İSTABUL TEKİK ÜİVERSİTESİ FE BİLİMLERİ ESTİTÜSÜ 10 KATLI ÇELİK BİR YAPII DEPREM YÜKLERİ ALTIDA TASARIMI YÜKSEK LİSAS TEZİ İnş. Müh. Armağan ERCA Anabilim Dalı : İŞAAT MÜHEDİSLİĞİ Programı : YAPI MÜHEDİSLİĞİ HAZİRA 008
İSTABUL TEKİK ÜİVERSİTESİ FE BİLİMLERİ ESTİTÜSÜ 10 KATLI ÇELİK BİR YAPII DEPREM YÜKLERİ ALTIDA TASARIMI YÜKSEK LİSAS TEZİ İnş. Müh. Armağan ERCA (50105101) Tezin Enstitüe Verildiği Tarih : 8 isan 008 Tezin Savunulduğu Tarih : 11 Haziran 008 Tez Danışmanı : Diğer Jüri Üeleri Doç.Dr. E. Filiz PİROĞLU Prof.Dr. Erdoğan UZGİDER Prof.Dr. A. Zafer ÖZTÜRK HAZİRA 008
ÖSÖZ İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Bölümü Yapı Programı çerçevesinde gerçekleştirilen bu üksek lisans tez çalışmasında deprem üklemesi gözönüne alınmadan boutlandırılan Paris te bulunan 10 katlı çelik bir binanın, eni deprem önetmeliğinin getirmiş olduğu eni hesap şartlarına göre, süneklik düzei üksek merkezi çaprazlı çelik çerçeveler kullanılarak karşılaştırmalı boutlandırılmasını içermektedir. Ülkemizin içinde bulunduğu deprem şartlarını göz önüne alarak, üksek enerji utma kapasitesile ön plana çıkan çelik apıların, betonarme apılara kıasla çok daha hafif ve daanımı üksek olan kompozit elemanların agınlaşacağı inancıla bu tez çalışması hazırlanmıştır. Çalışmam süresince değerli fikir ve tecrübelerinden ararlandığım, öncelikle saın hocam Doç. Dr. E. Filiz PİROĞLU na, tezin son haline gelmesinde fikir ve tecrübelerile katkıda bulunan Prof. Dr. Erdoğan UZGİDER e ve Y. Doç. Dr. Barlas Özden Çağlaan a, SAP 000 statik çözümlemelerimde değerli bilgilerini esirgemeen Araş. Gör. Cünet VATASEVER e, tezin tamamlanmasında her türlü desteği veren mühendis arkadaşlarıma ve hiçbir zaman maddi ve manevi desteğini esirgemeen aileme teşekkürlerimi bir borç bilirim. isan 008 Armağan ERCA ii
İÇİDEKİLER KISALTMALAR TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ SEMBOL LİSTESİ ÖZET SUMMARY viii ix x xii xv xvi 1. GİRİŞ 1 1.1 Konu 1 1. Yapının Tanımı 1 1.3 Hesap Yöntemleri ve Yapılan Kabuller 3 1. Yapısal Düzensizliklerin İncelenmesi 6 1..1 Planda Düzensizlik Durumları 6 1..1.1 (A1) Burulma Düzensizliği 6 1..1. (A) Döşeme Süreksizliği 7 1..1.3 (A3) Planda Çıkıntılar Bulunması 7 1.. Düşe Doğrultuda Düzensizlik Durumları 8 1...1 (B1) Komşu Katlar Arasında Daanım Düzensizliği (Zaıf Kat) 8 1... (B) Komşu Katlar Arasında Rijitlik Düzensizliği (Yumuşak Kat) 8 1...3 (B3) Taşııcı Sistemin Düşe Elemanlarının Süreksizliği 8. YÜK AALİZİ 9.1 Zati Yükler 9. Kar Yükü 9.3 Hareketli Yükler 9. Rüzgar Yükü 10.5 Deprem Yükü 10 3. YAPI ELEMALARII BOYUTLADIRILMASI 15 3.1 Kompozit Döşemelerin Boutlandırılması 15 3.1.1 Konstrüktif Kurallar 16 3.1. Kesit Zorlarının Belirlenmesi 17 3.1..1 Çelik Sacın İnşaat Süreci 17 3.1.. Kompozit Çalışma Süreci 17 3.1.3 Enkesit Tasarımında Genel İlke ve Yöntemler 18 3.1.3.1 İnşaat Sürecince Tasarım 18 3.1.3. Kompozit Çalışma Sürecinde Tasarım 0 3.1. Hesaplar 6 3. Kompozit Kirişlerin Boutlandırılması 3 3..1 Plastik Moment Daanımı Hesabı 37 3..1.1 Pozitif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 37 3..1. egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 39 3.. Kama Bağlantılarının Hesabı 0 iii
3...1 Basit Kirişlerde Kama Bağlantısı 0 3... Sürekli Kirişlerde Kama Bağlantısı 3...3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 3 3..3 Düşe Kama Daanımı 3 3.. Sehim Hesabı 3 3..5 Yanal Burkulma Hesabı 3..5.1 Enine Takvie Hesabı 3..6 ~ 7 Aksları IPE 70 Basit ve Sürekli Kirişlerinin Tahkiki 5 3..6.1 Pozitif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 6 3..6. egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 7 3..6.3 Basit Kirişlerde Kama Bağlantısı 8 3..6. Sürekli Kirişlerde Kama Bağlantısı 8 3..6.5 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 9 3..6.6 Düşe Kama Daanımı 9 3..6.7 Sehim Hesabı 50 3..6.8 Yanal Burkulma Hesabı 50 3..6.9 Enine Takvie Hesabı 51 3..7 ~ 7 Aksları IPE 70 Konsol Kirişlerinin Tahkiki 51 3..7.1 egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 5 3..7. Konsol Kirişlerde Kama Bağlantısı 5 3..7.3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 53 3..7. Düşe Kama Daanımı 53 3..7.5 Sehim Hesabı 53 3..7.6 Yanal Burkulma Hesabı 5 3..7.7 Enine Takvie Hesabı 55 3..8 1 ve 8 Aksları IPE 70 Sürekli Kirişlerinin Tahkiki 55 3..8.1 Pozitif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 56 3..8. egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 57 3..8.3 Sürekli Kirişlerde Kama Bağlantısı 57 3..8. Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 58 3..8.5 Düşe Kama Daanımı 58 3..8.6 Sehim Hesabı 59 3..8.7 Yanal Burkulma Hesabı 59 3..8.8 Enine Takvie Hesabı 60 3..9 1 ve 8 Aksları IPE 70 Konsol Kirişlerinin Tahkiki 60 3..9.1 egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 61 3..9. Kama Bağlantısı 61 3..9.3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 6 3..9. Düşe Kama Daanımı 6 3..9.5 Sehim Hesabı 6 3..9.6 Yanal Burkulma Hesabı 63 3..9.7 Enine Takvie Hesabı 63 3..10 3 ve 6 Aksları IPE 500 Sürekli Kirişlerinin Tahkiki 6 3..10.1 Pozitif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 65 3..10. egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 66 3..10.3 Sürekli Kirişlerde Kama Bağlantısı 66 3..10. Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 67 3..10.5 Düşe Kama Daanımı 67 3..10.6 Sehim Hesabı 68 3..10.7 Yanal Burkulma Hesabı 68 iv
3..10.8 Enine Takvie Hesabı 69 3..11 3 ve 6 Aksları IPE 500 Konsol Kirişlerinin Tahkiki 69 3..11.1 egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 70 3..11. Kama Bağlantısı 70 3..11.3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 71 3..11. Düşe Kama Daanımı 71 3..11.5 Sehim Hesabı 71 3..11.6 Yanal Burkulma Hesabı 7 3..11.7 Enine Takvie Hesabı 7 3..1 A ve M Aksları IPE 500 Sürekli Kirişlerinin Tahkiki 73 3..1.1 egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 73 3..1. Sürekli Kirişlerde Kama Bağlantısı 7 3..1.3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 7 3..1. Düşe Kama Daanımı 75 3..1.5 Sehim Hesabı 75 3..1.6 Yanal Burkulma Hesabı 75 3..1.7 Enine Takvie Hesabı 76 3..13 A ve M Aksları IPE 500 Konsol Kirişlerinin Tahkiki 77 3..13.1 egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 77 3..13. Kama Bağlantısı 78 3..13.3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 78 3..13. Düşe Kama Daanımı 79 3..13.5 Sehim Hesabı 79 3..13.6 Yanal Burkulma Hesabı 79 3..13.7 Enine Takvie Hesabı 80 3..1 B ~ L Aksları IPBl 500 Sürekli Kirişlerinin Tahkiki 80 3..1.1 Pozitif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 81 3..1. egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 8 3..1.3 Sürekli Kirişlerde Kama Bağlantısı 83 3..1. Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 83 3..1.5 Düşe Kama Daanımı 8 3..1.6 Sehim Hesabı 8 3..1.7 Yanal Burkulma Hesabı 8 3..1.8 Enine Takvie Hesabı 85 3..15 B ~ L Aksları Yapma Konsol Kirişlerinin Tahkiki 86 3..15.1 egatif Moment Bölgesinde Plastik Moment Daanımı 87 3..15. Kama Bağlantısı 87 3..15.3 Kama Bağlantıları için Konstrüktif Kurallar 88 3..15. Düşe Kama Daanımı 88 3..15.5 Sehim Hesabı 89 3..15.6 Yanal Burkulma Hesabı 89 3..15.7 Enine Takvie Hesabı 90 3.3 Kolonların Boutlandırılması 90 3.3.1 1. ve 3. Katlar Arası S1 Kolonlarının Boutlandırılması 9 3.3.. ve 6. Katlar Arası S1 Kolonlarının Boutlandırılması 99 3.3.3 7. ve 10. Katlar Arası S1 Kolonlarının Boutlandırılması 103 3.3. 1. ve 3. Katlar Arası S Kolonlarının Boutlandırılması 107 3.3.5. ve 6. Katlar Arası S Kolonlarının Boutlandırılması 11 3.3.6 7. ve 10. Katlar Arası S Kolonlarının Boutlandırılması 116 3. Merkezi Çaprazların Boutlandırılması 10 v
3..1 Y Doğrultusu 1. Kat Merkezi Çaprazlarının Boutlandırılması 11 3.. Y Doğrultusu. Kat Merkezi Çaprazlarının Boutlandırılması 13 3..3 Y Doğrultusu 3.~10. Kat Merkezi Çaprazlarının Boutlandırılması 1 3.. X Doğrultusu 1. Kat Merkezi Çaprazlarının Boutlandırılması 15 3..5 X Doğrultusu. Kat Merkezi Çaprazlarının Boutlandırılması 16 3..6 X Doğrultusu 3.~10. Kat Merkezi Çaprazlarının Boutlandırılması 17 3..7 Kat Ötelemelerinin Sınırlandırılması 19 3.5 Kolon Aaklarının Boutlandırılması 130 3.5.1 S1 Tipi Kolon Aağı 133 3.5. S Tipi Kolon Aağı 1. ELEMA BİRLEŞİMLERİİ DETAYLADIRILMASI 153.1 Yapma Konsol Kiriş Kanak Tahkiki 15. Yapma Kolonların Kanak Tahkiki 155..1 1. ve 3. Katlar Arası S1 Kolonlarının Kanakları 155... ve 6. Katlar Arası S1 Kolonlarının Kanakları 157..3 7. ve 10. Katlar Arası S1 Kolonlarının Kanakları 158.. 1. ve 3. Katlar Arası S Kolonlarının Kanakları 160..5. ve 6. Katlar Arası S Kolonlarının Kanakları 161..6 7. ve 10. Katlar Arası S Kolonlarının Kanakları 163.3 Yapma Çaprazların Kanak Tahkiki 16.3.1 Y Doğrultusu 1. ve. Kat Merkezi Çaprazlarının Kanakları 16.3. Y Doğrultusu 3.~10. Kat Merkezi Çaprazlarının Kanakları 165. Kiriş Eklerinin Tahkikleri 165.5 Kolon Eklerinin Tahkiki 167.5.1. Kat S1 Kolonu Birleşim Tahkikleri 169.5. 7. Kat S1 Kolonu Birleşim Tahkikleri 177.5.3. Kat S Kolonu Birleşim Tahkikleri 185.5. 7. Kat S Kolonu Birleşim Tahkikleri 191.6 Kiriş Kiriş Bağlantılarının Tahkiki 197.6.1 Basit Kiriş Birleşimleri Hesabı 197.6.1.1,, 5 ve 7 Aksları Basit Kiriş Birleşimleri 198.6. Sürekli Kiriş Birleşimleri Hesabı 00.6..1,, 5 ve 7 Aksları Sürekli Kiriş Birleşimleri 00.6.. 1 ve 8 Aksları Sürekli Kiriş Birleşimleri 0.6..3 A ve M Aksları Kiriş Birleşimleri 0.7 Merkezi Çaprazların Bağlantı Detaları 07.7.1 Çaprazların Birleşim Hesapları 09.8 Kolon Kiriş Birleşim Detaları 15.8.1 Kolon Kiriş Ankastre Bağlantılarının Hesabı 16 5. YAPII AĞIRLIK HESABI 5 6. SOUÇLAR 6 KAYAKLAR 30 EK A TABA LEVHASI GERİLME DAĞILIMLARI 31 EK B ÇAPRAZLARI BİRLEŞİM HESAP SOUÇLARI 0 vi
EK C KOLO KİRİŞ BİRLEŞİM HESAP SOUÇLARI 50 ÖZGEÇMİŞ 57 vii
KISALTMALAR DBYBHY :Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik E x :X Doğrultusunda Eşdeğer Deprem Yükü E :Y Doğrultusunda Eşdeğer Deprem Yükü G :Düşe Sabit Yük Q :Düşe Hareketli Yük R :Rüzgar Yükü T :Isı Değişimi TS :Türk Standartları Enstitüsü viii
TABLO LİSTESİ Safa o Tablo 1.1 Büütme Katsaıları... 5 Tablo 1. Burulma Düzensizliği Kontrolü... 7 Tablo 1.3 Rijitlik Düzensizliği Kontrolü... 8 Tablo.1 Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi nin Ugulanabileceği Binalar... 11 Tablo. Yapıa Etkien Eşdeğer Deprem Yükünün Katlara Dağılımı... 1 Tablo 3.1 Büütme Katsaıları... 9 Tablo 3. S1 Kolonlarının Kirişlerden Güçlü Olması Tahkiki... 9 Tablo 3.3 S Kolonlarının Kirişlerden Güçlü Olması Tahkiki... 9 Tablo 3. Merkezi Çaprazların Yata Kuvvet Taşıma Oranları... 11 Tablo 3.5 Binanın Kat Ötelemeleri Tahkiki... 130 Tablo.1 Ek Başlık Levhalı Kanaklı Birleşim Detaının Ugulama Sınırları.. 17 Tablo B.1 Hesap Tablolarında Kullanılan Deta umaralarının Açılımı... 1 Tablo B. Çaprazların Birleşim Hesaplarında Kullanılan Değerleri... Tablo B.3 Çaprazların Birleşim Hesaplarında Kesit Kontrolleri... 3 Tablo B. Çaprazların Birleşim Hesaplarında Guse Kontrolleri... Tablo B.5 Çaprazların Birleşim Hesaplarında Bulon Tahkikleri... 5 Tablo B.6 Guse Üzerinde Moment Oluşmaması için Gerekli Boutların Hesabı 6 Tablo B.7 Guseler ile Kirişleri Birleştiren Kanakların Tahkikleri... 7 Tablo B.8 Guseler ile Kolonları Birleştiren Kanakların Tahkikleri... 8 Tablo B.9 Çaprazları Birleştiren Guselerin Kanaklarının Tahkikleri... 9 Tablo C.1 Hesap Tablolarında Kullanılan Deta umaralarının Açılımı... 51 Tablo C. Kiriş-Kolon Birleşim Hesaplarında Kullanılan Değerleri... 5 Tablo C.3 Takvie Levhası Kanak Tahkikleri... 53 Tablo C. Kama Levhası Kanak Tahkikleri... 5 Tablo C.5 Kama Bölgesi Tahkikleri... 55 Tablo C.6 Süreklilik Levhası ve Temas Bölgesinde Gerilme Tahkikleri... 55 Tablo C.7 Eğilme Daanımı Tahkikleri... 56 ix
ŞEKİL LİSTESİ Safa o Şekil 1.1 : Yapının Bilgisaar Modeli... 1 Şekil 1. : Kat Dispozison Planı... Şekil 1.3 : Merkezi Çelik Çaprazların Kısa ve Uzun Doğrultudaki Yerleşimleri... Şekil.1 : Rüzgar Yükü Katsaıları... 10 Şekil 3.1 : Kompozit Döşemede Beton - Çelik Bağlantı Tipi... 15 Şekil 3. : Sac Profil ve Plağın Boutları... 16 Şekil 3.3 : Pozitif Moment Bölgesinde Gerilme Dağılımı... 1 Şekil 3. : egatif Moment Bölgesinde Gerilme Dağılımı... Şekil 3.5 : Yapıda Kullanılan Kompozit Döşeme Kesiti... 7 Şekil 3.6 : Sürekli Kirişlerde Beton Başlığının Etkili Genişliği... 36 Şekil 3.7 : Pozitif Moment Bölgesinde Plastik Hesaba Göre Gerilme Dağılımı... 37 Şekil 3.8 : egatif Moment Bölgesinde Plastik Hesaba Göre Gerilme Dağılımı.. 39 Şekil 3.9 : Yapma Konsol Kiriş Boutlandırılması... 86 Şekil 3.10 : 1. ve 3. Katlar Arası S1 Kolonu Kesiti... 95 Şekil 3.11 :. ve 6. Katlar Arası S1 Kolonu Kesiti... 99 Şekil 3.1 : 7. ve 10. Katlar Arası S1 Kolonu Kesiti... 103 Şekil 3.13 : 1. ve 3. Katlar Arası S Kolonu Kesiti... 108 Şekil 3.1 :. ve 6. Katlar Arası S Kolonu Kesiti... 11 Şekil 3.15 : 7. ve 10. Katlar Arası S Kolonu Enkesiti... 116 Şekil 3.16 : 1. ve. Kat K3 ve K Çaprazı Enkesiti... 1 Şekil 3.17 : 3.~10. Kat K3 ve K Çaprazı Enkesiti... 1 Şekil 3.18 : 1. Kat IPB300 Çaprazı Kesiti... 15 Şekil 3.19 : 3.~10. Kat IPB60 Çaprazı Kesiti... 18 Şekil 3.0 : S1 Kolonu Taban Levhası Sonlu Eleman Bilgisaar Modeli... 133 Şekil 3.1 : S1 Kolonu Taban Levhası Kesiti... 13 Şekil 3. : S1 Kolonu Taban Levhası ile Guse Levhası Birleşim Kesiti... 137 Şekil 3.3 : S Kolonu Taban Levhası Sonlu Eleman Bilgisaar Modeli... 13 Şekil 3. : S Kolonu Taban Levhası Kesiti... 1 Şekil 3.5 : S Kolonu Taban Levhası ile Guse Levhası Birleşim Kesiti... 17 Şekil.1 : Yapma Konsol Kiriş Uzun Kenar Enkesiti... 15 Şekil. : 1. ve 3. Kat Arası S1 Kolon Enkesiti... 155 Şekil.3 :. ve 6. Kat Arası S1 Kolon Enkesiti... 157 Şekil. : 7. ve 10. Kat Arası S1 Kolon Enkesiti... 159 Şekil.5 : 1. ve 3. Kat Arası S Kolon Enkesiti... 161 Şekil.6 :. ve 6. Kat Arası S Kolon Enkesiti... 16 Şekil.7 : 7. ve 10. Kat Arası S Kolon Enkesiti... 163 Şekil.8 : 1. ve. Kat için K3 ve K Merkezi Çapraz Enkesiti... 16 Şekil.9 : 3. ve 10. Kat Arası K3 ve K Merkezi Çapraz Enkesiti... 165 Şekil.10 : A ve M Aksı Kirişleri Ek Bağlantı Detaı... 166 Şekil.11 :. Kat S1 Kolon Eki Birleşim Detaı... 170 Şekil.1 :. Kat S1 Kolon Eki Başlık ve Gövde Levhaları Detaı... 173 x
Şekil.13 : 7. Kat S1 Kolon Eki Birleşim Detaı... 177 Şekil.1 : 7. Kat S1 Kolon Eki Başlık ve Gövde Levhaları Detaı... 181 Şekil.15 :. Kat S Kolon Eki Birleşim Detaı... 185 Şekil.16 :. Kat S Kolon Eki Başlık ve Gövde Levhaları Detaı... 188 Şekil.17 : 7. Kat S Kolon Eki Birleşim Detaı... 191 Şekil.18 : 7. Kat S Kolon Eki Başlık ve Gövde Levhaları Detaı... 19 Şekil.19 :,, 5 ve 7 Askları Basit Kiriş Birleşim Detaı... 198 Şekil.0 :,, 5 ve 7 Askları Sürekli Kiriş Birleşim Detaı... 01 Şekil.1 : 1 ve 8 Askları Sürekli Kiriş Birleşim Detaı... 03 Şekil. : A ve M Askları IPE 70 Kirişi Birleşim Detaı... 05 Şekil.3 : A ve M Askları IPE 500 Kirişi Birleşim Detaı... 06 Şekil. : PK1 ve PK Merkezi Çaprazlarının Kolon-Kiriş Bağlantı Detaı... 10 Şekil.5 : PK1 ve PK Merkezi Çaprazlarının Gövde Bağlantı Deta... 13 Şekil.6 : 1.,. ve 3. Kat IPBl500 Kirişi S1 Kolonu Bağlantı Detaı... 19 Şekil.7 : IPE 70 IPE 500 Kup Bağlantı Detaı... 3 Şekil A.1 : S1 Taban Levhası Yük 3 Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 31 Şekil A. : S1 Taban Levhası Yük 3 Yüklemesi için Basınç Gerilmesi... 3 Şekil A.3 : S1 Taban Levhası Yük Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 3 Şekil A. : S1 Taban Levhası Yük Yüklemesi için Çekme Gerilmesi... 33 Şekil A.5 : S1 Taban Levhası Yük 5 Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 33 Şekil A.6 : S1 Taban Levhası Yük 5 Yüklemesi için Basınç Gerilmesi... 3 Şekil A.7 : S1 Taban Levhası Yük 6 Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 3 Şekil A.8 : S1 Taban Levhası Yük 6 Yüklemesi için Çekme Gerilmesi... 35 Şekil A.9 : S Taban Levhası Yük 3 Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 35 Şekil A.10 : S Taban Levhası Yük 3 Yüklemesi için Basınç Gerilmesi... 36 Şekil A.11 : S Taban Levhası Yük Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 36 Şekil A.1 : S Taban Levhası Yük Yüklemesi için Çekme Gerilmesi... 37 Şekil A.13 : S Taban Levhası Yük 5 Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 37 Şekil A.1 : S Taban Levhası Yük 5 Yüklemesi için Basınç Gerilmesi... 38 Şekil A.15 : S Taban Levhası Yük 6 Yüklemesi için Von Misses Gerilmesi... 38 Şekil A.16 : S Taban Levhası Yük 6 Yüklemesi için Çekme Gerilmesi... 39 xi
SEMBOL LİSTESİ A(T) A 0 A a A ap A k A p A s b bf b c b cf b eff b f b g,l C b C m D a d d p d s E E c E cm e F i F nb F nl f ck f ctm f ctk f u f d f k f p f s H i h h c h p h t h w I I k :Spektral ivme katsaısı :Etkin er ivmesi katsaısı :Çelik profil alanı :Etkili profillenmiş çelik sac alanı :Kompozit kiriş alanı :Çelik sacın çekmede enkesit alanı :Donatı alanı :Kiriş kesitinin başlık genişliği :Kompozit döşeme basınç beton genişliği :Kolon kesitinin başlık genişliği :Kompozit döşeme ile çalışan efektif döşeme genişliği :Profil başlık genişliği :Whithmore Yöntemi ne göre kesit genişliği :Moment değişiminin burkulma üzerindeki etkisini belirleen bir katsaı :Eksenel basınç ve eğilmenin etkidiği sistemlerde, kolonun şeklini gözönüne alan bir katsaı :Akma gerilmesi arttırma katsaısı :Saplamanın gövde çapı :Etkili çelik sac alanı tarafsız ekseninin döşeme üst kotuna uzaklığı :Kompozit döşemede donatının çelik sac alt kenarına uzaklığı :Çelik elastisite modülü :Beton elastisite modülü :Kısa süreli ükler için elastisite modülü :Ankraj profilinin ucundan ankraj bulouna mesafe :Eşdeğer Yükü Yöntemi nde i inci kata etkien eşdeğer deprem ükü :Profil başlığı enkesit alanı :Süreklilik levhası enkesit alanı :Karakteristik beton silindir daanımı :Tasarım beton çekme daanımı :Karakteristik beton çekme daanımı :Kama bağlantısı çeliğinin çekme daanımı :Bouna donatı tasarım akma daanımı :Bouna donatı karakteristik akma daanımı :Çelik sacın akma daanımı :Donatı akma daanımı :Binanın i inci katının kat üksekliği :Saplama üksekliği :Çelik sac üstündeki beton döşeme kalınlığı :Çelik sac derinliği :Toplam döşeme derinliği :Profil gövde üksekliği :Bina önem katsaısı :Kompozit kiriş enkesitinin atalet momenti xii
I x, I i g, l i k v L L s l 0 l n M p M pa M pi M pj M pü M Rd M Sd M Ser M vi M vj a.pl ac b bp c, f çp f GVemn GVPemn l s s1, s SLPemn n n a n bi n ki n t P k0 P v p em q r R R Sd R Ser R Rd r :Enkesitin atalet momentleri :Whithmore Yöntemi ne narinlik :Basınç başlığı ve gövdenin basınç bölgesinin üçte birinin gövde simetri eksenine göre atalet arıçapı :Düşe atak katsaısı :Çelik profil uzunluğu :Kama açıklığı :Eğilme momentinin sıfır olduğu noktalar arasındaki uzaklık :Kiriş uçlarındaki olası plastik mafsal noktaları arasındaki uzaklık :Eğilme momenti kapasitesi :Kolonun alt ucunda hesaplanan moment kapasitesi :Kiriş sol ucu i de hesaplanan pozitif vea negatif moment kapasitesi :Kiriş sağ ucu j de hesaplanan pozitif vea negatif moment kapasitesi :Kolonun üst ucunda hesaplanan moment kapasitesi :Kompozit elemanın plastik eğilme daanımı :Tasarım üklerinden bulunan açıklık vea mesnet momenti, :Yük arttırma faktörleri ile arttırılmamış konstrüksion üklerinden dolaı eğilme momenti :Kiriş sol ucu i deki olası plastik mafsaldaki kesme kuvvetinden dolaı kolon üzünde medana gelen ek eğilme momenti :Kiriş sağ ucu j deki olası plastik mafsaldaki kesme kuvvetinden dolaı kolon üzünde medana gelen ek eğilme momenti :Çelik kiriş tasarım çekme kuvveti :Çelik kiriş tasarım basınç kuvveti :Kolon başlıklarından aktarılan normal kuvvet :Eksenel basınç kapasitesi :Beton tasarım basınç kuvveti :Eksenel çekme kapasitesi :Tam kama bağlantısı adedi :GV birleşimi için bir bulonun taşıabileceği kuvvet :GVP birleşimi için bir bulonun taşıabileceği kuvvet :Ezilme gerilmesi için bir bulonun taşıabileceği kuvvet :Kompozit döşeme donatısı tasarım çekme kuvveti :Makaslama alanı için bir bulonun taşıabileceği kuvvet :SLP birleşimi için bir bulonun taşıabileceği kuvvet :Hareketli ük katılım katsaısı :Tahkiki apılan kanağın adedi :Burulma düzensizliği katsaısı :Rijitlik düzensizliği katsaısı :Kolon ve guseler arasındaki toplam kanak adedi :Kar Yükü :Bulon öngerme kuvveti :Beton basınç emniet gerilmesi :Rüzgar ükü :Taşııcı sistem davranış katsaısı :Tasarım üklerinden bulunan kenar vea ara mesnet tepkisi :Yük arttırma faktörleri ile arttırılmamış konstrüksion üklerinden dolaı mesnet tepkisi :Kompozit elemanın kesme kuvveti daanımı :Bulonların bulon ağırlık merkezine olan mesafeleri xiii
S(T) :Spektral ivme katsaısı s :Basınç çubuğu bou T A, T B :Spektrum karakteristik periotları t bf :Kiriş kesitinin başlık kalınlığı t cf :Kolon kesitinin başlık kalınlığı t f :Profil başlık kalınlığı t w :Profil gövde kalınlığı u :Kama bölgesi çevresinin uzunluğu V d :Kirişin kolona birleşen üzeinde düşe üklerden medana gelen basit kiriş kesme kuvveti V e :Kolon-kiriş birleşim bölgesinin gerekli kesme daanımı V ke :Kama bölgesinde gerekli kesme daanımı V p :Kesme kuvveti kapasitesi V pl.a.rd :Kompozit kiriş plastik kesme kuvveti daanımı V sd :Tasarım kesme kuvveti V t :Toplam eşdeğer deprem ükü (taban kesme kuvveti) W :Yapının deprem sırasındaki toplam ağırlığı Z :Taban levhasında oluşan maksimum çekme kuvveti Z bulon :Ankraj bulonunun emnietle aktarabileceği çekme kuvveti z - : - c ve - t iç kuvvetleri için moment kolu i :Binanın i inci katındaki azaltılmış göreli kat ötelemesi ( i ) ort :Binanın i inci katındaki ortalama azaltılmış göreli kat ötelemesi F :Binanın inci katına (tepesine) etkien eşdeğer deprem ükü δ :Yapı elemanının sehimi δ i :Binanın i inci katındaki etkin göreli kat ötelemesi (δ i ) max :Binanın i inci katındaki maksimum etkin göreli kat ötelemesi λ :Çelik eleman narinlik oranı Ω 0 :Deprem ükü büütme katsaısı g ap :Çelik sac için malzeme güvenlik katsaısı g c :Beton için malzeme güvenlik katsaısı g s :Donatı için malzeme güvenlik katsaısı g vs :Hesaplarda genellikle 1.5 olarak alınan bir katsaı τ :Kama gerilmesi μ :Sürtünme katsaısı τ emn :Kama emniet gerilmesi τ semn :SLP birleşimlerinde kama emniet gerilmesi s a :Çelik akma gerilmesi s B :Yalnız eğilme momenti etkisi altında müsaade edilecek basınç gerilmesi s b :Yalnız eğilme momenti etkisi altında hesaplanan basınç gerilmesi s bem :Yalnız basınç kuvveti altında müsaade edilecek basınç gerilmesi s eb :Yalnız basınç kuvveti altında hesaplanan gerilme s em :Emniet gerilmesi s l :Ezilme emniet gerilmesi s vm :Von Misses gerilmesi s z :Zemin emniet gerilmesi υ :Kamaa karşı emniet katsaısı xiv
10 KATLI ÇELİK BİR YAPII DEPREM YÜKLERİ ALTIDA TASARIMI ÖZET Bu tez çalışması deprem üklemesi gözönüne alınmadan boutlandırılmış olan Paris te bulunan 10 katlı çelik bir binanın, eni Deprem Yönetmeliği nin getirmiş olduğu eni hesap şartlarına göre, süneklik düzei üksek merkezi çaprazlı çelik çerçeveler kullanılarak karşılaştırmalı boutlandırılmasını içermektedir. Deprem üklemesinden bağımsız olarak boutlandırılmış olan bu binanın mimari planı örnek alınmıştır. Binanın önetmeliklere umasının anında hem ekonomik hem de hafif olmasına dikkat edilmiştir. Çaprazların tipi ve kullanılan profiller bu şartların sağlanması amacıla seçilmiştir. Paris te bulunan bu apının taşııcı sistemi çelik çerçevelerden oluşmaktadır. Yapı, bir zemin kat ve dokuz normal kattan medana gelmektedir. Zemin kat 3.80 m, birinci kat.5 m, ikinci ve sekizinci kat arası 3.0 m, dokuzuncu kat.0 m dir. Yapıda kompozit döşeme sistemi tercih edilmiştir. Yapı 1. derece deprem bölgesindedir ve Z sınıfı zemin üzerinde bulunmaktadır. Z sınıfı zemin için zemin emniet gerilmesi 50 k/m, zemin düşe atak katsaısı 0000 k/m 3 dür. Yapıda taşııcı sistem St37 kalitesinde apısal çelikten oluşur. Döşemede BS0, temelde BS30 kalitesinde beton, döşemede BÇIV ve temelde BÇIII kalitesinde betonarme çeliği kullanılmıştır. Yapıda süneklik düzei üksek sistem ve merkezi çelik çaprazlı perdeler ugun görülmüş, buna göre hesaplar apılmıştır. Yapının taşııcı sisteminin çözümü üç boutlu olarak SAP 000 ile apılmıştır. Bu programın statik sonuçlarından gerilme ve ük değerleri okunmuş, boutlandırma ve dinamik analiz tahkik edilmiştir. Kompozit hesaplar TS kapsamında olmadığı için Eurocode e göre çözümlenmiştir. Düşe, rüzgar ve deprem üklerine göre temel sistemi rade temel seçilmiş ve Probina programı ile boutlandırılmıştır. xv
THE DESIG OF THE 10 STORED STEEL BUILDIG UDER EARTHQUAKE FORCES SUMMARY In this stud the 10 stored steel building that was designed without the eartquake loads in Paris, is designed with concentric diagonals that have high ielding abilit and compared according to the eartquake loads stated in new Turkish Seismic Code. The architectural plan of the building that was designed without the eartquake loads, is used in this stud. This design of the building is aimed to suit the instructions, also to be economic and light in weight. So the tpe of the diagonals and all steel profiles are selected because of that reasons. The sstem of the structure which exists in Paris consists of steel frame sstem. The structure has one ground floor and nine normal floors. The ground floor height is 3.80 m, the first floor height is.5 m, from the second floor till the eighth floor the height is 3.0 m and the ninth floor is.0 m. Composite slab sstem is selected for this building. The structure is assumed to be in earthquake zone of the first degree and located on a Z class soil. For Z class soil, allowable soil stress is assumed to be 50 k/m and vertical spring coefficient of ground is 0000 k/m 3. For structure sstem elements, St37 qualit structural steel is used. For slab, BS0 qualit concrete and BÇIV qualit reinforcement, for foundation, BS30 qualit concrete and BÇIII qualit reinforcement are used. In this building, the sstem has high ielding abilit and concentric diagonals are approved. Therefore the calculations are computed from these patterns. The SAP 000 programme is used for the structural analsis as 3-D models. From the statical results of these programme, stress and load values were used, the design and dnamic analsis were done. The composite sstems don t exist in Turkish standarts. So the composite calculations are analzed according to Eurocode. The foundation sstem is chosen as mat foundation and analzed b Probina programme. xvi
