İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İSTANBUL ŞUBESİ DEPREM ETKİSİ ALTINDA ÇELİK BİNALARIN TASARIMI

Transkript

1 DEPREM ETKİSİ ALTINDA ÇELİK BİNALARIN TASARIMI Prof. Dr. Erkan Özer (İTÜ) Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 1

2 1. Giriş KAPSAM 2. Depreme dayanıklı bina tasarımında modern yaklaşımlar 3. Dayanıma göre tasarım 4. Performansa göre tasarım 5. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği Çelik Binalar Bölümü 6. Sonuçlar Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 2

3 GİRİŞ Deprem bölgelerindeki bina taşıyıcı sistemlerinin yeterli dayanım, rijitlik ve süneklik koşullarını sağlayacak şekilde tasarımını öngören başlıca ulusal ve uluslararası yönetmelikler : DBYBHY 2007, ASCE 7-10, AISC , 10 EC vb. Gerçekleştirilen kuramsal ve deneysel araştırmaların sonuçlarına ve pratik gereksinimlere bağlı olarak bu yönetmeliklerin belirli aralıklarla güncellenmesi gündeme gelmektedir. ASCE 7-16, AISC , EC8 (New Generation) Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2018) Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 3

4 Bu seminerde, a) Depreme dayanıklı çelik bina tasarımında uygulanan modern yaklaşımlar özetlenecek b) Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği nin (TBDY-2018) Deprem Etkisi Altında Çelik Bina Taşıyıcı Sistemlerinin Tasarımı İçin Özel Kurallar bölümü (Bölüm:9) ana hatları ile gözden geçirilecektır. Bu çerçevede özellikle önceki yönetmelikten farklı olan tasarım kurallarına ağırlık verilecektir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 4

5 DEPREME DAYANIKLI BİNA TASARIMINDA MODERN YAKLAŞIMLAR Depreme dayanıklı bina tasarımı amacıyla geliştirilen ve uygulanmakta olan modern yaklaşımlar: l 1- Bina taşıyıcı sistemlerinin yeterli dayanım, rijitlik ve süneklik koşullarını sağlayacak şekilde tasarımını öngören dayanıma göre tasarım yöntemi 2- Yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmeye bağlı performans kriterlerini esas alan performansa göre tasarım yöntemi Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 5

6 DAYANIMA GÖRE TASARIM Dayanıma Göre Tasarım Dayanım Rijitlik Süneklik Kapasite Tasarımı İlkeleri Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 6

7 Dayanım kriteri Taşıyıcı şy sistemin elemanları ile birleşim ve ek detayları, güvenli taşıma kapasiteleri dış yükler ve deprem yükü azaltma katsayısı ile azaltılmış deprem etkilerinden oluşan toplam iç kuvvetlere eşit veya daha büyük olacak şekilde boyutlandırılır. Rijitlik kriteri Eşit yerdeğiştirme kuralı uyarınca, deprem yükü azaltma katsayısı ile bölünmemiş elastik deprem yüklerinden oluşan yatay yerdeğiştirmeler ve göreli kat ötelemelerinin kendilerine ait sınır değerleri aşmaması sağlanır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 7

8 Sistem sünekliğinin sağlanması Sistem sünekliği: Taşıyıcı sistemin önceden belirlenen bazı kesitlerinin yeterli düzeyde plastik şekildeğiştirme kapasitesine sahip olması, böylece deprem enerjisinin bu kesitlerin plastik şekildeğiştirmeleri ile sönümlendirilmesidir. Sistem sünekliğinin sağlanmasının koşulları: a- bina taşıyıcı sistemi için uygun bir mekanizma durumu seçilmesi b- plastik kesitlerin i yeterli düzeyded plastik şekildeğiştirme kapasitesine sahip olması c- gevrek göçme meydana gelmemesi Kapasite tasarımı ilkeleri doğrultusunda belirlenen modern yönetmelik kuralları Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 8

9 PERFORMANSA GÖRE TASARIM Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 9

10 Farklı deprem etkileri DD1 depremi (% 2/50 yıl - dönüş periyodu: 2475 yıl) DD2 depremi (%10/50 yıl - dönüş periyodu: 475 yıl) DD3 depremi (%50/50 yıl - dönüş periyodu: 72 yıl) DD4 depremi (%68/50 yıl - dönüş şperiyodu: 43 yıl) DD3 ve DD4 depremleri servis depremleri, DD2 depremi tasarım depremi, DD1 depremi en büyük deprem olarak isimlendirilmektedir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 10

11 Performans düzeyleri Kesintisiz kullanım (KK) performans düzeyi Sınırlı hasar (SH) performans düzeyi Kontrollü hasar (KH) (can güvenliği) performans düzeyi Göçmenin önlenmesi (GÖ) performans düzeyi Tasarım depremi için ön boyutlandırma Servis depremi ve en büyük deprem için eleman ve bina bazında değerlendirme Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 11

12 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY ) Deprem Etkisi Altında Çelik Bina Taşıyıcı Sistemlerinin Tasarımı Bu seminer çerçevesinde incelenecek başlıca güncel yönetmelik kuralları: a - Çelik taşıyıcı sistemlerin sınıflandırılması b - Tasarımda, dayanım esaslı Güvenlik Katsayıları ile Tasarım (GKT) ve Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT) yaklaşımlarının kullanılması c - Malzeme koşulları Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 12

