SANAYİ BACALARININ VE MİNARELERİN DİNAMİK DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ. Ayhan NUHOĞLU 1, Serhan ŞAHİN 1 anuhoglu@eng.ege.edu.tr, serhanas@yahoo.

Transkript

1 SANAYİ BACALARININ VE MİNARELERİN DİNAMİK DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ Ayhan NUHOĞLU 1, Serhan ŞAHİN 1 anuhoglu@eng.ege.edu.tr, serhanas@yahoo.com Öz: Sanayi bacası ve minare gibi içi boş dairesel kesitli narin yapıların deprem ve şiddetli rüzgar tesirindeki dinamik davranışları incelenmiştir. Bu tip yapıların dizaynını içeren standartlar genel olarak değerlendirilmiştir. Farklı yüksekliklerde modellenen sayısal örneklerin farklı deprem bölgesi (I, III) ve zemin sınıfı (Z2, Z4) durumlarında ayrı ayrı statik ve dinamik analizleri yapılmıştır. Böylece elde edilen deplasmanlar, iç kuvvetler ve dinamik parametreler karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Hesaplarda genel olarak ülkemizde 1998 yılında yürürlüğe giren Deprem Yönetmeliği ve TS 498 esas alınmış, gerek duyulan durumlarda ise ACI 37 ve DIN 6 şartnamelerinden yararlanılmıştır. Sayısal analizler SAP hazır programı ortamında kabuk sonlu eleman modellemesi ile yapılmış ve P-Delta nonlineer tesirleri de hesaplara dahil edilmiştir. Özellikle kule tipi yapılarda depremden ve rüzgardan oluşan yapısal parametrelerin yapının geometrisine bağlı olarak nasıl değiştiği gösterilmiştir. Dinamik analizlerde Deprem Yönetmeliğinde yer alan dizayn spektrum eğrileri kullanılmış ve yanlızca ilk üç mod katkısının dikkate alındığı SRSS metodu uygulanmıştır. Çalışmanın sonunda ise ülkemiz koşullarında inşa edilecek bu tip yapıların projelendirilmesinde dikkate alınabilecek husular değerlendirilmiş ve öneriler sunulmuştur. Anahtar sözcükler: Baca, Minare, Dinamik Analiz, Rüzgar Analizi Sanayi bacaları ve minareler yüksek ve narin yapılardır. Bu özelliklerinden dolayı deprem ve rüzgar gibi doğal yükler karşısında olağan dışı davranışlar sergilerler. Bacalar zararlı atık gazların atmosfere güvenli bir şekilde atılması için inşa edilirler. Gazlar baca gövdesine duman kanalı giriş deliklerinden girer ve bir kaplama tabakası içerisinden atmosfere taşınırlar. İçerdikleri zararlı kimyasallardan dolayı gerekli önlemler alınmaz ise hava kirliliğine yol açarlar. Atık gazların çevreye olan zararlı etkilerini en aza indirmek için yeterli yüksekliğe sahip olmalıdırlar. Önceleri çeşitli tuğla ve taş malzemelerinden yığma olarak inşa edilen bu tür yapılarda, günümüzde yaygın olarak betonarme taşıyıcı sistemler kullanılmaktadır. Bir sanayi bacasının boyutlarının belirlenmesinde, fabrikanın sahip olduğu teknoloji, ihtiyaç duyulan çekim oranı, çevre arazinin topografyası ve bölgenin meteorolojik özellikleri önemli faktörlerdir. Bir hayır işi olarak algılanan minareler ise genelde yeterli düzeydeki mühendislik hizmetinden yararlanılmadan, insanların yoğun olarak bulunduğu alanlarda inşa edilmektedir. Kule tipi yapılara bir örnek de televizyon ve radyo dalgalarını daha geniş bir alana yayılması amacıyla inşa edilen iletişim kuleleridir. Bu tür betonarme yapılar genellikle temelde ankastre olarak tasarlanırlar ve yapımlarında kayar kalıp tekniği kullanılır. Geometrik yapılarının benzerliğinden dolayı birtakım ortak dizayn prensiplerine sahip olsalar da, hizmet ettikleri alandaki ihtiyaçlar boyutlarının belirlenmesinde önemli rol oynarlar. Bununla beraber zati ağırlıklar, rüzgar, deprem gibi etkiler yapının dizayn boyutlarını belirleyen diğer önemli faktörlerdir. Bu çalışmada, farklı yüksekliklere sahip olan baca ve minare gibi kule tipi yapıların farklı deprem bölgesi ve zemin koşullarındaki statik ve dinamik davranışları araştırılmıştır. Taşıyıcı sistem, sonlu elemanlar deplasman metoduna göre dört köşeli eğilmeli kabuk elemanlar kullanılarak idealize edilmiştir. Teorik analizlerde, Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik (1998), TS498 (1997), ACI 317 (1998) ve DIN 6 (1984) şartnamelerinden yararlanılmıştır. Sayısal işlemler için SAP yapısal analiz paket programı kullanılmıştır. Farklı verilerle dizayn edilen farklı geometrilerdeki kule tipi yapıların zati, deprem ve rüzgar yükleri tesirlerindeki statik ve dinamik analizlerinden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir. Giriş Kullanılan Yöntem Kule tipi yapıların çok katlı yapılardan farklı olarak kütleleri ve rijitlikleri yükseklik boyunca yayılıdır. Bu tür sistemlerin dinamik davranışları, doğal titreşim frekanslarına ve modlarına bağlı olarak modal analiz yöntemi ile 433

2 belirlenebilir (Chopra 199). Bunun için ilk olarak sistemin özelliklerini yeterli hassasiyette yansıtabilecek uygun bir taşıyıcı sistem modellemesi yapılmalıdır. Ülkemizde kuleler ile ilgili direkt bir standart olmamasından dolayı modelleme ve betonarme dizayn kriterlerinin belirlenmesinde ACI 37 (1998), deprem analizinde ise ABYYHY (1998) kullanılmıştır. Rüzgar yüklerinin analizinde, TS 498 (1997)`de yapı yüksekliğine ve rüzgar hızına bağlı olarak tanımlanan dizayn rüzgar yükleri, DIN 6 (1984))`da belirtilen eşdeğer statik yük prosedürüne göre uygulanmıştır. Sayısal analizler, sonlu elemanlar deplasman metoduna göre çalışan SAP hazır programı ile yapılmıştır. t h=,2 m d oh= 2,4 ~8, m z = h kesiti h = &1 &16 m. t =,3~,8 m b d = 3,4 ~17,8 m ob z x z = kesiti Şekil 1. Modellenen Örneklerin Geometrik Özellikleri Çalışmada 16, 1 ve metre yüksekliklerinde ve her yükseklikte taban çapları, dolayısı ile rijitlikleri farklı, TipA ve TipB olmak üzere iki tipte ve toplamda altı adet modellenen örneklerin geometrik özellikleri Tablo 1. de sunulmuştur. Yükseklik / Alt çap (h/d ob ) oranı için TipA da 9, TipB de 12 alınarak modellenen örneklerde, alt çaplar temelden yukarıya doğru sabit bir oranda azaltılarak her iki tipte de aynı üst çap değerine ulaşılmıştır. Ayrıca tüm örneklerde üst duvar kalınlığı ACI 37`deki (1998) minimum değer olan cm seçilmiştir (Şekil 1). Taşıyıcı sistemin sonlu elemanlara göre modellenmesinde eğilmeli basit dörtgen kabuk elemanlar kullanılmıştır. Ayrıca yapı gövdesinde ek kütle olarak tanımlanabilecek baca kaplamaları, minare şerefe ve selenlerinin bina periyotlarına ve dolayısı ile sonuç kuvvetlere olan etkilerini inceleyebilmek için Tip16A-K, Tip1A-K ve TipA-Ş olmak üzere üç ayrı örnek daha çalışmaya dahil edilmiştir. Burada K kulenin kaplamalı, Ş kulenin şerefeli olduğunu ifade etmektedir. Tip16A-K ve Tip1A-K`da, betonarme gövdelere, sırasıyla her sekiz ve altı metrede bir toplam cm kalınlığında tuğla kaplamalar, TipA-Ş`de ise A modeline, 18,4m, 2,2m ve 32,4m yüksekliklerinde 2`er ton üç adet şerefe ve en üst bölgede ise 12 ton ağırlığında bir adet selen ek kütle olarak dikkate alınmıştır. Modellenen 434