1. GİRİŞ 1.1 Konu Sunulan bu çalışmada geometrisi bakımından alışılagelmiş olan bir çelik apının TS68 e ve eni Deprem Yönetmeliği ne göre detalı olarak boutlandırılması amaçlanmıştır. Çözümlemede süneklik düzei üksek merkezi çelik çaprazlı perdeler ugulama ve ekonomi açısından daha ugun görülmüştür. Deprem üklemesinden bağımsız olarak boutlandırılan Paris te bulunan bu binanın ülkemiz şartlarında ve 6 Mart 007 tarihli Deprem Yönetmeliği ne göre boutlandırılması amaçlanmıştır. 1. Yapının Tanımı Ülkemiz şartlarına göre boutlandırılan apı bir zemin ve dokuz normal kattan oluşan taşııcı sistemi çelik çerçeve sistem ve merkezi çaprazlar olan bir çelik binadır (Şekil 1.1). Yapının enine doğrultuda 5.5 m uzunluğunda, bouna doğrultuda 3.0 m uzunluğunda konsolları vardır (Şekil 1.). Yapıda 10.5 cm kalınlığında kompozit döşeme sistemi tercih edilmiştir. Sistemdeki bütün kirişler kompozit kiriş olarak boutlandırma oluna gidilmiştir. Çatı katı teras olarak dizan edilmiştir. Şekil 1.1: Yapının Bilgisaar Modeli 1
Şekil 1.: Kat Dispozison Planı Yapı hakkındaki bilgilere daha detalı olarak bakılacak olursa; Yapı, çatı katı teras olacak şekilde, bir zemin ve dokuz normal kattan oluşan 10 katlı çelik bir binadır. Binanın toplam üksekliği 33.05 m dir. Kat ükseklikleri aşağıdaki şekildedir: Zemin kat : 3.80 m Birinci kat :.5 m İkinci ve sekizinci katlara kadar : 3.0 m Dokuzuncu kat :.0 m Yapının bir kat alanı 7 0 = 10 m dir. Yapıda hafifliği nedenile Ytong bölme duvarlar ve alçıpan asma tavan tercih edilmiştir. Yapı I. Derece Deprem Bölgesinde olup A 0 = 0.0 olarak alınmıştır. Yapı Z sınıfı zemin üzerinde bulunmaktadır. Z sınıfı zeminin karakteristik periotları T A = 0.0 sn, T B = 0.90 sn dir. Yapının üzerinde bulunduğu zemin için; Zemin emniet gerilmesi σ Z = 50 k/m Düşe atak katsaısı k v = 0000 k/ m 3 olarak alınmıştır. Yapının konut kullanım amacına hizmet edeceği düşünülerek, Hareketli ük katılım katsaısı n = 0.30
Bina önem katsaısı I = 1.0 alınmıştır. Tüm apısal çelik profilleri St 37 kalitesinde seçilmiştir. Kolon ile çerçeve kiriş bağlantısında kullanılan başlık levhaları, kolon taban levhaları ve ankraj profilleri St 5, geri kalan levhalar St 37 kalitesindedir. Döşemelerde BS 0, temellerde ise BS 30 kalitesinde beton kullanılmıştır. Döşemelerde BÇ IV kalitesinde hasır, temellerde ise BÇ III kalitesinde betonarme çeliği seçilmiştir. Deprem ükleri etkisindeki elemanların birleşim ve eklerinde kullanılan kanaklar tam penetrasonlu kanak, bulonlar ise 10.9 bulon sınıfında üksek mukavemetli bulonlardır [1]. Elektrot olarak AS B-55 kullanılmıştır. Bu elektrot, emniet gerilmeleri TS3357 den alınarak apılan hesaplara kıasla daha büük emniete sahiptir. Taşııcı sistem süneklik düzei üksek ve merkezi çelik çaprazlı perdeler seçilmiştir. Çaprazların sistemdeki erleşimi Şekil 1.3 de verilmektedir. Şekil 1.3: Merkezi Çelik Çaprazların Kısa ve Uzun Doğrultudaki Yerleşimleri 1.3 Hesap Yöntemleri ve Yapılan Kabuller Yapının ön boutlandırılması, statik hesabı ve kesin boutlandırılmasında bilgisaar modelleri kullanılmıştır. Hazırlanan bilgisaar modelinde kolon ve kirişler çubuk elemanlarla gösterilmiştir. Statik değerlerin elde edilmesinde SAP 000 v.8..3 kullanılmıştır [11]. Kompozit elemanların tahkiklerinde elle hesap öntemine gidilmiştir. 3
İkinci bölümde apıa etkien ükler tanımlanmıştır. Yüklerin belirlenmesinde hangi önetmeliklerden ararlanıldığı açıklanmıştır. Sabit ve hareketli ükler apının kullanım amacı göz önünde bulundurularak TS 98 den alınmıştır []. Üçüncü bölümde apı elemanlarının boutlandırılmasına geçilmiştir. Yapı elemanlarının boutlandırılması TS 68 e göre apılmıştır []. Betonarme rade temel detalandırılırken TS 500 e ugun çözüm üretilmiştir [3]. Önce kompozit döşeme ve kompozit kirişler Eurocode e göre hesaplanmıştır [7]. Sistemdeki kolonlar ön boutlandırıldıktan sonra deprem üklerine göre eniden hesaplanarak boutlandırılmışlardır. Hesaplarda en elverişsiz deprem kuvvetleri etkisindeki halleri gösterilmiştir [1]. Konsol kirişlerde sehim şartlarına uacak kesitler seçilmee çalışılmıştır. Kullanılan kirişlerin seçilmesindeki ana etken, sehimlerin istenilen sınırlara çekilmesidir. Yapının her iki önünde de merkezi çaprazlar kullanılarak apıı deprem üklerine karşı güçlendirme çalışması apılmıştır. Çerçeve çaprazlarının ve eklerinin düzenlenmesinde sünekliği arttıracak önlemler alınmış ve bu tür düzenleme kurallarına uulmuştur. Hesaplar eşdeğer deprem ükü öntemine göre apılmıştır ve Deprem Yönetmeliği ne [1] ugun olarak katlara gelen kesme kuvvetleri dikkate alınmıştır [1]. Piasada kullanılan mevcut profillerin ihtiacı karşılamamasından dolaı apma dolu gövdeli kolon ve çaprazlar kullanılmıştır. Yapma dolu gövdeli elemanların gerekli tahkikleri önetmelikler kapsamında apılmıştır. Temel tipi olarak rade temel seçilmiştir. Betonarme hesaplar TS 500 e [3] ugun olacak şekilde gerekli bütün tahkikler, Probina programı kullanılarak apılmıştır. Dördüncü bölüm kolon ve kirişlerin ekleri, kolon - kiriş birleşimleri ve çaprazların birleşim hesaplarını içermektedir. Deprem önetmeliğinin [1] süneklik düzei üksek sistemler için atamış olduğu birleşim şartlarına uulmuş, kolon - kiriş birleşimi için önetmelik kapsamındaki deneleri apılmış bağlantı tiplerinde ararlanılmıştır. Çerçeve elemanlarının birleşimlerinde, deprem önetmeliğinin getirmiş olduğu kurallar doğrultusunda tam penetrasonlu kanak [5] ve üksek mukavemetli bulon tipi [10] kullanılmış, deprem üklerini aktarmaan tali ve konsol kirişlerde bu şartlara uulmasına gerek görülmemiştir. Beşinci bölümde betonarme ve çelik metraj sonuçları sunulmuş, bu metraj değerlerine göre bina ağırlığı belirlenmiştir.
