Yedinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 30 Mayıs-3 Haziran, 2011, İstanbul Seventh National Conference on Earthquake Engineering, 30 May-3 June 2011, Istanbul, Turkey İLERİ YÖNLENMELİ DEPREM KAYITLARI ETKİSİNDEKİ MEVCUT BETONARME BİNALARIN DEPLASMAN TALEPLERİNİN DOĞRUSAL ELASTİK ZAMAN TANIM ALANINDA ANALİZLE DEĞERLENDİRİLMESİ EVALUATION OF SEISMIC DISPLACEMENT DEMANDS OF EXISTING REINFORCED CONCRETE BUILDINGS USING LINEAR TIME HISTORY SUBJECTED TO FORWARD DIRECTIVITY GROUND MOTIONS ANALYSIS Mehmet INEL 1, Önder ÖNÜR 2, Hayri B Özmen 3 ve Sinem ÇELİK 2 ÖZET Çalışmanın amacı düşük ve orta yükseklikteki betonarme yapıların deplasman taleplerini 3-B zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz ile elde ederek bu değerleri zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan analizle elde edilen değerler ile kıyaslamaktır. Düşük ve orta yükseklikteki binalar 2-, 4- ve 7-katlı binalar ile temsil edilmiştir. Her bir yapı grubu için iki farklı deprem yönetmeliği (1975 ve 1998) ve 2 farklı malzeme durumu dikkate alınmıştır. Bu şekilde, 12 adet 3-B modelin her iki asal yönlerinde gerçek deprem kayıtları kullanılarak doğrusal elastik zaman tanım alanında analizlerle deplasman talepleri hesaplanmıştır. Analizlerde gerçek depremlerden elde edilen kayıtlar arasından seçilen ileri yönlenme etkisine sahip ivme kayıtları kullanılmıştır. Analiz sonuçları beton dayanımının deplasman talepleri üzerinde sınırlı etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Her bina grubu içinde analizlerde kullanılan ivme kayıtlarından elde edilen minimum ve maksimum deplasman talebi değerleri arasında ciddi saçılımın olduğu görülmektedir. Çatı katı ötelenmelerinin ortalamalarına bakıldığında kat sayısı artıkça ötelenme talebi artarken, göreli kat ötelenmelerinin ortalamaları da en riskli bina grubunun 1975 Deprem Yönetmeliği ne göre tasarlanan 4-katlı binalar olduğunu göstermektedir. 1998 Deprem Yönetmeliği binaların davranışlarında ciddi iyileşme sağlamıştır. Doğrusal elastik ve elastik olmayan analizlerle elde edilen çatı katı deplasman talepleri kıyaslandığında, doğrusal elastik analiz tahminlerinin 2- ve 4- katlı binalarda doğrusal elastik olmayan analiz tahminleri göre düşük olduğu, 7-katlı binalarda yakın olduğu gözlenmiştir. Bu gözlem 7-katlı bina periyotlarının eş deplasman kabulünün geçerli olduğu aralıkta olduğunu göstermektedir. Mevcut binalar için doğrusal elastik analizin 7-katlı binalarda kullanılması olası iken 2- ve 4-katlı binalarda kullanımında daha dikkatli olunmasını gerektirmektedir. Anahtar Kelimeler: Deplasman talepleri, Mevcut betonarme binalar, Zaman tanım alanında analiz, Doğrusal elastik analiz, İleri yönlenme etkisine sahip ivme kayıtları ABSTRACT The aim of this study is to evaluate linear seismic displacement demands of existing low- and mid-rise RC buildings using 3-D nonlinear response history analysis and to compare them with nonlinear ones. The selected 2-, 4-, and 7-story buildings reflect the existing building stock. The parameters for the investigation were number of stories, design code and concrete strength. Total of 12, 3-D buildings are subjected to the selected forward directivity ground motion records from past earthquakes for two principal directions. The concrete strength has limited effect in displacement demands for the considered. The variation in seismic displacement demands of the existing buildings is considerably high when minimum and 1 Doç. Dr., Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli, minel@pau.edu.tr 2 Y.Lisans öğrencisi, Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli. 3 Arş. Gör., Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli, hozmen@pau.edu.tr