13 d - Deprem etkisini içeren yük birleşimleri e - Enkesit koşulları f - Kirişlerde stabilite bağlantıları g - Kapasitesi korunmuş bölgeler h - Kolon ve kiriş ekleri i - Süneklık düzeyi yüksek ve sınırlı moment aktaran çerçeveler j - Süneklik düzeyi yüksek ve sınırlı merkezi çaprazlı çelik çerçeveler ç k- Süneklik düzeyi yüksek dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler l - Burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeveler Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 13

14 m - Diyafram içi dikme ve başlık elemanları (kat döşemelerinde yatay y kuvvetlerin düşey taşıyıcılara aktarılması) n - Moment aktaran çerçevelerin çelik-betonarme kompozit kolonları o - Temel bağlantı detayları p - Çelik binaların şekildeğiştirme ş ve yerdeğiştirme esaslı, performansa göre tasarımı r - Bölüm ekleri Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 14

15 a) Çelik Taşıyıcı Sistemlerin Sınıflandırılması Çelik binaların yatay yük taşıyıcı sistemleri, depreme karşı davranışları bakımından, üç sınıfa ayrılmıştır. 1) Süneklik düzeyi yüksek sistemler: yönetmelikte verilen ilgili koşulları sağlayan, a) moment aktaran çelik çerçeveler b) merkezi çaprazlı çelik çerçeveler c) dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler d) burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeveler e) moment aktaran çerçevelerin (b,c,d) de verilen sistemlerle birleşiminden oluşan sistemler Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 15

16 2) Süneklik düzeyi sınırlı sistemler: yönetmelikte verilen ilgili koşulları sağlayan, a) moment aktaran çelik çerçeveler b) merkezi çaprazlı çelik çerçeveler c) bu iki tür sistemin birleşiminden oluşan sistemler 3) Süneklik düzeyi karma sistemler: Süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçevelerin süneklik düzeyi yüksek çelik çaprazlı (merkezi veya dışmerkez) çerçeveler veya betonarme perdeler ile birlikte kullanılan sistemler Bu üç sınıfa giren sistemlerin deprem etkileri altında tasarımında uygulanacak olan R taşıyıcı sistem davranış katsayıları ve D dayanım fazlalığı katsayıları ile bina yükseklik sınıfları (BYS) Bölüm:4 te verilmiştir. i Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 16

17 b) Tasarımda, Dayanım Esaslı GKT ve YDKT Yaklaşımlarının l Kullanılması Gelişmiş ülkelerde, yapısal tasarım alanında meydana gelen gelişmelere paralel olarak, tasarım yönetmelikleri belirli aralıklarla yenilenmektedir. Buna karşılık, TS 648 (1980) çelik yapılar standardında uzun yıllar herhangi bir revizyon ve iyileştirme yapılmamıştır. Büyük bir bölümü deprem riski altında bulunan ülkemizde, 2007 Türk Deprem Yönetmeliği nde yer alan tasarım kuralları ile, çelik binaların tasarımı kuramsal alandaki gelişmeleri izleyecek ve uygulamadaki gereksinimleri kısmen karşılayacak düzeye getirilmeye çalışılmıştır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 17

18 Buna karşılık, 2016 yılında Çevre ve Şehircilik Bakanlığı nın desteklediği bir proje ile, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik (ÇYTHYE) hazırlanmış, 2016 Şubat ayında Resmi Gazete de yayınlanarak 2016 Eylül ayından itibaren yürürlüğe girmiştir. Böylece, TS 648 (1980) çelik yapılar tasarım standardı kullanım dışı kalmıştır. Bu gelişmeden yararlanarak, Yeni Deprem Yönetmeliği (TBDY) yukarıda adı geçen Çelik Yapılar Yönetmeliği ne uygun olarak hazırlanmıştır. Bu bağlamda, söz konusu Çelik Yapılar Yönetmeliği nde esasları verilen GKT ve YDKT tasarım yaklaşımlarına ş yeni deprem yönetmeliğinde yer verilmiştir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 18

19 Güvenlik Katsayıları ile Tasarım (GKT) Tüm yapısal elemanlar için güvenli dayanım,, bu tasarım yöntemi için öngörülen deprem etkili yük birleşimleri altında hesaplanan gerekli dayanıma eşit veya daha büyük olmalıdır. R n : karakteristik dayanım Ω : güvenlik katsayısı R n/ Ω: güvenli dayanım R n /Ω R a R a : deprem etkili GKT yük birleşimi ile belirlenen gerekli dayanım Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 19

20 Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT) Tüm yapısal elemanlar için tasarım dayanımı,, bu tasarım yöntemi için öngörülen deprem etkili yük birleşimleri altında hesaplanan gerekli dayanıma eşit veya daha büyük olmalıdır. R n : karakteristik dayanım φ : dayanım katsayısı φ R n : tasarım dayanımı n ΦR n R u R u : deprem etkili YDKT yük birleşimi ile belirlenen gerekli dayanım Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 20

21 Dayanıma Göre Tasarım Yöntemlerinin i Uygulama Esasları Bu tasarım yöntemlerinde, çelik yapı elemanlarının ve birleşimlerin dayanımlarının hesabında sünek olan akma sınır durumu ve sünek olmayan kırılma sınır durumu uygun dayanım katsayıları ile gözönüne alınabilmektedir. Yönetmelik kapsamında, GKT veya YDKT yöntemlerinden herhangi biri ilgili tasarım kuralları uygulanarak kullanılabilir. Ancak, birleşimlerin ve kompozit kolonların tasarımında sadece YDKT yöntemi kullanılacaktır. Doğrusal olmayan davranışın gerçekleşmesi beklenen elemanlarda arttırılmış akma ve çekme dayanımları tanımlanmıştır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 21

22 c) Malzeme Koşulları Bu yönetmelik kapsamında, Çelik Yapılar Yönetmeliğinde tanımlanan tüm yapısal çelikler (S235, S275, S355, S460) kullanılabilir. Ancak, doğrusal olmayan davranış göstermesi beklenen elemanlarda kullanılacak yapısal çeliğin karakteristik akma gerilmesi 355 N/mm 2 değerini aşmamalıdır. Başlıklarının kalınlığı en az 40 mm olan hadde profillerinde, kalınlığı en az 50 mm olan levhalar ve bu levhalar ile imal edilen yapma profillerde, minimum Charpy-V-Notch (CVN) dayanımı (Çentik Tokluğu) değeri en az 21 C de 27 Nm (27 J) olacaktır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 22

23 Deprem yükleri etkisindeki elemanların birleşim ve eklerinde (8.8) veya (10.9) kalitesinde yüksek dayanımlı bulonlar tam önçekme verilerek kullanılacaktır. Deprem yükleri etkisinde olmayan elemanların birleşim ve eklerinde Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik te tanımlanan normal bulonlar (4.6) (6.8) kullanılabilir. Kaynaklı birleşimlerde çelik malzemesine ve kaynaklama yöntemine uygun kaynak metali (E480, E550) kullanılacak ve kaynak metalinin akma gerilmesi birleştirilen esas metalin akma gerilmesinden i daha az olmayacaktır. Bulonlar ve kaynaklar, bir birleşimde aktarılan kuvveti veya bu kuvvetin bir bileşenini paylaşacak şekilde bir arada kullanlamazlar. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 23

24 d) Deprem Etkisini İçeren Yük Birleşimleri Çelik yapı elemanları, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik Bölüm 5.3 esas alınarak boyutlandırılacaktır. Bu boyutlandırmada, i) YDKT yaklaşımı uygulandığında Deprem Yönetmeliği Madde: 4.4.2a uygulanacaktır. ii) ) GKT yaklaşımı uygulandığında, deprem etkisini içeren yük birleşimleri aşağıdaki gibi olacaktır. G : sabit yük G Q S ± 0.75(0.7E 7E d ) Q : hareketli yük G ± 0.7E d S : kar yükü 0.6G H ± 0.7E d H : zemin yatay itkisi E d : deprem etkisi Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 24

25 Yönetmeliğin ilgili maddelerinde açıklandığı yerlerde, çelik yapı elemanları ile birleşim ve ek detaylarının gerekli dayanımları, D dayanım fazlalığı katsayısı ile çarpılarak büyütülen E d deprem iç kuvvetlerinin yukarıda tanımlanan deprem etkili yük birleşimlerinde kullanılmasıyla elde edilecektir. Ancak bu iç kuvvetler, kapasite tasarımı ilkesi gereği olarak, pekleşme ve malzeme dayanım artışı etkileri de gözönüne alınarak hesaplanan iç kuvvetlerden daha büyük ük alınmayacaktır. acakt Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 25

26 e) Enkesit Koşulları Deprem yükü taşıyıcı sistem elemanlarının başlık genişliği/kalınlığı, gövde yüksekliği/kalınlığı ve çap/et kalınlığı oranlarına ait sınır değerler, süneklik düzeyi yüksek ve süneklik düzeyi sınırlı sistemler için bir tablo ile verilmiştir Deprem Yönetmeliğinde verilen değerlere oranla daha sınırlı değerler içeren enkesit koşulları tablosunda, kompozit kesitli elemanlar da yer almaktadır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 26

27 f) Kirişlerde Stabilite Bağlantıları Yatay yük taşıyıcı sistemlerin çelik kirişlerinin alt ve/veya üst başlıkları yanal burkulmaya karşı desteklenecektir. Yanal destek elemanları arasındaki en büyük uzaklık, L b a) süneklik düzeyi yüksek kirişlerde : L b i y E/F y b) süneklik düzeyi sınırlı kirişlerde : L b i y E/F y olacaktır. Ayrıca, plastik mafsal oluşabilecek noktalar, tekil kuvvetlerin etkidiği noktalar gibi kritik noktalarda kiriş başlıkları yanal burkulmaya desteklenecektir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 27

28 Yanal stabilite destek elemanları yeterli dayanım ve rijitliğe sahip olacak şekilde, ÇYTHYE-2016 Yönetmeliği Bölüm: 16 ya uygun olarak boyutlandırılacaktır. Betonarme döşemelerin çelik kirişler ile kompozit olarak çalıştığı çelik taşıyıcı sistemlerde, kirişlerin i i betonarme döşemeye bağlanan başlıklarında, yanal burkulma kontrolleri gerekli değildir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 28

29 g) Deprem Kuvveti Taşıyıcı Sistemlerde Kapasitesi Korunan Bölgeler Çelik binaların deprem kuvveti taşıyıcı sistemlerinin kapasitesi korunan bölgeler adı verilen belirli bölgelerinde, ilgili elemanların doğrusal olmayan davranışlarını olumsuz yönde etkileyebilecek gerilme yığılmalarının oluşmaması istenmektedir. Kapasitesi korunan bölgeler a) Moment aktaran çerçevelerin olası plastik mafsal bölgeleri b) Dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin bağ kirişleri c) Merkezi çelik çaprazlı çerçevelerin çapraz elemanlarının uç ve orta bölgeleridir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 29

30 Moment aktaran kiriş-kolon birleşim yerlerinde kapasitesi korunan bölge genişliği, kolon yüzünden itibaren kiriş enkesit yüksekliğinin yarısına eşit olarak alınabilir. Dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerin bağ kirişleri kapasitesi korunan bölgeleri oluşturmaktadır. 6 Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 30

31 Merkezi çaprazlı çelik çerçevelerde, kapasitesi korunan bölgeler eleman boyunun orta ¼ uzunluğundaki bölümü ile, eleman uçlarındaki eleman enkesit yüksekliğine eşit uzunluktaki bölgelerdir. Deprem kuvveti taşıyıcı sistemlerin kapasitesi korunan bölgelerinde ani kesit değişikliklerine, deliklere, montaj amaçlı boşluklara, kiriş-kolon birleşim bölgelerinde kiriş ek detaylarına ve eleman bağlantılarına (başlıklı çelik ankrajlar dahil) izin verilmemektedir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 31

32 h) Kolon ve kiriş ekleri Kolon ekleri kiriş başlıklarının kolona birleşim düzlemlerinden en az 1.2 m uzakta yapılacaktır. Ancak, kolon net yüksekliğinin 2.4 m den az olması halinde, kolon eki net yüksekliğin ortasında teşkil edilecektir. Kolon gövdesi ve başlıklarının tam penetrasyonlu küt kaynak k ile birleştirildiği eklerin, kolon enkesit yüksekliğinden az olmamak koşulu ile, kiriş başlıklarının kolona birleşim düzlemlerine daha yakın bölgelerde teşkil edilmesine izin verilebilir. 6 Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 32

33 Kolon ekleri bulonlu, köşe kaynaklı veya tam penetrasyonlu küt kaynaklı yapılabilir. Ek detayının gerekli dayanımı eklenen elemanların kapasitesine bağlı olarak belirlenir. Kiriş ekleri kapasitesi korunan bölgelerin dışında oluşturulur. Ek detayının gerekli dayanımı, D dayanım fazlalığı katsayısı ile büyütülen deprem etkileri esas alınarak belirlenir. Ek detaylarında, levhaların bir elemana sadece bulonlu diğerine ğ sadece kaynaklı olarak bağlantısına izin verilebilir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 33

34 i) Süneklik düzeyi yüksek ve sınırlı moment aktaran çerçeveler Süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçeveler Süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçeveler, deprem etkileri altında kirişlerinin önemli ölçüde, kiriş-kolon birleşimlerinin kayma bölgesinin sınırlı miktarda doğrusal olmayan şekildeğiştirme yapabildiği sistemlerdir. Bu sistemlerin kirişleri ve kolonları deprem etkisi içeren yük birleşimleri esas alınarak boyutlandırılırlar. Ayrıca kolonlar, arttırılmış deprem etkilerini içeren eksenel kuvvetler altında tahkik edilir. Tek katlı binalar ve çok katlı binaların en üst kat düğüm noktaları hariç olmak üzere, süneklik düzeyi yüksek çerçevelerin düğüm noktalarında kolonların kirişlerden daha güçlü olması koşulunun sağlanması gerekmektedir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 34

35 Kiriş-kolon birleşim bölgeleri Kiriş-kolon birleşim bölgelerinin sağlaması gereken başlıca koşullar aşağıda ğd sıralanmıştır. Birleşim en az 0.04 radyan göreli kat ötelemesi açısını sağlayabilecek kapasitede olacaktır. Kolon ve kiriş başlıklarının sınırladığı kayma bölgesi yeterli kesme kuvveti dayanımına sahip olacaktır. Kolon gövdesinin her iki tarafına, kiriş başlıkları seviyesinde süreklilik levhaları konularak kiriş başlıklarındaki çekme ve basınç kuvvetlerinin kolona güvenle aktarılması sağlanacaktır. Kiriş-kolon birleşim detayının boyutlandırılmasında, Ek:B de verilen esaslardan yararlanılabilecektir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 35

36 Süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçeveler Süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçeveler, deprem etkileri altında kirişleri, kolonları ve kiriş-kolon birleşimlerinin kayma bölgesinin sınırlı miktarda doğrusal olmayan şekildeğiştirme yapabildiği sistemlerdir. Süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçeveler gibi, bu sistemlerin kirişleri ve kolonları da deprem etkisi içeren yük birleşimleri esas alınarak boyutlandırılırlar. Ayrıca, kolonlar arttırılmış deprem etkilerini içeren eksenel kuvvetler altında tahkik edilir. Süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçevelerin tasarımında, kolonların kirişlerden daha güçlü olması koşuluna uyulması gerekli değildir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 36

