KAPALI ÇIKMA DÜZENSİZLİĞİNİN BETONARME YAPILARIN SİSMİK DAVRANIŞINA ETKİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Transkript

1 Yedinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 30 Mayıs-3 Haziran, 2011, İstanbul Seventh National Conference on Earthquake Engineering, 30 May-3 June 2011, Istanbul, Turkey KAPALI ÇIKMA DÜZENSİZLİĞİNİN BETONARME YAPILARIN SİSMİK DAVRANIŞINA ETKİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ EVALUATION OF EFFECT OF HEAVY OVERHANG IRREGULARITY ON SEISMIC BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES Hayri B. ÖZMEN 1, Mehmet INEL 2 ve Bayram T. ÇAYCI 3 ÖZET Türkiye de büyük can ve mal kaybına yol açan depremlerde ağır hasar alan ya da göçen bina miktarı betonarme binaların yetersiz sismik performansını gündeme getirmiştir. Yetersiz sismik performans nedenleri arasında malzeme kalitesi, detaylandırma ve inşaat hataları gibi nedenler yanında çeşitli düzensizlik etkileri de bulunmaktadır. Bunlardan biri olan kapalı çıkma, yapının deprem performansını olumsuz etkileyen durumlardan birisi olarak gösterilebilir. Binada ağırlık ve periyodun artması ile yer değiştirme taleplerinin artmasına yol açmaktadır. Çeşitli nedenlerle kapalı çıkma olan kısımlarda kolonların kiriş elemanlarla bağlanmaması kolonun taşıdığı moment ve kesme değerlerinde azalışa ve ilave rijitlik azalmasına neden olmaktadır. Kapalı çıkmalı yapıların deprem performansının incelenmesi amacıyla Türkiye de yer alan betonarme binaları temsil eden toplam 144 adet üç boyutlu bina modeli kullanılarak bu binaların kirişli ve kirişsiz kapalı çıkmaya sahip durumları değerlendirilmiştir. Tasarımlar 1975 ve 1998 deprem yönetmeliklerine göre yapılmıştır. Binaların modellemesi ve doğrusal olmayan statik analizleri Sap2000 statik analiz programı ile yapılmıştır. Sismik yerdeğiştirme talepleri 264 farklı ivme kaydı kullanılarak yapıların tek serbestlik derecesine indirgenmiş hallerine doğrusal olmayan zaman tanım alanında dinamik analiz uygulanması ile elde edilmiştir. Hemen kullanım, can güvenliği ve göçme öncesi performans seviyeleri kapasite değerleri ile ortalama 0.2g, 0.4g ve 0.6g maksimum yer ivmesi değerine sahip deprem setlerinin talep değerleri karşılaştırılmıştır. Değerlendirme sonucunda kapalı çıkmanın yapı üzerinde bazı olumlu ve olumsuz etkileri bulunduğu fakat olumsuz etkilerin daha ağır bastığı görülmüştür. Kapalı çıkmaya sahip binalarda çıkma bölgesinde kirişlerin yapılıp yapılmamasının davranış üzerinde belirgin etkisi olduğu ve kiriş bulunmayan durumda olumsuzlukların oldukça arttığı belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Betonarme yapılar, Kapalı çıkma, Performans seviyesi, Sismik davranış. ABSTRACT The number of heavily damaged or collapsed buildings during earthquakes has drawn attention to the inadequate seismic performance of reinforced concrete buildings. Among the material quality, detailing and construction deficiencies, irregularities are one of the important reasons of the damages. Heavy overhangs may be seen as one of these irregularities that adversely affect the seismic behavior. This leads to increase in weight and period of the building, which amplifies the displacement demands. In addition, the possible absence of the beams in the overhang zone causes additional loss in the lateral force capacity and rigidity. 144 building models that reflect Turkish reinforced concrete building stock with and without heavy overhangs are investigated in order to evaluate this effect on seismic performance. Models include versions with and without beams in overhang zone. Buildings are designed per 1975 and 1998 Turkish Earthquake Code. The Sap2000 software was used for modeling and non-linear static analyses of the buildings. Seismic displacement demands are determined by non-linear dynamic response history analyses using 264 different acceleration records. 1 Arş. Gör., Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli, hozmen@pau.edu.tr 2 Doç. Dr., Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli, minel@pau.edu.tr 3 Y.Lisans öğrencisi, Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli. 1

