Çelik Çaprazlı Çerçevelerde Farklı Performans Seviyeleri İçin Sismik Enerji İstemleri

Benzer belgeler
Merkezi Çaprazlı Çerçevelerde Dayanım Farklılığı Sonucu Oluşan Burulma Etkileri

Merkezi Çaprazlı Çerçevelerde Arttırılmış Deprem Etkileri

ALÇAK, ORTA VE YÜKSEK KATLI ORTOGONAL YAPILARIN DİNAMİK YÜKLER ALTINDAKİ ENERJİ TALEBİ. Ali Nail ÇETİNER

Burkulması Önlenmiş Çelik Çaprazlı Sistemler ile Süneklik Düzeyi Yüksek Merkezi Çelik Çaprazlı Sistemlerin Yapısal Maliyet Analizi Karşılaştırması

İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ

BETONARME ÇERÇEVELERİN DEPREM HESABINDA TASARIM İVME SPEKTRUMU UYUMLU DİNAMİK YÖNTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Erdal İRTEM-Kaan TÜRKER- Umut HASGÜL BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜH. MİM. FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜH. BL.

ALÇAK, ORTA VE YÜKSEK KATLI ÇELİK ÇERÇEVELERDE HİSTERETİK ENERJİ TALEPLERİ

TEK SERBEST DERECELİ SİSTEMLERDE ENERJİ PARAMETRELERİ. Bülent AKBAŞ 1, Ali Nail Çetiner 1

TDY 2007 de Kullanılan Farklı Zemin Sınıfları İçin Performans Değerlendirme Yöntemleri Üzerine Bir Araştırma

BETONARME ÇERÇEVE YAPILARIN GERÇEK DEPREMLERE AİT İVME KAYITLARI İLE DOĞRUSAL OLMAYAN DİNAMİK ANALİZİ

Betonarme Yapıların Davranışının Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemi ile Belirlenmesi

Çelik Bina Tasarımında Gelişmeler ve Yeni Türk Deprem Yönetmeliği

İtme Sürme Yöntemi İle İnşa Edilmiş Sürekli Ardgermeli Köprülerin Deprem Tasarımı. Özgür Özkul, Erdem Erdoğan, Hatice Karayiğit

Çelik Yapılar - INS /2016

Data Merkezi. Tunç Tibet AKBAŞ Arup-İstanbul Hüseyin DARAMA Arup- Los Angeles. Tunç Tibet AKBAŞ

Çelik Yapılar - INS /2016

YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ FARKLI YER HAREKETLERİ ETKİSİNDEKİ SİSMİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

BÖLÜM - 2 DEPREM ETKİSİNDEKİ BİNALARIN TASARIM İLKELERİ (GENEL BAKIŞ)

DEPREM HESABI. Doç. Dr. Mustafa ZORBOZAN

DEPREM YALITIMLI HASTANE TASARIMI UYGULAMASI: ERZURUM SAĞLIK KAMPÜSÜ

DEPREME DAYANIKLI YAPI İNŞAATI SORULAR

Farklı Zemin Koşullarındaki Betonarme Yapıların Davranışının Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemi ile İncelenmesi: 8 Katlı Çerçeve Örneği

Yeni Deprem Yönetmeliği ve İstinat Yapıları Hesaplarındaki Değişiklikler

KISA KOLON TEŞKİLİNİN YAPI HASARLARINA ETKİSİ. Burak YÖN*, Erkut SAYIN

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

DİKEY DOĞRULTUDA KÜTLE DÜZENSİZLİĞİ OLAN YAPILARIN DEPREM ALTINDAKİ DAVRANIŞI

Beton Sınıfının Yapı Performans Seviyesine Etkisi

RİSKLİ BİNALARIN DEĞERLENDİRİLMESİ ÜZERİNE BİR İNCELEME

YAKIN SAHA DEPREMLERİNİN ZEMİN ÖZELLİKLERİ FARKLI YÜKSEK KATLI BETONARME BİNALARA ETKİSİ

Orta Doğu Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İSTANBUL ŞUBESİ

DBYYHY 2007 ve DEPREME KARŞI DAYANIKLI YAPI TASARIMI. Onur ONAT Tunceli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Tunceli

MEVCUT BETONARME BİNALARIN DOĞRUSAL ELASTİK VE DOĞRUSAL ELASTİK OLMAYAN HESAP YÖNTEMLERİ İLE İNCELENMESİ ÜZERİNE BİR DEĞERLENDİRME

KONSOLA MESNETLİ KOLONUN SÜREKSİZLİĞİNİN TAŞIYICI SİSTEMİN DEPREM DAVRANIŞINA OLAN ETKİSİ

TDY 2007 YE GÖRE DEPREM ELASTİK TASARIM İVME SPEKTRUMU

ÇOK KATLI BETONARME YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

Orta Doğu Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

YAPAN: ESKISEHIR G TIPI LOJMAN TARİH: REVİZYON: Hakan Şahin - ideyapi Bilgisayar Destekli Tasarım

YAPILARIN ÜST RİJİT KAT OLUŞTURULARAK GÜÇLENDİRİLMESİ

Çelik Yapılarda Doğrusal Olmayan Performans Analizleri Ve Viskoz Sönümleyiciler İle Güçlendirme Uygulamaları