37 j) Süneklik düzeyi yüksek ve sınırlı merkezi çaprazlı çelik çerçeveler Merkezi çaprazlı çelik çerçeveler, mafsallı birleşimli veya moment aktaran çerçeveler ile bunlara merkezi olarak bağlanan çaprazlardan oluşan yatay yük taşıyıcı sistemlerdir. Aşağıda merkezi çaprazlı sistemler için örnekler görülmektedir. Diyagonal çapraz X çapraz Ters V çapraz V çapraz K çapraz Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 37

38 Süneklik düzeyi yüksek merkezi çaprazlı çelik çerçeveler Bu sistemler, basınç etkisindeki bazı çapraz elemanların burkulması halinde dahi, sistemde önemli ölçüde dayanım kaybı meydana gelmeyecek şekilde boyutlandırılırlar. Binanın bir aksı üzerindeki merkezi çapraz sistemi elemanları, o aks doğrultusundaki yatay deprem kuvvetlerinin en az %30 u ve en çok %70 i basınca çalışan çaprazlar tarafından karşılanacak şekilde boyutlandırılırlar. Çaprazlar deprem etkisi içeren yük birleşimleri esas alınarak boyutlandırılırlar. Sistemin kiriş, kolon ve birleşimleri ise, kapasite tasarımı ilkesi uyarınca, eksenel basınç kuvveti etkisindeki çapraz elemanların burkulma ve burkulma sonrasına ait tipik mekanizma durumunda, plastikleşmesine neden olan kuvvetler esas alınarak tasarlanır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 38

39 Çaprazların narinlik oranı, Kl/r 200 koşulunu sağlayacaktır. Bu sistemlerde K şeklinde (çaprazların kolon orta noktasına bağlandığı) çapraz düzenine izin verilmemektedir. V ve ters V şeklindeki çapraz sistemlerinde, kirişler kolonlar arasında sürekli olacak ve yanal doğrultuda mesnetlenecektir. Çapraz uç birleşimleri, dayanım fazlalığı katsayısı D ile çarpılarak büyütülen iç kuvvetler esas alınarak boyutlandırılacaktır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 39

40 Süneklik düzeyi sınırlı merkezi çaprazlı çelik çerçeveler Bu sistemlerde yatay deprem kuvvetlerinin en az belli bir bölümünün, ü ü basınca çalışan çaprazlar tarafından karşılanması koşulu bulunmamaktadır. Bu merkezi çapraz sistemlerinde, a) Çaprazlar deprem etkisi içeren yük birleşimleri esas alınarak boyutlandırılırlar. b) Kiriş, kolon ve birleşimleri ile çapraz uç birleşimleri dayanım fazlalığı katsayısı D ile çarpılarak büyütülen iç kuvvetler altında boyutlandırılırlar. Çaprazların narinlik oranı, Kl/r 200 koşulunu sağlayacaktır. Ancak, V ve ters V şeklindeki çapraz düzenlerinde, narinlik oranı K l /r 4.0 E / F y koşulunu sağlayacaktır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 40

41 k) Süneklik düzeyi yüksek dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler Süneklik düzeyi yüksek dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler, deprem etkileri altında bağ kirişlerinin önemli ölçüde doğrusal olmayan şekildeğiştirme yapabilme özelliğine sahip olduğu sistemlerdir. Aşağıda dışmerkez çaprazlı sistemler için örnekler görülmektedir Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 41

42 Bu sistemler, bağ kirişlerinin plastik şekildeğiştirmesi sırasında, kolonların,,çaprazların ve bağ ğ kirişi ş dışındaki ş kirişlerin ş elastik bölgede kalması sağlanacak şekilde boyutlandırılırlar. Bu amaçla, a) Bağ kirişleri deprem etkisi içeren yük birleşimleri esas alınarak boyutlandırılırlar. b) Bağ kirişlerinin kesme veya eğilme etkisi altında plastikleşmesine neden olan yükleme belirlenir. c) Bu yüklemenin 1.25R y katı ile çaprazlar, kirişler ve çapraz-bağ kirişi i i birleşim i detayları, 11R 1.1R y katı ile kolonlar l ve betonarme döşeme ile kompozit olarak çalışan kirişler boyutlandırılır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 42

43 Bağ kirişleri geniş başlıklı hadde I profili veya yapma I enkesitli olacak, gövde düzlemi içinde takviye levhaları bulunmayacaktır. Bağ kirişleri yanal doğrultuda desteklenecektir. Çapraz elemanların bağ kirişine yük aktardığı uçlarında rijitlik levhaları düzenlenecektir. Bağ kirişinin uçlarındaki rijitlik levhaları ( ) rijitlik lehalarına ek olarak, çapraz ve bağ kirişi eksenleri bağ kirişi e bağ kirişinin dönme açısına içinde kesişecektir. ve boyuna bağlı olarak ara rijitlik levhaları konulacaktır. Rijitlik levhaları gövdenin her iki tarafına konulacak, bağ kirişine sürekli köşe kaynağı ile bağlanacaktır. sürekli köşe kaynağı ara rijitlik levhaları ( ) a a rijitlik levhaları a-a kesiti Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 43

