 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Mod Şekilleri ve Titreşim Periyotları 1. Mod 2. Mod 3. Mod T = 5.6 s T = 5.04 s T = 4.07 s Modların hesabında Ritz vektörleri kullanılmıştır.

22 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Modal Kütle Katılım Oranı Modal Kütle Katılım Oranı Kütle katılım oranı Sum Ux Sum Uy Mod sayısı

23 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Modelleme Yaklaşımları (J. Moehle, 2014)

24 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Modellemeyle İlgili Parametrik Çalışmalar 1. Temel altı yay 2. Temel altı zemin solid 3. Ankastre 4. Temel altı ve yatay yay

25 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Modellemeyle İlgili Parametrik Çalışmalar Modelleme detayı T 1 (sec) T 2 (sec) T 3 (sec) Temel altı yay Temel altı zemini solid Ankastre Temel altı ve çevredeki toprak yay ile

26 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Modellemeyle İlgili Parametrik Çalışmalar VX Karşılaştırma Kat Temelli Mesnetli Yanal yaylı Kat kesme kuvveti

27 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Modellemeyle İlgili Parametrik Çalışmalar VY Karşılaştırma Kat Temelli Mesnetli Yanal yaylı Kat kesme kuvveti

28 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Perde elemanlarının düşeyde mesh li olup olmaması araştırılmıştır. Periyot Karşılaştırması Periyot Kaba İnce Mod

29 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Perde elemanlarının düşeyde mesh li olup olmaması araştırılmıştır. VX Karşılaştırma Kat Kaba İnce Kat kesme kuvveti

30 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Perde elemanlarının düşeyde mesh li olup olmaması araştırılmıştır. VY Karşılaştırma Kat Kaba İnce Kat kesme kuvveti Uyarı: Perdelerin düzleme dik etkiler için analizinde kesinlikle mesh yapmanız (auto mesh ile de olsa) önerilir.

31 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Zemin Kotundaki Bina Taban Kesme Kuvvetleri R = 6 için zemin kotundaki bina taban kesme kuvvetleri (kn): Minimum taban kesme kuvveti Ölçeklendirme Katsayıları

32 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Zemin Kotundaki Bina Taban Kesme Kuvvetleri R = 2 için zemin kotundaki bina taban kesme kuvvetleri (kn): Story Load VX VY KATZ1 SPECXR KATZ1 SPEC60R KATZ1 SPECYR KATZ1 SPEC150R

33 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Göreli Kat Ötelenme Oranları Göreli Kat Ötelenmesi Oranı (Ex, R=1) Göreli Kat Ötelenmesi Oranı (Ey, R=1) Katlar 20 Katlar Kat ötelenme oranı 10 Kat ötelenme oranı

34 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Kolon Eksenel Kuvvet Kontrolleri 50 Kolon Eksenel Kuvvet Kontrolleri P(GQ) < 0.35 fck Ac Katlar C1 C2 C12 C21 C28 C fck Eksenel kuvvet (kn)

35 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Perde Eksenel Kuvvet Kontrolleri 50 Perde Eksenel Kuvvet Kontrolleri P(GQ) < 0.23 fck Ac Katlar P1 P2 P3 P12 P13 P17 P18 P19 P1A P2A P3A P12A P13A P17A P18A P19A 0.23 fck 10 Eksenel kuvvet (kn)

36 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Zemin Gerilmesi Kontrolü temel yaylı model

37 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Zemin Gerilmesi Kontrolü Zemin solid model

38 LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI Zemin Gerilmesi Kontrolü (Gerilme Soğanı)

39 RÜZGAR TASARIMI Düzensiz plana sahip binalar için rüzgar tüneli testi gereklidir. Rüzgar tüneli modeli, RDWI Londra ofisi

40 RÜZGAR TASARIMI Rüzgardan Oluşan Kat Kesme Kuvvetleri V b,r = W KAT KESME KUVVETLERİ SPECX R = 2 ile RÜZGAR KARŞILAŞTIRMASI KAT KESME KUVVETLERİ SPECY R = 2 ile RÜZGAR KARŞILAŞTIRMASI Vx(D) Vx(D) Katlar 25 Vy(D) Vx(R) Katlar 25 Vy(D) Vx(R) Vy(R) Vy(R) Kat kesme kuvveti (kn) 5 Kat kesme kuvvetleri (kn)

41 RÜZGAR TASARIMI Rüzgardan Oluşan Kat Deplasmanları L / 800 = / 800 = 0.24 m > m Yıllık Rüzgarda Oluşacak Kat Deplasmanları Katlar Yatay Deplasman (m)

42 RÜZGAR TASARIMI Cephe Yükleri

43 RÜZGAR TASARIMI Yaşam Konforu, İvmelenme Yapının en üst katında rüzgârdan kaynaklanan ivmelenme değerleri 1 yıllık, 5 yıllık ve 10 yıllık rüzgâr hızlarına bağlı olarak sırasıyla 7.9, 11 ve 12 mili-g olarak elde edilmiştir.