2 2 Kapalı Çıkma Düzensizliğinin Betonarme Yapıların Sismik Dav. Etk. Değ. Capacity values of immediate occupancy, life safety and collapse prevention performance levels were compared with the demands from sets of records having mean peak ground accelerations of 0.2g, 0.4g and 0.6g. It has been found that, heavy overhangs have some positive and negative effects on structural behavior with the conclusion that negative effects are dominant. The presence or the absence of the beams at the overhang zone has significant effect on the seismic behavior and latter is much more detrimental. Keywords: Heavy overhang, Performance level, Reinforced concrete, Seismic behavior. GİRİŞ Türkiye yoğun depremlerin yaşandığı önemli bir deprem kuşağında yer almaktadır. Özellikle son yıllarda yaşanan depremler ülkemize büyük zararlar vermiştir. Yapıların deprem karşısında gösterdiği yetersiz performans ve yaşanan can kayıpları mevcut yapı stoğunun depremler karşısında sorgulanmasını gündeme getirmiştir. Yapının deprem performansı birçok etkene bağlıdır. Kapalı çıkmalar deprem performansını olumsuz etkileyen durumlardan birisidir. Ülkemizde birçok yapıda imar mevzuatının da adeta özendirmesiyle zemin kat üstündeki yapılarda kat alanının arttırılması yoluna gidilmektedir. Bunun için de yapının bir veya birkaç kenarında çıkmalar inşa edilmektedir. Fonksiyonelliği olumsuz etkilediği gerekçesiyle kapalı çıkma yapılan kısımlarda kolonlar kirişlerle genellikle birleştirilmez. Özellikle zemin kattan sonra yasal olarak adeta teşvik edilen kapalı çıkmalarda yaygın olarak görülen kiriş süreksizlikleri, çerçeve süreksizliğinin en tipik örneklerinden birisidir. Kapalı çıkmaların binanın ağırlık ve rijitlik merkezleri arasındaki farkı büyütebileceği, meydana gelen ağırlık artışının binanın deprem davranışını etkileyeceği bilinmektedir. Geçmiş depremlerde bunun örneklerine rastlanmıştır (Doğangün, 2004; Santiago vd., 2003). Ağır çıkmalara sahip binaların geçmiş depremlerde düzgün cepheye sahip binalara oranla daha fazla hasara uğradıkları gözlenmiştir (Özcebe, 2004; Sucuoglu ve Yazgan, 2003). Güney Özcebe tarafından hazırlanan Deprem Güvenliğinin Saptanması İçin Yöntemler Geliştirilmesi TÜBİTAK İÇTAG YMAÜ İ574 Numaralı Araştırma Projesi Sonuç Raporu nda 3 ten fazla katlı yapılar için ağır çıkmalar kısa kolondan daha önemli bir olumsuzluk olarak öngörülmektedir. Çalışmanın amacı mevcut betonarme yapı stoğunda kapalı çıkmaların yapı performansı üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. Bu amaçla ülkemizdeki mevcut yapı stoğunu temsil eden düzensizliği bulunmayan referans olarak nitelenen 2-,4- ve 7-katlı binalar 1975 ve 1998 (AY-75, 1975; AY-98, 1998) yönetmeliklerine göre tasarlanmıştır. Kapalı çıkmalar eklenerek elde edilen bina modellerinin çıkma bölgesinde kolonların kirişlere bağlı olduğu ve olmadığı durumlar dikkate alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. MODEL ÖZELLİKLERİ VE MODELLEME Çalışma kapsamında kullanılan düzenli referans ve kapalı çıkmalı bina modellerinin hazırlanmasında mevcut binalarla ilgili envanter çalışması (İnel vd., 2009) verileri kullanılmıştır. Bu çalışmada betonarme yapıların dayanım ve şekildeğiştirme davranışları üzerinde etkisi olduğu düşünülen bazı yapısal özelliklerin yapı stoğu içindeki değerleri incelenmiştir. Binalar yapım yılları ve kat sayısına göre alt gruplara ayrılarak toplam 475 bina ve bu binalardan seçilen kolon ve 3123 kiriş eleman dikkate alınmıştır. Çalışmada referans olarak nitelendirilen düzenli binalar ve bu binaların kapalı çıkmaya sahip durumları olmak üzere toplam 144 adet bina modellemesi yapılmıştır. Modellere ait kalıp planı görünümleri Şekil 1 de verilmiştir. Binaların iki asal yönü dikkate alındığında çalışma kapsamında 288 adet model değerlendirilmiştir. Envanter çalışması sonucunda elde edilen ve modellerde yer alan kapalı çıkma oranları Tablo 1 de verilmiştir. Envanter kapsamında çıkma derinliğinin genel olarak 0.85 m ile 1.10 m arasında değiştiği gözlenmiştir. Modellerde yer alan çıkma bölgesi derinliği de yapılan envanter çalışması verileri baz alınarak belirlenmiştir.