ÇOK KATLI BİNALARIN DEPREM ANALİZİ

TÜRKİYE DEKİ ORTA KATLI BİNALARIN BİNA PERFORMANSINA ETKİ EDEN PARAMETRELER

ÖRNEK 18 4 KATLI BETONARME PANSİYON BİNASININ GÜÇLENDİRİLMESİ ve DOĞRUSAL ELASTİK OLMAYAN YÖNTEM İLE DEĞERLENDİRİLMESİ

Deprem Kayıtlarının Seçilmesi ve Ölçeklendirilmesi

ÇELİK YAPILARIN GÜÇLENDİRİLMESİNİN DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZLERLE DEĞERLENDİRİLMESİ. Armağan KORKMAZ*, Zeki AY, Ömer UYSAL

BETONARME BİNALARIN FARKLI HESAP YÖNTEMLERİNE GÖRE PERFORMANS SINIRLARININ İNCELENMESİ ÜZERİNE BİR DEĞERLENDİRME

MODELLEME TEKNİKLERİNİN MEVCUT BİNALARIN DEPREM PERFORMANSI ÜZERİNE ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

YÜKSEK BİNALARDA SÜRTÜNMEYE DAYALI SÖNÜMLEYİCİLER İLE BAĞLI PERDE DUVAR SİSTEMİ

YARI RİJİT BİRLEŞİMLİ ÇELİK ÇERÇEVELERİN ANALİZİ

K VE DİRSEK TİPİ EĞİK ELEMANLARLA RİJİTLEŞTİRİLMİŞ DEPREM ETKİSİNDEKİ YAPILARIN LİNEER DAVRANIŞLARININ KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ

DEPREM YÖNETMELİĞİNDEKİ FARKLI ZEMİN SINIFLARINA GÖRE YAPI DAVRANIŞLARININ İRDELENMESİ

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 8 Sayı: 1 s Ocak 2006

BETONARME TAŞIYICI SİSTEMLER İÇİN 2007 DEPREM YÖNETMELİĞİNDE TANIMLANAN YAPISAL DEPREM GÜVENLİĞİ DEĞERLENDİRME YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Betonarme Çerçeve Yapılar İçin Güvenilirlik Esaslı Sismik Tasarımda Yük Katsayılarının Optimizasyonu

Depreme Dayanıklı Çelik Bina Tasarımının Temel İlkeleri Ve Yeni Türk Deprem Yönetmeliği

Eşdeğer Deprem Yüklerinin Dağılım Biçimleri

Proje Genel Bilgileri

Tanım: Boyuna doğrultuda eksenel basınç kuvveti taşıyan elemanlara Basınç Çubuğu denir.

KESME BAKIMINDAN DOĞRU TASARLANMAMIŞ BETONARME PERDE DUVARLI YÜKSEK BİNALARIN DEPREM PERFORMANSI

YAPILARIN DEPREME KARŞI KORUNMASINDA ETKİN BİR ÇÖZÜM

TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İSTANBUL ŞUBESİ

Deprem Etkisi Altında Tasarım İç Kuvvetleri

BACA DİNAMİĞİ. Prof. Dr. Hikmet Hüseyin H

BETONARME-II ONUR ONAT HAFTA-1 VE HAFTA-II

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

BETONARME YÜKSEK YAPILARDA DOĞRUSAL ELASTİK OLMAYAN PERFORMANS DEĞERLENDİRMESİ

RİSKLİ YAPILARIN TESPİT EDİLMESİNE İLİŞKİN ESASLAR. 5- Risk Tespit Uygulaması: Betonarme Bina

KONU: Beton Baraj Tasarım İlkeleri, Örnek Çalışmalar SUNUM YAPAN: Altuğ Akman, ESPROJE Müh.Müş.Ltd.Şti

RİSKLİ BİNALARIN TESPİT EDİLMESİ HAKKINDA ESASLAR 1-Temel Kavramlar

MAKSİMUM YER İVMESİ VE HIZI İLE YER DEĞİŞTİRME TALEBİ ARASINDAKİ İLİŞKİNİN ARAŞTIRILMASI

SÜREKLİLİK VE SÜREKSİZLİK DURUMLARINDA PERDE-ÇERÇEVE ETKİLEŞİMİ. İnşaat Y. Müh., Gebze Teknik Üniversitesi, Kocaeli 2

TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 Prof. Dr. Görün Arun

DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMINDA GENEL ĐLKELER

MUTO YÖNTEMİ. Çerçeve Sistemlerin Yatay Yüklere Göre Çözümlenmesi. 2. Katta V 2 = F 2 1. Katta V 1 = F 1 + F 2 1/31

Sıvı Depolarının Statik ve Dinamik Hesapları

Merkezi çaprazlı çerçevelerde dayanım farklılığı sonucu oluşan burulma etkileri

SİSMİK YALITIM KULLANIMININ YAPISAL PERFORMANS ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI

DEPREM YÖNETMELİĞİ NDEKİ SÜREKSİZ KOLON DÜZENSİZLİĞİ KRİTERİNİN İRDELENMESİ

Çelik Çerçevelerde Sabit Düktilite İçin Doğrusal Olmayan Zaman Tanım Alanı ve Öteleme Analizlerinin Karşılaştırılması *

Merkezi Çaprazlı Çerçevelerde Çapraz Elemanlarda Sayısal Modelleme Teknikleri

YUMUŞAK KAT DÜZENSİZLİĞİNİN VE DOLGU DUVARLARIN BETONARME BİNALARIN DEPREM DAVRANIŞINA ETKİLERİ

DİNAMİK BENZERİ DENEYLERLE YETERLİ DAYANIMA SAHİP BİR BETONARME ÇERÇEVENİN BİRLEŞİM BÖLGELERİNİN PERFORMANSININ İRDELENMESİ

HOŞGELDİNİZ Mustafa ERGÜN Şevket ATEŞ

Fotoğraf Albümü. Zeliha Kuyumcu. Mesnetlerinden Farklı Yer Hareketlerine Maruz Kablolu Köprülerin Stokastik Analizi

MEVCUT PERDELİ BETONARME BİR YAPININ DOĞRUSAL OLMAYAN YÖNTEMLE DEPREM PERFORMANSININ BELİRLENMESİ

D102 d= tarihinde yapılacak olan Proje Kontrol Sınavında (2. Vize) yanınızda sadece. D104 d=120 K109 K kat. 1.

DOĞRUSAL OLMAYAN ANALİZ İÇİN KULLANILAN TİCARİ PROGRAMLARIN ÇERÇEVE SİSTEMLER İÇİN KARŞILAŞTIRILMASI

idecad Çelik 8 idecad Çelik Kullanarak AISC ve Yeni Türk Çelik Yönetmeliği ile Kren Tasarımı Hazırlayan: Nurgül Kaya

BETONARME BİNALARDA SARGI DONATISI ETKİSİNİN YAYILI PLASTİK MAFSAL MODELİYLE İNCELENMESİ

Çok Katlı Yapılarda Elverişsiz Deprem Doğrultuları

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering

idecad Çelik 8 Kullanılan Yönetmelikler

A3 Düzensizliğine Sahip Yapıların Doğrusal Olmayan Kat Kesme Kuvvetlerinin İncelenmesi

DEPREM YÖNETMELİĞİ NDE ÖNGÖRÜLEN TAŞIYICI SİSTEM GÜVENLİK DÜZEYİ KONUSUNDA KARŞILAŞTIRMALI SAYISAL İNCELEME

DOKUZ KATLI TÜNEL KALIP BİNA SONLU ELEMAN MODELİNİN ZORLAMALI TİTREŞİM TEST VERİLERİ İLE GÜNCELLENMESİ

PERDELERDEKİ BOŞLUKLARIN YATAY ÖTELENMEYE ETKİSİ. Ayşe Elif ÖZSOY 1, Kaya ÖZGEN 2 elifozsoy@hotmail.com

PERFORMANSA BAĞLI TASARIMDA KIRILGANLIK ANALİZLERİ. Armagan KORKMAZ 1, Engin AKTAŞ 2 armagan.korkmaz@deu.edu.tr, enginaktas@iyte.edu.

Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 26(1): 1-6 (2010)

Transkript:

Çelik Çaprazlı Çerçevelerde Farklı Performans Seviyeleri İçin Sismik Enerji İstemleri Selçuk DOĞRU 1, Bora AKŞAR 2 Bülent AKBAŞ 3, Jay SHEN 4, Bilge DORAN 5 1 Doktora Öğrencisi, Gebze Teknik Üniversitesi Deprem ve Yapı Müh. Anabilim Dalı, Kocaeli, e-posta: baksar@gtu.edu.tr 2 Araş.Gör., Doktora Öğrencisi, Gebze Teknik Üniversitesi Deprem ve Yapı Müh. Ana Bilim Dalı, Kocaeli, e-posta: seltrue@hotmail.com 3 Prof.Dr., Gebze Teknik Üniversitesi Deprem ve Yapı Mühendisliği Anabilim Dalı, Kocaeli, e-posta: akbasb@gtu.edu.tr 4 Doç.Dr., Iowa State Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Iowa, Amerika, e-posta: jshen@iastate.edu 5 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İstanbul, Turkey e-posta: doran@yildiz.edu.tr Öz Enerji esaslı depreme dayanıklı yapı tasarımı, performansa dayalı tasarımda bir alternatif olarak değerlendirilebilir. Enerji ve enerji parametreleri orta veya şiddetli depremlere maruz yapıların tasarımı için en umut veren parametrelerdir. Yapıya etkiyen deprem etkisi; enerji girişi, yapısal özelliklerin bir fonksiyonu ve yer hareketinin özellikleri olarak düşünülebilir. Bu bildirinin amacı, performansa dayalı deprem mühendisliği altında farklı performans seviyeleri (can güvenliği, göçme öncesi) için enerji esaslı bir değerlendirme sunmaktır. Tasarımın rasyonel, uygulanabilir ve ileri çalışmaların ihtiyacına uygun olduğunu göstermek için özellikle çelik çaprazlı çerçeveler seçilmiştir. Alçak ve orta katlı çelik çaprazlı çerçeveleri, ASCE 7-10 ve AISC 341-10 yönetmeliklerine uygun şekilde analiz edilecektir. Çerçevelerin orta ve yüksek seviyelerdeki sismik enerji taleplerini değerlendirmek için uygun yer hareketleri seçilmiştir. Doğrusal olmayan zaman tanım alanında yapılacak analizler de aşılma olasılığı 10% ve 2% olan yer hareketleri kullanılacaktır. Anahtar Kelimeler: Çelik çaprazlı çerçeveler, Enerji istemleri, Sismik tasarım Giriş Yapıların sismik tasarımında geleneksel yöntem dayanım esaslıdır. Yapının dayanım esaslı tasarımında, düşey yükler ile birlikte belirli miktarda yanal sismik yük etki ettirilir. Yapısal elemanlarının boyutlandırılması, kapasitesinin talep edilen dayanımdan az olmaması prensibini sağlayacak şekilde belirlenir. Bununla birlikte, deprem yönetmeliklerinde tanımlanan sismik kuvvetler, yapıya sadece minimum yanal dayanım sağlamakta fakat tasarım depreminde hasar görmeme durumunu amaçlamamaktadır (Akbas vd., 2001). Kuvvetli yer hareketleri altında bir yapının büyük elastik olmayan 105

şekil değiştirme yapacağı beklenir. Performansa dayalı depreme dayanıklı yapı tasarımı, kavramsal yapısıyla rasyonel ve titiz yaklaşımlar getirmekte ve son iki yıldır yaygın olarak kullanılmaktadır. Performansa dayalı tasarım yaklaşımı, yapının sismik performansını gerçeğe uygun olarak açıklamakta ve yapısal tasarım aşamaları bakımından daha rasyonel bir yaklaşım sunmaktadır (Shen vd., 2000). Enerji esaslı depreme dayanıklı yapı tasarımı, performansa dayalı tasarımda bir alternatif olarak değerlendirilebilir (Housner, 1956). Enerji ve enerji parametreleri orta veya şiddetli depremlere maruz yapıların tasarımı için en umut veren parametrelerdir (Akbas ve Shen, 2002), (Shen ve Akbas,1999), (Fajfar vd., 1991). Yapıya etkiyen deprem etkisi; enerji girişi, yapısal özelliklerin bir fonksiyonu ve yer hareketinin özellikleri olarak düşünülebilir. Yapılar, deprem sırasında yapıya giren bütün enerjiyi tüketmek zorundadır. Depremler oldukça düzensiz yer hareketleri olmalarına karşın, yapıya giren enerji oldukça kararlı bir değerdir. Enerji girişi, yer hareketinin özelliklerinin (etkili yer hareketi süresi, genlik, frekans içeriği, vb.) ve yapısal özelliklerin (kütle, doğal periyod) bir fonksiyonudur (Akiyama, 1985). Performansa dayalı tasarım felsefesine uygun olarak, yapıya giren enerji girişi, bu enerjinin yapı boyunca dağılımı ve yapı elemanları enerji tüketme kapasitelerini belirlemek enerjiye esaslı yöntemin temellerini oluşturmaktadır. Bu gereksinimlerin çözülmesi sonucunda bir yapıya enerji girişi ve enerji kapasitesini karşılaştırmak mümkün olacak ve böylece yapının depreme dayanıklılığı farklı performans seviyeleri için hesaplanabilecektir (Akbas vd., 2001). Bu bildirinin amacı, performansa dayalı deprem mühendisliği altında farklı performans seviyeleri (can güvenliği, göçme öncesi) için enerji esaslı bir tasarım yöntemi sunmaktır. Tasarımın rasyonel, uygulanabilir ve ileri çalışmaların ihtiyacına uygun olduğunu göstermek için özellikle çelik çaprazlı çerçeveler seçilmiştir. Bu amaçla, alçak ve orta katı temsilen 4 ve 8 katlı çelik X ve ters V çaprazlı çerçeveler ASCE 7 (2010) ve AISC 341 (2010) yönetmeliklerine uygun şekilde tasarlanmıştır. Çerçevelerin orta ve yüksek seviyelerdeki sismik enerji taleplerini değerlendirmek için uygun yer hareketleri seçilmiştir. Doğrusal olmayan zaman tanım alanında yapılacak analizler de aşılma olasılığı 10% ve 2% hareketleri kullanılacaktır. Enerjiye Dayalı Tasarım Yaklaşımı Enerji kavramlarına bağlı depreme dayanıklı bir yapı tasarımı, deprem tarafından oluşan enerji talebinin yapı enerji kapasitesinden küçük ya da eşit olması olarak ifade edilebilir. Aşağıdaki hareket denklemleri, enerji kavramlarını tanımlamak için yararlı olacaktır. Yatay bir yer hareketi etkisindeki viskoz sönümlü tek serbestlik dereceli (TSD) bir sistemin hareket denklemi aşağıdaki şekilde ifade edilebilir: mu cu + f = 0 (1) t + s Burada m kütle; c viskos sönüm katsayısı, f s, yay kuvveti ( doğrusal bir sistem için f s = ku, k= rijitlik), u kütlenin yere göre rölattif yer değiştirmesi, u g, yer hareketi yer değiştirmesi, u t = u + u g dir. Buna göre (1) denklemi yeniden yazılırsa, 106

mu + cu + f ( u, u ) = mu (2) s Enerjiye dayalı yöntemlerin oluşturulabilmesi için enerji denklemlerinin elde edilmesi gerekmektedir. Doğrusal olmayan tek serbestlik dereceli bir sisteme yer hareketi sırasında giren enerji, viskoz sönüm ve akma yoluyla tüketilmektedir. Doğrusal olmayan bir sistem için değişik enerji terimleri hareket denklemi (2 denklemi ) integre edilerek aşağıdaki gibi elde edilebilir (Chopra, 2010): u u u u mu du + cu du + f ( u, u ) du = mu du (3) s 0 0 0 0 (3) denkleminin sağ tarafı yapıya giren toplam enerjiyi, E I (t), göstermektedir. E I (t), efektif sismik kuvvet tarafından yapılan iş olarak da tanımlanabilir. g g E = u I mu g du (4) 0 (3) denkleminin sol tarafındaki ilk terim kütlenin yere göre rölatif hareketiyle ilişkili olan kinetik enerjiyi, E K (t), göstermektedir. E K 2 mu mu du = mu du = (5) 2 = u u 0 0 (3) denkleminin sol tarafındaki ikinci terim viskoz sönüm yoluyla tüketilen enerjiyi, E D (t), göstermektedir. E D f du = cu du (6) = u u D 0 0 (3) denkleminin sol tarafındaki üçüncü terim ise sistemin akması sonucu oluşan histeretik enerjiyi, E H (t), ve elastik birim şekil değiştirme enerjisinin, E e (t), toplamını göstermektedir. Elastik birim şekil değiştirme enerjisi, E e (t): E e = f S 2k 2 (7) şeklinde ifade edilebilir. Burada k doğrusal olmayan sistemin başlangıç rijitliğini göstermektedir. Sistemin akması sonucu tüketilen histeretik enerji, E H (t), E H = u f S ( u, u ) du Ee (8) 0 Elastik davranışta, E H (t), sıfır olmakta ve inelastik davranışta E e nin E H a göre çok az olmasından dolayı ihmal edilebilmektedir. Bu enerji terimleri göz önüne alınarak bir sistemin enerji dengesi yeniden yazılabilir. 107

E = E + E + E E (9) I K D e + (9) denklemi tasarım denklemi olarak kabul edildiğinde (talep kapasite), sağ taraftaki dört terim yapının kapasitesini ve sol taraftaki terim ise yapıya giren enerjiyi, enerji talebini ifade etmektedir. Anlık kinetik ve elastik birim şekil değiştirme enerjisi, herhangi bir zamandaki yapıya giren toplam enerjinin az bir bölümünü oluşturmaktadır. Bu nedenle kinetik enerji ve elastik birim şekil değiştirme enerjisi ihmal edilebilir ve (9) denklemi tekrar yazılırsa: H E = E E (10) I D + Deprem hareketi sonunda (10) denklemindeki parametreler belirlenebilmekte ve yapı boyunca histeretik enerjinin dağılımı hesaplanabilmektedir. Bununla birlikte (9) denklemindeki enerji terimleri, yapı sisteminin yere göre rölatif hareketinden çıkarılan enerji değerleridir. Toplam enerji, E I, yer hareketi sonucu yapının temelinde oluşan toplam kesme kuvvetinin yaptığı işe göre de tanımlanabilir (Uang and Bertero, 1988). Bir yapıda iç kuvvetlere yol açan etkilerin rölatif yer değiştirmeler ve hızlar olduğu göz önüne alındığında, rölatif harekete göre tanımlanan enerji terimlerinin daha anlamlı olduğu görülmektedir (Chopra, 2010). H Sismik Enerji Taleplerinin Örnek Bir Çalışmada İncelenmesi Yapı Tanımı Farklı iki açıklıklı 4 ve 8 katlı, alçak ve orta katlı çelik X ve ters V çaprazlı çerçevelerini temsil eden taşıyıcı sistemler ASCE 7-10, AISC 360-10 ve AISC 341-10 yönetmeliklerine uygun şekilde tasarlanmıştır. Yapının plan ölçüleri 45m genişlik, 45m uzunluğa ve 9m mesafesinde 5 açıklıktan oluşmaktadır. 4 ve 8 katlı modellerde tipik kat yüksekliği 4m dir. 8 katlı modellerde zemin kat 5 m olarak tasarlanmıştır. Şekil 1, 2, 3 ve 4 de, tasarlanan çaprazlı çerçevelerinde kullanılan kesitler verilmiştir. 8 katlı modelde bodrum perdelerinin ve bodrumu çevreleyen zeminin yapının zemin seviyesindeki yatay deplasmanı engellediği kabul edilmiş ve sismik taban zemin seviyesi alınmıştır. Binaların doğrusal analizleri LRFD hükümlerine göre AISC 360-10 standardına uygun olarak yapılmıştır. Normal katlarda eleman ağırlıklarını da içeren sabit yükler 5.0 kn/m 2, hareketli yükler ise 2.4kN/m 2 olarak alınmıştır. Çatı katlarında sabit ve hareketli yükler sırasıyla 4kN/m 2 ve 1.4kN/m 2 olarak sisteme etki ettirilmiştir. Modellerde kolon ve kirişler S355 yapısal çelik kalitesinde Avrupa geniş başlıklı kesitler kullanılmıştır. Çapraz elemanlar S275 çelik kalitesinde kutu profiller kullanılmıştır. Çerçevelerin davranış spektrumu analizleri D sismik tasarım kategorisi için yapılmıştır. Ayrıca çerçevelerde eşdeğer deprem yükü yöntemine göre taban kesme kuvvetleri belirlenmiş ve davranış spektrumu analizlerinden elde edilen değerlerle karşılaştırılmış, gerekli durumlarda yükler arttırılmıştır. ASCE 7-10 hükümleri uyarınca çerçevelerin analizleri sonucu bulunan temel periyotlar (T), yaklaşık yöntemle belirlenen temel periyod (T a ) ve üst limit kat sayısı (C u ) ile kıyaslanmıştır. Temel periyodun (T), C u T a yı aşması durumunda analizlerde C u T a kullanılmıştır. 108

6. ÇELİK YAPILAR SEMPOZYUMU Şekil 1. 4 katlı ters V çaprazlı yapı görünüşü Şekil 2. 4 katlı X çaprazlı yapı görünüşü Şekil 3. 8 katlı ters V çaprazlı yapı görünüşü 109

Şekil 4. 8 katlı X çaprazlı yapı görünüşü Çerçevelerin temel periyodları (T), yaklaşık yöntemle hesaplanan periyodları (T a ), eşdeğer deprem yöntemine göre hesaplanan taban kesme kuvvetleri (V) ve davranış spektrumu ile elde edilmesi gereken minimum kesme kuvveti (V t ) Tablo 1 de sunulmuştur. Ters V tipindeki çapraz elemanlarının bağlandığı kiriş tasarımı, bağlanan çapraz elemanlarının aktaracağı beklenen maksimum kuvvetlere göre analiz edilmiştir. Yapısal sistemin stabilitesi arttırılmış deprem etkileri altında kontrol edilmiş ayrıca AISC 341-10 yönetmeliğine göre belirlenmiş en kesit (kompaktlık) şartları kolon ve çaprazlar için yüksek sünek seviyesi, kirişler için orta seviye sünek olarak tasarlanmıştır. Tablo 1. Çaprazlı çerçeveler için temel periyodlar ve taban kesme kuvvetleri Kat 4-KAT 8-KAT Tip T (sn) T a (sn) C u C u T a (sn) T hesap (sn) Toplam Kütle (kn.sn 2 /m) V (kn) V t (kn) Ters V 0.563 0.390 1.4 0.546 0.546 2173 4337 4364 X 0.593 0.390 1.4 0.546 0.546 2173 4337 4158 Ters V 1.523 0.656 1.4 0.918 0.918 4485 5322 4946 X 1.582 0.656 1.4 0.918 0.918 4485 5322 4812 110

Bina katlarının yatay düzlemde rijit diyafram hareketi yaptığı kabul edilmiştir. Çelik çaprazlı çerçevelerinin tasarımında taşıyıcı sistem davranış katsayısı (R=6), taşıyıcı sistem dayanım fazlalığı (veya büyütme) katsayısı (Ω o =2) ve yer değiştirme büyütme katsayısı (C d =5) alınarak taban kesme kuvveti, elemanlara etkiyen kuvvetler ve kat ötelenmeleri belirlenmiştir. Binaların sismik parametreleri, Ss=2.0g ve S 1 =1.0g olan bir bölgede olduğu kabul edilmiştir. Tasarım spektrumu için S DS =1.333g, S D1 = 0.666g ve uzun periyod bölgesine geçiş periyodu T L =12.0s alınmıştır. Çerçeveler ASCE 7-10 hükümleri uyarınca %2 göreli kat ötelenmesi sınırı göz önüne alınarak tasarlanmıştır. ASCE 7-10 a göre yanal harekete katılan eleman rijitliklerinin seviyesini belirleyen katsayı (redundancy factor), ρ = 1.3 alınarak deprem yüklemelerine dahil edilmiştir. Göreli kat ötelenmesi ve p-delta kontrollerinde ρ = 1.0 alınarak yönetmeliğe uygun olarak analizler geçekleştirilmiştir. Tasarlanan bütün çerçevelerin kolonları temele basit bağlantı ile mesnetlendiği kabul edilmiştir. Şekil 5. Tasarım Deprem Seviyesi ve Şiddetli Deprem Seviyesi ( SDS) için Davranış Spektrumları Aşılma olasılığı 10% ve 2% olan iki gurup yer hareketleri PEER kuvvetli yer hareketi veri tabanından seçilmiştir. Her gurup 3 adet deprem kaydından oluşmaktadır. Seçilen zeminin kayma dalgası hızı 300 m/sn ile 770 m/sn arasındadır. Seçilen depremler Şekil 5 de verilen davranış spektrumlarına uygun olarak ölçeklendirilmiştir. Seçilen depremlerin ölçeklendirilmiş ivme zaman kayıtları ve davranış spektrumları Şekil 6 ve 7 de verilmiştir. Tasarım spektrumu ASCE 7-10 uyarınca belirlenmiş ve Şekil 5 de gösterilmiştir. Her binanın taşıyıcı sisteminde dış çerçeveler sismik yüklere çalışan merkezi çaprazlı çerçevesi, iç çerçeveler ise sadece düşey yüklere çalışan ve kirişlerin kolonlara basit bağlandığı çerçeveler olarak tasarlanmıştır. Analiz Sonuçları Enerji davranış parametrelerini incelemek için 4 ve 8 katlı çaprazlı çerçevelerde doğrusal olmayan zaman tanım alanında analizler yapılmıştır. Tasarlanan çerçeveler toplamda 6 adet olmak üzere iki grup yer hareketine maruz bırakılmıştır. Tablo 2 de bu yer hareketlerine ait detaylı bilgiler gösterilmiştir. Doğrusal olmayan zaman tanım 111