44 ÖZEL TASARIM KONULARI Birleşen Katlardaki Dış Kirişler A ve B blokları için semirijit diyafram tanımlanmıştır. M b = F eq x 0.05 L F eq = 0.5 (V i+1 -V i ) Burada, M b F eq V i L = ek burulma momenti = komşu iki katın kat kesme kuvvet farkı = kat kesme kuvveti = bina genişliği

45 ÖZEL TASARIM KONULARI Birleşen Katlardaki Dış Kirişler 3596

46 ÖZEL TASARIM KONULARI Birleşen Katların Birleşim Bölgesindeki Döşemeler Birleşen katların birleşim bölgesindeki döşemeler aynı anda boyu 5 m ye varan konsol yükünü ve depremden oluşan düzlem içi eksenel kuvvetleri taşımaktadır. Bu döşemelerin tasarımı aşağıda açıklandığı gibi yapılmıştır: Döşeme kesitinin çatlamış kesit rijitliğini arttırarak konsol ucunda oluşan sehimi kontrol etmek için deneme hesapları sonucunda döşemenin basınç ve çekme bölgesine %0.6 donatı konmuştur. Bu donatı sayesinde konsol ucundaki sehim yaklaşık L/240 olan 2 cm ile sınırlandırılmıştır.

47 ÖZEL TASARIM KONULARI Perde Bağ Kirişi Tasarımı Tasarım depreminde çatlamış kesit rijitliği kullanılarak kuvvet bazlı tasarım En büyük depremde performans kontrolü

48 ÖZEL TASARIM KONULARI Özel Elemanların Tasarım Kontrolü P11, P11A P M Etkileşim Diyagramı P (kn) M (knm)

49 ÖZEL TASARIM KONULARI Döşeme Kalınlığının Sehim ve Titreşim Hesabıyla Belirlenmesi TS 500 e göre sehim gerektirmeyecek döşeme kalınlığı: 19 cm Sehim ve titreşim hesabıyla belirlenen döşeme kalınlığı: 16 cm Bu sayede toplamda yaklaşık 1077 m3 beton tasarrufu sağlanmıştır.

50 ÖZEL TASARIM KONULARI Döşeme Kalınlığının Sehim ve Titreşim Hesabıyla Belirlenmesi

55 DONATI DETAYLANDIRMASI Pier Perde Donatı Düzeni

58 DONATI DETAYLANDIRMASI Döşeme Perde Bağlantı Tahkiki (J. Moehle, 2014)

59 DONATI DETAYLANDIRMASI Döşeme Perde Bağlantı Tahkiki, Backstay effect (J. Moehle, 2014)

60 DONATI DETAYLANDIRMASI Döşeme Perde Bağlantı Tahkiki, Backstay effect (J. Moehle, 2014)

61 DONATI DETAYLANDIRMASI Döşeme Perde Bağlantı Tahkiki, Backstay effect P5 perdesi kesme kuvvetı Kesme kuvveti Z1 katı B1 katı B2 katı Zaman

62 DONATI DETAYLANDIRMASI Diyafram Tasarımı (J. Moehle, 2014)

63 DONATI DETAYLANDIRMASI Diyafram Tasarımı (J. Moehle, 2014)

64 DONATI DETAYLANDIRMASI Temel Beton Döküm Kademesi ve Sehpa Detayı

65 DONATI DETAYLANDIRMASI Temel Donatı Detayı (J. Moehle, 2014)

66 DONATI DETAYLANDIRMASI Perdelerde Boyut Değişimi (J. Moehle, 2014)

67 DONATI DETAYLANDIRMASI Asansör Çukuru Kenarındaki Perdeler (J. Moehle, 2014)

68 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ Deprem Yer Hareketi Seçimi ve Ölçeklendirilmesi Sa (g) ARC000 BRS000 CPE147 DSP000 LAMONT362E MHV000 NPS000 MEAN MCE, 2% in 50 DBE, 10% in 50 SLE, 50% in T (sec)

