PERDE EN KESİT ŞEKLİNİN VE PLANDA PERDE YERİNİN DEGİŞMESİNİN, PERDELER VE ÇERÇEVELER ARASINDAKİ KESME KUVVETi DAGILIMINA ETKİSİ

Transkript

1 .Cilt, l.sa}'l (Mart 2002) Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağlmna Etkisi PERDE EN KESİT ŞEKLİNİN VE PLANDA PERDE YERİNİN DEGİŞMESİNİN, PERDELER VE ÇERÇEVELER ARASINDAKİ KESME KUVVETi DAGILIMINA ETKİSİ Hüseyin KASAP, Muhammet ÖZYURT Özet -Bu çalşmada, deprem etkisindeki knut ve işyeri türü perdeli - çerçeveli yaplarda perde en kesit şekli ve perde yerinin değişiminin perdelere ve klnlara gelen kesme kuvvetindeki dağlmn üzerindeki etkisi araştrlmştr. Anahtar Kelimeler-Perdeli çerçeveli sistemler, değişik en kesit şekline sahip perdelerde yerinin değişmesi, deprem, kesme kuvveti. Abstract- In this study ; accrding t the change f the shape f shear-wall crss seetin and the change f the place f shear-walls in share-wallframe cnstructins thse are used as huse r ffice, the ttal shear frces ccuring n clumns and shear-walls is researched. Key Wrds- share-wall-frame cnstructins, change f the place f shear-walls having different crss seetin shapes, earthquake, shear frce 1.1. Prblemin Tanm: I. GİRİŞ Yüksek yaplarda, deprem etkilerinin önemli lduğu 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde yapnn yatay yüklere karş emniyetini sağlamak günümüzde üzerinde çalşlan önemli knulardan biridir. Bu çalşmadaki amaç, deprem etkisindeki knut ve işyeri türundeki perdeli - çerçeveli yaplarda perde en kesit şekli değişiminin ve perde yerinin değişmesiyle perdelere ve klnlara gelen kesme kuvvetindeki dağlmn değişimini araştrmaktr. Bu knu ile ilgili çalşmalardan bir ksm şöylece özetlenebilir: Kasap H., Yelgin A.N., Özyurt M.Z., çalşmalarnda; taşyc sistemi perdeli çerçeveli veya bşluklu perdeli ve çerçeveli lan binalarda bütün kirişlerin veya sadece bağ kirişlerinin rijitliklerinin değişmesi durumunda depremde luşan kat kesme kuvvetlerinin perdeler ve klnlar arasndaki dağlmn nasl bir değişim gösterdiği incelenmiştir. Kat kirişlerinin veya bağ kirişlerinin rijitliklerindeki değişime bağl larak bu dağlmn kat adetine ve katn yerine göre nasl etkilendiği araştrlmştr. Uygulayclara önerilerde bulunulmuştur. Bibiğlu C., çalşmalarnda; çerçeve ve perdelerden luşan çk katl yaplarn yatay yüklere göre hesab için daha önce uygulanan yöntemler incelenmiştir. Bu yöntemlerde lineer elastik malzemeden yaplruş kat döşemeleri düzlemler içinde snsuz rijit lan ve burulma yapmayan çk katl yaplarn yatay yüklere göre hesap knusu incelenmiştir. Daha sma ayn kabullere dayanan fakat burulma yapan çerçeve ve perdelerden luşan çk katl yaplarn hesab incelenmiştir Ayrca bu çalşmada çerçeveli, perdeli sistemleri ve depreme dayamkl yap tasarm hakknda özet bilgi veri Imiştir. Gençay I., çalşmalarnda; 1998' de yürürlüğe giren deprem yönetmeliğinde süneklik düzeyi yüksek perdeler için tanmlanmş lan tasann eğilme mmenti hesab ile ilgili bir araştrna ve paramettik bir inceleme yaplmştr. Sunulan değişik bir öneri mment diyagramlar arasnda en uygun ve güvenli lamn seçimi ile yönetmelikte önerilen tasarm mment diyagramna bir alternatif sunmak amaçlanmştr. Akkaya Y., çalşmalarnda; yatay kuvvetleri taşmada perdelerin önemi üzerinde durulmuştur. Perdeli sistemler, perdelerin byutlandrlmas ilgili çkan prblemler ayrmm klaylaştrmak için çeşitli snflandrmalar yaplarak incelenmiştir. Bunun1a birlikte perdelerin davranşnda sadece yatay kuvvetlerin etkili lamadğ gösterilmiştir. Deprem kuvvetlerine karş perdeleri mdellernek için önemli kriterler, yaplan kabuller ve ayrca ile H.asap, SA.Ü. Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Adapazan M.Ozyurt, Bağlar M ah. Türbe Cad. 89. Sk. Birlik Siresi B3/ Erenler- Adapazan 9

2 .Cilt, 1.Say (Mart 2002) Perde En Kesit Şeklinin ve Planda Perde Yerinin Değişmesinin, Perd Çerçeveler Arasndaki K esme Kuvveti Dağlmna [ H.Kasap. t byutlama yapp prje mühendisinin sağlamay amaç edineceği üç kriter, rijit dayanm ve süneklik incelenmiştir. 1.2 Çalşmann Amaç ve Kapsam Bu çalşmada, deprem etkisindeki knut ve işyeri tüiindeki perdeli - çerçeveli yaplarda perde en kesit şeklinin ve perde yernn değişiminin perdelere ve klnlara gelen kesme kuvvetindeki dağlm üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalşmamn amac perdeli-çerçeveli yaplar için en uygun perde yerini tavsiye etmektir. İncelenen yaplarda kat yüksekliği 3 metre, aks açklklan metredir. Seçilen klnlar kare kesith lup byutlar 'Afet Bölgerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelikte' verilen bağntdaki minimum snra en yakn değerde lacak şekilde seçilmiştir. Bu yaplarla ilgili larak kiriş ve bağ kiriş byutlar cm larak alnmştr. İncelernede bütün planlarda her iki dğrultuda aks says, aks açklklar ve her plandaki tplam perde alan sabit tutulmuş lup perde en kesit şekilleri, ve plandaki perde yerleri değiştirilmiştir. Bu durumda 3 ayr plan larak tasarlanan,,, ve 8 katl lmak üzere 12 ayr tipte bina göz önüne alnmştr. İncelenen binalarda malzeme larak BS20 betn snf ve BÇIII Betnanne çeliği kullamlmştr. Perde en kesit tipleri L ve T tipi lmak üzere Şekil 1 'de verilmiştir " i l! ' f ')... 1 l.;.,.l ' ' _ a) L TiPi PERDE b) T TiPIPEDE Şekil 1. Perde en kesit tipleri İncelenen perde yerleşim tipleri aşağda verilmiştir (Şekil 2). r 1:) '" -- - cr:... :.= 'i - - r a tr"' :-a.;:.. _.. -- ':':.(l '. :: : 1 : - ; j j fi. ; : :.. q.:: \_;::.; c... D ',..li..... :0;.:; ::7 -'LJ i '. 1 " "... li_ ! :,.. L = - _t_ ::t"' -... =.;_.. J a) Tipi b) Tip2 Şekil 2. Perde yerleşim tipleri 0

3 .. SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi.Cilt, l.say (Mart 2002) Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağhm1na Etkisi 1.3. Çalşmada Geçerli Olan Varsaymlar Tabl 1. Setnun Mekanik özejiikleri: Betn Karakteristik Hesap Basnç Elastisite snf Basnç Dayanm Dayanm Mdülü Fck(N/mm 2 ) Fcd(N/mm 2 ) (N Imm ) düzenlenmesinde, kullanma durumuna ve göçme durumuna ait kşullann sağlanmas, yüklerin en ksa yldan zemine iletmesi ek zrlamalarnn luşmasnn önlenmesi ve öz ağrlğn mümkün lduğu kadar azaltlmas gerekir. Bu sayede beklenen fnksiynunu yapabilen ve eknmik lan bir yap luşturmak mümkün lur. BS Tabl 2. Dnatnn Mekanik özellikleri: Çelik Karakteristik Hesap Basmç Snf Akna Dayanm Dayanm Fyc(N/mm 2 ) Fyd(N/mm 2 ) Elastisite Mdülü (N/mn2) BÇIII İncelenen binalann 1. Derece deprem bölgelerinde bulunduğu ve kullanm arnacnn knut veya işyeri lduğu kabul edilmiştir. Betnannenin yğunluğu 2 kn/m 3 larak alnmştr. Pissn ran v = 0.20 lup malzeme hnjen ve iztrp kabul edilmiştir. Çalşmada snucunda verilmiş tir; incelenen binalarda ön byutlandnna seçilmiş lan kln byutlar Tabl 3 'te Tabl 1. Betnun Mekanik özellikleri: Kat Adedi 8 1 Katn Yeri 1 Sexilen Kln Btu cm 1 cmll /70 II. TAŞ IYI CI SİSTEMLER aşyc sistemden, kendi ağrlğ başta lmak üzere, tki yen yükleri karşlayarak bunlar mesnetlendiği zemine üvenli bir şekilde iletmesi beklenir. Taşyc sistemin Ülkemizde bina türünden yaplar için çerçeveli, perdeli ve her iki sisteminde birleştirilmesiyle rtaya çkan taşyc sistemler yaygn larak kullanlmaktadr. Bu snflandrma, söz knusu taşyc sistemlerin yatay yükler altnda şekil değiştirme biçimleri göz önünde tutularak yaplmştr. Çerçevelerin şekil değiştir rnesinde kayma mdu etkindir. Burada katlar arasndaki relatif yer değiştirme sadece kattaki kat kesme kuvvetine bağldr. Perdeler ise eğilme mdu etkin lan bir şekil değişimi gösterirler (Şekil3 ). _,_ a) b) Şek11 3. Perde ve çerçevenin etkileşimi Etkileşim Kuvveti a) Rijit çerçeve Kayma tipi şekil değiştirme b) Perde Eğilme tipi şekil değiştirme c) Perde- Çerçeve sistemi Çerçeveli Taşyc Sistemler c),, ""' _; Kirş ve Klnlarn meydana getirdiği en basit çk serbestlik dereceli taşyc sistem düzlem çerçeve larak görülebilir. Çerçeve için yaplacak lan en basit mdelde kirişleri bağlayan klnlarn kütlesiz lduklar ve yapnn kat kütlelerinin döşeme seviyelerinde tplu lduğu kabul edilir. Bu durumda elastik kln ve kirişlerin luşturduğu ve her kat seviyesinde tplu kütlesi bulunan bir çerçeve luşur Perdeli Taşyc Sistemler Perdeler yatay yüklerin karşlanmasnda çerçevelerle beraber veya yalnz başlarna kullanlrlar. Perde tek başna knsl bir kiriş davramş gösterir. Yatay yük dğrultusuna göre simetrik larak perdelerden luşturulmuş bir taşyc sistemde perdelerin relatif rijitliklerinin tün yap yüksekliğince sabit kalmas durumunda her bir perdenin katlarda kat kesne.... 1

4 SA U Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi.Cilt, l.say (Mart 2002 ) Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağlmna Etkisi kuvvetinden alacağ pay, perdenin kattaki perdeler ile bşluklu perdelerin rijitlikerine göre relatif rijitliğine bağldr. Klnlarla perdeler kyaslanrsa, perdeler rijitlikleri nedeniyle önemli bir eğilme mmenti taşdklar halde, taşdklar nrmal kuvvet kadar büyük değildir. Bu neden1e kesitlerinde eğilme mmenti hakimdir. Özellikle bu durum perdenin temellerinde bir prblem larak rtaya çkar. Kmşu klnlan da içine alan ve bu suretle nrnal kuvveti artran büyük perde temeli yaplmas gerekebilir. Snuç larak, perdelerin temelinde yeterli nrmal kuvvetin sağlanmas ve her kat döşemesinden yatay kuvvetlerin alnabilmesi için döşeme ile perde arasnda gerekli bağn luşturulmas önemlidir Perdeli Çerçeveli Taşyc Sistemler ID.l Spektral ivme katsays Deprem yüklerinin belirlenmesi için esas alnacak lan ve tarnn larak % sönüm ran için elastik tasann ivme spekrumu 'nun yer çekim ivmesi g' ye bölünmesine karş gelen Spektral ivme kat says, A(T 1); A(T1) = A I S(T) bağnts ile verilmektedir. (1) Burada) Etkin yer İvnesi katsays 1. Derece Deprem Bölgesi için A0 = 0.0 lup Bina Önem Katsays larak alnmştr. Eşdeğer deprem yüklerinin hesabna esas spelctrwn katsays S(T 1), yerel zemin kşullarna ve bina dğal periydu T' ye bağl larale I == Yap yüksekliği arttkça yalnzca çerçevelerden luşturulan taşyc sistemler, yatay yükler altnda hem iç kuvvetler ve hem de yer değiştirmeler bakmndan istenen kşullar perdenin yardm lmadan sağlayamazlar. Yatay yüklerin taşnmasnda perdeler etkili larak kullamlrlar. Yüksek bir yapda bulunan perde, tek başna düşünüldüğünde yatay yükler altnda bir knsl lririş gibi davrandğ halde taşyc sistem içinde bağ kirişleri veya bu işlevi yapan döşeme eleman varsa çerçeve klnlar ile etkileşimi nedeni ile mment diyagramlan bir knslunkinden farkldr. S(Tl) =+ 1.T 1 T A O<T<rA S(T1) = 2. S(T) = 2. Cf sit ) 0 8 bağntlar ile verilmektedir. S(T) (2.a) (2.b) (2.c) Bu fark etkileşimi sağlayan elemanlarn önem derecesi ile değişir. Perdelerin birbirlerine bağ kirişleri ile birleştirilmesi snucu elde edilen yatay yük taşyc elemanlara bşluklu perde ad verilir. Perdeler çerçeve ile beraber lduğu durumda perdelerin rijitlikleri fazla lduğu için deprem veya rüzgardan luşan yatay yüklerin tamamna yakn miktarn karşlar S(Tl )=2.(T JT 1 )0 8 Klnlarn ve perdelerin yükler altnda davramşlan ldukça farkldr. Perdeler büyük atajet mmentleri ile klnlara göre daha rijit lduklarndan yer değiştirmelerin snrlandrlmasmda daha etkileyici bir taşyc elemandr. Bu nedenle, yüksek katl yaplarda yapy emniyete almak ve yer değiştirmeleri snrlandrnak için perdeli çerçeveli sistem kullanmak daha uygun lacaktr. Bu çalşmada perdeli çerçeveli taşyc sistem kullanlmştr. m. DEPREM YÜKLERİNE GÖRE YATAY YUKLERIN HESABI T Şeki1. Spektrum katsaysnn yap periyduna göre değişimi Binamn dğal periydu, İDE STATiK Bilgisayar prgram ile dinamik hesap snucunda bulunmuştur. Göz önüne alnan deprem dğrultusunda tasann deprem yükü larak kullanmak üzere Bina Tplam Ağrlğ (VI) Spektral ivme katsays A(T1) Deprem Yükü azaltna katsays Ra' ya bağl larak binann tümüne etkiyen 'Tplam Eş Değer Deprem Yükü', Vt Y= W. A.(T1) 1 Ra (3) bağnts ile hesap edilmiştir. Binaya etkiyen deprem yükleri 2 Eylül 1997 'de Resmi gazetede 'Afet Bölgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelik'' hükümleri göre düzenlenmiştir. 2

5 .Cilt, I.Say (Mart 2002) Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağlmana Etkisi Burada deprem yükü azaltna katsays Ra, taşyc sistem davramş katsaysr ve dğal titreşim periydu T'ye bağl larak, Ra=1. + (R-1.) T 1 TA R=Ra (O<T<TA) (.a) (T>T A ) (.b) bağnhlanyla belirlenmiştir. Taşyc Sistem Davranş Katsays R, deprem yüklerinin, çerçeveler ile bşluksuz ve bağ kirişli perdeler tarafndan birlikte taşndğ binalar için R = 7 alnmştr. Tplam Eş Değer Deprem Yükü ( 3 ) bağnts ile hesap edilerek bina katiarna dağtlmştr. IV. KAT KESME KUVVETININ PERDE VE ÇERÇEVELER ARASINDA DAGILIMI Depremden dlay luşan tplam kat kesme kuvvetleri kesit alan ayn fakat plandaki yeri farkl lan ve kesit şekli değişik lan perdelerin kesme kuvvetlerinin kat kesme kuvvetine göre yüzde larak değişimi araştnlmştr. Bu araştuna,, ve 8 katl lan, perdeli-çerçeveli taşyc sisteme sahip knut ve işyeri türundeki yaplar için yaplmştr. İncelenen binalarn deprem yönetmeliğine göre md birleşti n1e yöntemi ile çözümleri yaplmş ve kat kesme kuvvetinin klnlar ve perdeler arasndaki dağlm hesaplanmştr. Aşağda örnek larak katl binada 3 ayr perde yerleşim tipi için kat kesme kuvvetinin perde ve klnlardaki dağlm Tabl, ve 'da verilmiştir. Ayrca; ele alnan katl, katl, katl ve 8 katl örnek binalar için her üç perde yerleşim tipi durumunda kln ve perdelere gelen kesme kuvvet dağlmlan grafik larak Şekil,, 7 ve 8'de verilmiştir. 3

