Süleymn emirel Üniversitesi, en ilimleri nstitüsü ergisi, 13-2 (29),147-155 Zmn Tnım lnınd nliz Yöntemi Kullnılrk inlrdki 3 üzensizliğinin İncelenmesi Mehmet min ÖNÜ 1*, urk YÖN 2, Zülfü Çınr ULUN 2 1 icle Üniversitesi, Mühendislik Mimrlık kültesi, İnşt Mühendisliği ölümü / İYRKIR 2 ırt Üniversitesi, Mühendislik kültesi, İnşt Mühendisliği ölümü / LZIĞ lınış trihi: 16.9.28, Kbul trihi:2.6.29 Özet: epreme dynıklı ypı tsrımlrı için frklı yöntemler kullnılmktdır. n güncel yöntemlerden biri de Zmn Tnım lnınd oğrusl Olmyn nlizdir. u yöntemle sismik nlizler ypılırken dh önce meydn gelmiş depremlerin ivme kyıtlrı kullnılmktdır. u deprem ivme kyıtlrı değişik kynklrdn çok frklı yöntemlerle elde edilir. unlr: Tsrım ivme spektrumu uyumlu ypy kyıtlr, benzeştirilmiş kyıtlr ve deprem esnsınd kydedilen kyıtlrdır (jhn, 28). u kyıtlr kullnılırken frklı bölgelerdeki zemin özellikleri de dikkte lınmlıdır. u çlışmd, eprem ölgelerinde Ypılck inlr Hkkındki Yönetmelikte belirtilen Zmn Tnım lnınd nliz yöntemi ile doğrusl olmyn nlizi ypıln 3 düzensizliğine ship belli tip ypılr incelenmiştir. Önce üç deprem ivme kydı lınrk Türk eprem Yönetmeliğinde ifde edilen elstik tsrım ivme spektrumun göre ölçeklendirilmiştir. lde edilen mksimum ivme kydı, dh sonr 3 düzensizliğine ship bu tip ypılr uygulnmıştır. nliz sonuçlrın göre ypılrın zemin kt kolonlrındki kesme kuvvetleri bulunmuştur. nhtr kelimeler: Zmn Tnım lnınd nliz, 3 üzensizliği, eprem İvme Kydının Ölçeklendirilmesi. Investigtion of ffect of 3 Irregulrity t uilding Using Time History nlysis bstrct: Structures in high seismic risk regions must be designed s erthquke resistnt structures essentilly. Severl design methods re used for these designs. One of them, the most recent method is Nonliner Time History nlysis. There re three different kinds of records of ground ccelertion (ctul nd synthetic records s well s spectrum comptible rtificil records) for this design method (jhn, 28). Soil chrcteristic of different regions must be lso considered while these records re being used. In this study, 3 irregulrity defined by Turkish Seismic ode-27 is investigted by Nonliner Time History nlysis. Three records re scled in ccording to the elstic spectrum given by the Turkish Seismic ode-27, first. Then one of them (which hs mximum pek ccelertion) is pplied to ll structures (ones which hs 3 irregulrities s well s regulr one) involved. ccording to the results of nlysis sher forces of first floor columns re found. Keywords: Time History nlysis, 3 Irregulrity, rthquke ccelertion Records Scling. Giriş Yty yük olrk tnımlnn deprem etkisi, deprem yönetmeliklerinde ve günlük tsrımlrd genellikle eşdeğer sttik bir kuvvet gibi düşünülmektedir. kt bu yklşım genelde htlıdır. epremi temsil etmek üzere lınn bu yty kuvvetler gerçekteki deprem ivmelerinden doğn kuvvetin 1/4 ~ 1/8 i kdrdır. eprem hreketi, tersinir bir