alanındaki analizlerde kullanılan iki grup yer hareketi aşılma olasılığı %10 ( Tasarım deprem seviyesi) ve %2 ( Şiddetli deprem seviyesi- MCE) olan depremleri ifade etmektedir. Yapı elemanları, doğrusal olmayan analizlerini ve performans değerlendirilmesini sağlayan PERFORM 3D programı ile modellenmiştir. Çerçeveler, uçlarında muhtemel plastikleşme bölgeleri bulunan kolon ve kiriş elemanları ile modellenmiştir. Kolonlarda eksenel kuvvet ve eğilme momenti etkileşimi göz önüne alınmıştır. Zaman geçmişi analizlerinde P-Δ etkisi göz önüne alınmıştır. Şekil 6 ve 7 de belirtilen depremlerden aşılma olasılığı %10 olan depremler GM1, GM2 ve GM3 olarak, aşılma olasılığı %2 olan depremler GM4, GM5 ve GM6 olarak adlandırılmıştır. Elastik davranış spektrumuna göre ölçeklendirilmiş deprem kayıtlarına ait davranış spektrumları Şekil 8 ve 9 da özetlenmiştir. Tablo 2. PEER Veritabından Alınan Deprem Kaydı Özellikleri İsim NGA# Kayıt Ölçekleme Süre PGA Katsayısı (s) (cm/s 2 ) GM 1 (%10) 1612 Düzce 3.5588 41.0 531.89 GM 2 (%10) 4284 Basso,Tirreno 3.9035 29.00 572.00 GM 3 (%10) 451 Morgan Hill 0.8357 41.00 317.059 GM 4 (%2) 1111 Kobe 1.3103 41.00 620.973 GM 5 (%2) 4099 Park Field 2.2397 21.00 1047.708 GM 6 (%2) 4481 L Aquila 1.7551 61.00 828.945 Şekil 6. Aşılma olasılığı %10 olan yer hareketleri için ivme zaman kayıtları Şekil 7. Aşılma olasılığı %2 olan yer hareketleri için ivme zaman kayıtları 112

Şekil 8. Aşılma olasılığı %10 için PEER veri tabanından seçilen yer hareketleri (GM 1, GM 2, GTM 3 ) için ölçeklendirilmiş davranış spektrumları Şekil 9. Aşılma olasılığı %2 için PEER veri tabanından seçilen yer hareketleri (GM 4, GM 5, GTM 6 ) için ölçeklendirilmiş davranış spektrumları Sismik enerji davranış parametresi olan ve kütleye göre normalize edilmiş toplam enerji değerleri her açıklık tipi için Şekil 10 ve Şekil 11 de belirtilmiştir. 4 katlı X çaprazlı çerçeve sistemi için %10 aşılma olasılığına uygun GM 1, GM 2 ve GM 3 deprem hareketlerinde, E I /m değerleri için ortalama 0.96 m 2 /sn 2 iken %2 aşılma olasılığına uygun GM 4, GM 5 ve GM 6 deprem hareketlerinde ortalama 1.45 m 2 /sn 2 olmaktadır. E I /m değerleri ters V çaprazlı çerçevesi için %10 aşılma olasılığına uygun GM 1, GM 2 ve GM 3 deprem hareketlerinde ortalama 0.96 m 2 /sn 2 iken iken %2 aşılma olasılığına uygun GM 4, GM 5 ve GM 6 deprem hareketlerinde ortalama 1.43 m 2 /sn 2 değerine ulaşmakta olduğu Şekil 10 da gösterilmiştir. 113

Şekil 10. 4 katlı X ve ters V çerçevelerin %2 ve %10 aşılma olasılığındaki deprem seviyeleri için E I /m değerleri Şekil 11. 8 katlı X ve ters V çerçevelerin %2 ve %10 aşılma olasılığındaki deprem seviyeleri için E I /m değerleri 114