69 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ PEER Strong Ground Motion Database

70 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ PEER Strong Ground Motion Database

71 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ Perform 3D ile Modelleme Özellikleri Beklenen dayanım f ce = 1.3 f c ve f se = 1.17 f sy. %2 sönüm. Çatlamış kesit rijitlikleri, fiber elemanla tanımlanan perde çatlamış kesit rijitlikleri perdenin davranış durumuna göre program tarafından hesaplanmaktadır. Performans değerlendirme kriterleri perdelerde malzeme birim uzama ve kısalma, kiriş ve kolonlarda dönme. Çubuk elemanlar Fema Beam ve Fema Column olarak modellenmiştir. Üst 13 kattaki bağlantı döşemesi kabuk model.

72 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ Perform 3D ile Modelleme Özellikleri Üst 13 kattaki dış kirişler Fema Column olarak modellendi. Perdeler Autofiber ile modellendi.

73 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ Perform 3D ile Modelleme Özellikleri Perdeler Autofiber ile modellendi. Analiz modeli Sap2000 den Perform 3D ye ihraç edildi. Analiz süresini azaltacak yöntemler

74 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Göreli Kat Ötelenmeleri İzin verilen 0.03 (LATBSDC, 2008; TBI, 2010; SDCTBI, 2008) Floor level Story drift ratio

75 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Göreli Kat Ötelenmeleri İzin verilen 0.03 (LATBSDC, 2008; TBI, 2010; SDCTBI, 2008) Floor level Story drift ratio

76 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Uç Bölgesi Birim Uzama ve Kısalmaları İzin verilen beton kısalması 0.018, donatı uzaması 0.06 (SDCTBI, 2008)

77 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Uç Bölgesi Birim Uzama ve Kısalmaları İzin verilen beton kısalması 0.018, donatı uzaması 0.06 (SDCTBI, 2008)

78 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Kesme Kuvvetleri

82 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Eksenel Kuvvetleri

83 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Eksenel Kuvvetleri

84 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Bağ Kirişi Dönmeleri İzin verilen maksimum dönme 0.04 (Naish et al., 2009)

85 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Perde Bağ Kirişi Dönmeleri İzin verilen maksimum dönme 0.04 (Naish et al., 2009)

86 PROJEDE TÜRK DEPREM YÖNETMELİĞİ 2007 YE UYULMAYAN KONULAR Performans analizi yapıldığından dolayı Türk Deprem Yönetmeliği ne uyulmayan konular aşağıdaki gibidir: Dinamik analizde çatlamış kesit rijitlikleri kullanılması Minimum taban kesme kuvveti için farklı formül kullanılması Kolon ve perdelerin eksenel kuvvet sınırları için farklı değerler R katsayısının değerleri

87 EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI Özet ve Öneriler: Binanın taşıyıcı sistemi arzu edilen yüksek bina taşıyıcı sistemine uygun olmasa da lineer analiz ve performans analizinde gerekli tahkikler sağlanmıştır. Sadece 1 yıllık rüzgarda konfor şartı sınırda çıkmıştır. R = 2 ile hesaplanan perde kesme kuvvetleri performans analizinden elde edilenden küçük olsa da perde kesiti yeterli olmuştur, ancak donatı artışları olmuştur. Bina uç bölgelerindeki perdelerde eksenel kuvvet büyük çıkmıştır. Perde bağ kirişi tasarımı için elastik analizde uygulanabilecek donatı kullanılması, donatının yeterli olup olmadığını performans analiz ile kontrol edilmesi Özellikle düzensiz binalarda performans analiz ile tasarımın kontrol edilmesi

88 BAĞIMSIZ KONTROL VE ÇALIŞMA EKİBİ, TEŞEKKÜR Haftalık yapılan toplantılarla gerçek anlamda bağımsız kontrolün yapılması Bağımsız kontrol firması Balkar Mühendislik, Dr. İrfan Balıoğlu, İnş. Y. Müh. Coşkun Kuzu Akademisyen danışman ekibi, başta Dr. Şeref Polat, Y. Doç. Dr. Barış Erkuş ve diğer değerli hocalar İşverenin kontrol mühendisleri, İnş. Y. Müh. Bora Çelik, İnş. Y. Müh. Mesut Çağlarım YPU çalışma ekibi, Dr. Ali R. Özuygur, İnş. Y. Müh. Macit Yurtsever, İnş. Y. Müh. Cemile Aydın (eski çalışan)

89 TEŞEKKÜR SABIRLA DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM.