AKDENİZ BÖLGESİNDEKİ SANAYİ YAPILARININ DEPREMSELLİĞİNİN İNCELENMESİ Fuat DEMİR*, Sümeyra ÖZMEN** *Süleyman Demirel Üniversitesi, İnşaat Müh. Böl., Isparta 1.ÖZET Beton dayanımının binaların hasar görmesinde son derece etkili olduğu bilinmektedir. Son yıllarda yurdumuzda ortaya çıkan depremler ve hasarlı binalar bu gerçeği bir kez daha göstermiştir. Bu çalışmada, Türkiye nin hemen her yerinde benzer şekilde yapılmış olan sanayi tipi yapıların depremselliği incelenmiştir. Sanayi tipi yapıların farklı malzeme dayanımları dikkate alınarak doğrusal olmayan itki analizleri yapılmıştır. Beton dayanımının sanayi yapılarının doğrusal olmayan yük-yerdeğiştirme ilişkisine olan etkisi konu edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Deprem dayanımı, Sanayi yapıları, Beton dayanımı EARTHQUAKE RESPONSE OF İNDUSTRİAL BUİLDİNGS İN MEDİTERRANEAN REGİON ABSTRACT It is known that concrete strength is very effective on the earthquake response of reinforced concrete structures. This reality was revealed by recent earthquakes and damaged reinforced concrete structures in our country in many times. In this study, earthquakes response of industrial buildings constructed similarly in many region of Turkey was investigated. Earthquake response of industrial buildings is performed by nonlinear pushover analysis by taking into account different concrete strength. Effect of concrete strength on the nonlinear load-deformation relationship of industrial y buildings was also investigated. Key Words: Earthquake response, Industry buildings, Concrete strength
2.GİRİŞ Betonarme yapıların, düşey yükler yanında yatay yükleri de güvenli bir şekilde taşıması gerektiği bilinmektedir. Deprem ve rüzgar etkileri en önemli yatay yüklerdir. Bu yüklerden yapılara gelen dış etkiler arasında deprem etkisi çok önemli bir yer tutmaktadır. Türkiye bir deprem ülkesidir. Son yıllarda yurdumuzda ortaya çıkan depremler ve bunların acı sonuçları, binalarımızın bu konuda yeterli dayanımı göstermediğini bir kez ortaya koymuştur. Bu betonarme yapıların bir kısmını da sanayi tipi yapılar oluşturmaktadır. Bilindiği gibi her ülke için milli servet ve istihdam kaynağı olan sanayi yapılarının korunması ve üretimlerinin sürekli olması ekonomiler için çok önemli ve değerlidir. Bu yüzden Türkiye de yapılacak büyük açıklıklı sanayi yapılarının tasarımında ve yapısal oluşumunda, deprem faktörü çok önemli bir etkendir. Sanayi yapıları kuruluş ve yapımının yanı sıra içerdiği makina ve teçhizat bakımından maliyetleri yüksek olan yapılardır. Deprem bu yapılara hasar verebileceği gibi üretim programını kesintiye uğratarak da zararlı sonuçlar doğurabilmektedir. Hiçbir işletmeci üretim programlarında meydana gelen aksama ve duraklamaları istemez ve bu yönde tedbirler almak ister. Bu çalışmanın amacı, Türkiye nin hemen her yerinde benzer şekilde inşa edilmiş olan sanayi yapılarının deprem güvenliğinin incelenmesi ve bu yapıların mevcut durumlarının değerlendirilmesidir. Bunun yanı sıra beton dayanımının mevcut sanayi yapılarının doğrusal olmayan davranışına olan etkilerinin incelenmesidir. 