DEPREM YÖNETMELİĞİNDEKİ FARKLI ZEMİN SINIFLARINA GÖRE YAPI DAVRANIŞLARININ İRDELENMESİ

Transkript

1 DEPREM YÖNETMELİĞİNDEKİ FARKLI ZEMİN SINIFLARINA GÖRE YAPI DAVRANIŞLARININ İRDELENMESİ Investigation of Beavior of Structures According To Local Site Classes Given In te Turkis Eartquake Code Ramazan. LİVAOĞLU ve Adem. DOĞANGÜN Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Müendisliği Bölümü, 00 Gümüşane Karadeniz Teknik Üniversitesi, İnşaat Müendisliği Bölümü, 00 Trabzon ÖZET Bu çalışmanın temel amacı: Deprem Yönetmeliği olarak da adlandırılan Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik- de tanımlanan dört farklı zemin sınıfının yapı davranışlarına etkileri incelemektir. Bu amaçla iki farklı kat sayısına saip ( ve katlı) yapılar dikkate alınmıştır. Toplam altı ve on iki katlı yapıların er birinde planda simetrik (S), bir doğrultuda simetrik (BDS) ve simetrik olmayan (SO) taşıyıcı sistemleri seçilmiştir. Yapıların modellenmesinde Sonlu Elemanlar Yöntemi depreme göre yapısal çözümlemelerinde ise Mod Birleştirme Yöntemi kullanılmıştır. ABSTRACT Te purpose of tis study to investigate effects of local site classes and its parameters given in te Turkis Specification for Structures to be Built in Disaster Areas on te dynamic beavior of structures. For tis purpose eartquake beavior of six structures wic ave different caracteristics are investigated using local site classes defined in te eartquake code. Te structures ave two different planes and two different storeys (six and twelve).six storeys buildings are called S, BDS, SO and similarly twelve storeys buildings are called S, BDS and SO. Finite Element Metod is used for model of structures. Mode-Superposition Metod is used for te seismic analysis of structures. At te end of tis study conclusions drawn from tis study are given..giriş Ülkemizin deprem kuşağında bulunması nedeniyle zaman zaman büyük depremler meydana gelmekte ve bu depremlerde maalesef çok sayıda yapı asar görmekte ya da yıkılmaktadır. Depremlerden sonra asar gören ya da yıkılan yapılar üzerinde yapılan araştırmalar, bu durumun oluşmasında yapı-zemin etkileşime gereken önemin verilmemiş olmamasının

2 önemli derecede etkisinin bulunduğunu ortaya koymaktadır. Edinilen tecrübelerden de yararlanılarak yapıların zeminden dolayı ağır asar görmesini önleyebilmek maksadıyla kısaca Yeni Deprem Yönetmeliği olarak da adlandırılan ve Ocak de yürürlüğe giren "Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik"te diğer birçok deprem yönetmeliğinde olduğu gibi zeminler dört sınıfa ayrılarak bunlara ilişkin parametreler verilmiştir. Yeni Deprem Yönetmeliğinde verilen bu dört sınıf zeminin yapı elemanlarının davranışını ne şekilde ve angi oranda etkilediği bu çalışmaya konu olmaktadır. Bu amaçla Deprem Yönetmeliğinde verilen zemin sınıfları dikkate alınarak farklı özelliklere saip yapıların davranışları incelenmektedir. Yapıların seçiminde farklı planlara saip uygulanabilir yapılar olmasına özen gösterilmiştir. Seçilen yapılarda depreme göre yapısal çözümlemesi için modal analiz yöntemlerinden Mod Birleştirme Yöntemi ve matematik model olarak ise Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılmaktadır. Her bir yapı için Deprem Yönetmeliğinde verilen,, ve zemin sınıflarına türlerine göre gerekli tasarım spektrumu elde edilmekte ve bu spektrumlara bağlı olarak gerek yapının bütün olarak davranışı, gerekse örnek olarak seçilen elemanlardaki iç kuvvetler karşılaştırmalı olarak irdelenmektedir. Çalışmanın sonunda, seçilen yapıların depreme göre yapısal çözümlemelerinden elde edilen bulguların irdelenmesinden çıkartılan bazı sonuçlar verilmekte ve yerel zemin sınıflarının yapı elemanlarındaki içkuvvet değişimlerini ne oranda ve angi parametrelere bağlı olarak etkilediği tartışılmaktadır..yapilara AİT VERİLER S olarak tanımlanan yapı taşıyıcı sisteminin planı Şekil. deki gibi seçilmiştir. BDS olarak tanımlanan yapıda ise S yapısından farklı olarak A-A ve A-A aksları arasında yerleştirilen düşey taşıyıcı elemanların yönleri A-B ve A-B aks doğrultularına çevrilmiştir. SO yapısı için ise sadece Şekil de A-A doğrultusunda yerleştirilen düşey taşıyıcı eleman A-B doğrultusuna yerleştirilmiştir. Bütün yapılar için kirişler (x0 cm ) aynı boyutlardadır. Yine bütün yapılarda kolon boyutları. katta değiştirilerek, ilk katlarda 0x0 olarak boyutlandırılan kolonlar 0x0 olarak; 0x0 olarak boyutlandırılanlar ise 0x0 olarak tasarlanmıştır.. ZEMİN TÜRLERİNE GÖRE İVME SPEKTRUMLARI Deprem yönetmeliğinde verilen ve zemin gruplarına göre belirlenen elastik tasarım ivme spektrumları aşağıdaki çizelgeler yardımıyla elde edilebilir. Burada T A ve :T B yerel zemin sınıfına bağlı olarak deprem yönetmeliğinde verilen karakteristik periyotları (Çizelge ) T i ise yapının ilgili moduna ait doğal titreşim periyodunu göstermektedir.