Altıncı bölümde, apılan çalışma ile ilgili değerlendirme ve sonuçlara değinilmiştir. Çelik elemanların boutlamasında kullanılan ükleme kombinasonları aşağıda görülmektedir. 1. EY üklemesi: Sadece esas ükler. EİY üklemesi: Esas ükler ve ilave ükler Deprem durumunda, DBYBHY Madde..3.5 e göre bu kombinasonlara deprem ükleri eklenmiş, EİY üklemesinde izin verilen %15 gerilme artırımı %33 e çıkarılmıştır [1]. Sisteme deprem ükleri üklenirken asal eksenler doğrultusunda etki ettirilmiş, arıca depremlerin ortak etkisi altında en elverişsiz sonucu verecek şekilde kombinasonlar da apılmıştır [1]. Tahkiklerde DBYBHY Madde.. göre gerekli görülen erlerde arttırılmış deprem etkileri gözönüne alınmaktadır [1]. Burada kullanılan büütme katsaısı, merkezi çelik çaprazlar kullanıldığından.0 olarak alınmıştır (Tablo 1.1). Kullanılan kombinasonlar şu şekildedir: YÜK 1: 1.0G+ 1.0Q± ( 1.0T) YÜK : 1.0G+ 1.0Q± 1.0R± ( 1.0T) YÜK 3: 1.0G+ 1.0Q± 1.0E YÜK : 0.9G± 1.0E YÜK 5: 1.0G+ 1.0Q±.0E YÜK 6: 0.9G±.0E YÜK 7: 1.35G+ 1.5Q YÜK 8: 1.G+ 1.6Q Tablo 1.1: Büütme Katsaıları [1] Taşııcı Sistem Türü Ω 0 Süneklik düzei üksek çerçeveler.5 Süneklik düzei normal çerçeveler.0 Merkezi çelik çaprazlı perdeler (süneklik düzei üksek vea normal).0 Dışmerkez çelik çaprazlı perdeler.5 5
Deprem üklerinin ortak etkisi altında, E ; E =± 1.0E ± 0.30E E =± 1.0E ± 0.30E x x Şeklinde dikkate alınmıştır [1]. Bu tez çalışmasında kullanılan apısal çelik, beton çeliği ve beton ile ilgili malzeme karakteristikleri aşağıda verilmiştir []. E = 10000000 k/m (St 37 için) σ = 0000k/cm a f = 0000 k/m (BS 0 için) ck f = 00 k/m ctm f = 1600k/m ctk f = 30000k/m (BS 30 için) ck E = 8000000 k/m c f = 0000 k/m (BÇ III için) k f = 365000 k/m d f = 580000 k/m (BÇ IV için, hasır çelik) k f = 550000 k/m d 1. Yapısal Düzensizliklerin İncelenmesi 1..1 Planda Düzensizlik Durumları 1..1.1 (A1) Burulma Düzensizliği Birbirine dik iki deprem doğrultusunun herhangi biri için, herhangi bir katta en büük göreli kat ötelemesinin, o katta anı doğrultudaki ortalama göreli ötelemee oranını ifade eden Burulma Düzensizliği Katsaısı Denklem (1.1) ile hesaplanan η bi nin 1. den büük olması durumudur [1]. 6
( ) ( ) η / 1. bi = Δ i Δ max i > ort (1.1) Merkezi çelik çaprazlı güçlendirmee sahip taşııcı sistem için burulma düzensizliği Tablo 1. de verilmiştir. Kat o H i Tablo 1.: Burulma Düzensizliği Kontrolü Yanal Deplasmanlar (cm) Düzensizlik Oranı (m) x min x max x ort min max ort ŋ bx ŋ b 10 33.05 3.59 3.63 3.61 1.80.65.3 1.006 1.191 9 30.65 5.13 5.17 5.15.65 3.95 3.30 1.00 1.197 8 7.5 5.37 5.3 5.0.93.38 3.66 1.006 1.198 7.5 5.51 5.57 5.5 3.15.73 3.9 1.005 1.01 6 1.05 5.51 5.58 5.55 3.6.93.10 1.006 1.0 5 17,85 5.39 5.5 5. 3.31 5.0.18 1.006 1.07 1,65 5.09 5.16 5.13 3.9 5.0.16 1.007 1.08 3 11,5.6.70.66 3.06.71 3.89 1.009 1.1 8,5.76.8.79 3.5 5.01.13 1.006 1.1 1 3,8.73.77.75 1.91.96. 1.007 1.16 Bu tablodan açıkça görüldüğü gibi, gözönüne alınan bu apıda 7. kata kadar (A1) Burulma Düzensizliği ortaa çıkmaktadır. 1..1. (A) Döşeme Süreksizliği DBYBHY e göre herhangi bir kattaki döşemede; I Merdiven ve asansör boşlukları dahil, boşluk alanları toplamının kat brüt alanının 1/3 ünden fazla olması durumu, II Deprem üklerinin düşe taşııcı sistem elemanlarına güvenle aktarılabilmesini güçleştiren erel döşeme boşluklarının bulunması, III Döşemenin düzlem içi rijitlik ve daanımında ani azalmaların olması durumu, Yapıda bu tür düzensizlik mevcut değildir. 1..1.3 (A3) Planda Çıkıntılar Bulunması Bina kat planlarında çıkıntı apan kısımların birbirine dik iki doğrultudaki boutlarının her ikisinin de, binanın o katının anı doğrultularındaki toplam plan boutlarının %0 sinden daha büük olması durumudur [1]. Yapının geometrik şekli incelendiğinde apıda bu tür düzensizlik olmadığı görülmektedir. 7
1.. Düşe Doğrultuda Düzensizlik Durumları 1...1 (B1) Komşu Katlar Arasında Daanım Düzensizliği (Zaıf Kat) Çelik apılar için geçerli olmadığı için incelenmemiştir. 1... (B) Komşu Katlar Arasında Rijitlik Düzensizliği (Yumuşak Kat) Birbirine dik iki deprem doğrultusunun herhangi biri için, herhangi bir i inci kattaki ortalama göreli kat ötelemesi oranının bir üst vea bir alt kattaki ortalama göreli kat ötelemesi oranına bölünmesi ile tanımlanan Rijitlik Düzensizliği Katsaısı Denklem (1.) ile hesaplanan η ki nin.0 den büük olması durumu [1]. ( h ) ( h ) vea ( h ) ( h ) η = Δ / / Δ / >.0 η = Δ / / Δ / >.0 ki i i ort i 1 i 1 ort ki i i ort i+ 1 i+ 1 ort (1.) Yumuşak kat kontrolleri, uzun (X) ve kısa (Y) doğrultular için Tablo 1.3 de verilmiştir. Kat o Tablo 1.3: Rijitlik Düzensizliği Kontrolü H i Göreli Kat Ötelemesi Rijitlik Düzensizliği Oranı (m) ( x i /h i ) ort ( i /h i ) ort ŋ kx (i+1) ŋ kx (i-1) ŋ k (i+1) ŋ k (i-1) 10 33.05 0.0015 0.0009-0.935-0.899 9 30.65 0.0016 0.0010 1.070 0.95 1.11 0.903 8 7.5 0.0017 0.0011 1.09 0.975 1.108 0.98 7.5 0.0017 0.001 1.06 0.999 1.078 0.96 6 1.05 0.0017 0.0013 1.001 1.03 1.039 0.981 5 17,85 0.0017 0.0013 0.977 1.058 1.00 1.005 1,65 0.0016 0.0013 0.96 1.100 0.995 1.069 3 11,5 0.0015 0.001 0.909 1.353 0.935 1.308 8,5 0.0011 0.0009 0.739 1.87 0.76 1.8 1 3,8 0.0007 0.0006 0.67-0.690 - Bu tablodan görüldüğü gibi, bu apıda Rijitlik Düzensizliği bulunmamaktadır. 1...3 (B3) Taşııcı Sistemin Düşe Elemanlarının Süreksizliği Taşııcı sistemin düşe elemanlarının (kolon vea perdelerin) bazı katlarda kaldırılarak kirişlerin vea guseli kolonların üstüne vea ucuna oturtulması, a da üst kattaki perdelerin altta kolonlara oturtulması durumu [1]. Yapıda bu tür düzensizlik mevcut değildir. 8
. YÜK AALİZİ.1 Zati Yükler Yapıda kullanılan kaplama, sıva, asma tavan ve bölme duvar ükleri aşağıda verilmiştir. Tüm katlarda 10.5 cm kalınlığında kompozit döşeme kullanılmıştır. Tahkiklerde SAP 000 programında tanımlanan taşııcı sisteme, aşağıda belirtilen ükler girilerek statik sonuçlar elde edilmiştir. Kaplama + Sıva. 0.05 = 1.10 k/m Asma Tavan (Alçıpan)...... 0.0 k/m Bölme Duvar (Ytong G). 0.30 k/m g = 1.60k/m. Kar Yükü Kar ükü, TS 98 de [] verildiği üzere düştüğü üzein atala olan açısına ve apının bulunduğu erin denizden üksekliğine göre belirlenir. Kar ükü için TS 98 de [] adet bölge tanımlanmıştır. Bu apının denizden üksekliği 00 m den azdır ve apı birinci bölgededir. Teras döşemesinde kar ükü hareketli ük olarak dikkate alınmıştır. P k 0 = 75 k/m ( k 0 P : Kar Yükü Değeri).3 Hareketli Yükler Yapının kullanım amacı gözönünde bulundurularak katlara etkien hareketli ük seçimi apılmıştır []. Yapı konut amaçlı kullanılacağı için aşağıda verilen değer, ara katlarda hareketli ük olarak hesaplara dahil edilmiştir. q =.0 k/m ( q : Hareketli Yük Değeri) 9
