ÇOK KATLI BİR ÇELİK YAPININ TASARIMINDA YATAY KAFES KİRİŞLİ ÇERÇEVE SİSTEM UYGULAMASININ ANALİZİ. YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh.

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİLERİ ENSTİTÜSÜ ÇOK KATLI BİR ÇELİK YAPININ TASARIINDA YATAY KAFES KİRİŞLİ ÇERÇEVE SİSTE UYGULAASININ ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. üh. Ayç KATİPOĞLU Anbilim Dlı : İNŞAAT ÜHENDİSLİĞİ Progrmı : YAPI ÜHENDİSLİĞİ TEUZ 008

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİLERİ ENSTİTÜSÜ ÇOK KATLI BİR ÇELİK YAPININ TASARIINDA YATAY KAFES KİRİŞLİ ÇERÇEVE SİSTE UYGULAASININ ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. üh. Ayç KATİPOĞLU ( ) Tezin Enstitüye Verildiği Trih: 16 Temmuz 008 Tezin Svunulduğı Trih: 17 Temmuz 008 Tez Dnışmnı: Doç. Dr. Filiz PİROĞLU Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Erdoğn UZGİDER Yrd. Doç. Dr. Fevzi DANSIK TEUZ 008

3 ÖNSÖZ Tez çlışmm süresince pylşmış olduğu bilgileri ve desteğinden ötürü tez dnışmnım Sn. Doç. Dr. Filiz PİROĞLU n, tecrübesinden çokç fydlndığım İnş. Yük. üh. Doğukn KÖSE, İnş. üh. Sut Emrh DÜLGER ve İnş. Yük. üh. Armğn ERCAN, bu yoğun çlışm temposund beni ylnız bırkmyn, her türlü özveriyle beni bugünlere getiren nnem Yük. im. Nury KATİPOĞLU, bbm İnş. üh. Özcn KATİPOĞLU, blm Çevre Yük. üh.-oleküler Biolog Tuğçe KATİPOĞLU, teyzem Prof. Dr. Yurdnur DÜLGEROĞLU ve nnennem Hsibe DÜLGEROĞLU n teşekkürü bir borç bilirim. Temmuz 008 Ayç KATİPOĞLU ii

4 İÇİNDEKİLER KISALTALAR TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ SEBOLLER ÖZET SUARY Vİİİ İX X Xİİ XV XVİ 1 GİRİŞ Konu 1 1. Hesp Yöntemleri ve Ypıln Kbuller 4 ÇOK KATLI ÇELİK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTELER 9.1 Çok Ktlı Ypılrd Yygın Olrk Kullnıln Tşıyıcı Sistemler Çerçeve Sistemler 9.1. Çerçeve ve Perde Duvrlı Sistemler Çekirdekli Sistemler Tübüler Sistemler Hibrid Sistemler 10. Yty Kfes Kirişli Çerçeve ve Çekirdekli Sistemler 11 3 ÇOK KATLI ÇELİK BİR KULE YAPISININ STATİK ANALİZİ İO 0. R-01 Stndrt ının Genel İlkeleri 1 3. Ypı Çeliği lzeme Özellikleri Ypının Tnıtımı ve Kullnım Amcı Ypı Tşıyıcı Sistem Seçimi Yük Anlizi Düşey Yükler Norml Kt Döşeme Yükleri Çtı Ktı Döşeme Yükleri Cephe Yükleri Hreketli Yük Kr Yükü Rüzgr Yükü Rüzgrın Drbe Etkisi Anlizi Deprem Yükleri Ypının Sp 000 Progrmı ile Dinmik Anlizi Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi od Birleştirme Yöntemi Yükleme Kombinsyonlrı Deprem Yükünün Ypıy Etkitilmesi Arttırılmış Deprem Etkileri Tşıyıcı Sistem Şekilleri Çekirdek ve oment Aktrn Çerçeve Sistem Çekirdek, oment Aktrn Çerçeve ve Dış Cephe Çprzlı Sistem 6 iii

5 3.7.3 Yty Kfes Kirişli Çerçeve Sistem Ypı Tşıyıcı Sistem Anliz Sonuçlrı Deplsmn Kontrolleri Etkin Göreli Kt Ötelenmesi II. ertebe Etkileri 38 4 YAPI ELEANLARININ BOYUTLANDIRILASI Kolonlrın Boyutlndırılmsı Kt Çekirdek Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Çekirdek Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Kt Çevre Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Kt Çekirdek Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü HD 400X818 Hdde Profili Gerilme Kontrolü Kt Çevre Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Kt Çekirdek Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü HD 400X744 Hdde Profili Gerilme Kontrolü Çevre Kolonlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Kesme Güvenliği Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Kirişlerin Boyutlndırılmsı X-X Yönü Kirişleri Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Ynl Burkulm Kontrolü 79 iv

6 Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Sehim Kontrolü Y-Y Yönü Kirişleri Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Ynl Burkulm Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Sehim Kontrolü Çprzlrın Boyutlndırılmsı Kt Çprzlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Kt Çprzlrı Enkesit Kontrolü Gerilme Kontrolü Arttırılmış Deprem Yükleri Kontrolü Kuvvetli Kolon Zyıf Kiriş Kontrolü Ypm Kolon ve Tkviyeli Ypm Kolon Kynk Hesplrı Kt Çevre Kolonlrı Kynk Hesbı Kt Çevre Kolonlrı Kynk Hesbı Çevre Kolonlrı Kynk Hesbı Kt Çekirdek Kolonlrı Kynk Hesbı Kt Çekirdek Kolonlrı Tkviye Plklrı Kynk Hesbı Kt Çekirdek Kolonlrı Tkviye Plklrı Kynk Hesbı Kt Çekirdek Kolonlrı Tkviye Plklrı Kynk Hesbı 93 5 YAPI ELEANLARININ BİRLEŞİ HESAPLARI Kolon Kolon Ek Detyı H 595X600- H 595X600 Kolon Eki Gövde Levhsı Bulon Hesbı Bşlık Levhsı Bulon Hesbı Gövde Levhsı Thkiki Bşlık Levhsı Thkiki Kiriş Kiriş Ek Detyı HEB 550 Eki Gövde Levhsı Bulon Hesbı Bşlık Levhsı Bulon Hesbı Gövde Levhsı Thkiki Bşlık Levhsı Thkiki Çprz Kolon, Kiriş Bğlntı Detyı PD457*40- H 540X580-IPE 550 Birleşimi Düğüm Levhsını Kiriş Bşlığın Bğlyn Kynk Kontrolü Düğüm Levhsını Kolon Yüzüne Bğlyn Kynk Kontrolü Whitmore Kesiti Anlizi Levh Gerilme Kontrolleri Çprz Kiriş Bğlntı Detyı PD406.4*30-IPE 550 Birleşimi Çprzlrın Bulon Birleşimlerinin Kontrolü Çprzlrın Kynklı Birleşimlerinin Kontrolü 111 v

7 Düğüm Levhsı Kynk Kontrolü Whitmore Kesiti Anlizi Levh Gerilme Kontrolleri An Kiriş Tli Kiriş Bğlntı Detyı HEB 550-IPE 360 Birleşimi Bulon Hesbı Kiriş Azln Gövde Kontrolü Nervür Levhsındki Kynk Kontrolü Rijit Kolon Kiriş Birleşim Detylrı H 540X580-HEB 550 Ek Bşlık Levhlı Kynklı Birleşimi Kym Bölgesi Kontrolü Süreklilik Levhsı Kontrolü Bşlık Ek Levhsı Kynk Boyu Hesbı Gövde Kym Elemnı Kynk Boyu Hesbı H 550X590-IPE 550 Alın Levhlı Bulonlu Birleşimi Bulon Hesbı Alın Levhsı Thkiki Kynk Hesbı Süreklilik Levhsı Kontrolü Ankstre Kolon Ayk Detyı HT 600X600 Tkviyeli Ypm Profil Kolon Ayğı Kolon Ayk Detyı Sonlu Elemn odel Anlizi Beton Bsınç Gerilmesi Kontrolü Guse Levhlrını Kolon Bşlığın Bğlyn Kynk Hesbı Guse Levhlrının Uç Kesitlerinde Gerilme Thkiki Guse Levhsını Tbn Levhsın Bğlyn Kynk Hesbı Ankrj Bulonu ve Ankrj Profili Kontrolü Kolon Gövdesini Tbn Levhsın Bğlyn Kynk Hesbı Km Hesbı 19 6 KOPOZİT DÖŞEE HESABI Döşeme Sistemi Tnıtımı Kompozit Döşeme Hesbı Kompozit Döşemenin Boyutlndırılmsı Kesit Zorlrının Belirlenmesi Ktlnmış Çelik Scın Klıp Süresince Hesbı Kompozit Çlışm Süresinde Döşemenin Kontrolü Kompozit Döşeme Kirişlerinin Hesbı IPE 360 Profili Enkesit Kontolü Pozitif ve Negtif oment Bölgesinde Plstik oment Dynımı Bsit Kirişlerde Kym Bğlntısı Sürekli Kirişlerde Kym Bğlntısı Kym Bğlntılrı için Konstrüktif Kurllr Düşey Kym Dynımı Sehim Hesbı Ynl Burkulm Hesbı Enine Tkviye Hesbı TEEL HESABI Rdye Temelin Boyutlndırılmsı 155 vi

8 7. Rdye Temelin Sp 000 Progrmı İle Anlizi Zemin Emniyet Gerilmesi Kontrolü Dontı Hesbı Zımblm Kontrolü SONUÇLAR 159 KAYNAKLAR 161 EKLER 16 ÖZGEÇİŞ 167 vii

9 KISALTALAR BS : Beton Sınıfı BÇ : Beton Çeliği DBYBHY007 : Deprem Bölgelerinde Ypılck Binlr Hkkınd Yönetmelik 007 SDGT : Sınır Durumlrın Göre Tsrım TS : Türk Stndrdı viii

10 TABLO LİSTESİ Syf No Tblo 1.1 : Elektrod meknik özellikleri... 7 Tblo 1. : Kynk emniyet gerilme değerleri... 7 Tblo 1.3 : Bulonlr için emniyet gerilme değerleri (St5)... 8 Tblo 3.1 : X Doğrultusu cephe yüklerinin tekil yüke dönüştürülmesi...14 Tblo 3. : Y Doğrultusu cephe yüklerinin tekil yüke dönüştürülmesi...14 Tblo 3.3 : Binnın kıs doğrultusun it rüzgr yükü prmetreleri...17 Tblo 3.4 : Yüksekliğe bğlı olrk rüzgr hızı ve bsıncı...18 Tblo 3.5 : Tşıyıcı sistem dvrnış ktsyısı (R)... Tblo 3.6 : Ω o Büyütme ktsyılrı...5 Tblo 3.7 : odl periodlrı...9 Tblo 3.8 : odl kütle ktılım ornlrı...9 Tblo 3.9 : Tşıyıcı sistem tbn kesme kuvvetleri...33 Tblo 3.11: Rüzgrlı durumd y yönü tbn kesme kuvvetinin ktlr dğılımı...35 Tblo 3.1: Ypı tepe noktsı deplsmnlrı...36 Tblo 3.13: Etkin göreli kt ötelenmeleri...37 Tblo 3.14: II. mertebe etkileri...39 Tblo 3.15: Rüzgr ve deprem yükü değerleri...40 Tblo 4.1 : HT 600X600 tkviyeli ypm profil kesit özellikleri...41 Tblo 4. : HT 595X600 tkviyeli ypm profil kesit özellikleri...48 Tblo 4.3 : H 595X600 ypm profil kesit özellikleri...5 Tblo 4.4 : HT 550X590 tkviyeli ypm profil kesit özellikleri...56 Tblo 4.5 : H 550X590 ypm profil kesit özellikleri...63 Tblo 4.6 : HT 540X580 tkviyeli ypm profil kesit özellikleri...67 Tblo 4.7 : H 540X580 ypm profil kesit özellikleri...74 Tblo 4.8 : IPE 550 kesit özellikleri...78 Tblo 4.9 : HEB 550 kesit özellikleri...81 Tblo 4.10: PD 406.4x30 kesit özellikleri...83 Tblo 4.11: PD 457x40 kesit özellikleri...84 Tblo 4.1: D Arttırm ktsyılrı...86 Tblo 4.13: Kesitlerin kpsite değerleri...86 Tblo 4.14: Çekirdek kolonlr için kuvvetli kolon zyıf kiriş kontrolü...86 Tblo 4.15: Çevre kolonlr için kuvvetli kolon zyıf kiriş kontrolü...87 Tblo 5.1 : H 595X600 ypm profil kesit özellikleri...96 Tblo 5. : PD457*40 kesit özellikleri Tblo 5.3 : PD406*30 kesit özellikleri Tblo 6.1 : IPE 360 kesit özellikleri Tblo 7.1 : Temel özellikleri Tblo 7. : Zemin özellikleri Tblo 7.3 : Rdye temelde okunn mksimum moment değerleri Tblo 7.4 : Açıklık ve mesnetler için dontılr ix

11 ŞEKİL LİSTESİ Syf No Şekil 1.1 : İzometrik görünüş... Şekil 1. : Norml kt ve çtı ktı dispozisyon plnı... 3 Şekil 1.3 : Genel görünüş Şekil 1.4 : Genel görünüş Şekil 3.1 : W x rüzgr yüklemesi...19 Şekil 3. : W y rüzgr yüklemesi...0 Şekil 3.3 : Çekirdek ve moment ktrn çerçeve sistem norml kt plnı...7 Şekil 3.4 : Çekirdek,moment çerçevesi ve dış cephe çprzlı...7 Şekil 3.5 : Yty kfes kirişli sistem çtı ktı plnı...8 Şekil 3.6 : Binnın uzun doğrultusu cephe çprzlrı...30 Şekil 3.7 : Binnın kıs doğrultusu cephe çprzlrı...30 Şekil 3.8 : Yty kfesli çerçeve sistem cephe görünüşü Şekil 3.10: Yty kfes kirişli çerçeve sistem izometrik görünüşü...34 Şekil 3.11: Tşıyıcı sistem mod şekilleri...38 Şekil 4.1 : HT 600X600 Kesiti...41 Şekil 4. : HT 595X600 Kesiti...47 Şekil 4.3 : H 595X600 Kesiti...5 Şekil 4.4 : HT 550X590 Kesiti...56 Şekil 4.5 : H 550X590 Kesiti...63 Şekil 4.6 : HT 540X580 Kesiti...67 Şekil 4.7 : H 540X580 Kesiti...74 Şekil 4.8 : Kuvvetli kolon zyıf kiriş kontrolü...85 Şekil 5.1 : Kolon ek detyı...96 Şekil 5. : Kiriş ek detyı Şekil 5.3 : Çprz-kiriş-kolon bğlntı detyı Şekil 5.4 : Çprz-kiriş bğlntı detyı Şekil 5.5 : An kiriş-tli kiriş birleşim detyı Şekil 5.6 : Ek bşlık levhlı kynklı kolon-kiriş birleşim detyı Şekil 5.7 : Alın levhlı bulonlu kolon-kiriş birleşim detyı Şekil 5.8 : Kolon yk detyı... 1 Şekil 5.9 : Çekirde kolonu tbn levhsı sonlu elemn bilgisyr modeli Şekil 5.10: Tbn levhsı bsınç durumu Von isses gerilmesi Şekil 5.11: Tbn levhsı Bsınç Gerilmesi Şekil 5.1: Tbn levhsı çekme durumu Von isses gerilmesi Şekil 5.13: Tbn levhsı çekme gerilmesi Şekil 5.14: Km elemnının teşkili Şekil 6.1 : Kompozit döşeme çelik sc-beton enkesiti Şekil 6. : Kompozit döşeme enkesiti Şekil 6.3 : Norml kt plnı kompozit döşeme oluk doğrultusu Şekil 7.1 : D+L+E kombinsyonun göre zemin gerilmeleri Şekil A.1 : Etki fktörü x

12 Şekil A. : Türbülns fktörü Şekil A.3 : Boyut küçültme fktörü Şekil A.4 : Drbe etkisi enerji ornı Şekil A.5 : Pik fktörü xi

13 SEBOLLER A(T) A o A s b b bf b cf b x, b y C C b : Spektrl İvme Ktsyısı : Etkin Yer İvmesi Ktsyısı : Çekme dontısı kesit lnı : Genişlik : Kiriş kesitinin bşlık genişliği : Kolon kesitinin bşlık genişliği : Zımblm çevresinin (up) x ve y doğrultulrındki boyutlrı : Atlet momenti değişken çubuklrd, sbit tlet momenti elde etmek için kullnıln yrdımcı : oment değişiminin burkulm üzerindeki etkisini belirleyen bir ktsyı C m : Eksenel bsınç ve eğilmenin etkidiği sistemlerde, kolonun şeklini gözönüne ln bir ktsyı D : Diresel hlk kesitlerde dış çp d : Perçin vey civt çpı D : Akm gerilmesi rttırm ktsyısı d b : Kiriş enkesit yüksekliği d c : Kolon enkesit yüksekliği E : Çeliğin elsisite modülü (E kgf/ cm) E : Deprem yükü simgesi e : Dışmerkezlik E1Y : Ess ve ilve yüklerin toplmı EY : Ess yüklerin toplmı F : En kesit lnı F b : Bsınç bşlığının en kesit lnı f ck : Beton krkteristik bsınç dynımı f ctk : Beton krkteristik eksenel çekme dynımı F i : Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi nde i inci kt etkiyen eşdeğer deprem yükü F n : Fydlı en kesit lnı g : Yerçekimi ivmesi (9.81 m/s) h i : Binnın i inci ktının kt yüksekliği H N : Binnın temel üstünden itibren ölçülen toplm yüksekliği I : Bin Önem Ktsyısı I x, I y : En kesitin tlet momenti K : Burkulm boyunu belirleyen bir ktsyı l : Kiriş uçlrındki olsı plstik mfsl noktlrı rsındki uzklık l b : Kirişin ynl doğrultud mesnetlendiği noktlr rsındki uzklık xii

14 p p pi pj pü N n N N bp N çp Q R R x, R y s S(T) S x, S y T T 1 T A,T B t bf t cf T m, T n t p t t t w u u p V V d V dy V e V i V ke V p V pd V pr : Düşey yükler ve deprem yüklerinin ortk etkisi ltınd hesplnn eğilme : Eğilme momenti kpsitesi : Kolonun lt ucund hesplnn moment kpsitesi : Kirişin sol ucu i de hesplnn pozitif vey negtif moment kpsitesi : Kirişin sğ ucu j de hesplnn negtif vey pozitif moment kpsitesi : Kolonun üst ucund hesplnn moment kpsitesi : Düşey yükler ve deprem yüklerinin ortk etkisi ltınd hesplnn eksenel kuvvet : Hreketli Yük Ktılım Ktsyısı : Zımblmd kolon eksenel yükü : Eksenel bsınç kpsitesi : Eksenel çekme kpsitesi : Hreketli yük simgesi : Tşıyıcı Sistem Dvrnış Ktsyısı : Deprem Yükü Azltm Ktsyılrı : Kirişin bsınç bşlığınd dönmeye ve ynl deplsmn krşı mesnetleri rsındki mesfe : Spektrum Ktsyısı : Çubuğun burkulm boyu : Bin doğl titreşim periyodu [s] : Binnın birinci doğl titreşim periyodu [s] : Spektrum Krkteristik Periyotlrı [s] : Kiriş kesitinin bşlık klınlığı : Kolon kesitinin bşlık klınlığı : Binnın m inci ve n inci doğl titreşim periyotlrı [s] : Tkviye levhlrı dhil olmk üzere, kym bölgesindeki toplm levh klınlığı : Tkviye levhsı klınlığı : Gövde klınlığı : Kym bölgesi çevresinin uzunluğu : Zımblm çevresi (yüklenen ln d/ uzklıkt) : Kesme kuvveti : Düşey yükler ve deprem yüklerinin ortk etkisi ltınd hesplnn kesme kuvveti : Kirişin kolon birleşen yüzünde düşey yüklerden meydn gelen bsit kiriş kesme kuvveti : Kolon-kiriş birleşim bölgesinin gerekli kesme dynımı : Gözönüne lınn deprem doğrultusund binnın i inci ktın etki eden kt kesme kuvveti : Kym bölgesinin gerekli kesme dynımı : Kesme kuvveti kpsitesi : Tsrım zımblm kuvveti : Zımblm dynımı xiii

15 V t : Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi nde gözönüne lınn deprem doğrultusund biny etkiyen toplm eşdeğer deprem yükü (tbn kesme kuvveti) V tb : od Birleştirme Yöntemi nde, gözönüne lınn deprem doğrultusund modlr ti ktkılrın birleştirilmesi ile bulunn bin toplm deprem yükü (tbn kesme kuvveti) W : Binnın, hreketli yük ktılım ktsyısı kullnılrk bulunn toplm ğırlığı W : Rüzgr etkisi w i : Binnın i inci ktının, hreketli yük ktılım ktsyısı kullnılrk hesplnn ğırlığı W p : Plstik mukvemet momenti Y : od Birleştirme Yöntemi nde hesb ktıln yeterli doğl titreşim modu β : od Birleştirme Yöntemi ile hesplnn büyüklüklerin lt sınırlrının belirlenmesi için kullnıln ktsyı γ : Zımblmd eğilme etkisini ynsıtn ktsyı ΔF N : Binnın N inci ktın (tepesine) etkiyen ek eşdeğer deprem yükü Δ i : Binnın i inci ktındki zltılmış göreli kt ötelemesi δ i : Binnın i inci ktındki etkin göreli kt ötelemesi θ i : i inci ktt tnımlnn İkinci ertebe Gösterge Değeri λ : Nrinlik modülü, ρ min : inimum dontı ornı σ b : Ylnız eğilme momenti etkisi ltınd hesplnn bsınç gerilmesi σ B : Ylnız eğilme momenti etkisi ltınd müsde edilecek bsınç eğilme gerilmesi σ bem : Ylnız bsınç kuvveti etkisi ltınd müsde edilecek bsınç gerilmesi σ çem : Çekme emniyet gerilmesi σ eb : Ylnız bsınç kuvveti ltınd hesplnn gerilme σ ez : Ezilme emniyet gerilmesi σ v : Asl gerilmeleri gözönüne lındığınd kıyslm gerilmesi σ : Ypı çeliğinin km gerilmesi σ em : Emniyet gerilmesi τ : Hesplnn kym gerilmesi τ em : Kym emniyet gerilmesi ω : Bsınç emniyet gerilmesinin hesbınd kullnıln çubuğun nrinliği ile bğlntılı burkulm Ω o : Büyütme ktsyısı (δ i ) mx : Binnın i inci ktındki mksimum etkin göreli kt ötelemesi (Δ i ) ort : Binnın i inci ktındki ortlm zltılmış göreli kt ötelemesi xiv

16 ÇOK KATLI BİR ÇELİK YAPININ TASARIINDA YATAY KAFES KİRİŞLİ ÇERÇEVE SİSTE UYGULAASININ ANALİZİ ÖZET Yüksek lisns tezi olrk hzırlnn bu çlışmd, süneklik düzeyi yüksek kule tipi çok ktlı bir çelik ypının tsrımı için üç tşıyıcı sistem şekli rsınd krşılştırmlr ypılmış, bin için en uygun sonucu veren merkezi çelik çprzlı perdelerle güçlendirilmiş çekirdek, moment ktrn çerçeve ve yty kfes kirişli sistem uygulmsın gidilmiştir. Ayrıc bin tsrımınd önemli rol oynyn rüzgr ve deprem yüklemeleri krşılştırmlı olrk nliz edilmiştir. Bu hesp, ilgili imlt resimleriyle sunulmuştur. Ypı modeli x doğrutusund 47.1 m, y dorultusund ise 39.5 m uzunluğuddır. X yönünde 7, y yönünde ise 3 çıklıklı oln bin, yklşık 1861 m ln ship bir kule tipi ypıdır. Norml kt yüksekliği 3.7 m, toplm yüksekliği 103 m oln 7 ktlı ypının ilk ve son kt yükseklikleri sırsıyl 4.5 ve 6 m dir. Kt döşemeleri 15.5 cm ryl döşenmiş kompozit döşeme ile çözümlenmiştir. Her kt lnı için döşemede bırkıln 11 m lik snsör, merdiven ve tesist boşluklrı kullnım çık olmyn son ktt son ermektedir. Ypı 1. Derece deprem bölgesinde ve Z sınıfı özelliklerine ship bir zemin üzerinde oturmktdır. Zemin emniyet gerilmesi 500 kn/m dir. Ypıd BS III betonrme çeliği kullnılmış, kompozit döşemelerde de C35 klitesinde beton seçilmiştir. Hdde profillerden teşkil edilen tüm ypı elemnlrı ve levhlr St5 klitesindedir. Birleşimlerde yüksek mukvemetli bulonlr kullnılmıştır. Ypının sttik ve dinmik nlizi SAP 000 progrmı kullnılrk ypılmıştır. Oluşturuln bilgisyr modelinde kolon ve kirişler çubuk elemnı olrk girilmiş, progrmdn lınn veriler doğrultusund tüm elemnlr TS 648, İO 0. R-01, Deprem Bölgelerinde Ypılck Ypılr Hkkınd Yönetmelik 007 ve Knd Yönetmeliği dikkte lınrk boyutlndırılmıştır. Yük değerleri için TS 498, betonrme hesplrı için ise TS 500 Yönetmelikleri ess lınmıştır. Temel sistemi, rdye temel olrk düşünülmüş ve oluşturuln yrı bir bilgisyr modelinde yylr tnımlnrk modellenmiştir. Ypının genel yerleşlim ve imlt resimleri XSsteel v8.0 progrmı yrdımıyl çizilmiş ve ekte verilmiştir. Son bölümde elverişsiz çıkn rüzgr kuvvetine göre tsrlnn kule tipi çok ktlı çelik ypıd uygulnn tşıyıcı sistemin özellikleri irdelenmiştir. xv

17 THE APPLICATION OF HORIZONTAL TRUSS BEA IN HIGH RISE STEEL STRUCTURE DESIGN SUARY In this study, which is presented s mster thesis, three lod crrying systems for high rise steel structure re considered. A system consisting of eccentriclly brced core, moment frmes nd horizontl truss system tht gives the optimum result is designed. The wind nd erthquke lods hving significnt roles in the design of the structure is nlized. Its drwings re presented. In the computer model, dimensions of the structure in x nd y xis re respectively 47.1 nd 39.5 m. Tht tower hs 7 spns in longitudinl xis, 3 spns in trnsverse xis. The re is bout 1861 m. However 5 floors hve 3.7 m heights ech, the ground floor is 4.5 m nd the finl stge is 6 m. Floors re consisted of floor bems which hve 15.5 cm spns nd designed s composite members. Every floor hs 11 m spce used for elevtor, stirs nd instlltion. It is ssumed tht the office building is bsed on in the first degree of erthquke zone on the Z soil clss.the ground sfety tension is 500 kn/m. For the design of the structure, qulity of C35 concrete nd BÇIII reinforced concrete steel brs re chosen. All steel members hve the qulity of St5 nd the bolts re high strength. SAP 000 which is very ctul structurl nlysis softwre is used for sttic nd dynmic nlysis. In the computer model, columns nd bems re defined s frme elements. According to the output of the computer progrm, ll members re formed with respect to TS 648, İO 0. R-01, Turkish Erthquke Code Zone clled Regultions for Buildings of Dissters Regions 007 nd Cndin Stndrds Assocition Offshore Structures Code. TS498 nd TS 500 re used for respectively lod dts nd concrete design. Bse structure is chosen s mt foundtion. In different computer model, the mt foundtion is modeled with considering spring elements Drwings of the structure re prepred by XSteel v8.0 progrm nd they re given in ppendix. In the finl prt, fetures of the lod crrying system of the tower building which is designed under wind lods re briefly discussed. xvi

18 1 GİRİŞ 1.1 Konu Son yıllrd dünyd tek mçlı ypılrdn çok mçlı ypılr doğru hızlı ve çık bir gidiş söz konusudur. Bu doğrultud konut, büro gibi frklı işlevlerin ynı ypıd toplndığı çok ktlı ypılrın geliştiği görülmektedir. Anck rüzgr ve doğl felketlerden biri oln deprem, bu hızl yükselen ypılrın önünde sl küçümsenmemesi gereken bir durum olrk orty çıkmktdır. Bu tür ypılrd mimri kygılrın ötesinde tşıyıcı sistemin doğru sptnmsı dh önemli bir durumdur. Ele lınn bu çlışmd, yukrıd belirtilen nedenlerden ötürü deprem göz önüne lınmdn boyutlndırıln, tşıyıcı sistemin çerçevelerle birlikte kompozit iç ve dış kolonlrl güçlendirildiği, ABD New York tki çelik Union Crbide Corportion ypısının mimri plnlrı örnek lınrk, günümüzde depreme göre boyutlndırmd en yeni esslrın göz önüne lındığı 007 yılınd yürürlüğe giren Deprem Bölgelerinde Ypılck Binlr Hkkınd Yönetmelik 007, rüzgrlı durum için ise Knd Yönetmeliği kullnılrk yeni bir ypı tsrlnmıştır. Düşey yüklerin ynı sır deprem ve rüzgr gibi yty etkilerin ltınd ypı için en uygun tşıyıcı sistem seçimi için ilk olrk binnın büro mçlı kullnımı ve mimri özellikleri doğrultusund çekirdek sistem öngörülmüştür. Ypı stbilitesinin yeterli olmdığı bu durumd ikincil olrk sisteme her iki yönde dış cephe çprzlrı dhil edilmiş ve ypı nlizi tekrrlnmıştır. Ypıln iki sistem nlizi sonucu etkin göreli deplsmnlrın tşıyıcı sistem şeklinde belirleyici rol oyndığı sptnrk binnın son ktınd her iki yönde yty kfes kirişli çerçeve sistem uygulmsın gidilmiştir. Sonuçlr son bölümde trtışılmış ve gerekli imlt pftlrı ekte verilmiştir. imri boyutlrı bz lınn Union Crbide Corportion dlı çok ktlı çelik ypıy it izometrik görünüş Şekil 1.1 de gösterilmiştir. 1

19 Şekil 1.1: İzometrik görünüş ABD New York tki iş merkezine it norml kt ve çtı ktı dispozisyon plnı Şekil 1. de verilmiştir.

20 A A B B C C D D A A B B C C D D Y X Şekil 1.: Norml kt ve çtı ktı dispozisyon plnı 3

21 1. Hesp Yöntemleri ve Ypıln Kbuller Ypının sttik, dinmik hesbı için bilgisyr progrmlrı kullnılmıştır. Hzırlnn bilgisyr modelinde kolon ve kirişler çubuk elemn olrk girilmiş, rdye temel ise kbuk elemnlrl oluşturulmuştur. Sistemin deprem hesbınd ypının yüksekliğinin sınır değerlerden yüksek olmsı nedeniyle bir çok mod ktkılrının göz önüne lındığı mod birleştirme yöntemine bşvurulmuştur. Ypıy etkitilen sbit ve hreketli yükler için TS 498 Yönetmeliği nden yrrlnılmıştır. Deprem yüklerinin sptnmsınd DBYBHY007 kurllrın uygun hreket edilmiştir. Rüzgr etkileri için ise Knd Yönetmeliği ess lınmıştır. odl nliz sonucund ypının x ve y doğrultusundki slınımlrı incelenmiş ve bu doğrultulrd gözlenen periyotlr, ypının krkteristik periyodlrı olrk işleme dhil edilmiştir. Her iki doğrultudki bin kütle ktılım ornlrının yönetmelikte istenen ilgili şrtı sğldığı görülmüştür. Kule tipi çok ktlı çelik ypıd, deprem kuvvetinin süneklik düzeyi yüksek moment ktrn çerçeveler ve merkezi güçlendirilmiş çelik çprzlı perde sistemler ile krşılnmsı mçlndığındn, ypıy it sistem dvrnış ktsyısı R=6 olrk belirlenmiştir. Sisteme etkitilen yük kombinsyonlrı için TS 648 Yönetmeliği ne özdeş olrk İstnbul ühendisler Odsı nc bsıln stndrtlrdn (İO-0) yrrlnılmıştır. Anliz sonucund rüzgrlı durumun depreme göre dh elverişsiz çıktığı görülmüş ve elemn boyut hesplrı bu değerlere göre ypılmıştır. Kompozit kiriş, betonrme rdye temel hesplrı için sırsıyl Eurocode 4 ve TS500 Yönetmeliği ess lınmıştır. Boyutlndırm hesplrı TS648 de verilen gerilme kontrolleri ve DBYBHY007 Yönetmeliğince istenen enkesit koşullrı ışığı ltınd ypılmışır. Bin düzensizlik türlerinin vrlığı göz önüne lınn bin için tek tek kontrol edilmiş, hiç bir düzensizlik türüne rstlnmmıştır. Döşemelerin rijit diyfrm olrk çlıştığı bu kule tipi ypıd, göreli kt ötelenmeleri ve II. ertebe etkileri incelenmiş, sınır değerlere göre gerekli krşılştırmlr ypılmıştır. Ypıd deplsmn koşullrı sğlnmıştır. imri özellikleri bz lınn büro ypısının genel görüşleri Şekil 1.3 ve Şekil 1.4 te gösterilmiştir. 4

22 D C B A D C B A Z Y Şekil 1.3: Genel görünüş-1 5

23 Z X Şekil 1.4: Genel görünüş- 6

24 Emniyet gerilmelerinde deprem durumund DBYBHY007 Yönetmeliğince izin verilen %33 rttırım, rüzgrlı durumd ise İO 0. R-01 stndrdınc belirlenen %15 rttırım ypılmıştır. Bu rtırım birleşim hesplrınd %15 olrk lınmıştır. Birleşimlerde kullnıln kynk hesplrı için mevcut kynk yönetmeliği yerine İstnbul ühendisler Odsı nc hzırlnn stndrtlrdn (İO-01) yrrlnılmıştır. Her tür birleşim için bzik örtülü kynk elektrod cinsi belirlenmiş ve bu elektrod it dynımlr gerilme değerleri olrk işleme tbi tutulmuştur. Seçilen elektrodlr ve elektrodlr it dynım değerleri Tblo 1.1 de verilmiştir. Tblo 1.1: Elektrod meknik özellikleri Elektrod Akm Dynımı (N/mm ) Çekme Dynımı (P) Chrpy V Enerjisi (J) E8016 C C - 7 E10016 D C - 7 E C - 7 İO-01 stndrdın göre köşe kynk dikişleri için kynk emniyet gerilmesi elektrod mlzemesinin ( ilve metl) çekme dynımının %30 u kdr lıncktır. E8016 C1 tipi elektrod için; σ v,ey =56x0.3=16.8 kn/cm, σ v, EİY =16.8x1.15=19.3 kn/cm, σ v, EİY* =19.3x1.15=.3 kn/cm dir. Benzer durumd diğer elektrodlr it kynk emniyet gerilme değerleri Tblo 1. de belirtilmiştir. Tblo 1.: Kynk emniyet gerilme değerleri Elektrod σ v, EY (kn/cm ) σ v, EİY (kn/cm ) σ v, EİY* (kn/cm ) E8016 C E10016 D E Kullnıln tüm ypı elemnlrınd St 5 klitesinde çelik kullnılmıştır. Birleşimlerde ise 10.9 stndrdınd yüksek mukvemetli bulonlr kullnılmış ve bu bulonlr it emniyet gerilmesi değerleri ess lınmıştır. Detylrd SL, SLP, GV, GVP birleşim tipleri kullnılmıştır. Birleşimlerde kullnıln tm öngermeli yüksek mukvemetli bulonlrl ilgili mlzeme krkteristikleri Tblo 1.3 te verilmiştir. 7

25 Gerilme Değerleri Tblo 1.3: Bulonlr için emniyet gerilme değerleri (St5) SL Tipi Bulonlr (kn/cm ) SLP Tipi Bulonlr (kn/cm ) GV-GVP Tipi Bulonlr (kn/cm ) τ, τ, σ, σ,

26 ÇOK KATLI ÇELİK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTELER Strüktürel formlrın gelişmesinde yüksek ypılrın vrlığı, tsrımınd bir çok fktörün etkili olmsı dolyısıyl oldukç krmşıktır. Diğer ypı türlerine ornl çok ktlı ypılrd tşıyıcı sistem seçimi ypının güvenlik, stbilite ve mlzeme tsrrufu sğlnbilmesi yönünden çok dh önemlidir. Bu nedenle özellikle deprem kuşğınd bulunn tüm yerleşim bölgelerinde inş edilen yüksek ypılrd çok frklı tşıyıcı sistem türlerine rstlnır..1 Çok Ktlı Ypılrd Yygın Olrk Kullnıln Tşıyıcı Sistemler Çok ktlı ypılrd tşıyıcı sistem, düşey kuvvetlerin oluşturduğu bsınç ve yty kuvvetlerin neden olduğu eğilme etkisinde zeminden nkstre bir konsol benzetilebilir. 100 ktın üzerindeki ypılrd rüzgr kuvvetinin elverişsiz çıkm nedeni de tm olrk budur, fkt sistem elemnlrının boyutlndırılmsınd yty yüklerin pyı, düşey yüklerin tşınmsı için gerekli olndn öteye geçmemelidir. Yükseklikle berber rtn deprem ve rüzgr kuvvetlerinin krşılnmsı rtn elemn boyutlrıyl değil, tşıyıcı sistemin etkinliği ie sğlnmlıdır. Yüksek çelik ypılrd yygın olrk uygulnn tşıyıcı sistem formlrı, kısc şğıdki lt bölümlerde özetlenebilir..1.1 Çerçeve Sistemler Rijit çerçeve sistemler, bsitçe birbirlerine rijit birleşimlerle bğlnmış kolon ve kirişlerden oluşn, 8-10 kt kdr kullnımı uygun oln bir tşıyıcı sistem şeklidir. oment dynımlı çerçeve ise elemnlrın moment dynımın bğlı olrk yty yüklere dynım gösteren, ızgr formund birbirlerine rijit olrk bğlnmış yty ve düşey elemnlrdn oluşur.diğer sistemlerle krşılştırıldığınd bu tip çerçeveler, elstik olmyn sınırlr içindeki performns düzeylerinden dolyı sismik bölgeler için dh idel strüktürlerdir kt kdr kullnılbilirler. 9

27 .1. Çerçeve ve Perde Duvrlı Sistemler Çerçeve ve çelik çprzlı perde sistemler, yüklerin çerçeveler ve perdeler rsınd pylşıldığı sistemlerdir. Ypı yüksekliğinin ve dolyısıyl kiriş-kolon boyutlrının rttığı durumlrd çerçeve sistemlerin yeterli klmdığı, ekonomik olmdığı görülmüş ve çerçeveler yüksek ypılrd diğer tşıyıcı elemnlrl güçlendirilmiştir. Bu elemnlr betonrme binlrd kolon rlrının betonrme duvrlrl, çelik ypılrd ise çprz elemnlrl örülmesinden oluşurlr. Bu sistemler ktlı binlr için uygundur..1.3 Çekirdekli Sistemler Çekirdekli sistemler iki doğrultud d rijitleştirilmiş perde dvrnışı gösteren, perdelerin birleştirilmesiyle oluşmuş düşey tşıyıcı elemnlrdır. Büro ve ticri mçlı ypılrd geniş ln oln gereksinim nedeniyle perdeler dh çok çekirdek kısımınd toplnırlr. Binnın geometri özelliğine göre çekirdek iç, uç, köşe y d dış bölgelerde de oluşturulbilir. Bu tip sistemlerde yty yüklere dynım çısındn perde içinde çeşitli mkstlrl bırkıln çıklıklr küçük olmlıdır..1.4 Tübüler Sistemler Tübüler sistemler yüksek ypılrd dh fzl yty yük dynımı için geliştirilen teknolojilerden biridir. Bu form dikdörtgen y d benzeri bir boruy benzeyen birbirine ykın dış kolonlrdn oluşmktdır. Bin çevresinde tüpün duvrlrı yüksek kirişlerle çevrilidir. Deprem ve rüzgr gibi dinmik etkilere krşı sistem tümüyle konsol tüp dvrnışı gösterir. Tüp içinde tüp, kolon ve diygonl kfesli tüp, demet tüp gibi bir çok uygulm şeklinden söz edilebilir..1.5 Hibrid Sistemler Yüksek ypılrd yukrıd dı geçen tşıyıcı sistem şekillerinden frklı olrk hibrid sistemler, ypının yty yüklere dynıklı kendi çerçevesini oluşturduğu bir dizi frklı elemnlrdn oluşn strüktür şeklidir. Bu tip örneklerde yüksek dynımlı betonrme kolonlr, yerinde inş edilen çelik kfesli çekirdekler söz konusudur. 10

28 . Yty Kfes Kirişli Çerçeve ve Çekirdekli Sistemler Genellikle 30 ktın üzerindeki bin tsrımlrınd düşey çprzlı perde bulunn sistemler yeterli rijitlik ve dynım göstermezler. Bu nedenle tşıyıcı sistemin rijitliği, çerçeveyi çekirdeğe bğlyn yty kfes kirişler kullnılrk %30 ornınd rttırılbilir. Günümüzde özellikle büro işlevli ypılrd, snsör ve servis gereksinimlerinin bulunduğu çekirdek bölgesinin vrlığı ve çekirdek ile cephe rsınd geniş, kolonsuz çlışm meknlrı istenmesi dolyısıyl bin r kt vey son ktlrınd yty kfes kiriş sistemi uygulnmktdır. Yty kfes kiriş sistemi olmksızın iki büyük strüktür elemnı oln çekirdek ve dış çerçeve yrı çlışmkt ve ypının devrilme dynımı zlmktdır. Çekirdek yty yüklerin etkisinde eğilmeye çlıştığınd mfsllı teşkil edilen yty kfes kirişler, kolonlr eksenel yük ileten bir mnivel kolu gibi dvrnır. Bu sistemler genelikle ypının en üst ve kullnım çık olmyn meknik tesist ktlrınd teşkil edilir. Yty kfes kiriş uygulmsının getirdiği vntjlr: çekirdekteki devrilme momentlerinde, kolon ve temellerde rtn bsınç etkilerinde, kt deplsmnlrınd zlm şeklindedir. Ayrıc dıştki çerçeve dh ekonomik oln, rijit bğlntı detyı gerektirmeyen bsit kiriş ve kolonlrl oluşturulbilir. 11

29 3 ÇOK KATLI ÇELİK BİR KULE YAPISININ STATİK ANALİZİ 3.1 İO 0. R-01 Stndrt ının Genel İlkeleri İstnbul ühendisler Odsı nc TS 648 yönetmeliğine eşdeğer olrk hzırlnn İO 0. R-01 Çelik Ypılr, Emniyet Gerilmesi Essın Göre Hesp ve Proje Esslrı, çelik ypılrın emniyet gerilmesi essın göre boyutlndırılmsını öngeren, mlzemenin tmmen lineer elstik dvrnışını ess ln bir stndrttır. Bu kpsmd emniyet gerilmeleri orntılı sınır gerilmeleri ltınd klır ve şekil değiştirmeler belirli sınırlrı şmz [4]. 3. Ypı Çeliği lzeme Özellikleri Ypıd kullnıln ypı çeliğinin (St 5) meknik özellikleri şğıd verilmiştir. E (Ypı çeliği elstisite modülü)=1000 kn/cm G (Ypı çeliği kym modülü)=8100 kn/cm α (Ypı çeliği ısı genleşme ktsyısı)= p (Ypı çeliği yoğunluğu)=78.5 kn/cm σ (Akm gerilmesi)= 36 kn/cm σ (Kopm gerilmesi)= 5 kn/cm 3.3 Ypının Tnıtımı ve Kullnım Amcı Ele lınn proje plnd 39.5 m genişlik ve 47.1 m uzunluğ ship, 103 m yükseliğinde, 7 ktlı, tmmen çelik profillerle düzenlenmiş bir ofis ypısıdır. Projelendirilen ypı, çok ktlı bir iş merkezi olrk tsrlnmıştır. Kule tipi çelik çok ktlı bind her iki doğrultud d geniş ks rlıklrı bırkılmış; merdiven, snsör ve tesist bölümü çekirdek bölgesine toplnrk ypı içinde ulşım kolylığı sğlnmıştır. 1

30 3.4 Ypı Tşıyıcı Sistem Seçimi Ele lınn kule tipi bu çelik çok ktlı büro ypı tsrımı için sırsıyl üç frklı tşıyıcı sistem şekli incelenmiştir. Süneklik düzeyi yüksek olrk düşünülen bin için ilk olrk her iki yönde moment ktrn çerçeve ile binnın iç kslrınd teşkil edilen çekirdek sistem uygulmsın gidilmiştir. İkincil olrk mevcut tşıyıcı sisteme her iki yönde dış cephe çprzlrı eklenerek binnın sttik ve dinmik nlizi ypılmıştır. Uygulnn iki frklı tşıyıcı sistem sonrsı bin göreli kt deplsmnlrının belirlenen sınırlrı ştığı görülmüş ve bu problemi ortdn kldırmk için son kt kdr sürekli devm eden çprzlr, kullnım çık olmyn 7. ktt her iki doğrultud d uygulnn yty kfes kiriş çerçeve sistemlerle güçlendirilmiştir. İncelenen üç frklı tşıyıcı sistem için elde edilen nliz sonuçlrı ilgili bölümde verilmiştir. Ypıd kompozit döşeme sistemi uygulnmış olup, tli kirişler kıs doğrultud çlışck şekilde teşkil edilmiş ve boyutlndırılmıştır. 3.5 Yük Anlizi Profil Ağırlıklrı (SAP000 progrm hespltılmıştır.) Döşeme Ağırlığı Kplm ve Tespit Edildiği Dikme Ağırlıklrı Hreketli Yük(TS 498) Kr Yükü (TS 498) Deprem Yükü (DBYBHY007) Rüzgr Yükü (Knd Yönetmeliği) Düşey Yükler Norml Kt Döşeme Yükleri Kt Norml Kt Döşeme Yükleri Betonrme Plk Yükü:.5 kn/m Asm tvn+tesist : 0.5 kn/m Zemin Kplmsı: : 0.5 kn/m Sc : 0.4 kn/m Σg 1 : 3.9 kn/m 13

31 Çtı Ktı Döşeme Yükleri 7. Kt Çtı Ktı Döşeme Yükleri Betonrme Plk Yükü :.5 kn/m Asm tvn+tesist : 0.5 kn/m İzolsyon : 1. kn/m Sc : 0.4 kn/m Σg : 4.6 kn/m Cephe Yükleri Ypıy it kplm, şğıdki elemnlrdn oluşmktdır: Pslnmz çelikten cephe duvr Işığı emen cm (6 mm) Pslnmz çelikten dış giydirmeli cephe elemnı kuşğı Kplm ve tespit edildiği dikme ğırlıklrı: 0.5 kn/m Cephe yükleri tüm ktlrd cephe kolon uçlrın, yük lnlrı doğrultusund sisteme tekil ve ölü yük olrk düşey etkitilmiştir. Bu değerler Tblo 3.1 ve 3. de gösterilmiştir. Tblo 3.1: X Doğrultusu cephe yüklerinin tekil yüke dönüştürülmesi Ktlr 1,8 Aks Kolonlrı,3,4,5,6,7 Aks Kolonlrı 1.Kt 38.4 kn 19.3 kn. 5. Kt.3 kn 11.3 kn 6. Kt 0.3 kn 14.8 kn 7. Kt 18.1 kn 9.1 kn 3.5. Hreketli Yük Tblo 3.: Y Doğrultusu cephe yüklerinin tekil yüke dönüştürülmesi Ktlr B,C Aks Kolonlrı 1.Kt 41.1 kn. 5. Kt 3.9 kn 6. Kt 31.3 kn 7. Kt 19.3 kn Döşeme hreketli yük hesp değeri TS 498 Yönetmeliği Çizelge 7 de gösterildiği üzere büro tipi ypılr için 5kN/m olrk lınmıştır [11]. Q : Hreketli yük hesp değeri Q = 5 kn/m 14

32 3.5.3 Kr Yükü TS 498 Yönetmeliği ne göre kr yükü hesp değeri, ypının bulunduğu bölgeye ve ypı yüksekliğine bğlı olrk Çizelge 4 ten lınn zti kr yükü değerine göre belirlenir [11]. P : Kr yükü P : Zti kr yükü değeri m: Çtı eğimine bğlı zlm değeri P = mxp m=1 (α < 30 ) P = 1x0.75 = 0.75 kn/m (3.1) Rüzgr Yükü Bu ypıd genellikle yüksek ypılrd etkili oln rüzgr kuvvetini bulmk mcıyl drbe etkisi nlizi ypılmıştır. Hesplr için ess lınn Knd Yönetmeliği uyrınc rüzgr yükü değeri W = C xq formülüyle hesplnır [13] Rüzgrın Drbe Etkisi Anlizi Çok ktlı ypılrd rüzgr kuvveti binnın yüksekliğine, cephe şekline, doğl titreşim freknsın, sönümüne, ypılndığı rzi durumun ve ynı zmnd çevre binlrın konumun göre değişkenlik gösterir. Bu gibi durumlrd rtn yükseklikle berber şiddetlenen rüzgr kuvveti, üst ktlrd türbülns hlini lrk bin cephelerinde drbe etkisi yrtır. Ypı tsrımınd önemli yer tutn bu yük etkisi için ele lınn kule tipi çok ktlı çelik ypıd rüzgrın drbe etkisi nliz edilecektir. Rüzgrın drbe etkisi nlizi Gust Effect Anlysis için hespl ilgili prmetreler ve syısl değerler şu şekilde verilebilir: W: Rüzgr yük değeri C : Rüzgrın drbe etkisi ktsyısı q: Rüzgr bsıncı H (Bin toplm yüksekliği)=103 m W( Bin uzunluğu)=47.1 m D (Bin genişliği)=39.5 n (Doğl frekns)=0. Hz β (Kritik sönüm ornı)=