3 taşıyıcı sistemlerde kullanılan yapı elemanları sadece kütle olarak kesitteki her noktaya eşit oranda ve kabul edilen serbestlik dereceleri doğrultusunda dağıtılmış, dolayısıyla bina rijitliklerine her hangi bir katkıları olmamıştır. Tablo 1. Örnek Kulelerin Geometrik Özellikleri. Model h (m) d oh (m) d ob (m) h/d ob t h (cm) t b (cm) r h/ t h r b/ t b Tip16A ,8 9, 8, 1, Tip16B ,3 12, 7, 9, Tip1A ,1 9,, 11,1 Tip1B 1 6 8,3 12,, 9,2 TipA 2,4 4, 8,9 6, 6,4 TipB 2,4 3,4 11,8 3 6,,7 Taşıyıcı sistemin modellenmesinde ve sayısal analizlerde, kullanılan programdaki sınırlamalardan dolayı birtakım kabuller yapılmıştır. Malzeme lineer elastik, homojen ve izotropik özelliktedir. Taşıyıcı betonarme kabuk elemanlarda birim kütle,2 tonsn 2 /m 4, birim ağırlık 2,3 ton/m 3, elastisite modülü 2,3x1 6 ton/m 2, poisson oranı,3 alınmıştır. Her bir örneğe ait sayısal model, adet sonlu kabuk elemandan oluşturulmuş ve kabuk eleman kalınlıkları, 16m, 1m ve m yükseklikteki modeller için sırasıyla 1.6m, 1.m ve.4m`de bir lineer olarak değiştirilmiştir. Sekil 2. de dikdörtgen sonlu kabuk elemanları ile idealize edilmiş taşıyıcı sistem gösterilmiştir. yüzey 3 j3 2 3 j4 yüzey 2 1 j2 yüzey 4 yüzey 1 Şekil 2. Kabuk Elemanlarla İdealize Edilen Taşıyıcı Sistem j1 Deprem Analizi: İncelenen kule tipi yapıların deprem etkisindeki dinamik analizlerinde ABYYHY (1998) de yer alan özel tasarım ivme spektrumları kullanılmıştır. İlk üç titreşim modu için hesaplanan deplasman ve iç kuvvetlere ayrıca SRSS mod birleştirme yöntemi uygulanmıştır. Ayrıca her örneğin, zemin durumunun kule tarzı yapıların dinamik davranışlarına olan etkilerini inceleyebilmek için Z2 ve Z4 olmak üzere iki ayrı duruma göre analizi yapılmıştır. Bunun için özel tasarım eğrisinde belirli zaman aralıkları ile seçilen periyotlara karşılık gelen ivme değerleri davranış spektrumu fonksiyonu olarak girilmiştir. Bu fonksiyonların elde edilmesinde yapılan kabullerde etkin yer ivmesi katsayısı, (I. Deprem bölgesi), yapı önem katsayısı 1, yapı davranış katsayısı R=3 alınmıştır. Bununla beraber geometrik nonlineerlik etkisi P- olarak hesaplara dahil edilmiştir. 4

4 Chopra (199) kule tipi yapılarda üçüncü modtan sonra her bir moda karşılık gelen deprem yükü etkisinin önemli oranda azaldığını ifade etmektedir. Bundan dolayı bu çalışmadaki örneklerde ilk üç periyotlar hesaba dahil edilmiştir. Mevcut standartlarda (ACI 37, ABYYHY) kümülatif etkin kütle oranları toplamı için %9 lık bir oran istense de elde edilen sonuçlar bu çalışma için yeterli olmuştur. Sayısal örneklerin simetrik yapılarından dolayı sadece tek bir yatay doğrultuda analizler yapılmış ve düşey doğrultudaki ivme etkileri ihmal edilmiştir. Bulunan periyot ve etkin kütle oranları Tablo 2. de sunulmuştur. Tablo 2. Örnek Yapıların Periyotları ve Etkin Kütle Oranları. Örnek Mod 1 Mod 2 Mod 3 SRSS Tipi Etkin Etkin Etkin Top. h Periyot Periyot Periyot Kütle Kütle Kütle Etkin (m) (sn) (sn) (sn) (%) (%) (%) Kütle (%) Tip16A 16 1,498,61,427 22,62,19 12,16 7,39 Tip16A-K 16 1,714 42,,477 22,49,216 11,88 76,36 Tip16B 16 2,147 44,76,36 22,16,23 1,79 77,71 Tip1A 1 1,74,44,272 22,6,1 11,1 79,1 Tip1A-K 1 1,27 47,18,312 22,37,137 1,79 8,34 Tip1B 1 1,2 49,9,336 21,78,139 9,6 81,38 TipA,471 47,62,114 22,13,49 1,3 8,28 TipA-Ş,628 4,89,147 19,6,62 7,1 81,96 TipB,68 2,88,142 21,,8 8,9 82,89 Tablodaki verilerden görüldüğü gibi, yapının yüksekliği arttıkça, toplam ve ilk mod etkin kütle değerleri azalmaktadır. Örneğin m yüksekliğindeki A modelinin ilk üç modu için toplam etkin kütle oranı %8,28 iken, 16m lik 16A örneği için bu değer %7,39 olmaktadır. Başka bir deyişle bina yüksekliği arttıkça etkin mod sayısı da artmaktadır. Rüzgar Analizi Kule tipi yüksek ve narin yapılarda rüzgar yüklerinin sonuç değerlere olan etkileri genelde deprem yüklerine oranla daha az olmaktadır. Deprem ve rüzgar yüklemeleri için ülkemiz standartlarında öngörülen değerlerinin bu tip yapılarda kullanılması durunda sonuçların ne olacağını görmek amacıyla, 16A-K, 1A-K ve A-Ş modellerinde rüzgar yüklemesi için analiz yapılmıştır. Rüzgar kuvvetlerinin hesabında TS 498 de (1997) önerilen ve yüksekliğe bağlı değişiklik gösteren dizayn rüzgar yükleri kullanılmıştır. Analizlerde DIN 6 (1984) eşdeğer statik rüzgar yükü yöntemi uygulanmıştır. Buna göre yapıya etki eden rüzgar yükü, W (z) =C f(z) q x(z) A (1) eşitliği ile hesaplanmıştır. Bu ifadede, W (z) herhangi bir z kesitindeki toplam rüzgar yükünü (ton), z kesitin yerden yüksekliğini (m), C f(z) z yüksekliğindeki geometriye ve yük azaltma katsayısına bağlı olan aerodinamik katsayıyı, q x(z) dinamik rüzgar basıncını (t/m 2 ), A ise hesap yapılan kesitteki izdüşüm alanını temsil etmektedir. Dairesel yatay kesitteki radyal rüzgar basınç dağılımı şematik olarak Şekil 3. de gösterilmiştir. Rüzgar Yarıçap Şekil 3. Rüzgar Basıncının (Q x ) Radyal Dağılımı Yapı ağırlığından dolayı oluşan P- geometrik nonlineer etkisi ayrıca hesaba dahil edilmiştir. Uygun bir kıyaslama yapabilmek açısından minimum sonuç kuvvetleri elde etme amacıyla, ABYYHY (1998) kapsamında yapılan deprem 436

5 analizinde ise Z1 durumu ve 4. derece deprem bölgesi kabulleri yapılmıştır. Ayrıca yük faktörleri olarak deprem yüklemesinde 1.1, rüzgar yüklemesinde ise 1.4 oranları kullanılmıştır. Analiz Sonuçları Deplasmanlar Sayısal analizlerde tepe noktalarında elde edilen maksimum deplasmanların ACI-37 de verilen kriterlerine uygunlukları Tablo 3. de incelenmiştir. Bulunan deplasmanlarda yük faktörleri dikkate alınmamıştır. Tablo 3. Maksimum Yatay Deplasmanlar. Örnek Model h ACI-37 SAP (m) Umax (m) Umax (m) 16A-Dep-P -Z2 16,3,137 16A-Dep-P -Z4 16,3,29 16A-K-Dep-P -Z2 16,3,7 16A-K-Dep-P -Z4 16,3,297 16B-Dep-P -Z2 16,3,19 16B-Dep-P -Z4 16,3,371 1A-Dep-P -Z2 1,19,82 1A-Dep-P -Z4 1,19,6 1A-K-Dep-P -Z2 1,19,98 1A-K-Dep-P -Z4 1,19,186 1B-Dep-P -Z2 1,19,118 1B-Dep-P -Z4 1,19,224 A-Dep-P -Z2,44,29 A-Dep-P -Z4,44,33 A-Ş-Dep-P -Z2,44,38 A-Ş-Dep-P -Z4,44, B-Dep-P -Z2,44,43 B-Dep-P -Z4,44,66 Sonuçlar irdelendiğinde, yüksekliğin azalması ile birlikte zayıf zemin durumlarında büyük değerdeki yükseklik/alt çap oranın deplasman kriteri açısından bir dezavantaj olduğu anlaşılmaktadır. Bundan dolayı bacalar için uygun bir boyutlandırmada oranı olarak tavsiye edilen 12~13 değerlerinin yumuşak zemin koşullarındaki nispeten daha alçak olan kuleler için deplasman kriteri açısından pek uygun olmadığı ve daha rijit bir sisteme ihtiyaç duyulduğu görülmektedir. İç Kuvvetler: Dinamik analizlerde, öncelikle ilk üç modu içeren analizler her bir mod için ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Ardından ilk üç modun katkıları SRSS (karelerin toplamının karekökü) yaklaşımı ile elde edilmiştir. ACI 37 ve kule tipi yapıların dizaynları için hazırlanmış diğer yönetmeliklerde betonarme kesitteki donatı hesabı için kesitteki iç kuvvetler esas alınmaktadır. Kesit iç kuvvet değerlerinin kule boyunca değişiminin elde edilebilmesi için, idealize edilmiş taşıyıcı sistemde istenilen seviyesindeki noktalar gruplandırılarak o yüksekliğe ait kesitteki iç kuvvetler elde edilmiştir. Bu amaçla yüksekliği 16m, 1m ve m olan örneklerde sırasıyla her 8m, m ve 2m de bir noktalar gruplandırılmış ve ilgili kesitlerdeki kesme kuvveti ve eğilme momenti değerleri hesaplanmıştır. Hesaplarda, kesitlerde dikkate alınan kayma gerilmesi v (ton/m 2 ), v = V i /(.9 A c ) (2) eşitliği ile ortalama olarak belirlenmiştir. Bu ifadede, V i i kesitindeki kesme kuvvetini (ton), A c ise kesitteki beton alanını (m 2 ) temsil etmektedir. Beton kesit alanının %9 lık bir kısmının kesme kuvvetlerine karşı etkili olduğu kabul edilmiştir. Şekil 4. Şekil 6. da farklı verilere sahip 16m yüksekliğindeki bacalara ait kesme kuvveti ve eğilme momentlerinin baca yüksekliği boyunca değişimi görülmektedir. Sonuç değerler ilk üç mod ve SRSS (modların karelerinin toplamının karekökü) için ayrı ayrı verilmiştir. Örneklere ait yapısal özellikler Tablo1. de mevcuttur. 437

6 Mod 1 Mod 2 Mod 3 SRSS (x1^2) 3 6 (x1^2) (x1^2) (x1^3) (a) V (ton) / Wtop=8428 ton (c) V (ton) / Wtop=8428 ton Şekil 4. 16A-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı 16A-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı (x1^2) (x1^2) (x1^2) (x1^3) (a) V (ton) / Wtop=16 ton (c) V (ton) / Wtop=16 ton Şekil. 16A-K-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı 16A-K-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı (x1^2) (x1^2) 1, 3 4, 6 7, (x1^2) 3 6 (x1^2) (a) V (ton) / Wtop=77 ton (c) V (ton) / Wtop=77 ton Şekil 6. 16B-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı 16B-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı 438

7 Şekil 7. Şekil 9. da farklı verilere sahip 1m yüksekliğindeki örneklere ait kesme kuvveti ve eğilme momentlerinin baca yüksekliği boyunca değişimi görülmektedir. Mod 1 Mod 2 Mod 3 SRSS (a) V (ton) / Wtop=222 ton 7 1 (x1^2) 1 3 (c) V (tm) / Wtop=222 ton (x1^2) Şekil 7. 1A-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı 1A-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı (a) V (ton) / Wtop=294ton 7 1 (x1^2) (c) V (ton) / Wtop=294ton (x1^2) Şekil 8. 1A-K-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı 1A-K-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı (a) V (ton) / Wtop=172 ton (x1^2) (c) V (ton) / Wtop=172 ton 7 1 (x1^2) Şekil 9. 1B-Dep-P -Z2 Analiz sonuçları a) Kesme kuvveti dağılımı b) Moment dağılımı 1B-Dep-P -Z4 Analiz sonuçları c) Kesme kuvveti dağılımı d) Moment dağılımı 439