3 H.B. Özmen, M. İnel ve B. T. Çaycı 3 Kapalı çıkmaya sahip modellere ait görünümler Şekil 1 de verilmiştir. Şekilde kapalı çıkma bulunan kısımlar taralı olarak gösterilmiştir. Referans modellerde bu kapalı çıkma kısımları bulunmamaktadır. Kirişsiz modelde ise taralı olarak yer alan kirişler kaldırılmıştır. Tablo 1. Envantere ait kapalı çıkma verileri: Kapalı çıkma alanı/normal kat alanı Yönetmelik Kat Sayısı Ortalama (%) Std. Sap. Varyasyon Katsayısı katlı bina kapalı çıkma 4 katlı bina kapalı çıkma 7 katlı bina kapalı çıkma Şekil 1. Çalışmada kullanılan 2-,4- ve 7-katlı kapalı çıkmaya sahip yapıların kalıp planları Envanter çalışması (İnel vd., 2009) sonu elde edilen özelliklerin yansıtılması ile 1-2 katlı binalar 2, 3-5 katlı binalar 4, 6 ve üzeri katlı binalar da 7 katlı bina modelleri ile temsil edilmiştir. Her bir yapı grubu için iki farklı deprem yönetmeliği (1975 ve 1998), 2 farklı beton basınç dayanımı ve iki farklı yanal donatı durumu dikkate alınmıştır. Beton sınıfı olarak 1998 öncesi yapılarda BS16 (orta kalite) ve BS10 (düşük kalite), 1998 ve sonrası yapılarda BS25 (iyi kalite) ve

4 4 Kapalı Çıkma Düzensizliğinin Betonarme Yapıların Sismik Dav. Etk. Değ. BS16 (orta kalite) öngörülmüştür. Her bir model için sargı bölgelerinde yönetmeliğe uygun donatı düzeni ve 200 mm aralıklı ve çirozsuz olmak üzere iki farklı yanal donatı durumu göz önüne alınarak mevcut yapı stoğunda yaygın olarak görülebilen yanal donatı yetersizliği ve düşük beton dayanımı kusurlarının davranışa etkisi de incelenmiştir. Analizlerde SAP2000 programı kullanılmıştır. (SAP2000, CSI). Bina modellerinin sismik davranış ve performansının belirlenmesi amacıyla doğrusal elastik olmayan modelleri 2007 Deprem Yönetmeliği göz önüne alınarak hazırlanmıştır (DBYBHY-2007, 2007). Doğrusal elastik olmayan davranış eleman uçlarına yerleştirilen plastik mafsallar yoluyla belirlenmiştir. Bir plastik mafsalın tanımlanabilmesi için Şekil 2 de verilen B, C, D, E (ve performans kriterleri için MN, GV, GÇ) noktalarının koordinatları belirlenmelidir. Eğilme mafsallarında bu noktaların tanımlanabilmesi için moment-eğrilik ilişkisinin bilinmesi gereklidir. Bu amaçla her bir elemanın kritik kesitlerinde yanal donatı miktarı dikkate alınarak öncelikle sargılı beton birim deformasyon-dayanım ilişkisi belirlenmiştir. Çelik birim deformasyon-dayanım ilişkisi DBYBHY de önerilen şekilde dikkate alınmıştır. Malzeme deformasyon-dayanım ilişkileri kullanılarak elde edilen moment-eğrilik ilişkisi ve belirlenen süneklik kriterleri kullanılarak eğilme mafsallarının deformasyon kapasiteleri belirlenmiştir. Mafsalların tanımlanması için her elemanın kritik kesitlerinin moment eğrilik ilişkileri Sargı Etkisi Modelleme Analiz Programı (SEMAp, 2008) kullanılarak hesaplanmıştır. Beton modelleri için Mander sargılı beton modeli (Mander vd., 1988) kullanılmıştır. Bu moment-eğirlik ilişkileri, nihai deformasyon kriterleri ve plastik mafsal boyu (L p = h/2, DBYBHY- 2007, 2007) kullanılarak her bir elemanın plastik dönme kapasitesi ve mafsal özellikleri belirlenmiştir. Eğilme mafsalları için hasar sınır değerleri Tablo 2 de verilmiştir. Kuvvet B MN GV GÇ C Minimum Hasar Bölgesi Belirgin Hasar Bölgesi İleri Hasar Bölgesi D Göçme Bölgesi A Şekildeğiştirme Şekil 2. Tipik dayanım deformasyon ilişkisi E Nokta Tablo 2. Eğilme mafsalı hasar sınır kriterleri Beton Birim Deformasyonu ε c Çelik Birim Deformasyonu B Akma dayanımı ve eğilme rijitliği belirler MN (ε cu ) MN = (ε s ) MN = 0.01 GV (ε cg ) GV = ( ρm/ρs) (ε s ) GV = 0.04 GC (ε cg ) GC = ( ρm/ρs) (ε cu ) GÇ = 0.06 C-D (ε cg ) C = 0.03 (ε s ) C = 0.5 ε su E (ε cg ) E = 0.04 (ε s ) E = ε su Tabloda verilen; c : beton birim deformasyon değeri, cu en dış beton lifi başınç birim deformasyonu, cg en dış çekirdek lifi başınç birim deformasyonu, s : kesitte mevcut bulunan enine donatı hacimsel oranı, sm : kesitte DBYYHY-2007 ye göre bulunması gerekli enine donatı hacimsel oranı, s : çelik birim deformasyon değeri, su : nihai çelik birim deformasyon değerini ifade etmektedir. ε s