6 .Ci1t, l.sa}'l (Mart 2002) Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağlmna Etkisi T a bl. T. p 1 i çn. K esme K uvve t. D - 1 ( k tl B. ag m a ma ) Kat adeti Perdelerin Aldğ Kleniann Aldğ Katn Yeri Kat Kesme Tplam Kesme Tplam Kesme Kuvveti Kuvveti Kuvveti (kn) Miktar / Miktar % , Tabl. Ti p 2 Için Kesme Kuvveti Dağlm ( katl Bina) Kat adeti Perdelerin Aldğ1 Klnlann Aldğ Katn Yeri Kat Kesme Tplam Kesme Tplam Kesme Kuvveti Kuvveti Kuvveti (k N) Miktar / Miktar / Tabl. Tip3 Için Kesme Kuvveti Dağlm ( kath Bina) Kat adeti Perdelerin Aldğ Klnlann Aldğ Katn Yeri Kat Kesme Tplam Kesme Tplam Kesme Kuvveti Kuvveti Kuvveti (k N) Miktar % Miktar / )

7 .Cilt, l.say (Mart 2002) Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağalmana Etkisi D;at2 Oktr D Old:.n 8J tn a) Tip 1 için kesme kuvvet dağ h m b) Tip2 için kesme kuvvet dağhrru c) Tip3 için kesme kuvvet dağ1hm Şekil. katl binada perde ve klnlarda kesme kuvvet dağinnlan , _ ; BpQ! Oktr 3 2 : () ID tn () r 8J a a) Tip I için kesme kuvvet dağlm b) Tip21ç1n kesme kuvvet dağlm c) Tip3 için kesme kuvvet dağlm1 Şekil. katl binada perde ve klnlarda kesme kuvvet dağlmlan r 3 kxn i 2 2 j W ID L - -- a) Tip 1 için kesne kuvvet dağlm () r 1D b) Tip2 için kesme kuvvet dağ h m 1 c) Tip3 için kesme kuvvet dağlm Şekil 7. katl binada perde ve klnlarda kesme kuvvet dağlmlar 81WUK.MBOOUM(1P swu tuj.so:öum BIWUBIOABOOJM t<r 8 8 IW tw ! Dp:rt2 Dkil D Olda r ID J) w a) Tip1 için kesme kuvvet dağlm b) Tip2 için kesme kuvvet dağlm c) Tip3 için kesme kuvvet dağlm Şekil 8. 8 katl binada perde ve klnlarda kesme kuvvet dağlmlan

8 .Cilt, l.say (Mart 2002) Perde En Kesit Şeklinin ve Planda Perde Yerinin Değişmesinin, Perdeler " Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağlmna Etkis H.Kasap, t\1.özyurt V. SONUÇ Birinci derece deprem bölgesinde ve en elverişsiz zemin kşullannda bulunan yatay yüklerin etkisindeki knut ve işyeri tipi yaplarda yaplan araştrmalar neticesinde aşağdaki snuçlar elde edilmiştir. L tipi perdelerin T tipi perdelere göre daha fazla kesme kuvveti aldğ görülmüştür. Ayrca L tipi perdelerin köşede planlanmas yerine köşeye yakn kenarda planlanmas durumunda biraz daha fazla kesme kuvveti aldğ görülmüştür. Buradan, T tipi yerine L tipi perde kullanmann ve perde yerini tam köşe değil de köşeye yakn KAYNAKLAR [ 1 ]Afet Bölgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelik, Ankara, Eylül, 1997 [2] Kasap H., Yelgin A. N., Özyurt M. Z., "Kiriş Rijitliklerindeki Değişirnin Perde ve Çerçeveler Arasndaki Kesme Kuvveti Dağlmna Etkisi ", GAP 2. Mühendislik Kngresi Bildiriler Kitab, Harran Üniversitesi yaynlan N:, Mays 1998 [3]Bibiğlu C., "Çerçeveler ve Perdelerden Oluşan Çk Katl Yaplarn Deprem Yatay Yüklere Göre Hesab İçin Uygulanan Yöntemlerin Araştrlmas", Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Kütüphanesi, İstanbul, 1997 []Gençay İ., "Deprem Etkisindeki Çk Katl Yap Sistemlerinde Perde Tasarm Mmentlerinin Hesab İle İlgili Parametrilc Bir İnceleme", Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Kütüphanesi, İstanbul, 199 []Akkaya Y., "Deprem Kuvvetlerine Karş Betnarme Perdelerin Davranş Byutlandnlmas", Yüksek Lisans Tezi, Kütüphanesi, İstanbul ve İTÜ []Celep Z., Kumbasar N., "Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme dayarnld Yap Tasarm", Beta Dağtm, İstanbul, 2000