8 katlı X çaprazlı çerçeve sistemi %10 aşılma olasılığına uygun GM 1, GM 2 ve GM 3 deprem hareketlerinde, E I /m değerleri ortalama 3.03 m 2 /sn 2 iken %2 aşılma olasılığına uygun GM 4, GM 5 ve GM 6 deprem hareketlerinde ortalama 3.59 m 2 /sn 2 olmaktadır. E I /m değerleri ters V çaprazlı çerçeve için %10 aşılma olasılığına uygun GM 1, GM 2 ve GM 3 deprem hareketlerinde ortalama 3.05 m 2 /sn 2 iken %2 aşılma olasılığına uygun GM 4, GM 5 ve GM 6 deprem hareketlerinde ortalama 3.59 m 2 /sn 2 değerine ulaşmakta olduğu Şekil 11 de gösterilmiştir. Sonuçlar Bu çalışmada alçak ve orta katlı çelik çaprazlı yapıların performansa dayalı depreme dayanıklı tasarım metodu altında enerji esaslı tasarım değerlendirmeler sunulmuştur. Çelik moment çerçeveleri tasarımın rasyonelliğini, uygulanabilirliğini ve ileride yapılacak çalışmaların ihtiyacını göz önüne alınarak seçilmiştir. Aşılma olasılığı %10 ve %2 olan deprem yer hareketleri, taşıyıcı sistemin orta ile yüksek hasar seviyelerini değerlendirmek için seçilmiştir. Alçak ve orta katlı yapıları temsilen 4 ve 8 katlı merkezi çelik X ve ters V çaprazlı çerçeveleri doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz edilmiş ve sismik enerji talepleri belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar aşağıdaki listelenmiştir. 4 katlı merkezi çelik X ve ters V çaprazlı çerçeveleri için toplam ortalama giren enerji parametresi, E I /m, aşılma olasılığı %10 olan yer hareketlerinde sırasıyla 0.96 m 2 /sn 2 ve 0.96 m 2 /sn 2 olmakta iken aşılma olasılığı %2 olan yer hareketlerinde yaklaşık 1.45 m 2 /sn 2 ve 1.43 m 2 /sn 2 değerlerindedir. 8 katlı merkezi çelik X ve ters V çaprazlı çerçeveleri için toplam ortalama giren enerji parametresi, E I /m, aşılma olasılığı %10 olan yer hareketlerinde sırasıyla 3.03 m 2 /sn 2 ve 3.05 m 2 /sn 2 olmakta iken aşılma olasılığı %2 olan yer hareketlerinde yaklaşık 3.59 m 2 /sn 2 ve 3.59 m 2 /sn 2 değerlerindedir. Yapıya giren sismik enerjinin daha farklı deprem karakteristiklerine sahip yer hareketleri altında incelenmesi için çalışmalar yapılması gerekmektedir. Bu çalışma alçak ve orta katlı çelik yapılar üzerinde sonuçlar elde edilmeye çalışılmıştır, yüksek katlı çelik yapılar için araştırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Teşekkür Bu çalışmayı (Proje # 114R044) destekleyen Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu na (TÜBİTAK) katkılarından dolayı teşekkür ederiz. Bu çalışmada bahsi geçen görüşler sadece yazarlara aittir ve başka hiçbir organizasyon ve kişiyi temsil etmemektedir. 115

Referanslar AISC 341-10, 2010. Seismic Provisions for Steel Structural Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.. AISC 358-10, 2010. Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL. AISC 360-10, 2010. Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL. Akbas B, Shen J, and Hao H, 2001 Energy approach in performance-based seismic design of steel moment resisting frames for basic safety objective, The Structural Design of Tall Buildings, 10:193-217. Akbas B, and Shen J, 2002. Energy Approach in Performance-Based Earthquake- Resistant Design, Twelweth European Conference on Earthquake Engineering, London, England. Akiyama H. 1985. Earthquake-Resistant Limit-State Design for Buildings, University of Tokyo Press. ASCE 7-10.2010. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, American Society of Civil Engineers, Reston, VA. Chopra A.K, Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 2010. Fajfar P, Vidic T, and Fischinger M, 1991, On the Energy Input into Structures, Proc. of the Pacific Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, 1, 81-92. Fajfar P and Vidic T, 1994, Consistent Inelastic Design Spectra: Hysteretic and Input Energy, Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 23, 523-537. Housner GW, 1956, Limit Design of Structures to Resist Earthquakes, In: Proceedings of the First World Conference on Earthquake Engineering, Berkeley, California, 5-1-5-13. PEER Database, Peer.berkeley.edu/peer_ground_motion_database. Pacific Earthquake Engineering Research Center, 325 Davis Hall, University of California, Berkeley, CA 94720. PERFORM-3D, 2011. Nonlinear Analysis and Performance Assessment for 3D Structures, Version 5.0.0. Shen J and Akbas B, 1999, Seismic Energy Demand in Steel Moment Frames, Journal of Earthquake Engineering, 3(4): 519-559. Shen J, Hao H, and Akbas B, 2000, Hysteresis Energy in Moment Frames, Shen J., Editor. The Engineering Science of Structures, A Special Volume Honoring Sidney A. Guralnick. Illinois Institute of Technology: April, 112-138. Uang CM and Bertero VV,1990, Evaluation of Seismic Energy in Structures, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 19:77-90. 116