8 Şekil 1. Şekil 11. de farklı verilere sahip m yüksekliğindeki örneklerin analizi sonucunda elde edilen kesme kuvveti ve eğilme momentlerinin baca yüksekliği boyunca dağılımı grafik olarak verilmiştir. Mod 1 Mod 2 Mod 3 SRSS (a) V (ton) / Wtop=273 ton (x1^2) (c) V (ton) / Wtop=273 ton (x1^2) Şekil 1. A-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı A-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı (a) V (ton) / Wtop=36 ton (x1^2) (c) V (ton) / Wtop=36 ton (x1^2) Şekil 11. A-Ş-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı A-Ş-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı (a) V (ton) / Wtop=2 ton (x1^2) (c) V (ton) / Wtop=2 ton (x1^2) Şekil 12. B-Dep-P -Z2 Analiz Sonuçları A) Kesme Kuvveti Dağılımı B) Moment Dağılımı B-Dep-P -Z4 Analiz Sonuçları C) Kesme Kuvveti Dağılımı D) Moment Dağılımı 4

9 Şekil 13. Şekil. de 16m, 1m ve m yüksekliğindeki örneklerde oluşan kayma gerilmelerinin yükseklik boyunca dağılımı grafik olarak verilmiştir. Dağılımlar incelendiğinde, maksimum kayma gerilmelerinin baca tipindeki yapının farklı yüksekliklerinde oluştuğu görülmektedir. Mod 1 Mod 2 Mod 3 SRSS (a) v (t/m2) (b) v (t/m2) Şekil 13. Kayma Gerilmeleri a) 16A-K-Dep-P -Z2 b) 16A-K-Dep-P -Z (a) v (t/m2) (b) v (t/m2) Şekil 14. Kayma Gerilmeleri a) 1A-K-Dep-P -Z2 b) 1A-K-Dep-P -Z (a) v (t/m2) (b) v (t/m2) Şekil. Kayma Gerilmeleri a) A-Ş-Dep-P -Z2 b) A-Ş-Dep-P -Z4 441

10 Şekil 14. Şekil. de 4. derece deprem bölgesinde Z1 zemin durumunda m, 1m ve 16m yüksekliğindeki örneklere ait rüzgar analizi sonuçları grafik olarak verilmiştir. deprem rüzgar (a) V (ton) / Wtop=36 ton Şekil 14. A-Ş- P Rüzgar ve Deprem (4. Dep. Böl., Z1) Yüklemeleri A) Kesme Kuvveti Dağılımları B) Moment Dağılımları (a) V (ton) / Wtop=294ton (x1^2) Şekil. 1A-K- P Rüzgar ve Deprem (4. Dep. Böl., Z1) Yüklemeleri A) Kesme Kuvveti Dağılımları B) Moment Dağılımları (a) V (ton) / Wtop=16 ton (x1^2) Şekil A-K- P Rüzgar ve Deprem (4. Dep. Böl., Z1) Yüklemeleri A) Kesme Kuvveti Dağılımları B) Moment Dağılımları 442

11 Sonuçlar Yükseklikleri m, 6m ve 16m olan farklı yapısal özelliklerine sahip olan boru kesitli kule tipi yapıların deprem ve rüzgar yükü tesirindeki dinamik davranışları incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda aşağıda sıralanan değerlendirmeler ve öneriler sunulmuştur. Ülkemizde yürürlükte olan Deprem Yönetmeliğine (1998) göre bu tip yapılarda esas alınan yapı davranış katsayısı 3 olarak verilmiştir. Özellikle minarelere nazaran daha yüksek inşa edilen bacaların hakim periyotları 1.sn değerini aşmaktadır. Bu durumda maksimum deplasman kriteri sağlansa bile meydana gelecek geometrik nonlineer tesirler önemli oranlara ulaşırlar. Dolayısıyla bina davranış katsayısının 2 gibi daha küçük değerde dikkate alınmasının uygun olacağı değerlendirilmiştir. Bu tür içi boş daire kesitli yapılarda yüksekliğin baca tabanı dış çapına oranının uygun bir