5 H.B. Özmen, M. İnel ve B. T. Çaycı 5 Moment mafsallarına ek olarak, kolon ve kirişlerde kesme mafsalları da tanımlanmıştır. Moment mafsallarından farklı olarak, kesme mafsallarında herhangi bir süneklik hesaplanmamış, elemanların kesme kapasitelerine ulaşır ulaşmaz göçme konumuna ulaştığı varsayılmıştır. Kesme kapasiteleri TS500 e (2000) göre hesaplanmıştır. İncelenen her bir model dolgu duvarların yapı davranışına etkisinin dikkate alınması amacıyla duvarların taşıyıcı eleman olarak dikkate alındığı ve alınmadığı iki farklı biçimde hazırlanmıştır. Duvarların etkisi eşdeğer çapraz basınç çubukları kullanılarak yansıtılmıştır. Basınç çubuklarının özellikleri FEMA-356 ve 2007 Deprem Yönetmeliği (FEMA-356, 2000; DBYBHY- 2007, 2007) dikkate alınarak belirlenmiştir. Modellemesi yapılan binaların performansı doğrusal elastik olmayan analiz ile belirlenmiştir. Böylece kirişli ve kirişsiz kapalı çıkmalı binaların deprem performansları referans binalarla karşılaştırılmış ve etkileri değerlendirilmiştir. KAPALI ÇIKMANIN DAVRANIŞA ETKİSİ Yapıda çıkma bulunmasının yapı davranışına olumlu ve olumsuz etkileri mevcuttur. Öncelikle yapıda bulunan ağırlık artışı yapı periyodunu arttırarak yer değiştirme taleplerinin artmasına yol açmaktadır. Ayrıca burada binanın asal yönlerinden biri için ele alındığı gibi çıkma bölgesinde mimari nedenlerle kiriş imal edilmeyebilmektedir. Bu durum kolonun mesnet şartları değiştiğinden (kiriş ile bağlı olmadığından uçlarda dönme rijitliği azalmaktadır) ilave rijitlik azalışına neden olarak periyodu daha da arttırmaktadır. Ek olarak kolonun taşıdığı moment ve kesme değerinin azalması ile (düğüm dengesi gereği toplam kiriş momenti ve kolon momentinin eşit olması) bina yatay dayanımında azalmaya yol açmaktadır. Kolon üzerindeki eksenel yük artışı sebebiyle eleman sünekliğinde azalmaya neden olur. Fakat bu etkilere rağmen kapalı çıkma durumunun olumlu yanları da bulunmaktadır. Kapalı çıkma bina dış kenarında imal edilmektedir. Bu bölgede kolonlar zaten kenar kolon olduğundan üzerlerindeki eksenel yük düşük düzeydedir. Bu kolonlarda eksenel yük artışı ile oluşan deformasyon kapasitesi düşüşü bina için kritik olmayabilir. Dahası bu kolonlar denge altı olduğundan eksenel yük artışı dayanım değerlerinin artmasına yol açarak bina yatay dayanımını arttırmaktadır. İlave olarak eleman çatlamış kesit rijitliği de eksenel yük ile arttığından bu kolonların rijitliği ve dolayısıyla bina rijitliği artar. Daha da önemlisi bu kolonlardaki göreli rijitlik artışı sebebiyle yatay yükler eksenel yük düzeyi daha büyük olan orta kolonlardan bu kolonlara doğru kayarak daha olumlu bir yük dağılımı elde edilmiş olur. Kapalı çıkma bölgesinde kiriş kaldırılması durumunda düğüm dengesi gereği ilgili yönde kolon momenti azalacaktır. Dolayısıyla kolon daha az zorlanacak ve daha geç hasar almaya başlayacaktır. Buda DBYBHY-2007 de olduğu gibi yerdeğiştirme kapasitesinin bina kolonlarında oluşan hasara bağlı değerlendirildiği durumlarda kapasite artışına sebep olabilir. Fakat yerdeğiştirme kapasitesinin göreli ötelenmeye bağlı değerlendirildiği zaman bu durum görülmeyebilir. Ayrıca Şekil 3 de görüldüğü gibi binanın bir kenar kolonunda moment değeri düğüm dengesi gereği kolona bağlanan kiriş momentine eşittir. Bu kolona çıkma yapılarak konsol bir kiriş ilave edilmesi durumunda her iki kirişte de düşey yükler altında negatif moment oluşacağından kolona gelen moment azalacaktır. Yani ilave edilen kiriş sayesinde kolon moment dayanımının daha az bir kısmı düşey yükler için kullanılmaktadır. Bu sismik davranış açısından olumlu bir durumdur. Örneğin DBYBHY-2007 elastik yöntemine göre analiz yapılması durumunda bu kolon talep r değerinde azalma anlamına gelmektedir. Görüldüğü gibi kapalı çıkma davranışında birbiri ile çelişen birçok etken mevcuttur. Bu sebeple davranışta belirli bir eğilim gözlenmesi zor olabilmektedir. Ayrıca çalışma kapsamında kapalı çıkmanın kapasite üzerinde etkisinin değerlendirilmesi statik yöntemler ile yapılmıştır. Talep etkilerinin değerlendirilmesinde her ne kadar dinamik yöntemler kullanılmış olsa da önemli bir etki sayılabilecek depremin düşey hareketi dikkate alınmamıştır. Depremin düşey ivmesi sebebiyle direkt olarak kolon eleman ile desteklenmeyen kapalı çıkma bölgesinde daha büyük gerilmelerin oluşması ve/veya burada hesaba katılmamış olan düşey salınım hareketleri meydana gelmesi mümkündür. Bu sebeplerle çalışma sonuçlarında verilen kapalı çıkma etkilerinin değerlendirilmesi sözü geçen hususlar dikkate alınmalıdır.

6 6 Kapalı Çıkma Düzensizliğinin Betonarme Yapıların Sismik Dav. Etk. Değ. Şekil 3. Çıkma durumunda kolonda moment azaltması DOĞRUSAL OLMAYAN YERDEĞİŞTİRME TALEPLERİNİN BELİRLENMESİ 3-B olarak modellenen binalar üzerinde bulunan düşey yük etkileri de göz önüne alınarak doğrusal elastik olmayan statik analize tabi tutulmuş ve kapasite eğrileri elde edilmiştir. 288 adet model için 2007 Deprem Yönetmeliği ne göre Hemen Kullanım, Can Güvenliği ve Göçme Öncesi performans seviyelerindeki yerdeğiştirme kapasitesi değerleri elde edilmiş ve kapalı çıkmaya sahip çıkma bölgesinde kiriş bulunan ve bulunmayan binalar referans binalarla kıyaslanmıştır.. 3-B modellere ait kapasite eğrileri iki doğrulu hale getirilerek Tek Serbestlik Dereceli (TSD) modele indirgenmiştir. TSD modellerin farklı maksimum yer ivmesi değerlerine sahip 264 gerçek deprem kaydı kullanılarak doğrusal olmayan zaman tanım alanında dinamik analizle doğrusal olmayan yerdeğiştirme talepleri hesaplanmıştır (Hachem, BiSpec). Elde edilen bina yerdeğiştirme kapasiteleri, yerdeğiştirme talepleri ile karşılaştırılmıştır. Doğrusal olmayan yerdeğiştirme taleplerinin hesaplanmasında toplamda 264 adet yer hareketi kaydı kullanılmıştır. Tüm deprem kayıtları PEER (PEER, web sitesinden alınmıştır. Analizde kullanılan depremler ve ivme kayıtlarına ait maksimum yer ivmesi değerleri Tablo 3 te verilmiştir. Deprem yerdeğiştirme talepleri ile bina yerdeğiştirme kapasiteleri kıyaslanırken, deprem kayıtları yönetmelikte bulunan 3 deprem seviyesini (0.2g, 0.4g ve 0.6g ) yansıtması için gruplara ayrılmıştır. 0.2g, 0.4g ve 0.6g değerlerinin etrafında maksimum yer ivme değerine sahip kayıtların ortalama yer ivme değerleri bu değerleri yansıtacak şekilde 3 gruba ayrılmış ve kıyaslamada kullanılmışlardır. Bu gruplar farklı dönüşüm periyotlarına sahip yer hareketleri olarak düşünülebilir. ANALİZ SONUÇLARI Yapılan analizler sonucunda binalara ait çatı katı ötelenme oranları hesaplanmıştır. Kapalı çıkmaların referans binalara göre sismik performansını belirlemek için referans bina yerdeğiştirme talep ve kapasiteleri hem kirişli hem de kirişsiz olarak modellenen kapalı çıkmaya sahip binalarla karşılaştırılmıştır. Tablo 4 te 1975 ve 1998 yönetmeliklerine göre tasarlanan 2-, 4- ve 7-katlı modellere ait ortalama yerdeğiştirme kapasite ve talepleri çatı katı ötelenme oranı cinsinden verilmiştir. Talep/kapasite oranı, yönetmelikçe tanımlanan performans sınırlarının deprem talebini ne oranda karşıladığı hakkında fikir verebilir. Ref referans binaları, Kc10 kirişsiz kapalı çıkmalı, Kc1B ise kirişli kapalı çıkmalı binaları temsil etmektedir. Şekil 4, 5 ve 6 da bina yerdeğiştirme kapasiteleri incelenmiştir. Şekil 7, 8 ve 9 da ise sırasıyla 0.2g, 0.4g ve 0.6g lik ortalama maksimum yer ivme değerleri için yerdeğiştirme talepleri çatı katı ötelenme oranı olarak verilmiştir. Farklı beton ve yanal donatı durumunda sahip modellerin kapasite değerleri büyük değişim göstermekte ve hepsinin birlikte verilmesi durumunda şekiller anlaşılmaz hale gelmektedir. Bu sebeple şekillerde sadece her iki yönetmelik durumunda en iyi beton ve yanal donatı durumuna ait veriler gösterilmiştir.