etkidir. u nedenle ypıyı sdece dynım çısındn güçlü ypmk, ypıyı tsrlmk için yeterli değildir. Ypının, deprem etkisiyle ypıd oluşn röltif yer değiştirmeleri gerekli dynım ile krşılybilecek şekilde tsrlnmsı gerekmektedir (elep, 24; oğngün, 25). Türk eprem Yönetmeliği TY 98 ve YHY 27, ypılrın plnd ve düşeydeki düzensizlik durumlrın göre çeşitli nliz yöntemleri önermektedir. ski deprem yönetmeliklerinde tek nliz yöntemi olrk verilen şdeğer eprem Yükü yöntemine ek olrk Mod irleştirme ve Zmn Tnım lnınd Hesp yöntemleri önermektedir. u yöntemlerin hepsinde üç boyutlu nliz ypılmsı zorunluluğu getirilmiştir. Yönetmelik şdeğer eprem Yükü Yönteminin uygulnbilmesi için belirli sınırlndırmlr getirirken diğer iki yöntemde böyle sınırlmlr bulunmmktdır. u çlışmd Zmn Tnım lnınd Hesp Yöntemleri üzerinde durulcktır. u yöntemde bin ve bin türü ypılrın zmn tnım lnınd doğrusl elstik y d doğrusl elstik olmyn deprem hesbı için, ypy yollrl üretilen, dh önce kydedilmiş vey benzeştirilmiş deprem yer hreketleri kullnılbilir (YHY, 27). hjn (28) Türk eprem Yönetmeliği (YHY- 27) tsrım ivme spektrumun uygun gerçek deprem kyıtlrının seçilmesi ve ölçeklenmesi konusund bir çlışm ypmıştır. u çlışmd zmn tnım lnınd ölçekleme yöntemleri kullnılrk, bu gerçek kyıtlrın her biri önce önerilen tsrım ivme spektrumlrıyl eşleştirilmeye çlışılmış ve frklı zemin tipleri için en iyi uyumu sğlyn gerçek kyıtlr seçilmiştir. enzer bir * oncume@dicle.edu.tr 147
M.. ÖNÜ,.YÖN, Z. Ç. ULUN çlışm kpsmınd, l entro, Sn rncisco ve liforni deprem ivmeleri kullnılrk deprem hreketlerinin benzeştirilmesi üzerine bir rpor hzırlnmıştır (Jennings vd., 1968). yrıc, ypy dinmik deprem hreketlerinin benzeştirilmesi ve nlizi hkkınd ypıln bir çlışmd benzeştirilmiş deprem ivmelerinin boyutunu doğrulmk için gerçek deprem ivmeleri kullnılmıştır (Nu vd., 198). ydınoğlu ve hjn (23) mevcut yöntem ile inelstik sismik tlep nlizi için P-delt etkilerinin de dikkte lınmsını içeren bir formülsyon oluşturmuşlrdır. Özdemir ve hjn (27) trfındn gerçek deprem kyıtlrının tsrım spektrumlrın uygun olrk zmn ve frekns tnım lnlrınd ölçekleme yöntemlerinin krşılştırılmsı konusund bir çlışm ypılmış ve elde edilen ölçeklenmiş kyıtlr kullnılrk tek serbestlik dereceli sistemin doğrusl elstik ve doğrusl elstik olmyn dvrnışlrı krşılştırılmıştır. u çlışmd ise deprem kyıtlrının seçilmesi ile ilgili genel yöntemler değerlendirilmiştir. Ypıln nlizler için Mrmr epreminin üç frklı istsyondn lınn deprem ivme kyıtlrı kullnılrk YHY 27 ye göre ölçeklendirme ypılmış ve mksimum deprem ivme kydı elde edilmiştir. Ypıln ölçeklendirmede deprem bölgeleri ve zemin sınıflrı için ifde edilen tsrım ivme spektrumun uygun kyıtlr belirlenmiştir. urd depremin büyüklüğü ve zemin koşullrı dikkte lınmıştır. lde edilen yeni deprem ivme kydı 3 düzensizliğine ship ypılr uygulnmıştır. Mteryl ve Metot Yeni binlrın tsrımı için eprem Yönetmeliği nde (YHY 27) 5 yıld şılm olsılığı %1 oln deprem ess lınmktdır. u deprem düzeyine ek olrk, mevcut binlrın değerlendirilmesinde ve güçlendirme tsrımınd kullnılmk üzere iki frklı deprem düzeyi de tnımlmıştır. unlr: Minimum eprem: 5 yıld şılm olsılığı %5 oln depremin ivme spektrumunun ordintlrı, tsrım spektrumunun ordintlrının yrısı olrk lınmktdır. Mksimum eprem: 5 yıld şılm olsılığı %2 oln depremin ivme spektrumunun ordintlrı, tsrım spektrumunun ordintlrının yklşık 1.5 ktı olrk kbul edilmektedir. eprem spektrumund hreketi ifde etmek için zemin sınıflrı d dikkte lınrk yönetmelikte (T)= I S(T) (1) denklemi verilmektedir. urd; (T) : Spektrl ivme ktsyısını, : etkin yer ivmesi ktsyısını, I S(T) ifde etmektedir. : bin önem ktsyısını, : spektrum ktsyısını Spektrl ivme ktsyısı zemin sınıflrın göre Şekil 1 de verilen grfiğe göre değişim göstermektedir. Spektrl İvme Ktsyısı, (T) 1,2 1,8,6,4,2 1 2 3 4 Periyot, T, sn 1.erece deprem bölgesi, Z1 2.erece deprem bölgesi, Z1 3.erece deprem bölgesi, Z1 4.erece deprem bölgesi, Z1 1.erece deprem bölgesi, Z2 2.erece deprem bölgesi, Z2 3.erece deprem bölgesi, Z2 4.erece deprem bölgesi, Z2 1.erece deprem bölgesi, Z3 2.erece deprem bölgesi, Z3 3.erece deprem bölgesi, Z3 4.erece deprem bölgesi, Z3 1.erece deprem bölgesi, Z4 2.erece deprem bölgesi, Z4 3.erece deprem bölgesi, Z4 4.erece deprem bölgesi, Z4 Şekil 1. eprem bölgeleri ve zemin sınıflrın göre elstik tsrım ivme spektrumlrı YHY-27 ye Göre Kyıtlrın Seçilme Koşulu Kullnılck yer hreketi kyıtlrı şğıd verilen şrtlrı sğlmlıdır. (1) Kullnılck deprem ivme kydının kuvvetli yer hreketi kısmının süresi, binnın birinci doğl titreşim periyodunun 5 ktındn ve 15 sniyeden dh kıs olmmlıdır. (2) Üretilen deprem yer hreketinin sıfır periyod krşı gelen spektrl ivme değerlerinin ortlmsı.g den dh küçük olmmlıdır. (3) Ypy olrk üretilen her bir ivme kydın göre %5 sönüm ornı için yeniden bulunck spektrl ivme değerlerinin ortlmsı, göz önüne lınn deprem doğrultusundki birinci (hkim) periyot T 1 e göre.2t 1 ile 2T 1 rsındki periyotlr için, S e (T) elstik spektrl ivme değerlerinin %9 ındn dh z olmmlıdır. Gerçek eprem Kyıtlrının Seçilmesi ve Ölçeklendirilmesi Kyıtlrın seçilmesinde ve ölçeklendirilmesinde izlenecek dımlr şğıd verilmiştir. 1. eprem kyıtlrı veri bnklrındn seçilir. Kyıtlrd fylnm meknizmsı, büyüklük, mesfe ve zemin özelliklerine göre PR veri bnksındn Mrmr epremi için üç det kyıt lınmıştır. 148
Zmn Tnım lnınd nliz Yöntemi Kullnılrk inlrdki 3 üzensizliğinin İncelenmesi 2. %5 lik sönüme göre xcel progrmı kullnılrk kyıtlrın yty bileşenlerin her biri için tepki spektrumu (deplsmn zmn) diygrmı oluşturulmuştur. 3. lde edilen tepki spektrumu S -S d (spektrl ivme-spektrl deplsmn) formtın dönüştürülmüştür. urd tepki spektrumundn elde edilen deplsmnlrın mutlk değerlerinin mksimumlrı o periyot it spektrl deplsmnı vermektedir. Spektrl ivme değerleri ise spektrl deplsmnlrın 2 w n ile çrpılmsıyl elde edilmiştir. 4. Kyıtlrın tepki spektrumlrı zemin sınıfın göre gruplndırılır. Kullnılck zemin sınıfın it tsrım spektrumu enklem 2 ye göre ölçeklendirilir. T T = T gerçek hedef ( S ( T ) S ( T )) α = (2) ST T gerçek ( S ( T )) T = T 2 5. enklem 2 den bulunn α ST den fydlnrk (T) ye it ölçeklendirme ktsyısı α T enklem 3 den elde edilir. α = I. α (3) T. ST ktlrın yükseklikleri m olrk lınmıştır. Sistemlerin x yönündeki çıklıklrı 4.5 m; y yönünde ise, kenr çıklıklr 4 m ve iç çıklıklr m olrk belirlenmiştir. Tüm ktlrd döşeme klınlıklrı 12 cm, kiriş boyutlrı 25x6 cm, kolon boyutlrı; ilk dört ktt 55x55 cm, diğer ktlrd ise 45x45 cm olrk seçilmiştir. inlrın beton sınıfı 25, dontı türü ise S42 dir. inlr 1. derece deprem bölgesinde, I = 1.5 bin önem ktsyısın ship, etkin yer ivmesi =.4 ve zemin sınıfı Z2 şeklinde tsrlnmıştır. Yükleme durumlrı; sistemin her ktınd ölü yük G = 45 kg/m 2 ve hreketli yük Q = 5 kg/m 2 olrk lınmıştır. Göz önüne lınn biri düzenli dördü ise 3 düzensizliğine ship toplm beş bind rijit diyfrm kbulü ypılmıştır (Şekil 3-7). inlrın zmn lnınd doğrusl olmyn nlizlerinde Mrmr epreminin üç frklı istsyondn kydedilen ivme kyıtlrı lınrk yukrıd ifde edilen yöntemle ölçeklendirilmiş ve ypılr uygulnmıştır. Mrmr depremi ivme kydı ile ynı depremin ölçeklenmiş ivme kydı sırsıyl Şekil 8 ve Şekil 9 d verilmiştir. Ypılrın nlizleri SP 2 progrmı yrdımıyl ypılmıştır (SI, 24). Ypılr için toplm 24 mod seçilmiştir. y L y urd; hedef S : hedef ivme dvrnış spektrumu, gerçek S : gerçek deprem kydının ivme spektrumu, α : S(T) ye it spektrum ölçekleme ktsyısı, ST L x x α T : (T) ye it spektrum ölçekleme ktsyısı, w : doğl çısl frekns, T n T : ölçeklemenin ypılcğı periyot rlığının lt sınırı, : ölçeklemenin ypılcğı periyot rlığının üst sınırıdır. x L x x y L y YHY 27 de Verilen 3 üzensizlik urumlrı Ypılrdki 3 düzensizliği, kt plnlrınd çıkıntı bulunn kısımlrın birbirine dik iki doğrultudki boyutlrının her ikisinin de, binnın o ktının ynı doğrultudki toplm pln boyutlrının %2 sinden dh büyük olmsı durumudur. y L y Syısl Uygulm Çlışmd, doğrusl olmyn nlizde elstoplstik mlzeme modeli kullnılmıştır. Tsrlnn tşıyıcı sistemler, x doğrultusund 7 çıklıklı, y doğrultusund 5 çıklıklı olrk seçilmiştir (rcömert, 27). Tşıyıcı sistemler, zemin+7 norml ktlı olrk seçilmiş, tüm x L x x y x >.2L x ve ynı zmnd y >.2L y Şekil 2. 3 düzensizlik durumlrı 149
M.. ÖNÜ,.YÖN, Z. Ç. ULUN 4. 4. 4. 4. Şekil 3. 3 1 üzensizlik urumu-kt Plnı Şekil 6. 3 4 üzensizlik urumu- Kt Plnı 4. 4. 4. 4. Şekil 4. 3 2 üzensizlik urumu-kt Plnı 4. 4. Şekil 5. 