3 Şekil. Toplam katlı S yapısının.kat planı 0 0 0X X X X X X0 0X X0 0X X0 0X X X X00 0 Şekil. Toplam katlı S yapısının.kat planı

4 Çizelge. Yerel Zemin sınıflarına bağlı olarak karakteristik periyotlar Yerel Zemin Sınıfı T A (s) T B (s) (A) grubu zeminler m olan (B) grubu zeminler > m olan (B) grubu zeminler m olan (C) grubu zeminler m < 0 m olan (C) grubu zeminler 0 m olan (D) grubu zeminler > 0 m olan (C) grubu zeminler > 0 m olan (D) grubu zeminler 0, 0, 0,0 Çizelge. İlgili aralıklar için elastik tasarım ivme katsayıları Periyot Aralığı S (T i ) 0 T T A +,T/ T A T A T T B, T>T B,(T B / T 0, ) Çizelge de verilen karakteristik periyotları Çizelge. de verilen ilgili aralıklar için yerine koyularak er zemin sınıfı için elastik ivme spektrumları aşağıdaki şekilde elde edilebilirler (Şekil ).,0 S(T) --,0 S(T) --,, Elastik ivme Katsayısı ; S(T),0,,0 Elastik ivme Katsayısı ; S(T),0,,0 0, 0,,0 S(T) 0,,0,,0, P eriyo t (s) --,0,,0 T (s) S(T),0 0,,0,,0, P e riy o t (s ) --,0,,0 T (s),, Elastik ivme Katsayısı ; S(T),0,,0 Elastik ivme Katsayısı ; S(T),0,,0 0, 0, 0,,0,,0 Periyot (s),,0,,0 T (s) Şekil. Zemin gruplarına Deprem Yönetmeliğinde tanımlanan zemin sınıflarına göre Elastik İvme Spektrumları 0,,0,,0 Periyot (s),,0,,0 T (s)

5 Yapıların süneklik düzeyi normal sistem oldukları (R= ) ve. derece deprem bölgesinde inşa edildikleri kabul edilmektedir. Bu durumda yapılar için kullanılabilecek dört sınıf zemin için ivme spektrumları toplu olarak Şekil de verilmektedir. S (T a ) Spa (Ta),0,,,,,,0,,,,,,0 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,,0,,0,,0,,0 0, Periyot (s) (s) Şekil. Birinci derece deprem bölgelerine inşa edilecek süneklik düzeyi normal sistemler için ivme spektrumları,0,,,,,0. MATEMATİK MODEL VE HESAP DETAYLARI Çalışmaya konu olan S ile adlandırılan katlı ve S ile adlandırılan katlı yapılara ait sonlu eleman modelleri Şekil de verilmektedir. Yapı modellerinde temelde bulunan noktalara ait bütün serbestlikler tutulmuş, diğer noktalara ait bütün serbestlikler ise serbest bırakılmıştır. Aynı zamanda er kat seviyesinde tanımlanan diyaframlarla katların kendi içerisinde rijit diyafram olarak çalıştığı kabul edilmektedir. Yapıların deprem esabında kullanılan mod birleştirme yöntemiyle esapta katlı yapılarda ilk mod şekli, katlı yapılar da ise ilk 0 mod şekli göz önüne alınmıştır. Yapılar için seçilen beton sınıfı TS de belirtilen C0 olduğundan elastisite modülü ve birim acim ağırlığı sırasıyla 000 MPa ve kn/m olarak dikkate alınmıştır.