7 H.B. Özmen, M. İnel ve B. T. Çaycı 7 Tablo 3. Analizlerde kullanılan depremler ve kayıtlara ait ivme değerleri No Deprem Kayıt Sayısı PGA Aralığı (g) 1 Cape Mendocino 1992/04/25 18: Chi-Chi, Taiwan 1999/09/ Coalinga 1983/05/02 23: Coyote Lake 1979/08/06 17: Duzce, Turkey 1999/11/ Erzincan, Turkey 1992/03/ Friuli, Italy 1976/05/06 20: Gazli, USSR 1976/05/ Imperial Valley 1940/05/19 04: Imperial Valley 1979/10/15 23: Irpinia, Italy 1980/11/23 19: Kobe 1995/01/16 20: Kocaeli, Turkey 1999/08/ Landers 1992/06/28 11: Livermore 1980/01/24 19: Loma Prieta 1989/10/18 00: Mammoth Lakes 1980/05/27 14: Morgan Hill 1984/04/24 21: N. Palm Springs 1986/07/08 09: Northridge 1994/01/17 12: Parkfield 1966/06/28 04: San Fernando 1971/02/09 14: Spitak, Armenia 1988/12/ Superstitn Hills(B) 1987/11/ :16 Tabas, Iran 1978/09/ Victoria, Mexico 1980/06/09 03: Westmorland 1981/04/26 12: Whittier Narrows 1987/10/01 14: Whittier Narrows 1987/10/04 10: Toplam 264 Çatı Katı Ötelenme Oranı(%) Periyot(s) Şekil 4. Hemen kullanım çatı ötelenme oranı kapasitesi Ref Kc10 Kc1b

8 8 Kapalı Çıkma Düzensizliğinin Betonarme Yapıların Sismik Dav. Etk. Değ. Çatı Katı Ötelenme Oranı(%) Periyot(s) Şekil 5. Can güvenliği çatı ötelenme oranı kapasitesi Ref Kc10 Kc1b 4.0 Çatı Katı Ötelenme Oranı(%) Periyot(s) Şekil 6. Göçme öncesi çatı ötelenme oranı kapasitesi Ref Kc10 Kc1b Çatı Katı Ötelenme Oranı(%) Ref 0.2 Kc Kc1b Periyot(s) Şekil g ivme değerine sahip kayıtlar için çatı ötelenme oranı talepleri

9 H.B. Özmen, M. İnel ve B. T. Çaycı 9 Çatı Katı Ötelenme Oranı(%) Ref 0.4 Kc Kc1b Periyot(s) Şekil g ivme değerine sahip kayıtlar için çatı ötelenme oranı talepleri Çatı Katı Ötelenme Oranı(%) Ref 0.6 Kc Kc1b Periyot(s) Şekil g ivme değerine sahip kayıtlar için çatı ötelenme oranı talepleri Tablo 4. Binalara ait kapasite ve talep yerdeğiştirme çatı göreli ötelenme oranı ve talep/kapasite oranları Kapasite (%) Talep (%) Oran HK CG GÖ 0.2g 0.4g 0.6g 0.2g/HK 0.4g/G 0.6g/Ö Ref Kc1B Kat Kc Ref Kc1B Kat Kc Ref Kc1B Kat Kc Ref Kc1B Kat Kc Ref Kc1B Kat Kc Ref Kc1B Kat Kc HK: Hemen Kullanım, CG: Can Güvenliği, GÖ: Göçme Öncesi

10 10 Kapalı Çıkma Düzensizliğinin Betonarme Yapıların Sismik Dav. Etk. Değ. SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Bu çalışmada mevcut yapı stoğunu yansıttığı düşünülen binalarda kapalı çıkma etkisinin bina sismik davranışı üzerine etkileri doğrusal elastik olmayan statik ve dinamik analizler kullanılarak incelenmiştir. Binaların yerdeğiştirme kapasiteleri 3-B bina modellerinin doğrusal elastik olmayan statik analizi ile elde edilirken yerdeğiştirme talepleri için de Eşdeğer Tek Serbestlik Dereceli (ETSD) sistemlerinin doğrusal elastik olmayan zaman tanım alanında dinamik analiz kullanılmıştır. Mevcut konut yapılarını temsil etmesi için 2-, 4- ve 7-katlı toplam 144 adet betonarme binanın doğrusal elastik olmayan modelleri hazırlanmıştır. Doğrusal elastik olmayan statik analiz ile kapasite eğrileri elde edilen binaların değişik performans seviyelerindeki çatı katı yerdeğiştirme kapasiteleri elde edilmiştir. Kapasite eğrileri iki doğrulu hale getirilen binalar ETSD sisteme çevrilerek doğrusal elastik olmayan zaman tanım alanında analizle 264 ivme kaydı için yerdeğiştirme talepleri hesaplanmıştır. Elde edilen talepler çatı katı yerdeğiştirme değerine dönüştürülerek kapasiteler ile kıyaslanmıştır. Referans, kirişli kapalı çıkmalı ve kirişsiz kapalı çıkmalı modellerin davranışları karşılaştırılmıştır. Çalışmada elde edilen bulgular aşağıda özetlenmiştir: 1. Olumsuz malzeme ve yanal donatı durumunda kapasite değerlerinde önemli oranda düşüş gözlenebilmektedir. Örneğin kötü beton dayanımı ve olumsuz yanal donatı durumunda tüm modeller için Can Güvenliği yerdeğiştirme kapasitelerinde %44 azalma meydana gelmektedir. 