33 Arzi konumu: B Tipi (Şehir merkezi) V(Rüzgr hızı)=7.4 m/sn=98.64 km/h Binnın en üst noktsı rüzgr fktörü bin yüksekliği ve rzi konumun bğlı olrk Ek1 de verilen tblolrdn okunmuştur. C =1.56 Ypının en üst noktsındki ortlm hız: V V x C 7.4x m/sn (3.) H EH Ypının en/yükseklik ornı: W H 103 (3.3) Dlglnm fonksiyonu: no 0. F (3.4) V 34. H Boyut küçültme freknsı: no 0. s Hx 103x 0.6 (3.5) V 34. H Yüzeyin prüzlülüğüne bğlı zemin ktsyısı (K) B tipi rzi için 0.1 olrk belirlenmiştir. Türbülns fktörü: 914 H 4 4 xh xw B 1/1 x 1/1 x x / 1 x 3 dx (3.6) B değeri bin toplm yükseklik, ypının genişlik/yükseklik ornın bğlı olrk Ek1 de verilen tblolrdn seçilmiştir. B=0.68 Boyut küçültme fktörü: 8xHxn o 10xWxn o s x 1/1 x 1/1 3 3xV H V (3.7) H s değeri ypının en üst noktsındki ortlm hız, ypının genişlik/yükseklik ornın bğlı olrk Ek1 de verilen tblolrdn seçilmiştir. s=0.1 Drbe etkisi enerji ornı: 4 F x / 1 x (3.8)

34 x0 10 xno / VH (3.9) F değeri Ek1 de verilen tblolrdn seçilmiştir. F=0.7 Değişim ktsyısı olrk bilinen stndrt spm/ortlm ornı: K C EH sxf x B (3.10) 1 0.1x0.7 x Ortlm dlglnm ornı: n 0 sxf sxf Bx (3.11) 0.1x x x Pik fktörü: g p loget (3.1) log T e g p, ortlm dlglnm ve T=3600 s değerine bğlı olrk Ek1 de verilen tblolrdn seçilmiştir. g p 3.75 Gust efekt fktörü: C g Cg 1 g p 13.75x (3.13) Uzun doğrultu rüzgr hesbı için ypıln bu hesplr, binnın kıs doğrultusund d tekrrlnmış ve ilgili prmetreler sırsıyl şğıdki tblod özetlenmiştir. Tblo 3.3: Binnın kıs doğrultusun it rüzgr yükü prmetreleri C V F s K B s F β σ μ ν g p C

35 Hesplnn yükler, her iki doğrultud d cephe kolonlrın yük lnlrı doğrultusund yyılı yük olrk etkitilmiştir. Binnın zeminden yüksekliğine bğlı olrk değişen rüzgr hız ve bsınç değerleri şğıdki tblod gösterilmiştir. Tblo 3.4: Yüksekliğe bğlı olrk rüzgr hızı ve bsıncı Zeminden Yükseklik (m) Rüzgr Hızı (km/h) Rüzgr Bsıncı (kn/m ) > Ypıy her iki doğrultud (W x, W y ) etkitilen yükler sırsıyl Şekil 3.1 ve Şekil 3. de verilmiştir Deprem Yükleri Ypıy etkiyen deprem yükleri progrm hespltılmış ve sisteme etkitilmiştir. İlgili bölümde dh detylı incelenecektir. 3.6 Ypının Sp 000 Progrmı ile Dinmik Anlizi Kule tipi çelik çok ktlı ypının ypısl nlizi, SAP 000 V10 bilgisyr progrmı kullnılrk ypılmıştır. Ypı sttik bilgisyr modeli sözü edilen progrmd oluşturulmuş, ypı elemnlrın yukrıd hesplnn yükler etkitilerek binnın sttik ve dinmik nlizi ypılmıştır Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi Binlrın deprem hesbınd kullnıln yöntemlerden biri oln Eşdeğer Deprem Yükü Yüntemi, DBYBHY007 de belirtildiği gibi bin toplm yükseklik sınırının 40 m olduğu ypılrd uygulnbilmektedir. Söz konusu kule tipi çok ktlı ypının yükseklik değeri sınır değerden büyük olduğu için bu yöntem kullnılmmıştır []. Yine de hesplr ilişkin lt sınır değerleri için Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ne göre de hesp ypılmıştır. H > 40 m 18

36 kn/cm 11.7 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 19.9 kn/cm 9.96 kn/cm 14.4 kn/cm 7.3 kn/cm 14.4 kn/cm 7.3 kn/cm 14.4 kn/cm 7.3 kn/cm 9.07 kn/cm 4.53 kn/cm Z X Şekil 3.1: W x rüzgr yüklemesi 19

37 D C B A 0.3 kn /cm 10.1 kn /cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn /cm 17. kn /cm 8.6 kn /cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 17. kn /cm 8.6 kn/cm 1.5 kn /cm 6.5 kn /cm 1.5 kn /cm 6.5 kn /cm 1.5 kn /cm 6.5 kn /cm 7.8 kn /cm 3.9 kn /cm D C B A Z Y Şekil 3.: W y rüzgr yüklemesi 0

38 3.6. od Birleştirme Yöntemi Ypı toplm yükseklik sınırındn dolyı deprem hesbı için seçilen od Birleştirme Yöntemi nde, mksimum iç kuvvetler ve yerdeğiştirmeler, bind yeterli syıd doğl titreşim modunun her biri için hesplnn mksimum ktkılrın isttistiksel olrk birleştirilmesi ile elde edilir []. od Birleştirme Yöntemi nde diğer titreşim periyotlrı ve mod şekilleri de hesb ktılır.toplm yty deprem kuvvetinin ktlr dğıtılmsınd bu ilgili mod şekilleri ess lınır. Çok serbestlik dereceli sistemlerin dinmik dvrnışının incelenmesinde bu yöntem, sonuc dh ykın değerler verir. Söz konusu bin için 15 mod göz önüne lınmıştır. Ypıd hiçbir bin düzensizlik türü bulunmmkt ve döşemelerin rijit diyfrm olrk çlıştığı kbul edilmiştir. Deprem hesbı için şğıdki formul ve terimlerden yrrlnılmıştır: V = WxA xixs(t) R (3.14) V : Tbn kesme kuvveti W :Ypı ğırlığı (G+n*Q) n: Hreketli yük zltm ktsyısı A :Etkin yer ivme ktsyısı I :Ypı önem ktsyısı S(T): Spektrum ktsyısı R: Tşıyıcı sistem dvrnış ktsyısı G: Bin toplm ölü yük değeri Q: Hreketli yük değeri T: Bin titreşim priyodu DBYBHY007 uyrınc binnın inş edildiği yer ve süneklik durumun göre yukrıd belirtilen terimlerin lmsı gereken değerler şu şekildedir []: n = 0.3 (Bin türü: işyeri) A = 0.4 (Deprem bölgesi 1) I = 1 (Kullnım mcı: ofis) R = 6 (Tşıyıcı sistemin moment ktrn çelik çerçeveler ve merkezi çelik çprzlı perdeler olmsı durumu) 1

39 Süneklik düzeyi yüksek çelik binlr için DBYBHY007 den lınn R dvrnış ktsyılrı şğıdki tblod verilmiştir []. Tblo 3.5: Tşıyıcı sistem dvrnış ktsyısı (R) - Deprem yüklerinin tmmının çerçevelerle tşındığı binlr Deprem yüklerinin tmmının, üstteki bğlntılrı mfsllı oln kolonlr trfındn tşındığı tek ktlı binlr Deprem yüklerinin tmmının çprzlı perdeler vey yerinde dökme betonrme perdeler trfındn tşındığı binlr () Çprzlrın merkezi olmsı durumu (b) Çprzlrın dışmerkez olmsı durumu (c) Betonrme perdelerin kullnılmsı durumu Deprem yüklerinin çerçeveler ile birlikte çprzlı çelik perdeler vey yerinde dökme betonrme perdeler trfındn birlikte tşındığı binlr () Çprzlrın merkezi olmsı durumu (b) Çprzlrın dışmerkez olmsı durumu (c) Betonrme perdelerin kullnılmsı durumu...7 Sınır Durumlrın Göre Tsrım Yöntemi Kule tipi çok ktlı çelik ypının deprem nlizi için ypısl ypısl rezerv ktsyısındn yrrlnılbilir. Ypısl rezerv ypının düşey ve yty yüklere krşı sünekliğinin bir göstergesidir. Ypısl rezerv oluşmsının nedenleri şu şekilde sırlnbilir: -Plstikleşme nedeniyle iç kuvvetlerin tekrr dğılımı, -Boyut verme ve konstrüktif detylrın oluşturulmsı sırsınd stndrtlrın öngörüleri doğrultusund ypılnlr, -Boyutlndırm için stndrtlrc öngörülen mlzeme mukvemetlerini şn mukvemet değerlerinin vrlığı, -Gerilme pekleşmesi, -Sistem performnsı üzerine konn deformsyon limitleri ve gereğinden büyük kesit seçimidir. Sınır Durumlrın Göre Tsrım Yöntemi kullnılmsı hlinde; C C C (3.15) em em y R x R x Cs Cy Cs