44 l) Burkulması Önlenmiş Çaprazlı Çelik Çerçeveler Merkezi çaprazlı çelik çerçevelerin ç elemanlarının çekme ve basınç kuvvetleri altında simetrik olmayan çevrimsel davranışları ve basınç kuvvetleri altında burkulma nedeniyle güç tükenmesine ulaşmaları burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeve tipinin geliştirilmesine neden olmuştur. Burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeveler, çekme ve basınç kuvvetleri altında simetrik ve sünek davranış sergilemeleri, yapı sistemi için büyük bir yatay rijitlik sağlamaları ve yüksek enerji sönümleme özellikleri ile günümüzde tercih edilen etkin deprem kuvveti taşıyıcı sistemler arasındadır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 44

45 geleneksel l çapraz eleman burkulması önlenmiş çapraz eleman manto aderanssız tabaka çelik çekirdek burkulması önlenmiş şçapraz eleman geleneksel çapraz eleman Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 45

46 Tasarım esasları a) Burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeveler, tasarım depremi etkisinde çapraz elemanların çekme ve basınç kuvvetleri altında akmaya ulaşması durumu esas alınarak boyutlandırılır. b) Burkulması önlenmiş çaprazlar düşey yük etkilerinin i i aktarılmasında gözönüne alınmayacaktır. c) Bu sistemlerin kolon, kiriş ve birleşimleri, çapraz elemanların taşıma kapasitelerine bağlı olarak, kapasite tasarımı ilkelerinel i uygun olarak boyutlandırılır. l Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 46

47 Diğer tasarım koşulları a) Burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçevelerde K şeklinde (çaprazların kolon orta noktasına bağlandığı) çapraz düzenine izin verilmemektedir. b) V ve ters V şeklindeki çapraz sistemlerinde, kirişler kolonlar arasında sürekli olacak ve yanal doğrultuda mesnetlenecektir. c) Kirişler ve birleşimleri, düşey yükler altında çaprazların olmadığı varsayılarak boyutlandırılacaktır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 47

48 m) Diyafram içi i dikme ve başlık elemanları l (Kat Döşemelerinde Yatay Kuvvetlerin Düşey Taşıyıcılara Aktarılması) Diyaframlar, normal kat ve çatı düzlemleri içinde teşkil edilen ve kat döşemelerine etkiyen yatay deprem kuvvetlerinin, deprem kuvveti taşıyıcı sistemi oluşturan düşey taşıyıcı elemanlara aktarılmasını sağlayan taşıyıcı sistemlerdir. Diyaframlar, döşeme sistemi içindeki diyafram başlıkları ve diyafram dikmelerinden (yük aktarma elemanları) oluşmaktadır. Diyafram elemanları, çelik bina taşıyıcı sisteminin katlarındaki kütlelere etkiyen deprem kuvvetlerinin düşey taşıyıcı sistem elemanlarına güvenle aktarılmasını sağlayacak dayanım ve rijitliğe sahip olacak şekilde boyutlandırılırlar. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 48

49 A Diyafram Dikmesi Yatay Kuvvet Taşıyıcı Çerçeve y Diyafram Dikmesi B Yatay Kuvvet Taşıyıcı Çerçeve x Diyafram Dikmesii Yatay Kuvvet Taşıyıcı Çerçeve C Diyafram Başlığı Tipik diyafram başlığı ve dikme (yük aktarma) elemanları Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 49

50 Diyafram başlıkları, döşeme düzlemindeki yatay kuvvetlerin düşey taşıyıcı elemanlara aktarılması sırasında meydana gelen eğilme etkilerini temsil eden, çekme ve basınç kuvvetleri çifti gözönüne ö alınarak boyutlandırılır. l Diyafram başlığı çekme kuvvetinin, betonarme döşeme içine yerleştirilecek ilave çekme donatısı ve/veya yapısal çelik elemanlar ile, güvenle taşınması sağlanır. Diyafram dikmeleri ve birleşimleri, deprem kuvveti taşıyıcı sistemin dışındaki yapı bölümlerine etkiyen atalet kuvvetlerinin deprem kuvveti taşıyıcı sistemin elemanlarına güvenle aktarılmasını sağlayacak şekilde boyutlandırılırlar. Bu elemanların boyutlandırılmasında, D dayanım fazlalığı katsayısı ile büyütülen deprem etkilerini içeren yük birleşimleri esas alınır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 50

51 n) Moment aktaran çerçevelerin çelik betonarme kompozit kolonları Özellikle deprem bölgelerindeki l yüksek k binaların ve büyük ük açıklıklı yapıların tasarımında, çelik-betonarme kompozit kolonların kullanılması önemli yararlar sağlayabilmektedir. Betona gömülü Beton dolgulu kompozit kolonlar kompozit kolonlar Kompozit kolonların boyutlandırılmasında, bu bölümde verilen kuralların yanında ÇYTHYE 2016 yönetmeliğinden yararlanılacaktır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 51