boyutlandırma için 12~13 civarında olabileceği önerilmektedir. Bu çalışmada yapılan analizlerde, bacalar için uygun bir boyutlandırmada oranı olarak tavsiye edilen bu değerlerin yumuşak zemin koşullarındaki nispeten daha alçak olan minare gibi kuleler için deplasman kriteri açısından pek uygun olmadığı ve daha rijit bir sisteme ihtiyaç duyulduğu görülmektedir. Genel olarak zemin durumuna bakılmaksızın yapı yüksekliği arttıkça, ilerleyen modların sistemin toplam davranışına olan katkılarının arttığı söylenebilir. Zayıf zemin durumlarındaki ilerleyen mod etkilerinin sert zemin durumlarındakine oranla daha düşük olmasının nedeni, kullanılan davranış spektrumunda periyotlara karşılık gelen ivme değerlerinin birbirinden farklı olmasıdır. Bu etkilerdeki artış daha çok, Tn >1, sn. hakim periyoda sahip, sert zemin üzerindeki örneklerde görülmüştür. İlerleyen mod katkılarının artması bu tip yapıların doğal yükler etkisinde olağan dışı davranış sergilemelerinin başlıca nedenidir. Yükseklikle beraber doğrusal azalan bir çap ve duvar kalınlığı seçilmesine rağmen, ilerleyen mod katkılarının arttığı örneklerde en büyük kayma gerilmeleri, yüksekliğin yaklaşık % ve %8`i civarındaki bölgelerde gerçekleşmiştir. İlk modun etkin olduğu örneklerde ise maksimumum kayma gerilmeleri yüksekliğin orta kısımlarında oluşmuşlardır. İlgili mevcut yönetmeliklerin kapsamunda bu konu hakkında yeterince kriterin yer almadığı görülmektedir. İncelenen örneklerde, yapıya dahil edilen kaplama, şerefe ve selen gibi ek kütleler doğal olarak sistemin deplasmanlarını arttırmışlardır. Örneklerin rijitlikleri sabit kalırken artan hareket dereceleriyle doğal periyotları uzamıştır. Periyot değişikliği sistemin genel davranış karakteristiklerini önemli bir oranda değiştirmese de sonuç kuvvetleri arttırmaktadır. Bundan dolayı, sistemin kütle ve rijitliğinde payı olan tüm yapısal ve yapısal olmayan elemanların modellemeye dahil edilmesine özen gösterilmelidir. Bununla beraber, ülkemiz standartlarında öngörülen rüzgar ve deprem yüklerinin kule tarzı yapılar üzerindeki etkileri karşılaştırıldığında, rüzgar yüklerinin neden olduğu tesirin yapı yüksekliği ile beraber arttığı görülmüştür. Fakat bu artış yükseklikle beraber sabit değil, azalan bir ivmeye sahiptir. Ayrıca kesitte oluşabilecek maksimum sonuç kuvvetlerin ait olduğu yükleme durumunun, belirli bir yükseklikten sonra değişebileceği görülmüştür. KAYNAKLAR 1. ACI 37, 1998, Design and Construction of Cast-In-Place Reinforced Concrete Chimneys, American Concrete Institute, Michigan. 2. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, 1998 Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara, 8s. 3. Chopra, A.K., 199, Dynamics of Structures: Theory and Application to Earthquake Engineering, Prentice, Inc., New Jersey. 4. DIN 6, 1984, Solid Construction, Free-Standing Chimneys, Deutsches Institut für Normung e.v., Berlin, 28p.. Kandilli Gözlem ve Deprem Araştırma Enstütüsü, 6. SAP Structural Analysis Programme, 2, Computers and Structures Inc., Version 8.11, Berkeley, California. 7.. TS 498, 1997, Yapı Elemanlarının boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri, Ankara, 19s. 443