2.1. Yapıların Performansı ve Performans Seviyeleri Performans kavramı, deprem mühendisliğinde yeni kavramdır. Başlangıçta mevcut yapıların deprem güvenliğinin belirlenmesi için geliştirilen performansa dayalı tasarım yöntemi, günümüzde yeni yapıların tasarımında da kullanılabilmektedir. Performansa dayalı tasarım, deprem etkisi altında yapıdan beklenen performans seviyesinin ortaya çıkması için kullanılacak yöntemleri verir. Yapının performans seviyesi, depremden sonra yapıda meydana gelecek hasarın miktarı ile ölçülür. Performansa dayalı sismik tasarımda; temel performans seviyeleri FEMA356 [1] ve FEMA273[2] te ise Şekil 1. deki gibi tanımlanmaktadır. Şekil 1. Tip Performans Seviyeleri ve Yük Deformasyon Eğrisi
Hemen kullanım performans seviyesi (IO): Bu performans seviyesinde, deprem sonrasında, yapının taşıyıcı elamanları deprem öncesindeki dayanımını büyük oranda korur. Özellikle deprem sonrası hemen kullanılması gereken hastane, itfaiye, belediye binaları gibi yapıların bu performans seviyesine göre tasarımı yapılmalıdır. Can güvenliği performans seviyesi (LS): Bu performans seviyesinde ise, deprem sonrasında, yapının bazı eleman ve bileşenleri önemli bir şekilde hasar görür fakat, bu hasarlar, yapıda tamamen veya kısmen göçme tehlikesi yaratmaz. Deprem esnasında hasar oluşabilir, fakat yapısal hasar sonucu, can kaybı riski oldukça düşüktür. Yapının onarımı mümkündür, fakat ekonomik nedenlerden dolayı pratik olmayabilir. Konut tipi yapılar, toplu yaşam yerleri, iş merkezleri gibi binalar bu performans seviyesine göre tasarımı yapılmalıdır. Göçmenin önlenmesi performans seviyesi (CP): Bu performans seviyesinde ise deprem sonrası, yapı kısmen veya tamamen göçme sınırındadır. Yapıda önemli hasarlar ve kalıcı deformasyonlar oluşmuştur. Yapının onarımı teknik olarak pratik değildir ve tekrar kullanımı güvenli değildir, artçı şoklar göçmeye neden olabilir. Deprem sonrası hemen kullanılmayacak yapılar için seçilen performans seviyesidir. 2.2. Doğrusal Olmayan İtki Analizi Doğrusal olmayan itki analizinde, taşıyıcı sistemin elemanlarının doğrusal olmayan davranışı analize katılır ve öngörülen bir yer değiştirmeye veya güç tükenmesine kadar yatay yükler artırılarak sistemin davranışı incelenir. En üst kat için öngörülen hedef yerdeğiştirme, tasarım depreminde ortaya çıkması beklenen yerdeğiştirmedir. Yapının yanal yük kapasitesi, doğrusal olmayan itki analizi eğrisi ile ifade edilmektedir. Doğrusal olmayan itki analizi eğrisi, grafikte bir eksende taban kesme kuvveti ile diğer eksende yapının herhangi bir üst kotu yerdeğiştirmesi dikkate alınarak elde edilir. Doğrusal olmayan itki analizi eğrisi genellikle doğal titreşim periyodu 1 sn ye kadar olan yapılarda, temel titreşim modunun yapının hakim davranışı göstermesi varsayımına dayanarak yapının 1. mod davranışını ifade etmek için çizilir. Doğal titreşim periyodu 1 sn den fazla olan yapılarda ise daha yüksek modların etkisini de göz önüne almak gerekir. 2.3. Sanayi Yapılarının Depremselliği Türkiye de inşa edilen sanayi yapıları, KÜSGET (Küçük Sanayi Geliştirme Teşkilatı Genel Müdürlüğü) tarafından hazırlanan ve hemen hemen her yerde benzer tipte uygulanan projelerdir. Bu projelerde yapılar bloklar şeklinde ayrılmış ve her blok planı üzerinde bazı küçük değişiklikler yapılmıştır. Yapılan bu çalışmada Isparta Petek Sanayi B tipi bloklar incelenmiş ve dikkate alınan yapı modeli Şekil 1 de verilmiştir. Bu şekilden de görülebileceği her iki yönde simetrik olan yapı, kısa doğrultuda dört ve uzun doğrultuda beş açıklığa sahiptir. Açıklıklar kısa doğrultuda 5 m, uzun doğrultuda ise 6 m olmak üzere 600 m 2 oturma alanına sahiptir. Kolon yükseklikleri kiriş bağlantı noktalarına göre değişmektedir. Bu yükseklikler ise 1.6 m, 3.5 m ve 7.1 m dir. Kolonlar her aksta düzgün yerleşmiş olup kolon boyutları 35*35 tir. Kiriş boyutları 35*50 dir. Döşeme kalınlığı 14 cm olarak alınmıştır. Her kolonda 12Ø18 lik donatı kullanılmıştır. Kiriş donatıları açıklıklara göre farklı değerlerde olmasına rağmen yaklaşık aynı miktarlardadır. Yapılan incelemede, projede
beton ve çelik dayanımları verilmediği için başlangıç olarak çelik sınıfı S220, beton sınıfı C14 ve C20 olarak hesaplarda kullanılmıştır. Analizlerde kolon ve kirişlerin mevcut donatı durumu dikkate alınmıştır. Betonun elastisite modülü için şartnamede verilen ilgili bağıntı her beton sınıfına göre hesaplanarak kullanılmıştır. Şekil 2. Isparta Petek Sanayi B tipi bloklarının taşıyıcı sistemlerinin üç boyutlu görünüşü Mevcut yapıdaki kolonlara gelen normal kuvvetler dikkate alınarak bu normal kuvvete karşı gelen moment değerleri her bir kolon için malzeme dayanımı da göz önüne alınarak bulunmuştur. Betonarme elemanların moment-dönme ilişkisi, kirişler için M ve kolonlar için PMM olarak SAP2000 V 7.10 bilgisayar programı ile aşağıdaki gibi belirlenmektedir. y Çekme Basınç Şekil 3. Betonarme elemanın moment-dönme ilişkisi
Burada; B ve C noktaları arasındaki eğim çeliğin toplam gerilmesinin %10 udur. C, D ve E noktaları ATC-40 [3] verildiği şekliyle kullanılmaktadır. M y momenti, kiriş elemanlar için donatı koşuluna ACI 318-95[4] e göre belirlenmektedir. PMM eğrisi, kolon elemanlar için ACI 318-95 [4] de tanımlanan karşılıklı etki diyagramıyla hesaplanmaktadır. M y ve M x momentleri ile P eksenel kuvvet değerleri etki diyagramından hesaplanan maksimum taşıma kapasiteleridir. 1400 1200 1000 Yük (kn) 800 600 400 200 C14 C20 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 Yerdeğiştirme (mm) Şekil 4. Kısa yön için yük yerdeğiştirme eğrileri 6000 5000 Yük (kn) 4000 3000 2000 C14 C20 1000 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Yerdeğiştirme (mm) Şekil 5. Uzun yön için yük yerdeğiştirme eğrileri
Yapılan modellemede mevcut yapıda 3.5 m kotunda bulunan kirişlerden dolayı kısa kolon oluşumu meydana geldiği görülmüş ve yapının analiz sonucuna ulaşılamamış, bu yüzden çözümlemelerde bu kirişler ihmal edilmiştir. Beton sınıfı C14 ve C20 için elde edilen yük yerdeğiştirme eğrileri kısa doğrultu için Şekil 3 ve uzun doğrultu için ise Şekil 4 te verilmiştir. Yapılan çözümlerde kısa yönde yük taşıma kapasitesinin daha az olduğu görülmüştür. Kısa yönde yük değeri 661 kn a eriştiğinde kolonların alt ve üst düğüm noktalarının akma dayanımına geldiği gözlenmiştir. İlerleyen yük seviyelerinde mafsallaşmalar bu noktalarla sınırlı kalmıştır. Beton dayanımı 14 MPa için yatay yük taşıma kapasitesi 1224 kn iken 20 MPa için ise bu değer 1271 kn olarak elde edilmiştir. Uzun yöndeki yatay yük taşıma kapasiteleri her iki beton dayanımı için 5150 kn olarak bulunmuştur. Şekil 6. Yük 661 kn için yapının mafsallaşma durumu
Şekil 7. Yük1224 kn için yapının mafsallaşma durumu 3. BULGULAR Bu çalışmada, Türkiye de inşa edilen sanayi yapıların mevcut durumlarının incelenmesinde iki farklı beton dayanımı ile sınırlı tutularak çözüm yapılmıştır.mevcut yapıda 3.5 m de bulunan kirişler kısa kolon oluşumuna sebep olduğu için çözümlerde ihmal edilmiştir.bu kirişler dikkate alınarak yapılan çözümlemelerde sonuca ulaşılamamıştır. Beton dayanımları C14 ve C20 alınarak yapılan çözümlemelerde, kısa yönde yük 661 kn değerine eriştiğinde kolonların akma sınırına eriştiği ve ilerleyen yük seviyelerinde mafsallaşmaların yine bu kolonların alt ve üst düğüm noktalarıyla sınırlı kaldığı görülmüştür. Uzun yönde ise yatay yük taşıma kapasiteleri yaklaşık 5022 kn bulunmuştur. Bu yöndeki mafsallaşmalar ise yine kolonların alt ve üst noktalarında ortaya çıkmıştır. Betonarme elemanlardaki mafsallaşmalar sadece kolonlarla sınırlı kaldığından daha düşük beton dayanımları için hesap yapılmamıştır. Beton dayanımlarında önemli azalma olmasına rağmen yatay yük taşıma kapasitelerinde bu oranda azalma olmaması malzemenin eğilme etkisindeki elemanlarda donatı kadar etkili olmamasının yanı sıra kolonların moment taşıma kapasiteleri belirlenirken, moment eğrilik ilişkilerinde ATC-40 [3] ve ACI 318-95 [4] aynı katsayıların kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Daha düşük beton dayanımı için deneylerden elde edilen daha gerçekçi katsayılar kullanıldığında bu farklılığın artması beklenmektedir. Ayrıca bu çalışma sanayi yapılarını meydana getiren
betonarme elemanların eğilme etkisindeki davranışları ile sınırlı tutulmuştur. Malzeme dayanımının bu elemanların kesme kapasitelerinde daha etkili olacağı açıktır. Sanayi yapılarının deprem performanslarının incelenmesinde mafsallaşmanın kolonlarla sınırlı kalması bu yapıların deprem açısından oldukça riskli olduğunu göstermektedir. Türkiye de genel olarak beton dayanımının C10 seviyesinde olduğu dikkate alınırsa bu yapıların yatay yük taşıma kapasitelerinin daha da azalacağı bir gerçektir. Bunun yansıra sanayi yapılarındaki kısa kolon oluşumu da son derece dikkate çekici diğer bir konudur. KAYNAKÇA [1] NEHRP Guildelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Developed by the Building Seismic Safety Council for the Federal Emergency Management Agency (Report No. FEMA 273), Washington, D.C [2] NEHRP Guildelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Developed by the Building Seismic Safety Council for the Federal Emergency Management Agency (Report No. FEMA 356), Washington, D.C. [3] Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Volume 1, ATC-40 Report, Applied Technology Council, Redwood City, California. [4] ACI 318-95 Building code requirements for structural concrete, ACI Manual of Concrete Practice Part 3: Use of concrete in Buildings Design, Specifications, and Related Topics, 345p., Detroit, Michigan, 1996.