3 3 üzensizlik urumu- Kt Plnı Şekil 7. üzenli (Referns) Ypının Kt Plnı 3 düzensizliğinin, rijit diyfrm kbulüne göre nlizleri sonucund bulunn tbn devrilme momentleri x yönü için Şekil 1 d, y yönü için Şekil 11 de, tbn burulm momentleri Şekil 12 de, tbn kesme kuvvetleri x yönü için Şekil 13 de, y yönü için Şekil 14 de krşılştırmlı olrk verilmiştir. yrıc mksimum değerler Tblo 1 de verilmiştir. un göre mksimum moment ve kesme kuvveti değerleri ypının rijitliği ornınd değişmekte sıl sorun ise burulm momentinin etkisinde görülmektedir. üzensiz ypılr rsınd tbn burulm momentlerinin en büyük değeri 3-4 modelinin nlizinden bulunmuş, bunu büyükten küçüğe, sırsıyl, 3-3, 3-2 ve 3-1 modellerinden bulunn burulm momenti değerleri izlemiştir. üzenli bir geometriye ship oln referns ypıd birim ğırlığ krşılık gelen burulm momenti, devrilme momenti ve kesme kuvveti değerleri düzensiz ypı modellerine göre dh düşük çıkmıştır (Tblo 2). 15
Zmn Tnım lnınd nliz Yöntemi Kullnılrk inlrdki 3 üzensizliğinin İncelenmesi İvme (g),4,3,2,1 -,1 -,2 -,3 -,4 5 1 15 2 25 Zmn (sn) Şekil 8. Mrmr epremi İvme Kydı (Z27) Ölçeklenmiş İvme (g),6,4,2 -,2 -,4 -,6 5 1 15 2 25 Zmn (sn) Şekil 9. Mrmr epreminin Ölçeklenmiş İvme Kydı ( =.4, I=1.5, Z2) 151
M.. ÖNÜ,.YÖN, Z. Ç. ULUN 3-1 3-2 3-3 3-4 referns ypı Tbn evrilme Momenti, knm (x yönü) 15 1 5-5 -1-15 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 Zmn, sn Şekil 1. Tbn evrilme Momentlerinin Krşılştırılmsı (X) 3-1 3-2 3-3 3-4 referns ypı 15 Tbn evrilme Momenti, knm (y yönü) 1 5-5 -1-15 2 4 6 8 1 12 14 16 18 Zmn, sn Şekil 11. Tbn evrilme Momentlerinin Krşılştırılmsı (Y) 152 2 22 24 26
Zmn Tnım lnınd nliz Yöntemi Kullnılrk inlrdki 3 üzensizliğinin İncelenmesi Tbn urulm Momenti, knm 5 4 3 2 1-1 -2-3 -4-5 3-1 3-2 3-3 3-4 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 Zmn, sn Şekil 12. Tbn urulm Momentlerinin Krşılştırılmsı Tbn Kesme Kuvveti, kn (x yönü) 1 8 6 4 2-2 -4-6 -8-1 3-1 3-2 3-3 3-4 referns ypı 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 Zmn, sn Şekil 13. Tbn Kesme Kuvvetlerinin Krşılştırılmsı (X) 153
M.. ÖNÜ,.YÖN, Z. Ç. ULUN 8 6 4 3-1 3-2 3-3 3-4 referns ypı Tbn Kesme Kuvveti, kn (y yönü) 2-2 -4-6 -8 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 Zmn, sn Şekil 14. Tbn Kesme Kuvvetlerinin Krşılştırılmsı (Y) Tblo 1. 3 üzensizliği Oln Ypılrd Oluşn Mksimum Moment ve Kesme Kuvveti eğerleri Ypı Modeli Tbn urulm Tbn evrilme X yönü Tbn evrilme Y yönü Tbn Kesme Kuvveti (kn) X yönü Tbn Kesme Kuvveti (kn) Y yönü 3-1 15378 98356 99513 57 5497 3-2 23272 89457 89949 5113 4963 3-3 36429 1463 11658 5772 5542 3-4 37357 12276 12653 5853 566 Referns Ypı 375 1139 1145 6695 637 Tblo 2. 3 üzensizliği Oln Ypılrd irim ğırlığ üşen eğerler Ypı Modeli Tbn urulm Tbn evrilme X yönü Tbn evrilme Y yönü Tbn Kesme Kuvveti (kn) X yönü Tbn Kesme Kuvveti (kn) Y yönü 3-1.635 4.6 4.11.235.227 3-2 1.65 4.9 4.12.234.227 3-3 1.478 4.8 4.13.234.224 3-4 1.5 4.11 4.12.235.227 Referns Ypı.12 3.64 3.66.214.22 Sonuç u çlışmd, önce, eski depremlerin ivme kyıtlrının YHY 27 de öngörülen tsrım ivme spektrumun göre nsıl ölçeklendirileceği nltılmıştır. h sonr, Mrmr epreminin üç frklı istsyondn lınn bzı deprem