2 M. Betonarme Bin. Depl. Taleplerinin D. Elastik Z. T. A. Analizle Değ. maximum values are concerned. While average roof displacement demands increases as the number of story increases, the interstory drift ratios show that the buildings with highest seismic risk are 4-story buildings per 1975 code. The significant improvement in buildings constructed per 1998 code is obvious compared to those per 1975 code. The comparison of linear and nonlinear seismic displacement demands indicates that linear displacement demands estimates of 2- and 4-story buildings are considerably smaller than nonlinear estimates while linear and nonlinear displacement demand estimates of 7-story buildings are close. This indicates that the period of 7-story buildings is in equal displacement approach region. The study implies that displacement demand estimates of existing 7-story buildings can be obtained using linear time history analysis while special care is required in order to use linear time history analysis for existing 2- and 4-story building demands. Keywords: Displacement demands, Existing reinforced concrete buildings, Ground motions with forward directivity effects, Linear analysis, Response history analysis. GİRİŞ Yapılarda deprem yükleri altında deplasman taleplerinin elde edilmesinde doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz gerçekçi sonuçlar vermesine rağmen, analizlerin maliyet ve zorlukları bu yöntemin kullanılmasını kısıtlamaktadır. Bu yöntem yerine doğrusal elastik, doğrusal elastik olmayan statik ya da eşdeğer tek serbestlik derecesine çevirerek yapılan doğrusal elastik olmayan zaman tanım alanında (ZTA) analiz yöntemleri tercih edilmektedir. Çalışmanın amacı düşük ve orta yükseklikteki betonarme yapıların deplasman taleplerini 3-B zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz ile elde ederek bu değerleri zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan analizle elde edilen değerler ile kıyaslamaktır. Düşük ve orta yükseklikteki yaklaşık 500 mevcut bina üzerinde yapılan envanter çalışması (Inel vd., 2009) ile elde edilen bina özelliklerinin yansıtılması ile 1-2 katlı yapıları temsilen 2, 3-5 katlı yapılar için 4, 6 ve üzeri katlı yapılar için 7 katlı bina modelleri oluşturulmuştur. Her bir yapı grubu için iki farklı deprem yönetmeliği (1975 ve 1998) ve 2 farklı malzeme durumu dikkate alınmıştır. Bu şekilde, 12 adet 3-B modelin her iki asal yönlerinde gerçek deprem kayıtları kullanılarak zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan analizlerle deplasman talepleri hesaplanmıştır. Analizlerde gerçek depremlerden elde edilen kayıtlar arasından seçilen ileri yönlenme etkisine sahip 12 adet ivme kaydı kullanılmıştır. Analizler sonucu elde edilen çatı katı ötelenme oranı, göreli kat ötelenmeleri elde edilerek doğrusal elastik olmayan yöntem ile elde edilen değerler ile kıyaslanmıştır. Çalışmada elde edilen bulgular, mevcut betonarme bina stoğunun deprem davranışının ve ileri yönlenme etkisine sahip deprem kayıtlarının bina davranışı üzerindeki etkilerinin anlaşılmasında önemli katkıda bulunacaktır. Ayrıca zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz ile elde edilen deplasman taleplerinin ne ölçüde doğrusal olmayan davranışı yansıttığı değerlendirilecektir. YAPILARIN TANIMLANMASI VE MODELLENMESİ 2-, 4- ve 7- katlı betonarme bina modelleri, Türkiye deki 1. Derece deprem bölgelerindeki orta yükseklikteki binaları temsil edecek şekilde seçilmiştir. Seçilen binalar perde duvarı olmayan tipik kiriş-kolon betonarme çerçeve binalarıdır. Detaylı saha ve arşiv araştırması sonucu (yaklaşık 500 bina) bina modelleri kolon sayısı, kolon-kiriş ölçüleri, kat alanı ve diğer parametreleriyle ülkemizde 1. derece deprem bölgelerinde projelendirilmiş tipik binaları yansıtacak şekilde belirlenmiştir. Saha ve arşiv verilerinin içinde çoğunluğu Denizli den olmak üzere, Aydın, Muğla, İzmir ve İstanbul gibi değişik şehirlerden veriler mevcuttur (Inel vd., 2009). Yansıtılan değerler ortalama değerledir. Binaların plan görünümü Şekil 1 de verilmiştir.
M. İnel, Ö. Önür, H.B. Özmen ve S.Çelik 3 10 m 13 m 2-katlı 4-katlı 7-katlı Şekil 1. 2-, 4- ve 7- katlı binaların plan görünümü Seçilen referans binaları sismik ağırlık ve sismik yükler göz önünde bulundurularak 1975 ve 1998 Türk Deprem Yönetmeliği ne göre (1975 TDY, 1975; 1998 TDY, 1998) tasarlanmıştır
4 M. Betonarme Bin. Depl. Taleplerinin D. Elastik Z. T. A. Analizle Değ. (1.derece deprem bölgesi ve zemin sınıfı Z3). İki farklı beton basınç dayanımı değeri göz önünde bulundurulmak üzere; 1975 TDY için 10 ve 16 MPa ve 1998 TDY için 16 ve 25 MPa kullanılmıştır. Boyuna ve enine donatıların akma dayanımı 1975 ve 1998 TDY için sırasıyla 220 ve 420 MPa alınmıştır. Boyuna donatıların pekleşmesi dikkate alınmıştır. Bina modelleri isimlendirilirken kat yüksekliği, kullanılan yönetmelik, basınç dayanımı ve dikkate alınan yön yansıtılmıştır. Örneğin 4st-75BS16x, 4- katlı, 1975 TDY ye uyan, beton basınç dayanımı 16 MPa olan ve x yönü dikkate alınan bina modelinin karşılığı olmaktadır. 2-, 4- ve 7- katlı referans bina modellerinin her biri sismik ağırlık ve sismik yüklemeyle 1975 ve 1998 TDY için tasarlanmıştır, saha ve arşiv araştırmasına dayanarak ölçülendirilmiştir. Sonuçları doğrusal olmayan analiz için eleman boyutları ve donatıları modellenmiştir. Elemanların donatılarında basitleştirme yapılmamıştır; tasarıda tüm elemanlardaki donatılar aynen yansıtılmıştır. Modellemede 2007 TDY göz önüne alınarak efektif rijitlik değerleri kullanılmıştır; kirişler için 0.4EI ve kolonlar için eksenel yük seviyesine göre 0.4 ve 0.8EI değerleri arasında değişen, değerler kullanılmıştır. Analizler SAP2000 programı (CSI, SAP2000, 2010) ile yapılmıştır. Zaman tanım alanında analizde Newmark ortalama ivme metodu kullanılmıştır. Tablo 1. Bina modellerinin bazı önemli özelliklerinin değişim aralığı Parameter 2-katlı 4-katlı 7-katlı Sismik Ağırlık (kn) 2440-2451 6096-6348 18262-19678 Periyot (s) 0.243-0.304 0.416-95 0.620-0.877 Yatay Dayanım/Sismik Ağırlık 0.383-0.621 0.184-0.364 0.117 0.273 ANALİZLERDE KULLANILAN İVME KAYITLARI Zaman tanım alanında yapılan analizlerde kullanılan deprem etkileri gerçek depremlerden seçilen farklı özelliklerdeki ivme kayıtlarıdır. Çalışma kapsamında kullanılan kayıtların ortak özelliği ileri yönlenme (Forward Directivity) ektilerinin olmasıdır. İleri yönlenme etkisine sahip ivme kayıtları göreceli olarak büyük hız atım etkileri taşımaktadır. Bu tür ivme kayıtları bazı kaynaklarda yakın kaynak (Near Field) pulse etkileri taşıyan depremler olarak yer almaktadır (Sommerville vd., 1997). Bu tür ivme kayıtları için fay doğrultusuna dike en yakın bileşkeler kullanılmıştır. İleri atımlı olduğu literatürde açık olan 12 adet ivme kaydı ile yapılan analiz sonucu çatı katı ötelenme oranı, göreli kat ötelenmeleri, deplasman taleplerinin katlara göre dağılımı yönetmelikte önerilen veya kabul edilen değerler ile kıyaslanmıştır. Bu çalışmada göz önünde bulundurulan ivme kayıtlarının özellikleri Tablo 2 de gösterilmiştir. Kullanılan kayıtlarının büyüklük ve özellikleri, %5 sönüm için elde edilen ivme spektrum değerlerinden açıkça görülmektedir. Şekil 2 de verilen spektrumların genel eğilimi ve 12 ivme kaydının ortalaması ile Türk Deprem Yönetmeliği 2007 de 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan deprem için Z3 sınıfı zemin üzerindeki spektrum değerlerini göstermektedir. Spektrum değerleri oldukça geniş bir saçılım gösterirken, 12 ivme kaydının ortalaması yönetmelik spektrumuna oldukça yakındır. Çalışma kapsamında dikkate alınan binaların periyotlarının 0.24-0.88 saniye aralığında olduğu dikkate alındığında, kayıtlara ait ortalama spektrumun genel eğiliminin yönetmelik spektrumunun biraz üzerindedir. Çalışma kapsamında dikkate alınan her bir 3-B bina modeli ölçeklendirilmemiş seçilen ivme kayıtlarına maruz kalarak zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz kullanılarak deplasman talepleri hesaplanmıştır. SİSMİK TALEP DEĞERLENDİRMESİ Çalışma kapsamında dikkate alınan 3-B farklı yönetmelik ve farklı beton dayanımına sahip 2-, 4- ve 7- katlı binaların 12 ivme kaydı için sismik talepleri zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz ile elde edilerek değerlendirilmiştir.
M. İnel, Ö. Önür, H.B. Özmen ve S.Çelik 5 Tablo 2. Çalışmada kullanılan ileri yönlenme etkisine sahip ivme kayıtlarının özellikleri (www.peer.berkeley.edu) Kayıt Adı Capemend/Pet090 Deprem Adı Cape Mendocino Tarih (gg/aa/yy) Büyüklük İstasyon Bileşen ( ) PGA (g) PGV (m/s) Uzaklık (km) 25.04.1992 M= 7.1 Petrolia 090 0.662 89.70 9.5 Dzc/Bol090 Duzce 12.11.1999 M= 7.2 Bolu 090 0.822 Erz/EW Erzincan 13.03.1992 M= 6.9 Erzincan East 0.496 64.3 Impvall/Bra315 Imperial Valley 15.10.1979 M= 6.5 Brawley Airport 62.1 17.6 315 0.22 38.9 8.5 Kobe/Tak090 Kobe 16.01.1995 M= 6.9 Takatori 090 0.616 120.7 0.3 Koc/Dzc270 Kocaeli 17.08.1999 M= 7.4 Duzce 270 0.358 46.4 12.7 Koc/Gbz000 Kocaeli 17.08.1999 M= 7.4 Gebze 000 0.244 50.3 17.0 Landers/Lcn275 Landers 28.061992 M= 7.3 Lucerne 275 0.721 97.60 1.1 Lomap/Lex090 Morgan/Cyc285 Loma Prieta Morgan Hill 18.08.1989 M= 6.9 24.04.1984 M= 6.2 Northr/Nwh360 Northridge 17.01.1994 M=6.7 Northr/Syl090 Northridge 17.01.1994 M=6.7 Lexington Dam Coyote Lake Dam Newhall- Fire Station Sylmar- Olive View Med 090 08 72.798 5.02 285 1.298 80.8 0.1 360 9 97.2 7.1 090 0.604 78.2 6.4 Spektral İvme (g) 2.5 2 1 Capemend-Pet090 Erz-EW Kobe-Tak090 Koc-Gbz000 Lomap-Lex090 Northr-Nwh360 ORTALAMA Dzc-Bol090 Impvall-Bra315 Koc-Dzc270 Landers-Lcn275 Morgan-Cyc285 Northr-Syl090 TDY-2007 0 0 1 2 2.5 3 Periyot (s) Şekil 2. İleri yönlenme etkisine sahip ivme kayıtlarının %5 sönüm için elastik ivme spektrumları
6 M. Betonarme Bin. Depl. Taleplerinin D. Elastik Z. T. A. Analizle Değ. Çatı Katı Ötelnme Oranı (%) 2-kat Minimum Ortalama Maksimum Çatı Katı Ötelenme Oranı (%) 4-kat Çatı Katı Ötelenme Oranı (%) 7-kat Şekil 3. 2-, 4- ve 7- Katlı Binaların Çatı Katı Ötelenme Oranları 1975 ve 1998 Deprem Yönetmelikleri için iyi sayılabilecek beton dayanımları (1975 yönetmeliği için 16 MPa ve 1998 yönetmeliği için 25 MPa) için çatı katı ve göreli kat deplasmanları Tablo 3 ve Tablo 4 te verilmiştir. Deplasman değerlerinin daha anlaşılır olması için çatı deplasmanları bina yüksekliği, göreli kat deplasmanları da kat yükseklikleri ile normalize edilmiştir. Bina yüksekliği ile normalize edilen çatı deplasmanlarına Çatı Katı Ötelenme Oranı denilirken, kat yüksekliği ile normalize edilen maksimum göreli kat deplasmanları da Katlar Arası Ötelenme Oranı denmiştir. Şekil 3 ve 4 incelendiğinde deplasman taleplerinde saçılım göze çarpmaktadır. Her bir bina setinin 12 ileri yönlenme etkisine sahip ivme kayıtları için çatı katı deplasmanları değerlendirildiğinde minimum ve maksimum değerler arasındaki fark 2- ve 4-katlı binalarda yaklaşık 3 ile 5 kat, 7-katlı binalarda 5 ile 8 kat arasında değişmektedir. Bu değerler, seçilen ivme kayıtlarının binalarda oldukça değişik hasar seviyelerinde deplasman talebi oluşturacağının göstergesidir. Saçılım 1975 Deprem Yönetmeliği ne göre tasarlanmış binalarda daha fazladır. Ortalama çatı katı ötelenme oranları göz önüne alınarak yapılan kıyaslamada 1998 Deprem Yönetmeliği ne göre tasarlanan binaların talepleri 1975 Deprem Yönetmeliği ne göre tasarlanan binaların taleplerinin 2 katlı binalarda %54-%65, 4-katlı binalarda %61-%68, 7-katlı binalarda ise %66-%72 si arasında değiştiği görülmektedir. 1975 Deprem Yönetmeliği ne göre yapılan binalar arasında çatı katı deplasman taleplerinin 4- ve 7-katlı binalarda benzer olduğu, göreli kat
M. İnel, Ö. Önür, H.B. Özmen ve S.Çelik 7 deplasman talepleri açısından en riskli grup 4-katlı binalardır. Deplasman talepleri üzerinde beton dayanımının etkisinin oldukça sınırlı olduğu Şekil 3 ve 4 te açıkça görülmektedir. Göreli Kat Ötelenme Oranı (%) 3.0 2.5 2-kat Minimum Ortalama Maksimum Göreli Kat Ötelenme Oranı (%) 3.0 2.5 4-kat Göreli Kat Ötelenme Oranı (%) 3.0 2.5 7-kat Şekil 4. 2-, 4- ve 7- Katlı Binaların Göreli Kat Ötelenme Oranları Tablo 3 te görüldüğü üzere, Koc-Gbz000 ve Capemend-Pet090 ivme kayıtlarının küçük taleplerine oranla, Dzc-Blo090, Erz-Ew, Kobe-Tak090, Morgan-Cyc285, Northr-Nwh360 ve Northr-Syl090 ivme kayıtlarının çatı katı deplasman talepleri oldukça yüksektir. Her bir bina grubu için 1975 ve 1998 yönetmelikleri arasındaki karşılaştırma, 1998 Türk Deprem Yönetmeliği ndeki gelişmelerin göstergesi olmaktadır.