. Rüzgar Yükü Yapıa gelen rüzgar ükünün belirlenmesinde TS 98 den [] fadalanılmıştır. Rüzgar ükü, apının üksekliğine bağlı olarak değişen rüzgarın hızına göre belirlenmektedir. Yapının toplam üksekliği 33.05 m dir. q r = 0.5 k/m H < 8 m ( q r : Rüzgar Yükü Değeri) q = 0.8 k/m 8< H < 0 m r q = 1.1 k/m H > 0 m r w= c q p r (.1) Yapı üzeine etki eden rüzgar kuvveti Denklem (.1) e göre hesaplanır. Formülde kullanılan c p rüzgar katsaısı Şekil.1 de gösterilmektedir []. Şekil.1: Rüzgar Yükü Katsaıları.5 Deprem Yükü Yapının deprem ükü hesabı tamamıla eni Deprem Yönetmeliği kurallarına göre apılmıştır [1]. Yapının deprem ükü analizi ile ilgili tüm apı ve zemin parametreleri, bu öntemlerin ışığı altında değerlendirilmiş ve önetmeliğin ugun gördüğü değerler hesaplarda kullanılmıştır. Yapı üç boutlu olarak modellenmiş olup ata ük analizinde eşdeğer deprem ükü öntemi kullanılmıştır. Deprem Yönetmeliği ne göre Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi nin ugulanabileceği binalar Tablo.1 da özetlenmiştir [1]. 10
Tablo.1: Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi nin Ugulanabileceği Binalar [1] Deprem Bölgesi 1, Bina Türü Her bir katta burulma düzensizliği katsaısının η.0 koşulunu sağladığı binalar bi Toplam Yükseklik Sınırı H 5 m Her bir katta burulma düzensizliği katsaısının 1, η bi.0 koşulunu sağladığı ve arıca B türü H 0 m düzensizliğin olmadığı binalar 3, Tüm binalar H 0 m Bu şartlara göre, 33,05 m üksekliğindeki bu apının ηbi.0 ve B düzensizliği içermediği için Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ugulanabilmiştir [1]. Deprem üklerinin belirlenmesi için esas alınacak olan Spektral İvme Katsaısı, AT ( ), Denklem (.) ile verilmiştir [1]. A 0, etkin er ivesi katsaısı 1. deprem bölgesi için 0.0, I, bina önem katsaısı konut tipi apılar için 1.0 alınmıştır [1]. ( ) A IST ( ) AT = (.) 0 Spektrum Katsaısı, S( T ), erel zemin koşullarına ve bina doğal periodu T e bağlı olarak Denklem (.3) ile bulunmuştur [1]. T T ( ) = 1+ 1.5 ( T T ) S T A 0 A S( T ) =.5 ( T T T ) A (.3a) (.3b) B ( ) S T TB =.5 T 0.8 ( T T) B < (.3c) Spektrum Karakteristik Periotları, T A ve zemin için T A = 0.0 sn, T B = 0.90 sn dir [1]. T B, binanın üzerinde bulunduğu Z tipi Depremde taşııcı sistemin kendine özgü doğrusal elastik olmaan davranışını gözönüne almak üzere, Denklem (.) de verilen spektral ivme katsaısına göre bulunacak elastik deprem ükleri, (.) denklemlerinde tanımlanan Deprem Yükü Azaltma Katsaısı na bölünecektir [1]. 11
a T T ( ) = 1.5 + ( 1.5) ( T T ) R T R a ( ) R T R = A A T 0 A (.a) < T (.b) Taşııcı Sistem Davranış Katsaısı, R, deprem üklerinin çerçeveler ile birlikte merkezi çaprazlı çelik perdeler tarafından taşındığı için 6 olarak alınmıştır [1]. Eşdeğer deprem ükü öntemine göre apılan hesaplarda, gözönüne alınan deprem doğrultusunda, binanın tümüne etkien Toplam Eşdeğer Deprem Yükü (taban kesme kuvveti), V t, Denklem (.5) ile bulunmuştur [1]. V t ( 1) ( T ) = WAT 0.10 A0 I W R (.5) a 1 Binanın birinci doğal titreşim periodu T 1, program modelinden bulunmuştur. Denklem (.5) de W, binanın deprem üklerinin hesaplamasında kullanılacak toplam ağırlığıdır ve denklem (.6) ile hesaplanır [1]. W = wi i= 1 (.6) Denklem (.6) deki w i kat ağırlıkları, Denklem (.7) ile hesaplanmıştır [1]. wi = gi + nqi (.7) Denklem (.7) deki hareketli ük katılım katsaısı n, konut tipi apılar için 0.30 alınmıştır [1]. Yapının hesaplanan toplam ağırlığı W = 7031,05 k dur. SAP 000 v.8..3 den alınan, eşdeğer deprem ükü ile toplam taban kesmesinin hesaplamasında kullanılan apının X ve Y doğrultusundaki birinci doğal titreşim periotları; T 1x = 0.858 sn. (1.Mod) T 1 = 0.790 sn. (.Mod) olduğu görülür. 1
İki doğrultuda da ( T T T ) olduğu için ( ).5 TA A B S T = alınmıştır. Anı şekilde < T olduğu için R ( T) = R alınmıştır. Taşııcı Sistem Davranış Katsaısı, R, a DBYBHY Tablo.5 e göre süneklik düzei üksek sistemlerde deprem üklerinin çerçeveler ile birlikte merkezi çaprazlı çelik perdelerin taşıdığı kabul edilmiş ve R = 6 alınmıştır [1]. Spektral İvme Katsaısı, AT ( ), Denklem (.) ile hesaplanırsa; AT ( ) = 0.0 1.5 = 1 Toplam Eşdeğer Deprem Yükü, V t, Denklem (.5) ile hesaplanırsa; V t 7031.05 1 = = 1173.51 k > 0.10 0. 1 7031.05 = 813.6 k bulunur. 6 Buradan hesaplanan taban kesme kuvveti, gözönüne alınacaktır. V = 1173.51 k olarak hesaplarda t Taban kesme kuvvetinin katlara dağıtımında bina üst kotu H > 5m olduğu için ek olarak hesaplanması gereken ata tepe kuvveti Denklem (.8) ile hesaplanır [1]. Denklemde, kat numarasını temsil etmektedir. Δ F = 0.0075 V (.8) t Buradan Δ F = 0.0075 10 1173.51 = 879.6 k bulunur. Toplam eşdeğer deprem ükünün Δ F dışında geri kalan kısmı, inci kat dahil olmak üzere, bina katlarına Denklem (.9) ile dağıtılmıştır [1]. wi Hi Fi = ( Vt ΔF) w H j= 1 j j (.9) Döşemelerin ata düzlemde rijit diafram olarak çalıştığı bu binada, her katta iki ata er değiştirme bileşeni ile düşe eksen etrafındaki dönme, bağımsız er değiştirme bileşenleri olarak hesaplarda dikkate alınmıştır. 13
Her katta eşdeğer deprem ükleri, ek dış merkezlik etkisi nin hesaba katılabilmesi amacı ile, gözönüne alınan deprem doğrultusuna dik doğrultudaki kat boutunun D i i ve ± %5 i kadar kadırılması ile belirlenen noktalara ve arıca kat kütle merkezlerine ugulanmıştır [1]. Binanın bir ve edinci katları arasında A1 türü düzensizlik bulunduğundan, 1. < η.0 olmak koşulu ile, bu katlara ugulanan ± %5 ek dışmerkezlik, her iki bi deprem doğrultusu için Denklem (.10) da verilen büütmüştür [1]. D i katsaısı ile çarpılarak D i ηbi = 1. (.10) Bahsedilen şartlara ugun olarak, V t, taban kesme kuvvetinin katlara kütleleri oranında palaştırılması Tablo. de gösterilmektedir. Tablo.: Yapıa Etkien Eşdeğer Deprem Yükünün Katlara Dağılımı Kat o H i (m) W i (k) W i x H i W i x H i / (W j x H j ) F i (k) V i (k) 10 33.05 5809,55 19006 0,19 50,90-9 30.65 706,8 15355 0,166 176,77 50,90 8 7.5 7066,53 193976 0,16 1587,77 13,67 7.5 7066,53 171363 0,193 10,67 5801, 6 1.05 7093,35 19315 0,117 1,0 70,11 5 17,85 710,18 17095 0,0959 100,3 86,31 1,65 710,18 10311 0,0787 853,8 966,63 3 11,5 716,79 801 0,0619 671,31 1030,6 8,5 7386,08 60935 0,060 98,78 10991,77 1 3,8 789,58 860 0,015 3,96 1190,55 0 - - - - - 1173,51 7031,05 13831 1 1173,51 1