ivme kyıtlrı ölçeklendirilmiş ve mksimum ivmeye ship oln kyıt kullnılmıştır. lde edilen ölçeklendirilmiş bu ekstrem kyıt, 3 düzensizliğine ship 4 ypı ile düzenli bir ypıy uygulnmıştır (Şekil 2-7). Her bir ypının zmn tnım lnınd doğrusl olmyn nlizi de bu ölçeklendirilmiş ekstrem kyıt göre ypılmıştır. u nlizler sonrsınd, bu beş ypının tbn devrilme momenti, tbn burulm momenti, tbn kesme kuvveti değerleri bulunmuştur. üzensiz ypılrdki tbn burulm momentlerinin en büyük değeri 3-4 modelinin nlizinden, en küçük değeri de 3-1 modelinin nlizinden bulunmuştur. olyısıyl, 3 düzensizliğinin oluşturulduğu ypılrın plndki düzenlerine göre değişen büyüklüklerde burulm momentlerinin oluşbildiği görülmüştür. üzensiz ypılrd oluşn birim ğırlığ krşılık gelen değerlerin referns ypının değerlerinden büyük çıkmsı, 3 düzensizliği bulunn ypılrd burulm momenti etkisinin göz önünde bulundurulmsı gereğini orty koymktdır. 154
Zmn Tnım lnınd nliz Yöntemi Kullnılrk inlrdki 3 üzensizliğinin İncelenmesi Çlışmd nlizi ypıln ypılrd, kt döşemelerinin kendi düzlemleri içinde deprem kuvvetlerini düşey tşıyıcı sistem elemnlrın güvenle ktrmsını önleyecek türde bir sorun oluşmmıştır. nck, bu tür bir sorunun oluşbileceği 3 düzensizlik durumu bulunn frklı ypılrın incelenmesi sonrki çlışmlrd mçlnmktdır. Kynklr ydınoğlu, M.N., hjn, Y.M. 23. Unified ormultion of the Piecewise xct Method for İnelstic Seismic emnd nlysis İncluding the P- elt ffect. rthquke ngineering nd Structurl ynmics. 32: 871 89 elep, Z.. Kumbsr, N. 24. eprem Mühendisliğine Giriş ve epreme ynıklı Ypı Tsrımı. et ğıtım, İstnbul, 7 s. SI SP 2 V9..1, 24. Integrted inite lement nlysis nd esign of Structures. omputer nd Structures Inc. erkeley, liforni. eprem ölgelerinde Ypılck inlr Hkkındki Yönetmelik. 27. T.. yındırlık ve İskân knlığı, fet İşleri Genel Müdürlüğü, eprem rştırm iresi. oğngün,. 25. etonrme Ypılrın Hesp ve Tsrımı. irsen Yyınevi, İstnbul, 836s. rcömert, M. 27. 2 ve 3 Ypısl üzensizliklerinin Çok Ktlı Ypılrın eprem vrnışın tkisi. Yüksek Lisns Tezi,.Ü. en ilimleri nstitüsü, lzığ, 65s. Y.Lisns Tezi. hjn, Y.M. 28. Türkiye eprem Yönetmeliği (YHY 27) Tsrım İvme Spektrumun Uygun Gerçek eprem Kyıtlrının Seçilmesi ve Ölçeklenmesi. İMO Teknik ergi, 292, 4423 4444. Jennings, P.., Housner, G.V., Tsi, N.. 1968. Report on Reserch onducted Under Grnt rom the Ntionl Science oundtion. Psden, liforni, 55 pps. Nu, R.., Oliver, R.M, Pister, K.S. 198. Simulting nd nlyzing rtificil Non-Sttionry rthquke Ground Motions. rthquke ngineering Reserch enter. liforni, erkeley, 53 pps. Özdemir, Z., hjn, Y.M. 27. Gerçek eprem Kyıtlrının Tsrım Spektrumlrın Uygun Olrk Zmn ve rekns Tnım lnlrınd Ölçekleme Yöntemlerinin Krşılştırılmsı. ltıncı Ulusl eprem Mühendisliği Konfernsı, İstnbul, 435-446. Pcific rthquke ngineering Reserch (PR) enter 26, PR Strong Motion tbse, http://peer.berkeley.edu/smct(riş. Tr.:7.7.28) 155