8 M. Betonarme Bin. Depl. Taleplerinin D. Elastik Z. T. A. Analizle Değ. İvme Kayıtları Tablo 3. 2-, 4- ve 7- Katlı Örnek Binaların Çatı Katı Deplasman Oranı (%) 1975 C16x 2-Katlı Binalar 4-Katlı Binalar 7-Katlı Binalar 1975 1998 1998 1975 1975 1998 1998 1975 1975 1998 C16y C25x C25y C16x C16y C25x C25y C16x C16y C25x 1998 C25y Capemend- Pet090 0.35 0.36 0.32 0.34 0.37 0.35 0.27 0.22 0.21 0.22 0.24 0.24 Dzc- Bol090 0.39 0.40 0.26 0.30 6 5 0.80 0.73 1.39 1.30 0.80 0.85 Erz- Ew 7 7 0.30 0.31 0.74 0.72 0.44 0.38 0.92 0.84 9 0.66 Impvall- Bra315 0.27 0.28 0.12 0.13 0.43 0.40 0.28 0.22 0.37 0.38 0.30 0.30 Kobe- Tak090 0.75 0.74 2 0.42 0.88 0.84 0.67 0.69 1.28 1.31 0.62 0.70 Koc- Dzc270 4 5 0.20 0.22 0.63 7 0.45 0.46 0.62 0.60 0.42 0.42 Koc- Gbz000 0.17 0.18 0.11 0.13 0.44 0.40 0.26 0.25 0.30 0.29 0.24 0.26 Landers- Lcn275 7 7 0.34 0.35 0.36 0.38 0.40 0.35 5 0.61 0.40 0.43 Lomap- Lex090 0.29 0.30 0.20 0.22 0.62 8 0.47 0.45 8 6 0.71 0.75 Morgan- Cyc285 0.75 0.77 0.46 0.30 1.48 1.39 0 0.86 6 1.38 3 3 Northr- Nwh360 0.74 0.74 0.19 0.22 1.47 1.48 0.82 9 1.66 4 1.29 1.27 Northr- Syl090 0.36 0.37 0.19 0.22 1.16 1.14 0.67 0.49 0.99 2 0.74 0.70 Maksimum 0.75 0.77 2 0.42 1.48 1.48 0 0.86 1.66 4 1.29 1.27 Minimum 0.17 0.18 0.11 0.13 0.36 0.35 0.26 0.22 0.21 0.22 0.24 0.24 Ortalama 0.48 0.48 0.27 0.26 0.80 0.77 4 0.47 0.91 0.88 0.61 0.63 İvme Kayıtları Tablo 4. 2-, 4- ve 7- Katlı Binaların Göreli Kat Ötelenmesi Oranları (%) 2-Katlı Binalar 4-Katlı Binalar 7-Katlı Binalar 1975 1975 1998 1998 1975 1975 1998 1998 1975 1975 1998 C16x C16y C25x C25y C16x C16y C25x C25y C16x C16y C25x 1998 C25y Capemend- Pet090 0.36 0.36 0.34 0.35 7 3 0.39 0.31 0.45 0 0.39 0.41 Dzc- Bol090 0.46 0.45 0.27 0.32 1.41 1.29 3 0.89 1.70 6 6 6 Erz- Ew 0.65 0.63 0.31 0.32 3 0.95 9 0.47 1.41 1.35 0.80 0.76 Impvall- Bra315 0.31 0.31 0.12 0.14 5 0 0.38 0.28 4 6 0.37 0.37 Kobe- Tak090 0.86 0.83 2 0.43 1.16 7 0.88 0.84 6 6 0.77 0.88 Koc- Dzc270 0.62 0.62 0.20 0.23 0.80 0.73 0.60 5 0.86 0.90 4 3 Koc- Gbz000 0.21 0.21 0.11 0.14 8 3 0.36 0.31 0.38 0.39 0.31 0.33 Landers- Lcn275 9 8 0.37 0.37 0.49 4 7 0.43 0.73 0.76 0.66 0.62 Lomap- Lex090 0.34 0.34 0.20 0.23 0.81 0.75 0.63 4 1.37 1.28 0.94 0.93 Morgan- Cyc285 0.85 0.84 0.46 0.31 1.80 1.68 1.27 6 1.89 1.75 1.29 1.27 Northr- Nwh360 0.84 0.82 0.21 0.25 1.92 1.86 9 0.70 0 1.81 1.69 9 Northr- Syl090 0.44 0.44 0.21 0.25 1 1.45 0.90 0.61 1.23 1.23 0.93 0.86 Maksimum 0.86 0.84 2 0.43 1.92 1.86 1.27 6 0 1.81 1.69 9 Minimum 0.21 0.21 0.11 0.14 0.49 0 0.36 0.28 0.38 0.39 0.31 0.33 Ortalama 4 4 0.28 0.28 5 0.99 0.72 8 1.18 1.14 0.81 0.80