52 Çelik-betonarme kompozit kolonların sağladığı avantajlardan başlıcaları: ş a) daha küçük boyutlu bir kolon enkesiti ile daha yüksek eksenel kuvvet dayanımının sağlanması b) elemanın süneklik kapasitesinin arttırılması c) çelik kesitin yerel burkulma riskinin azaltılabilmesi d) betona gömülü kompozit kolonlarda yüksek yangın dayanımı sağlanması Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 52

53 Çelik-betonarme kompozit kolonlu moment aktaran çerçevelerin türleri a1) Çelik gömme kompozit kolonlu süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçeveler a2) Beton dolgulu kompozit kolonlu süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçeveler b1) Çelik gömme kompozit kolonlu süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçeveler b2) Beton dolgulu kompozit kolonlu süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçeveler Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 53

54 Çelik-betonarme çelik gömme ve beton dolgulu kompozit kolonların tasarımına ilişkin kurallar: a) minimum i ve maksimum boyuna donatı oranları b) kolon enkesitindeki minimum yapısal çelik miktarı c) enine donatı koşulları d) kolon sarılma bölgelerine ilişkin koşullar e) yük aktarma elemanlarının (kayma çivilerinin) tasarımı f) kolon enkesitindeki yapısal çeliğin ekine ilişkin kurallar g) beton dolgulu kompozit kolonlarda yapısal çelik (kutu ve boru kesitler) için enkesit koşulları h) kompozit kolonlarda maksimum eksenel kuvvet oranları Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 54

55 o) Temel bağlantı detayları Temel bağlantı detaylarının boyutlandırılmasında, temele etkiyen eksenel kuvvet, kesme kuvveti ve eğilme momentleri, a) detaya birleşen elemanların taşıma kapasitelerine ve b) D dayanım fazlalığı katsayısı ile büyütülen deprem etkisini içeren iç kuvvetlere bağlı olarak kapasite tasarımı ilkesi doğrultusunda belirlenecektir. Temel detayında kullanılan ankraj çubukları malzemesinin kopma uzaması oranı %14 değerinden daha az olmayacaktır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 55

56 p) Çelik binaların şekildeğiştirme ve yerdeğiştirme esaslı, performansa göre tasarımı Günümüzde ve gelecekte çelik yüksek binaların ve diğer özel binaların giderek daha geniş bir uygulama alanına sahip olacağı gözönünde tutularak, depreme dayanıklı çelik binaların yerdeğiştirme ve şekildeğiştirme esaslı performansa göre tasarımı nın da yönetmelik kapsamı içinde yer alması öngörülmüştür. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 56

57 Performansa göre tasarım şu adımlardan d oluşmaktadır. a) DD-2 Tasarım depremi için ön boyutlandırma b) DD-3 veya DD-4 servis depremi ile DD-1 en büyük deprem için eleman ve bina bazında değerlendirme Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 57

58 DD-2 2Tasarım depremi iiçin i ön boyutlandırma Çelik yapı sistemi, tasarım depremi altında, doğrusal- elastik teoriye göre boyutlandırılır. l İnşaat alanının depremselliğine ve binanın önem derecesine bağlı olarak belirlenen deprem spektrumu ve bina önem katsayısı kullanılır. Analizde mod birleştirme ş yöntemi uygulanır ve minimum taban kesme kuvveti kuralı esas alınır. Boyutlandırma, çelik yapı tasarımının ilgili yönetmelik kuralları doğrultusunda gerçekleştirilir. Tasarımda önceki pratik uygulamalardan edinilen deneyimlerden de yararlanılır. l r Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 58

59 DD-4 Servis depremi için analiz ve değerlendirme DD-4 servis depremi altında (KK) kesintisiz kullanım performans düzeyinin hedeflendiği çelik yapı sisteminin analizi, doğrusal-elastik teoriye göre ve mod birleştirme yöntemi ile gerçekleştirilir. Mod birleştirme yönteminde sönüm oranı %2.5 olarak alınır. Analizde ek dışmerkezlik etkisi gözönüne alınmaz. Minimum taban kesme kuvveti kuralı uygulanmaz. İç kuvvetlerin hesabında, deprem yükü azaltma katsayısı R/I=1 ve dayanım fazlalığı katsayısı D=1 olarak alınır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 59

60 DD-4 4Servis depremi iiçin i değerlendirme di DD-4 servis depremi altında çelik yapı sisteminin (KK) kesintisiz kullanım koşullarını sağladığı kontrol edilir. Kesintisiz kullanım için, servis depremi altında hesaplanan iç kuvvetlere ait etki(talep)/kapasite oranlarının i) Sünek davranışa sahip iç kuvvetler için E/K 1.5 ii) Sünek davranışa sahip olmayan iç kuvvetler için E/K 0.7 koşullarını sağlaması gerekir. İç kuvvet kapasitelerinin hesabında, f yk karakteristik malzeme dayanımları yerine ortalama (beklenen) malzeme dayanımları (1.17 f yk ) kullanılır. Bu koşulların sağlanmaması halinde ön boyutlandırma uygun şekilde tekrarlanır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 60

61 DD-3 Servis depremi için analiz ve değerlendirme İleri performans hedefi olarak, DD-3 servis depremi altında (SH) sınırlı hasar performans düzeyinin öngörüldüğü çelik yapı sisteminin analizi, zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemi ile gerçekleştirilir. Sönüm oranı %2.5 olarak alınır. Toplam (11) yer hareketi takımı için her iki doğrultuda analiz yapılır. Çubuk elemanların lineer olmayan davranışı yığılı plastik şekildeğiştirmeler içeren plastik mafsallar ile modellenecektir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 61