6 (a) (b) (b) Şekil. Toplam (a) ve katlı (b) simetrik yapılarının sonlu eleman modelleri. BULGULARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Uygulamalara konu olan farklı plana ve farklı kat yüksekliğine saip toplam adet yapının deprem yönetmeliğinde belirtilen farklı zemin sınıfı için deprem esabı SAP 000 yapısal analiz programıyla yapılan lineer dinamik analizleri mod birleştirme yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Yapılan bu çözümlemelerden er yapı için bulunan ilk 0 doğal titreşim periyodu aşağıda Çizelge de verilmektedir. Çizelge.Yapı sistemlerinin ilk 0 modu için doğal titreşim periyotları T S SO BDS S SO BDS T 0, 0, 0, 0, 0,,0 T 0, 0, 0, 0, 0, 0, T 0, 0, 0, 0, 0, 0, T 0, 0, 0, 0, 0, T 0, 0, 0, 0, 0, T 0, 0, 0, 0, 0, T 0, 0, 0, T 0, 0, T T 0 0 Birinci modlar için elde edilen doğal titreşim periyotlarının 0, ~,0 s değerleri arasında değişmesi geniş bir aralık için değerlendirme yapılabilmesine olanak sağlanmaktadır. Bulguları karşılaştırmak amacı ile katlı yapılar için A, B ve E

7 kolonları ve katlı yapılar için ise B, E ve C kolonları seçilmiştir. Yapılan farklı çözülmeden bu elemanlar için elde edilen sonuçlar Şekil ~ de verilmektedir. A E B Şekil. S yapısının A,E ve B kolonlarında oluşan kesme kuvvetlerinin değişimi Şekil da görülen S yapısı için kesme kuvvetinin maksimum değeri ve sınıfı zemin için B kolonu.kat seviyesinde, kn olarak, sınıfı zemin için ise aynı elemanda, kn değeri esaplanmaktadır. Yapılan çözümlemelerden elde edilen en düşük değer E kolonunda sınıfı zemin için en üst katta, kn dur. Aynı elemanda ve zemin sınıfı için ise, kn değeri elde edilmektedir A E B Şekil. SO yapısının A, E ve B kolonlarında oluşan kesme kuvvetlerinin değişimi

8 SO yapısı için ise kesme kuvvetinin maksimum değeri ve sınıfı zemin için B kolonu.kat seviyesinde, kn olarak aynı elemanda sınıfı zemin için, kn değeri elde edilmektedir. E kolonu sınıfı zemin için en üst katta, kn, ve zemin sınıfları için, kn değeri elde edilmektedir. A E B Şekil. BDS yapısının A,E ve B kolonlarında oluşan kesme kuvvetlerinin değişimi Benzer değerlendirmeler BDS yapısı için yapıldığında diğer yapılardan farklı olarak ve sınıfı zemin için B kolonu. kat seviyesinde en büyük kesme kuvveti, kn olarak sınıfı zemin için ise aynı elemanda, kn olarak elde edilmektedir. Diğer yapılarda olduğu gibi en küçük kesme kuvveti değeri sınıfı zemin için, kn olarak ve için ise aynı elemanda, kn kesme kuvveti değeri elde edilmektedir.