M. İnel, Ö. Önür, H.B. Özmen ve S.Çelik 9 Göreli kat deplasmanının maksimum değerinin oluştuğu kat incelenerek Şekil 5 te gösterilmiştir. 2-katlı binalarda genellikle 1.katta oluşan maksimum göreli kat deplasmanı 4-katlı binalarda çoğunluğu 2.kat ve bir miktarı da 3.katta oluşmaktadır. Burada gözlenen katlar ile doğrusal elastik olmayan göreli kat deplasmanları ile uyum gösterirken, 7-katlı binalarda ayrışmaktadır. Doğrusal olmayan analizde gözlenen katlar 2. ve 3. katlar iken, doğrusal elastik analizde maksimum göreli kat deplasmanının 3., 5. ve 6. katlarda oluştuğu gözlenmektedir. Maksimum göreli kat değerinin bu kadar üst katlarda oluşması, modellerde üst katlara doğru eleman boyutlarının küçültülmesi, kolonların eksenel yüke bağlı çatlamış kesit rijitliği katsayılarının azalması ve kullanılan ivme kayıtlarının taşıdığı İleri Yönlenme etkilerine bağlanabilir. Doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan deplasman talepleri arasında yapılan kıyaslama Şekil 6 da verilmiştir. Doğrusal elastik analiz ile elde edilen çatı katı deplasman taleplerinin doğrusal elastik olmayan analiz ile elde edilen çatı katı deplasman taleplerine oranı 2-katlı binalarda 0.64-0.91, 4-katlı binalarda 7-0.76 ve 7-katlı binalarda ise 0.92-0.99 aralığında değiştiği görülmektedir. Genel eğilim olarak 2- ve 4-katlı 1998 TDY ne göre yapılan binalarda bu oranın daha iyi olduğu gözlenmektedir. 7-katlı binaların eş deplasman bölgesinde olması nedeniyle doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan deplasman talep değerleri birbirine yakındır. Tüm değerler 1 in altında kalmaktadır. 0 2-kat 1.kat 2.kat 0 4-kat 2.kat 3.kat Olma Sıklığı Oranı 0.80 0.60 0.40 0.20 Olma Sıklığı Oranı 0.80 0.60 0.40 0.20 0 0 0 7-kat 3.kat 5.kat 6.kat Olma Sıklığı Oranı 0.80 0.60 0.40 0.20 0 Şekil 5. 2-, 4- ve 7- Katlı Binalarda Maksimum Göreli Kat Ötelenmesinin Oluştuğu Kat için Olma Sıklığı Oranı (Maksimum Göreli Kat Deplasmanının Söz Konusu Katta Olma Sayısı /Kullanılan İvme Kaydı Sayısı)
10 M. Betonarme Bin. Depl. Taleplerinin D. Elastik Z. T. A. Analizle Değ. Doğrusal Elastik /Doğrusal Elastik Olmayan Deplasman Talebi 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 2-kat 4-kat 7-kat Şekil 6. Doğrusal Elastik ve Doğrusal Elastik Olmayan Analizlerle Elde Edilen Çatı Katı Deplasman Taleplerinin Karşılaştırması ÖZET VE BULGULAR Düşük ve orta yükseklikteki binaların 2-, 4- ve 7-kat olarak temsil edildiği çalışmada her bir yapı grubu için iki farklı deprem yönetmeliği (1975 ve 1998) ve 2 farklı malzeme durumu dikkate alınmıştır. Bu şekilde, 12 adet 3-B modelin her iki asal yönlerinde gerçek deprem kayıtları kullanılarak zaman tanım alanında doğrusal elastik analizlerle deplasman talepleri hesaplanmıştır. Analizlerde gerçek depremlerden elde edilen kayıtlar arasından seçilen ileri yönlenme etkisine sahip 12 adet ivme kaydı kullanılmıştır. Analizler sonucu elde edilen çatı katı ötelenme oranı, maksimum göreli kat ötelenme oranı ve oluştuğu kat gibi değerler incelenmiş olup, elde edilen değerler doğrusal elastik olmayan analizden elde edilen değerlerle kıyaslanmıştır. Çalışmada elde edilen bulgular aşağıda özetlenmiştir. 