40 Emniyet gerilmesi essın göre tsrım ypılmk istenirse; C R Rx C R = RxY s e R Rx1.4 (3.16) (3.16) Burdn nlşılmktdır ki; emniyet gerilmelerine göre hesp ypılırken SDGT ile ilgili hesp için E deprem kuvvetleri 1.4 ktsyısıyl küçültülebilinmektedir. Bu durum yük kombinezonlrınd gösterilmiştir Yükleme Kombinsyonlrı Sistemin ypısl nlizi için stndrtlrd belirtilen kombinsyonlr oluşturulmuştur. Deprem yükü olrk sırsıyl; x doğrultusund kütle merkezine, x doğrultusund +%5 dışmerkezlikle, x doğrultusund -%5 dışmerkezlikle, y doğrultusund kütle merkezine, y doğrultusund +%5 dışmerkezlikle ve y doğrultusund -%5 dışmerkezlikle olmk üzere toplm 6 det tnımlmıştır []. E E 0.3E (3.17) x y E E 0.3E olrk lınmıştır. (3.18) y x İO 0. R-01 Stndrdınc ypıy etkitilen yük kombinsyonlrı şğıd verildiği gibidir: - D (EY) - D+L+(L r vey S) (EY) - D+L+(L r vey S)+T (EİY) - D+L+ S+W/ (EİY) - D+L+W+S/ (EİY) - 0.9D±E/1.4 (EİY)* - D+L+ S+E/1.4 (EİY)* - D+(W vey E/1.4) (EİY) vey (EİY)* - D+L+(W vey E/1.4) (EİY) vey (EİY)* - D+L+(W vey E/1.4)+T (EİY) vey (EİY)* Bu yük kombinezonlrınd D: Ölü yükler, kren yükü ve mkinlrın kütle kuvvetleri, L: Hreketli yükler, 3

41 L r : Çtılrd hesb ktılck hreketli yükler ve su birikmesi nedeniyle oluşn etkiler, S: Kr yükü, W: Rüzgr yükü, E: Deprem yükü, T: Sıcklık değişimi ve mesnet çökmesi nedeni ile oluşn etkiler, krenlerde fren ve ynl çrpm kuvvetleridir. (EİY) hlinde kombinezond deprem yükü yoktur. Emniyet gerilmeleri 1.15 ile büyütülecektir. (EİY)* hlinde ise deprem yükü vrdır. Emniyet gerilmeleri 1.33 ile büyütülecektir [13]. Ypı elemnlrının boyutlndırm nlizinde yukrıd verilen kombinezonlr ek olrk bilgisyr progrmınd yine yukrıd verilen kombinezonlrın en elverişsizini veren AK dlı bir kombinezon oluşturulmuştur Deprem Yükünün Ypıy Etkitilmesi Ypıy etkiyen deprem kuvveti hesplnırken (3.) denkleminde verilen V tbn kesme kuvveti için S(T) spektrum eğrisi Z zemini için Excel progrmd spektrl ivme fonksiyonu olrk girilmiş, m bin kütlesi progrm hespltılmıştır. Formülde gxao xi R elemnı ise responce spektrum çrpnı olrk sisteme dhil edilmiştir. gxao xi 9.81x0.4x (3.19) R 6 T m < T n olmk üzere, gözönüne lınn herhngi iki titreşim modun it doğl periyotlrın dim T m / T n < 0.80 koşulunu sğlmmsı durumund, Tm Kresel Birleştirme Kurlı (CQC) uygulnbilir []. Tm Kresel od Birleştirme Kurlı (CQC) ile ypıln hesplr sonucu tbn kesme kuvvetleri x doğrultusund Vtx 6493kN, y yönünde Vty 7384kN olrk bulunmuştur. Bu değerler deprem yönetmeliğince belirlenen minimum tbn kesme kuvvetinden küçüktür []. V, V V 0.1xWxA xi 0.1x x0.4x kN (3.0) tx ty t min 0 4

42 Tbn kesme kuvveti olrk deprem yönetmeliğinde tnımlnn minimum tbn kesme kuvveti kullnıldığınd, efektif elstik deprem yükü zltm ktsyılrı sptnmış ve hesplr tekrrlnmıştır. Vtx 6493 Rx Rx 6x.8 (3.1) V t min Vty 7384 Ry Rx 6x 3.1 (3.) V t min Arttırılmış Deprem Etkileri Ypı nlizinde yrıc çelik ypı elemnlrının boyutlndırılmsı ve birleşim detylrının tsrlnmsı kpsmınd yönetmelikçe belirtilmiş oln rttırılmış deprem etkileri göz önüne lınmlıdır. Arttırılmış deprem yüklemelerini veren bu kombinyonlr şğıdki gibidir []. D L oe 0.9D oe Deprem yüklerinden oluşck iç kuvvetlerine uygulnck Ω büyütme ktsyısı çelik tşıyıcı sistemlerin türüne bğlı olrk Tblo 3.6 d verilmiştir. Tblo 3.6: Ω o Büyütme ktsyılrı Tşıyıcı Sistem Türü Süneklik Düzeyi Yüksek Çerçeveler.5 Süneklik Düzeyi Norml Çerçeveler.0 erkezi Çelik Çprzlı Perdeler (süneklik düzeyi yüksek vey norml).0 Dışmerkez Çelik Çprzlı Perdeler.5 Ele lınn kule tipi çok ktlı çelik ypı merkezi çelik çprzlı perdelerle güçlendirildiği için şğıdki gibidir. D L E 0.9D E Ω o = lınmıştır. Bu durumd rttırılmış yük kombinezonlrı Deprem Yönetmeliği uyrınc gerekli durumlrd kullnılmk üzere ypı elemnlrının iç kuvvet kpsiteleri şğıdki şekilde tnımlnmıştır []. Bu değerler ypı elemnlrının boyutlndırılmsınd göz önüne lınmıştır. Ω o 5

43 Eğilme momenti kpsitesi: W x p p Kesme kuvveti kpsitesi: V 0.6xA x p k (3.3) (3.4) Eksenel bsınç kpsitesi: N bp 1.7xAx (3.5) bem Eksenel çekme kpsitesi: N A x çp n bem (3.6) 3.7 Tşıyıcı Sistem Şekilleri Çekirdek ve oment Aktrn Çerçeve Sistem Bu sistemde, ypı stbilitesi binnın iç kslrınd teşkil edilen çekirdek ve her iki yönde çerçeve çlışn elemnlrl sğlnmıştır. Şekil 3.3 te verilen norml kt plnınd görüldüğü gibi ypının kıs doğrultusun göre ekzntrik yerleştirilen çekirdek çprzlrı ypı nlizinde DBYBHY007 nce belirtilen herhngi bir ypı düzensizliğine yol çmmıştır. Ypıd tli kirişler uzun doğrultud çlışck şekilde yerleştirilmiştir Çekirdek, oment Aktrn Çerçeve ve Dış Cephe Çprzlı Sistem Çekirdek ve moment ktrn çerçeve sisteme ek olrk binnın uzun doğrultusund ilk ve son kslrd, kıs doğrultusund ise ort kst bulunn dış çephe çprzlrının oluşturduğu bu tşıyıcı sisteme it norml kt plnı Şekil 3.4 te verilmiştir Yty Kfes Kirişli Çerçeve Sistem Kule tipi çok ktlı çelik büro ypısı için nliz edilen bu son tşıyıcı sistemde çekirdek, moment ktrn çerçeve ve dış cephe çprzlı sistem kullnım çık olmyn 7 ktt B-C klrınd sürekli olrk yty kfes kirişli çerçeve ile güçlendirilmiştir. Sisteme it norml kt plnı Şekil 3.4 te, çtı ktı plnı ise Şekil 3.5 te gösterilmiştir. 6