3. YAPI ELEMALARII BOYUTLADIRILMASI Yapı elemanlarının boutlandırılmasında elemanların taşııcı sistemdeki görevleri dikkate alınmıştır. Hesaplanan iç kuvvetlerin oluşturduğu kombinason değerlerine göre kompozit döşeme ve kompozit kirişler Eurocode te [7] verilen, kolonların boutlandırılmasında ise TS 68 de [] verilen hesap öntemleri kullanılarak çözülmüştür. TS kapsamında kompozit elemanlar ve hesapları olmadığı için, bu tür hesaplarda Eurocode de verilen hesap öntemleri tercih edilmiştir [7]. Her elemanın ekleri ve birleşim detaları elemanın boutlandırılması sonrasında hesaplanmış ve kendi bölüm başlığı altında gösterilmiştir. 3.1 Kompozit Döşemelerin Boutlandırılması Beton, donatı ve çelik sacın birlikte çalışması ile oluşturulan kompozit döşemeler betonarme döşemelere kıasla birçok apısal ve ekonomik avantajlara sahiptir [8]. Kompozit döşemei oluşturan çelik sac, inşaat sürecinde işçiler ve malzeme için platform görevi üstlenirken, ıslak beton için ise kalıp görevinde çalışır [8]. Betonun sertleşmesi ve eterli daanımı kazanmasından sonra eğilmenin çekme bileşeninin tamamını vea bir kısmını taşır [8]. Kompozit döşemei oluşturan diğer eleman olan beton ise, eğilmenin basınç bileşenini ve kama kuvvetlerini taşır, angın ve ses izolasonu sağlar [8]. Beraber çalışmaı sağlamak için, beton ile çelik sac arasındaki aderansın eterli olması gerekir [8]. Çelik sac ile beton arasındaki aderansın etersiz olduğu durumlarda aderans arttırıcı önlemler alınmalıdır. Yapılan hesaplarda döşeme için aderansın eterli olduğu görülmüştür. Şekil 3.1: Kompozit Döşemede Beton - Çelik Bağlantı Tipi 15
Beton plak bir miktar hasır donatı ile güçlendirilmiştir. Hasır donatı konulmasının amacı ükün homojen dağıtılması sağlamak ve çatlakları en aza indirmektir [8]. Kompozit döşeme ve çelik sacın her ikisi de her doğrultuda anı geometrie sahip değildir [8]. Bundan dolaı iki doğrultuda tasarım karmaşık ve güçtür [8]. Hesapları basitleştirmek için, tasarım öntemleri sadece çelik sac olukları bounca, ani bouna eksen doğrultusunda eğilme ve kama daanımını gözönüne alır [8]. 3.1.1 Konstrüktif Kurallar Boutlandırılması apılan kompozit döşemenin derinliği, h t, 80 mm ile 50 mm arasında değişmektedir [8]. Kullanılan profillenmiş çelik sacın kalınlığı ise 0.75 mm ile 1.5 mm arasında seçilir [8]. Çelik sacın olukları üstündeki beton kalınlığı, h c, 0 mm den fazla olması istenmektedir [8]. Eğer kompozit döşeme, bir çelik kiriş ile birlikte çalışıp ata ükleri de taşıma görevi üstleniorsa, toplam derinliğin minimum 90 mm ve sac üstündeki beton kalınlığının minimum 50 mm alınması tavsie edilmektedir [8]. Profillenmiş çelik sacın derinliği h p, 38 mm ile 80 mm arasında değişebilmektedir [8]. Şekil 3.: Sac Profil ve Plağın Boutları Çelik sac için piasada kullanılan mevcut sac profilleri tercih edilmiş ve profil olarak Hi Bond 55/1 sınıfı çelik sac kullanılmıştır [8]. Hesaplarda bahsi geçen şartların sağlandığı belirtilmiştir. Çatlakları en aza indirmek için ve rötre etkisinden dolaı, kompozit döşemelerin bouna ve enine doğrultuda tüm alanına minimum donatı erleştirilmelidir [8]. Donatının minimum alanı her iki doğrultuda beton enkesitin %0. si olarak alınır [8]. Yapılan boutlandırmada kompozit döşemede hasır donatı kullanmıştır [8]. 16
3.1. Kesit Zorlarının Belirlenmesi Kesit zorlarının belirlenmesi için iki çalışma süreci ele alınmıştır [8]. 3.1..1 Çelik Sacın İnşaat Süreci Profillenmiş çelik sacın ıslak beton için kalıp olarak kullanıldığı evredir [8]. Bu evrede çelik sacın emnietinin ve kullanılabilirliğinin kontrolü apılmıştır [8]. Profillenmiş çelik sacın tasarımında aşağıdaki ükler gözönüne alınmıştır [8]: Çelik sacın kendi ağırlığı Islak beton ağırlığı Göllenme etkisi (beton derinliğinin çelik sacın sehiminden dolaı artması) İnşaat sırasındaki ükler Geçici depolama ükleri İnşaat sürecindeki işçilerin ağırlığı vea beton dökümü sırasında oluşan üklerin dahil edildiği hareketli ük değeri, maksimum eğilme momenti ve kama kuvveti oluşturacak şekilde, açıklık ortasında ve mesnetler üzerinde, 3m 3m lik alanda 1.5 k/m, geri kalan alanda ise 0.75 k/m alınmıştır [8]. Islak beton ve kendi ağırlığı altında oluşan çelik sacın sehimi δ < L /50 ve 0 mm ise, hesaplarda göllenme etkisile oluşacak ük ihmal edilebilir [8]. Sınır değerden herhangi biri aşılıorsa, göllenme etkisi 0.7δ kalınlığına eşit beton ağırlığı kadar mevcut beton ağırlığına ilave edilerek hesaba dahil edilmelidir [8]. 3.1.. Kompozit Çalışma Süreci Betonun ile profillenmiş çelik sacın kompozit olarak çalıştıkları ve bütün işletme üklerini taşıdıkları süreçtir. Bu süreçte aşağıdaki ükler gözönüne alınmıştır [8]: Döşeme ağırlığı Sıva ve kaplama ağırlığı Hareketli ükler Hareketli ük olarak TS 98 de belirlenen ükler kullanılmıştır []. 17
3.1.3 Enkesit Tasarımında Genel İlke ve Yöntemler Kompozit döşemelerin tasarımında, beton ve çeliğin gerçek davranışına daanan Sınır Durumlar Yöntemi kullanılmıştır [8]. Taşıma gücü prensiplerine daanan bu öntemde tahkikler iki sınır durum için apılmaktadır [8]: a) Taşıma sınır durumu b) Kullanma sınır durumu Taşıma sınır durumunda, inşaat sürecinde çelik sacın daanımı vea kompozit çalışma sürecinde döşemenin daanımının, mevcut üklerin medana getirdiği iç kuvvetlere karşı eterli olması incelenir [8]. Kullanma sınır durumunda ise, titreşim, aşırı deformason, betonda çatlakların genişlemesi gibi apının kullanılabilirliğini kabetmemesi vea kullanımda aşırı rahatsızlıkların ortaa çıkmaması için belirlenmiş olan sınırların tahkik edilmesini kapsar.[8]. Kompozit döşeme tasarım kuralları Avrupa Birliği önetmeliklerine göre ele alındığından, hesaplarda gözönüne alınacak ükler ve güvenlik katsaıları da bu önetmeliklere bağlı kalınarak belirlenmiştir [7]. Özellikle betonun daanımının çok fazla saıda koşuldan etkilenmesinden ve sünme, rötre ve çatlama gibi özellikleri gözönüne alındığında, üksek malzeme katsaıları kullanımına gidilmiştir [8]. Yapılan hesaplar ve tasarım, inşaat süreci ve kompozit çalışma süreci için arı arı ele alınmış ve sınır durumlar öntemi iki süreçte de tahkik edilmiştir. 3.1.3.1 İnşaat Sürecince Tasarım İnşaat sürecinde tasarımda, çelik sacın ıslak betonun dökülmesi sırasında medana gelen ükler altında, taşıma ve kullanma sınır durumlarını sağlaması için gerekli tahkikleri içermektedir [8]. Döşeme üzerinde oluşan iç kuvvetler SAP 000 programından sürekli döşeme hesabı ile elde edilmiştir [11]. İnce cidarlı çelik sacların genişliklerinin kalınlıklarına oranla daha büük olmasından dolaı, eğilme momenti vea basınç gerilmelerinin etkisi altında oluşan gerilme değerinin, bu elemanların akma gerilmesine ulaşmadan önce erel burkulmasına neden olabileceği düşünülerek, bu süreçte elastik analiz önteminin kullanılması ugun görülür [8]. 18