9 0 B E C Şekil S yapısının A,E ve B kolonlarında oluşan kesme kuvvetlerinin değişimi B E C Şekil 0.SO yapısının A,E ve B kolonlarında oluşan kesme kuvvetlerinin değişimi

10 0 B E C Şekil. BDS yapısının A,E ve B kolonlarında oluşan kesme kuvvetlerinin değişimi katlı yapılardan farklı olarak katlı yapılara ait doğal titreşim periyotlarının daa uzun olması sebebiyle sınıfı zemin ile sınıfı zemin arasında elde edilen iç kuvvetler açısından farklılıklar oluşmaktadır (Şekil ~). Burada en büyük kesme kuvveti değerleri S yapısı.kat seviyesinde, sınıfı zemin için, kn olarak, SO yapısında aynı elemanda yine benzer şekilde zemin sınıfı için, kn ve son olarak ise BDS yapısı için ise aynı elemanın bu kez.kat seviyesinde, kn olarak elde edilmektedir. Aynı sistemler için en küçük kesme kuvvet değeri bütün yapılarda E kolonu kat seviyesinde sınıfı zemin için elde edilmektedir. Sözü edilen bu değerler S, SO ve BDS yapıları için sırasıyla,;, ve, kn şeklindedir..sonuçlar. Yapılan modellemeler sırasında sistemlerin süneklik düzeylerinin normal seçilmesi yapıların davranışlarının taşıyıcı sistem davranış katsayısına (R) bağlı olarak etkilenecek olmasına karşın zemin türleri arasındaki oransal farklar bunlardan etkilenmeyecektir.. İncelenen yapıların. modu için elde edilen doğal titreşim periyotlarının sınıfı zemin T B karakteristik periyoduna eşit veya daa küçük olması durumunda sınıfı zemin ile sınıfı zemin için Deprem Yönetmeliğinde tanımlandıkları şekliyle yapı

11 davranışlarına etkilerinde erangi bir farklılık yoktur. Bu noktadan sonra ise beklenen şekilde sınıfı zemin yapı davranışını olumsuz yönde etkilemektedir. Benzer durum yapı periyotlarının kısa olması durumunda ise ve sınıfı zeminler için de söz konusu olabilmektedir.. ABYYHY de tanımlanan farklı zemin sınıfı için S yapısı sınıfı zemin ile ve zemin tipleri arasında elde edilen iç kuvvet değişimlerinin en az % BDS yapısı için ise zemin sınıfı ile zemin sınıfı arasında bu oranın en fazla ise % oranında iç kuvvet değişimlerine sebep olabileceği görülmektedir.. Yapı doğal titreşim periyodunun ve yapıda planda düzensizlik bulunması durumunun yapı zemin etkileşimi arasında doğru orantılı bir ilişkinin olduğu görülmektedir. Örnek olarak seçilen yapılarda S yapısı için en fazla ile arasındaki değişimin % iken benzer plan geometrisine saip fakat planda düzensizliği bulunan SO yapısı için bu oranın % lere çıkması sözü edilen yapı doğal titreşim periyotları arasında önemli bir fark olmamasına karşın bu denli fark oluşması planda düzensizliğin davranışını olumsuz yönde etkilediği düşüncesini doğrulamaktadır. Yine benzer şekilde S yapısı ile BDS yapısı arasındaki doğal titreşim periyotlarının önemli ölçüde farklı olması sebebiyle S yapısı ve zeminleri için değişimi % lerde iken bu oranın BDS yapısı için % lara çıkması doğal titreşim periyotlarının zemin sınıflarına göre yapı davranışlarını olumsuz etkisini kanıtlamaktadır.. Yapılan çözümlemelerde yapılarda oluşacak iç kuvvetlerin sınıfı zemin için sınıfında zemin için elde edilen sonuçlardan en fazla % oranında, benzer şekilde sınıfı zemin için % oranında ve sınıfı zemin için % oranında değişebildiği görülmektedir. Doğal titreşim periyotlarının daa da uzaması ve düzensizliklere bağlı olarak bu oranlarında daa da artabileceği düşünülürse yapıların deprem davranışlarının belirlenmesinde zeminin karakteristiklerinin doğru şekilde belirlenmesinin ne derecede önemli olduğu ortaya çıkmaktadır. KAYNAKLAR ABYYHY.,, Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, İMO İzmir Şubesi Yayını, No:. Copra, K, A, 00,.Dynamics of Structures, Prentice-Hall International Inc., New Jersey. Computers and Structures Inc., Structural Analysis Programs SAP000 Nonlinear, Berkeley, California. Livaoğlu, R., 00, Yapıların Deprem Hesabında Burulma Düzensizliğinin ve Hesap Yöntemlerinin Etkinliğinin İncelenmesi, KTÜ,Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.