62 DD-3 Servis depremi için değerlendirme DD-3 servis depremi altında çelik yapı sisteminin (SH) sınırlı hasar koşullarını sağladığı kontrol edilir. Sünek davranışa sahip elemanlarda değerlendirmeye esas olan şekildeğiştirme talepleri, yapılan hesapların (en az 2 11 = 22 hesap) her birinden elde edilen sonuçların en büyük mutlak değerlerinin ortalaması olarak hesaplanır. Kritik (sünek olmayan) iç kuvvetler ise, yapılan hesapların (en az 2 11 = 22 hesap) her birinden elde edilen sonuçların en büyük mutlak değerlerinin ortalamasının 1.4 katı olarak alınır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 62

63 Sünek davranışa sahip çelik elemanlarda hesaplanan şekildeğiştirme talepleri, Bölüm:5C de (SH) sınırlı hasar performans düzeyi için verilen sınır değerleri aşmayacaktır. Sünek davranışa sahip olmayan elemanlarda hesaplanan iç kuvvet taleplerinin çelik elemanlar için bu bölümde (Bölüm:9) tanımlanan iç kuvvet kapasitelerinden daha küçük olduğu gösterilecektir. İç kuvvet kapasitelerinin hesabında, f yk karakteristik malzeme dayanımları yerine ortalama (beklenen) malzeme dayanımları ( f yk ) kullanılır. Bu koşulların sağlanmaması halinde ön boyutlandırma uygun şekilde tekrarlanır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 63

64 DD-1 En büyük deprem için analiz ve değerlendirme Analiz Çelik yapı sisteminin DD-1 en büyük deprem etkisi altındaki analizi, zaman tanım alanında doğrusal ğ olmayan hesap yöntemi ile gerçekleştirilir. Zaman tanım alanında yapılacak doğrusal olmayan hesaplarda en az on bir deprem yer hareketi takımı kullanılır. Modal sönüm matrisinin oluşturulmasında sönüm oranı %2.5 olarak alınır. Analizde ek dışmerkezlik etkisi göz önüne alınır. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 64

65 DD-1 En büyük deprem için değerlendirme DD-1 en büyük ük deprem etkisi i altında çelik yapı sisteminin i i i) normal performans hedefi için göçmenin önlenmesi koşullarını ii) ileri performans hedefi için can güvenliği koşullarını sağladığı kontrol edilir. Sünek davranışa sahip çelik elemanlardaki şekildeğiştirme taleplerinin, l i öngörülen ö performans düzeyi için i Bölüm:5C de verilen sınırları aşmadığı kontrol edilir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 65

66 Sünek davranışa sahip olmayan elemanlarda hesaplanan iç kuvvet taleplerinin elemanların iç kuvvet kapasitelerinden daha küçük olduğu gösterilir. İç kuvvet kapasitelerinin hesabında ortalama (beklenen) malzeme dayanımları esas alınır. DD-1 deprem yer hareketi altında yapılan doğrusal olmayan hesap sonucunda ortalama göreli kat ötelemesi oranlarının 0.03, 03 tek bir depremden elde edilen en büyük göreli kat ötelemesi oranının sınır değerini aşmadığı kontrol edilir. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 66

67 r) Bölüm:9 Ekleri Deprem etkisi altında çelik binaların tasarımı bölümünün ekleri (3) alt bölümden meydana gelmektedir. 1) Deprem kuvveti taşıyıcı çelik sistemlerin birleşimlerinde genel hususlar. 2) Moment aktaran çelik çerçevelerde kiriş-kolon birleşim detayları ve uygulama sınırları. 3) Çapraz - kiriş - kolon birleşim detayları. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 67

68 SONUÇLAR 2007 Türk Deprem Yönetmeliği nin güncellenmesi çalışmaları çerçevesinde, ülkemizde giderek daha geniş bir uygulama alanına sahip olan a) çelik yapı sistemlerinin ve çelik - betonarme kompozit yapı elemanlarının depreme dayanıklı olarak tasarımını b) çelik binaların şekildeğiştirme ve yerdeğiştirme esaslı performansa göre boyutlandırılmasını öngören araştırmaların sonuçlarının yönetmelik kapsamı içine alınması öngörülmüştür. Bu sunumda, TBDY-2018 yönetmeliği içinde yer alan başlıca konulara yer verilmiştir. i Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 68

69 TEŞEKKÜR Yeni Türk Deprem Yönetmeliği hazırlanması çalışmalarını l başlatan ve destekleyen AFAD Afet ve Acil Durum Yönetimi ne Yeni Deprem Yönetmeliği, Çelik ve Kompozit Elemanlı Binalar İçin Depreme Dayanıklı Tasarım Kuralları komisyonunda görev alan komisyon üyelerine Özellikle bu bildirinin hazırlanmasında önemli katkıları olan Prof.Dr. Cavidan Yorgun ve Y.Doç.Dr. Cüneyt Vatansever e teşekkürlerimi sunuyorum. Prof. Dr. Erkan Özer 6 Mayıs /69 69