Örnek Güçlendirme Projesi Joseph Kubin Mustafa Tümer TAN
Deprem Performansı Nedir? Deprem Performansı, tanımlanan belirli bir deprem etkisi altında, bir binada oluşabilecek hasarların düzeyine ve dağılımına bağlı olarak belirlenen yapı güvenliği durumudur.
3/41 Bilgi Toplanması Bina Geometrisinin Belirlenmesi Mimari ve Statik Rölöve Alınması Temelde İnceleme Çukuru Açılması Binanın mevcut durumunun saptanması
4/41 Bilgi Toplanması Eleman Donatı Detaylarının Belirlenmesi Boyuna Donatı Miktarı (Sayı ve Çap) Boyuna Donatıda Kenetlenme Boyu ve Kanca Detayı Boyuna Donatıda bindirmeli eklerin durumu (bindirme bölgesinin yeri ve bindirme boyu) Enine Donatı Miktarı (Aralık ve Çap) Enine donatının ve deprem etriyesinin kanca özelliği (90 veya 135 derece kıvrımlı) Beton örtüsünün kalınlığı (paspayı) Donatılardaki Korozyon Etkisi
5/41 Bilgi Toplanması Ferroscan cihazı ile betonarme duvar yüzeyinde tarama yapılması ve tarama sonucu
6/41 Bilgi Toplanması Paspayı sıyrılarak belirlenen kiriş ve kolon donatısı ve detayları
7/41 Bilgi Toplanması Beton Özelliklerinin Belirlenmesi Tahribatsız Yöntemler: Darbe Çekici Tahribatlı Yöntemler: Karot Deneyleri Schmidt darbe çekici ile yüzey sertliğinin okunması Karot Alma Cihazı ile kolondan silindir beton örneği alınması
8/41 Mevcut Örnek Yapının Özellikleri Taşıyıcı Sistem Özellikleri: İlköğretim pansiyon binası 4 katlı betonarme çerçeve X ve Y yönünde simetrik Kat yüksekliği 3 m, döşemeler 15 cm, hareketli yükler 0.35 t/m 2 Binanın Projesi (Var/Yok) Bilgi Düzeyi Var Kapsamlı Bilgi Düzeyi Katsayısı 1 Donatı Gerçekleşme Katsayısı 1 Mevcut Beton Dayanımı (Ortalama - Standart Sapma) E c (Mevcut Beton Elastisite Modülü) Mevcut Çelik Dayanımı (Ortalama - Standart Sapma) 10 MPa 24280 MPa 220 MPa Hareketli Yük Katılım Katsayısı (n) 0.6 Deprem Bölgesi 1 Zemin Tipi Z3
9/41 Mevcut Yapı Özellikleri Mevcut Yapı Tipik Kat Planı
10/41 Mevcut Yapı Özellikleri Mevcut Yapı 3-Boyutlu Görünüm
11/41 Mevcut Yapı Özellikleri Kolon/Kiriş Kesitleri Kolonlar: 30x60 cm ve 30x30 cm Kirişler: 30x70 (Y yönü), 30x50 (X yönü) Beton Basınç Dayanımı: 10 MPa Mevcut Donatı: Kolonlardaki donatı oranı: (Proje üzerinden modelde tanımlı) Kiriş Üst Mesnet Donatı Oranı: 0.008 Kiriş Alt Mesnet Donatı Oranı: 0.004 Donatı Akma Dayanımı: 220 MPa
12/41 Analiz ve Değerlendirme Yöntemleri Doğrusal Elastik Bina Değerlendirme Yöntemi Eşdeğer Deprem Yükü ile Mod Birleştirme ile Doğrusal Elastik Olmayan Bina Değerlendirme Yöntemleri Statik Artımsal İtme (Static Pushover) Artımsal Mod Birleştirme Yöntemi (IRSA) Zaman-Tanım Alanında Hesap
13/41 Doğrusal Elastik Bina Değerlendirme Yöntemleri Eşdeğer Statik Analiz (bu yöntem kullanılmıştır) Kat Sayısı = 4 < 8 H N =12 < 25 m R a = 1 alınacaktır. I = 1 alınacaktır. Ek dışmerkezlik alınmayacaktır. Çatlamış Kesitler kullanılacaktır. Değerlendirme Analizinden sonra burulma düzensizliği katsayısı 1.4 ten büyük ise mod birleştirme yöntemi kullanılmalıdır. (Analizden sonra bakılacaktır.) V t = λ W A(T 1 ) ; ( λ=1.0 veya 0.85 ) Mod Birleştirme Analizi (istenirse uygulanabilir) Kısıtlama Yok.
14/41 Yapı Elemanlarında Hasar Sınırları ve Hasar Bölgeleri Elemanların Kırılma Türleri Sünek (Eğilme) Kesit Şekil değiştirme Kontrolü Gevrek İç kuvvet kontrolü Elastik Elastik Ötesi Minimum Hasar Sınırı Güvenlik Sınırı Göçme Sınırı MN GV GÇ İç Kuvvet MN GV GÇ Min. Hasar Belirgin Hasar İleri Hasar Göçme Bölgesi Şekil Değiştirme
İç Kuvvet Bina Deprem Performansının Belirlenmesi MN GV GÇ 15/41 Binanın her katındaki hasarlı elemanların hasar dereceleri, sayıları ve dağılımları gözönüne alınarak binanın deprem performansı belirlenir. Minimum Hasar Bölgesi Belirgin Hasar Bölgesi İleri Hasar Bölgesi Göçme Bölgesi Hemen Kullanım: Binaların gözönüne alınan depreme maruz kalması halinde depremden hemen sonra kullanılabilecek durumda olduğu kabul edilir. Can Güvenliği: Bu performans düzeyinde yapı elemanları belirgin şekilde hasar görecektir. Ancak bu hasarlar bina içinde bulunanların can güvenliğini tehlikeye atmamalıdır. Göçme Öncesi: Elemanlar ağırlıklı olarak ileri hasar derecesindedir ancak binada topyekün göçme oluşmamaktadır Göçme Durumu: Şekil Değiştirme Göçme öncesi performans düzeyi de sağlanamıyorsa bina göçme durumunda kabul edilir.
16/41 Mevcut Yapı Hedeflenen Performans Binanın Kullanım Amacı ve Türü Deprem Sonrası Kullanımı Gereken Binalar: Hastaneler, sağlık tesisleri, itfaiye binaları, haberleşme ve enerji tesisleri, ulaşım istasyonları, vilayet, kaymakamlık ve belediye yönetim binaları, afet yönetim merkezleri, vb. İnsanların Uzun Süreli ve Yoğun Olarak Bulunduğu Binalar: Okullar, yatakhaneler, yurtlar, pansiyonlar, askeri kışlalar, cezaevleri, müzeler, vb. Depremin Aşılma Olasılığı 50 yılda % 50 50 yılda % 10 50 yılda % 2 - HK CG - HK CG İnsanların Kısa Süreli ve Yoğun Olarak Bulunduğu Binalar: Sinema, tiyatro, konser salonları, kültür merkezleri, spor tesisleri HK CG - Tehlikeli Madde İçeren Binalar: Toksik, parlayıcı ve patlayıcı özellikleri olan maddelerin bulunduğu ve depolandığı binalar - HK GÖ Diğer Binalar: Yukarıdaki tanımlara girmeyen diğer binalar (konutlar, işyerleri, oteller, turistik tesisler, endüstri yapıları, vb.) - CG -
Mevcut Yapı Hedeflenen Performans 17/41
18/41 Doğrusal Elastik Bina Değerlendirme Yöntemi Bina Geometrisinin ve Mevcut Malzemelerin Belirlenmesi Kiriş kapasite düzeltmesi Kolon eksenel yüklerini kiriş kapasite kesme kuvvetlerinden hesapla Kolon Eksenel yüklerini grafiksel yöntemle hesapla Yapının mevcut malzeme, geometri ve yüklerle birlikte modellenmesi Zayıf Kolon mu? (Oran < 1?) Her düğümde Kuvvetli Kolon-Zayıf Kiriş Kontrolü (KKO) G+nQ analizi yapılması Güçlü Kolon mu? (Oran > 1?) Kolon Moment Kapasitelerini Hesapla Çatlamış Kesitlerin Hesaplanması Doğrusal Elastik Deprem Hesabı (R=1, I=1, e=0) Eleman Kırılma Türlerini Sınıflandır (Sünek/Gevrek) Mevcut Donatılar kullanılarak kiriş artık kapasitelerinin hesaplanması Tek tek eleman Performans Değerlendirilmesi ( r ) Genel Bina Performans Değerlendirmesi
19/41 Doğrusal Elastik Bina Değerlendirme Yöntemleri Eşdeğer Statik Analiz (bu yöntem kullanılmıştır) Kat Sayısı = 4 < 8 H N =12 < 25 m R = 1 alındı. I = 1 alındı. Ek dışmerkezlik alınmadı. Burulma Düzensizliği Katsayısı = 1.0 < 1.4 (ek dışmerkezlik alınmadan) X Yönü Periyod = 0.88 s, Kütle Katılım Oranı = %86 Y Yönü Periyod = 0.59 s, Kütle Katılım Oranı = %84 Çatlamış Kesitler kullanıldı. V t = λ W A(T 1 ) ; ( λ=1.0 veya 0.85 ) Mod Birleştirme Analizi (Gerek olmadığı görüldü) Kısıtlama Yok.
20/41 Kiriş Eğilme ve Kesme Kapasitelerinin Hesaplanması Kirişlerin kapasiteleri, kesitteki tüm donatılar dikkate alınarak taşıma gücü formülleriyle hesaplanır. M k = SA si.f yk.d i M d = G+nQ analizinden hesaplanan kiriş uç momenti M e = Artık Moment Kapasitesi = M k M d Kiriş Kesme Kapasiteleri TS500 formülü ile hesaplanır. V r = V c + V w V r 0. 52 f ctm b w d A s sw f ywm d
21/41 Kolon/Perde Eğilme Kapasitelerinin Hesaplanması Kolon ve perdelere etki edecek olan eksenel kuvvetlerin üst sınırı kirişlerin kapasite kesmelerinin aktarılmasıyla hesaplanır. N K V E : Deprem yükünden kaynaklanan eksenel yükler : Kirişlerden aktarılan kesme kuvveti V E = (ΔM E, i + ΔM E, j ) / l n
22/41 Kolon/Perde Kesme Kapasitelerinin Hesaplanması Kolonların kesme kapasitesi TS500 e göre hesaplanır. V r 0.52 f ctm b w d 1 N A c A sw s f ywm d Perdelerin kesme kapasitesi V r = A ch ( 0.65 f ctd + r sh f ywd ) r sh = Enine donatı hacimsel oranı (başlık bölgesi etriyeleri dikkate alınmadan)
23/41 Birleşim Bölgeleri Kesme Kontrolü Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinde Kesme Güvenliği Kontrolü gerçekleştirilir. V e As 1 As Vkol 1.25 f ym 2 V r = 0.60 b j h f cm (kuşatılmış birleşim bölgesi) V r = 0.45 b j h f cm (kuşatılmamış birleşim bölgesi) b w2 b w3 V a A s1 1.25A s1 f yk C 1 1.25A s2 f yk C 2 A s2 V ü V kol = min (V a, V ü ) b w1 b 1 b 2 b w4 b h Deprem doğrultusu
24/41 Betonarme Elemanların Performans Özellikleri Sarılma Koşullarına Göre Kırılma Türüne Göre Sargılanmış Sargılanmamış Sünek Gevrek Eğilme Kırılması Kesme Kırılması, Yüksek Eksenel Basınç Kırılması
25/41 Etki/Kapasite Oranı Sünek Eleman Kesitleri Gevrek Eleman Kesitleri r = Deprem Momenti Artık Moment Kapasitesi r = Kesme Kuvveti Kesme Kapasitesi Artık Moment Kapasitesi: Kesit Moment Kapasitesi Düşey Yük Momenti Kesme Kapasitesi: TS500
26/41 Yapı Elemanlarında Hasar Sınırları ve Hasar Bölgeleri İç Kuvvet F e r = F e F y F y MN GV GÇ Minimum Hasar Bölgesi Belirgin Hasar Bölgesi İleri Hasar Bölgesi Göçme Bölgesi Şekil Değiştirme
İç Kuvvet Bina Deprem Performansının MN GV GÇ 27/41 Belirlenmesi Minimum Hasar Bölgesi Belirgin Hasar Bölgesi İleri Hasar Bölgesi Göçme Bölgesi Şekil Değiştirme Hemen Kullanım Can Güvenliği Göçme Öncesi Göçme Durumu Yapısal elemanlarda Hasar Yok Bir kısmında görülebilir. Önemli bir kısmı hasarlıdır. Düşey elemanların bir kısmı göçmüştür. Yapısal olmayan elemanlarda hasar Az miktarda olabilir. Hasarlı olabilir. Dolgu duvarlar yıkılmamıştır. Hasarlıdır. Dolgu duvarların bir kısmı yıkılmıştır. Büyük çoğunluğu göçmüştür. Kalıcı ötelenmeler Yok Az miktarda olabilir. Oluşmuştur. Belirgin düzeyde Kolonlar ve Perdeler Tümü hasarsızlık bölgesindedir. ( < MN ) Tümü hasarsızlık veya belirgin hasar bölgesindedir. ( <GV ) Tümü < GÇ Kirişler MN < (En Fazla %10 u) < GV GV < (En Fazla %30 u) < GÇ En Fazla %20 si > GÇ Bina Güçlendirilmelidir. İleri hasara geçen kolonların, tüm kolonlar tarafından taşınan kesme kuvvetine oranı V t oranı (ileri hasar) GV < (En fazla %20) < GÇ En üst katta %40 V t oranı < %20 (Göçme bölgesine kolonların kesme oranı)
28/41 Bina Deprem Performansının Belirlenmesi Hemen Kullanım Can Güvenliği Göçme Öncesi Göreli Kat Ötelenmesi Oranı 0.01 0.03 0.04 d ji / h ji
Güçlendirilmiş Yapı 29/41
30/41 Güçlendirilmiş Yapı Mevcut Yapı Can Güvenliği ve Hemen Kullanım performans kriterlerini sağlamamaktadır. Yapıyı güçlendirmek amacıyla: Yerinde dökme betonarme perdeler ile sistem iyileştirmesi yapılmış, Eksenel basınç dayanımı yetersiz olan ya da göçme bölgesindeki kolonlara betonarme manto uygulanmış, Eklenen güçlendirme peredelerinin altına yeni temel yapılmış, ya da mevcut temel güçlendirilmiştir.
Güçlendirilmiş Yapı 31/41
Güçlendirilmiş Yapı 32/41
33/41 Güçlendirilmiş Yapı Binanın Projesi (Var/Yok) Bilgi Düzeyi Var Kapsamlı Bilgi Düzeyi Katsayısı 1 Donatı Gerçekleşme Katsayısı 1 Mevcut Beton Dayanımı (Ortalama - Standart Sapma) Güçlendirme Elemanları Beton Dayanımı E c (Mevcut Beton Elastisite Modülü) Mevcut Çelik Dayanımı (Ortalama - Standart Sapma) Güçlendirme Elemanları Çelik Dayanımı 10 MPa 25 MPa 24280 MPa 220 MPa 420 MPa Hareketli Yük Katılım Katsayısı (n) 0.6 Deprem Bölgesi 1 Zemin Tipi Z3
34/41 Güçlendirme Elemanları Tasarımı Yeni güçlendirme elemanları olan betonarme perdeler ve mantolar için: R=4 analizi yapılarak Probina ya ön donatılar seçtirilmiştir. Yeni elemanların tasarımları performans raporunun sonuçlarına göre değiştirilerek güncellenebilir. Tüm perdelerde başlık bölgesi oluşturulmuş ve yapı yüksekliği boyunca kritik perde koşulları kullanılmıştır. (L u = 0.2L w ) Perde ve manto tasarımlarında yönetmeliğin 3. bölümündeki koşullar uygulanmıştır. Dolayısıyla performans değerlendirmesinde yüksek sünek perdeler sargılanmış olarak alınabilir.
35/41 Güçlendirme Perdesi Tasarımı Çerçeve düzleminin içine eklenen güçlendirme perdelerinin iki ucunda perde uç bölgeleri oluşturulmuştur. Deprem sırasında perde uçlarında oluşacak çekme ve basınç kuvvetlerinin, beton dayanımı düşük olan mevcut kolonlar yerine, perde uç bölgeleri tarafından taşınması hedeflenmiştir. Minimum ankraj miktarını sağlayacak şekilde ø20/400 mm kolon ankrajı kullanılmıştır. Kat seviyesinde perdeleri kat kirişlerine bağlayacak ankraj için tasarım kesme kuvveti, birbirini takip eden iki kattaki perde kesme kuvvetlerinin farkıdır. Ankraj çubuklarının tasarımında TS500 deki sürtünme kesmesi esasları kullanılmıştır. Mevcut kolon ve kiriş yüzeyleri pürüzlendirildiğinden kesme sürtünme katsayısı μ=1 olarak alınmıştır.
36/41 Perdelerde Gevrek Kırılma Kontrolü Perde kesme istemi V e, R a =1 alınarak yapılan yatay yük analizinden gelen kesme kuvvetinin, perde tabanındaki moment kapasitesi ile yatay yük analizinden gelen perde tabanındaki momente oranı ile çarpılmasıyla bulunur. Burada kesme kuvveti dinamik büyütme katsayısı β v =1 olarak alınır. V e v M M r e, R 1 V e ( R a 1) H w /L w oranı 2 den küçük olan perdeler gevrek olarak hasar gören eleman olarak sınıflandırılır ve kesme kapasitesine bakılır.
Güçlendirme Perdesi Tasarımı 37/41
38/41 Güçlendirme Perdesi Temel Tasarımı Güçlendirme perdesi ile mevcut temel kirişinin birlikte çalışacağı kabul edilmiştir. Temel hesabına esas olacak perde alt ucu moment değeri, yatay yük hesabında eksenel kuvvet etkisi altında hesaplanan moment kapasitesi ile R a =1 alınarak yapılan yatay yük hesabı sonucunda perde alt ucunda oluşan moment değerinin küçük olanıdır. Ankraj çubuklarının tasarımında TS500 deki sürtünme kesmesi esasları kullanılmıştır. Mevcut kolon ve kiriş yüzeyleri pürüzlendirildiğinden kesme sürtünme katsayısı μ=1 olarak alınmıştır.
39/41 Güçlendirme Perdesi Temel Tasarımı Güçlendirme perdesi temel kirişi ve ankraj detayı
40/41 Güçlendirme Perdesi Temel Tasarımı Temel Kalıp Planı ve büyütülmüş temel kirişleri
41/41 Betonarme Manto Tasarımı Betonarme manto mevcut kolonun eksenel yük (ve moment kapasitesini? ) artırmak amacıyla kullanılmıştır. Manto tasarımı Bölüm 3 kurallarına göre yapılmış, R=4 analizi sonuçları kullanılmıştır.