2. Ortalama olarak yalnız kötü beton durumunda düşüş %14, yalnız olumsuz yanal donatı durumunda ise %27 mertebesindedir. Çalışmada ele alınan değerler çerçevesinde Can Güvenliği yerdeğiştirme kapasitesi açısından yanal donatı durumu beton dayanımından daha etkilidir. 3. Farklı beton ve etriye durumlarının referans ve kapalı çıkmalı modeller üzerinde etkileri de incelenmiştir. Kötü beton ve yanal donatı durumunda referans modellerde %45, Kc1B için %46, Kc10 için ise %41 azalma meydana gelmiştir. Bu değerler yalnız kötü beton durumunda Ref için %16, Kc1B için %15, Kc10 için %11, yalnız olumsuz yanal donatı durumunda Ref için %26, Kc1B için %27, Kc10 için %23 mertebesindedir. 4. Kc1B modeli Ref modele benzer değerlere sahip iken Kc10 modelinin Ref modele göre beton dayanımı ve yanal donatı durumu değişimlerine %3 ile %5 arasında daha az hassas olduğu görülmektedir. 5. Kapalı çıkma davranışı açısından ise tüm kapasite, talep ve talep/kapasite oranların incelendiğinde kapasite artışı ve/veya talep, talep/kapasite oranı düşüşü ile kapalı çıkma durumunun referans durumdan daha olumlu olduğu değerlere rastlanabilmektedir. Bunun sebeplerinden kapalı çıkmanın davranışa etkisi bölümünde bahsedilmiştir. Fakat genel olarak tüm binalar ve durumlar değerlendirildiğinde kapalı çıkma etkisinin olumsuz olduğu görülmektedir. 6. Hemen Kullanım durumu kapasitesi için uç değerler olarak Kc1B modellerinde referans modele göre %19 düşüş ve yüzde 7 artış görülmektedir. Ortalamada ise %5 düşüş olmuştur. Kc10 modellerinde ise yine uç değerler olarak %20 düşüş ve %24 artış görülmektedir. %24 artış görülen modelin kiriş kaldırılmasıyla oluşan rijitlik ve dayanım kaybından en az etkilenebilecek 2 katlı 1998 yönetmeliği modeli olmasına dikkat edilmelidir. Kc10 modellerinde ortalama kapasite azalışı ise %1 seviyesindedir. 7. Aynı eğilim Can Güvenliği ve Göçme Öncesi deplasman kapasiteleri içinde geçerli olmaktadır. Kc1B değerleri incelendiğinde referans modele göre Can Güvenliği için ortalama %2, Göçme Öncesi için ise %3 azalma mevcuttur. Kc10 için Can Güvenliğinde %6, Göçme Öncesinde %3 kapasite artışı görülmektedir. 8. Üstteki iki madde göz önüne alındığında kapalı çıkma durumunda kirişlerin kaldırılmasının kolonların zorlanmalarını azaltarak yerdeğiştirme kapasitesinde az da olsa artış sağladığı söylenebilir. Fakat kirişlerin kaldırılmasıyla oluşan rijitlik kaybı nedeniyle artan

11 H.B. Özmen, M. İnel ve B. T. Çaycı 11 yerdeğiştirme talepleri, kapasite artışıyla elde edilen faydanın çok üzerinde olumsuzluklara yol açmaktadır. 9. Ayrıca çalışma kapsamında yerdeğiştirme kapasitelerinin hesabı DBYYHY-2007 yönetmeliği hükümlerine göre yapılmıştır. Bu yönetmelikte kapasite sınırları elaman hasar seviyelerine göre belirlenmektedir. Kirişlerin kaldırıldığı kolonlarda zorlanmalar azalarak eleman hasarı daha büyük yerdeğiştirmelerde gerçekleşmektedir. Bunun yerine, örneğin göreli ötelenme değerlerinin dikkate alındığı bir kapasite kriteri kullanılması durumunda kiriş kaldırılması ile azalan rijitlik ile artan ötelenmeler sebebiyle yerdeğiştirme kapasite değerlerinde de azalma olması mümkündür. 10. Kc10 modellerinin talep değerleri incelendiğinde 0.4g deprem seti için minimum %6, maksimum %137, ortalama olarak ise %33 talep artışının olduğu görülmektedir. 0.2g için minimum %10, maksimum %192, ortalama %49; 0.6g için ise minimum %5 maksimum %130, ortalama %30 artış mevcuttur. 11. Kirişlerin kaldırılmadığı Kc1B modelinde ise talep artışları çok daha düşük düzeydedir. 0.4g deprem seti için minimum %5 azalma, maksimum %4 artış, ortalama olarak ise %1 artışının olduğu görülmektedir. 0.2g için minimum %6 azalma, maksimum %27 artış, ortalama %7 artma; 0.6g için ise minimum %4 azalma, maksimum %5 artış, ortalama %2 artış mevcuttur. Görüldüğü gibi genel olarak kirişlerin mevcut olduğu durumda talep artışı çok daha sınırlı olmaktadır. 12. Talep/kapasite oranının hem talep hem de kapasitenin birlikte ele alınmasıyla davranış değişimini daha geniş ölçüde yansıttığı düşünülebilir. Bu değerlerin referans modele göre karşılaştırılması yapılarak Kc1B ve Kc10 modellerinin sismik davranış değişimi incelenebilir. Tablo 4 incelendiğinde talep/kapasite oranı sütunlarında yer alan 36 değerden 31 adedinin referansa göre artış göstermesiyle kapalı çıkma durumunun genel olarak olumsuzluğa neden olduğu ve bir düzensizlik olarak ele alınabileceği söylenebilir. 13. Kc1B modelinde 0.2g/HK durumunda ortalama %15, 0.4g/CG durumunda ortalama %3, 0.6g/GÖ durumunda ortalama %6 talep/kapasite oranında artış olduğu görülmektedir. 14. Kc10 modelinde ise 0.2g/HK durumunda ortalama %47, 0.4g/CG durumunda ortalama %23, 0.6g/GÖ durumunda ortalama %26 talep/kapasite artışı mevcuttur. 15. Kc1B ve Kc10 modellerinin değerleri kıyaslandığında çıkma bölgesinde kirişlerin kaldırılmasının olumsuzlukları çok büyük oranda artırdığı görülmektedir. Özet olarak kapalı çıkmalı binaların deprem performansı üzerinde olumlu ve olumsuz olarak farklı etkilere sahip olduğu söylenebilir. Fakat davranış açısından kapalı çıkma durumunun genel olarak olumsuzluğa neden olduğu ve bir düzensizlik olarak ele alınabileceği anlaşılmaktadır. Ayrıca kapalı çıkmalı binalarda çıkma bölgesindeki kirişlerin yapılıp yapılmamasının davranış üzerinde önemli etkisi olduğu değerlendirilmiştir. Kiriş bulunmaması durumunda özellikle talep değerlerinde büyük artışların yaşanması sebebiyle deprem performansı kirişli durumdan çok daha olumsuz olduğu görülmektedir. Teşekkür Bu çalışma 107M569 nolu TÜBİTAK ve 2008FBE005 nolu Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi olarak desteklenmiştir. KAYNAKLAR AY-75 (1975), Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara. AY-98 (1998), Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara. DBYYHY-2007, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara.

12 12 Kapalı Çıkma Düzensizliğinin Betonarme Yapıların Sismik Dav. Etk. Değ. Doğangün,A., (2004) Performance of reinforced concrete buildings during the May Bingöl earthquake in Turkey, Engineering Structures, 26(6), FEMA-356, Prestandard and Commentary for Seismic Rehabilitation of Buildings, Report No. FEMA-356, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. Hachem M.M., BiSpec, Inel M., Ozmen H.B., Şenel Ş.M. ve Kayhan A.H. (2009). Mevcut Betonarme Binaların Yapısal Özelliklerinin Belirlenmesi, Uluslararası Sakarya Sempozyumu, 1-2 Ekim 2009, Sakarya, Türkiye. Mander J. B., Priestley M. J. N., Park R., Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 114, No. 8, pp Özcebe, G., Deprem Güvenliğinin Saptanması İçin Yöntemler Geliştirilmesi,TÜBİTAK İÇTAG YMAÜ İ574 Numaralı Araştırma Projesi SonuçRaporu,Ankara. PEER, Santiago, P., Ramirez, J. and Sarria, A., Observations On The Behaviour Of Low-Rise Reinforced Concrete Buildings January 25 Colombia Earthquake, SAP2000, CSI. Integrated finite element analysis and design of structures basic analysis reference manual; Berkeley (CA, USA); Computers and Structures Inc. SEMAp (2008), Sargılı etkisi beton modelleme analiz programı; Tubitak proje no: 105M024 Sucuoglu, H. and Yazgan, U., Simple Survey Procedures For Seismic Risk Assessment In Urban Building Stocks, Earth And Environmental Sciences, Vol. 29:97 118, London. TS-500, (2000). Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.