12 ivme kaydının %5 sönüm için elde edilen spektrumları oldukça geniş bir saçılım göstermekle birlikte, spektrum ortalaması Türk Deprem Yönetmeliği 2007 de 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan deprem için Z3 sınıfı zemin üzerindeki spektrum değerlerine oldukça yakın bir eğilim göstermektedir. Çalışma kapsamında dikkate alınan binaların periyotlarının 0.24-0.88 saniye aralığında olduğu dikkate alındığında kayıtlara ait ortalama spektrumun genel eğilimi yönetmelik spektrumunun biraz üzerindedir. 1975 ve 1998 TDY esas alınarak tasarlanan binaların mimarisinin aynı olduğu göz önüne alındığında 1998 TYD ne göre yapılan binaların yatay dayanımlarının 1975 TDY ne göre yapılan binalara oranla oldukça iyi olduğu açıktır. Yönetmelikler arasındaki fark bu kadar açık iken beton dayanımının, binaların yatay dayanımına etkisinin oldukça sınırlı olduğu gözlenmektedir. Zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz ile elde edilen deplasman talepleri değerlendirildiğinde minimum ve maksimum değerleri arasında ciddi bir saçılım olduğu açıkça görülmektedir. Her bir bina setinin 12 ileri yönlenme etkisine sahip ivme kayıdı için çatı katı deplasmanları değerlendirildiğinde minimum ve maksimum değerler arasındaki fark 2- ve 4-katlı binalarda yaklaşık 3 ile 5 kat, 7-katlı binalarda 5 ile 8 kat arasında değişmektedir. Bu değerler, seçilen ivme kayıtlarının binalarda oldukça değişik hasar seviyelerinde deplasman talebi oluşturacağının göstergesidir. Saçılım 1975 TDY ne göre tasarlanmış binalarda daha fazladır. Ortalama çatı katı ötelenme oranları göz önüne alınarak yapılan kıyaslamada 1998 TDY ne göre tasarlanan binaların talepleri 1975 TDY ne göre tasarlanan binaların taleplerinin 2
M. İnel, Ö. Önür, H.B. Özmen ve S.Çelik 11 katlı binalarda %54-%65, 4-katlı binalarda %61-%68, 7-katlı binalarda ise %66-%72 si arasında değiştiği görülmektedir. 1975 TDY ne göre yapılan binalar arasında çatı katı deplasman taleplerinin 4- ve 7-katlı binalarda benzer olduğu, göreli kat deplasman talepleri açısından en riskli grubun 4-katlı binalar olduğu görülmüştür. Deplasman talepleri üzerinde beton dayanımının etkisi sınırlıdır. Göreli kat deplasmanının maksimum değerinin oluştuğu kat incelendiğinde 2-katlı binalarda genellikle 1.katta oluşan maksimum göreli kat deplasmanı 4-katlı binalarda çoğunluğu 2.kat ve bir miktarı da 3.katta ve 7 katlı binalarda 3., 5. ve 6. katlarda oluşmaktadır. Maksimum göreli kat değerinin bu kadar üst katlarda oluşması, modellerde üst katlara doğru eleman boyutlarının küçültülmesi, kolonların eksenel yüke bağlı çatlamış kesit rijitliği katsayılarının azalması ve kullanılan ivme kayıtlarının taşıdığı İleri Yönlenme etkilerine bağlanabilir. Doğrusal elastik analiz ile elde edilen çatı katı deplasman taleplerinin doğrusal elastik olmayan analiz ile elde edilen çatı katı deplasman taleplerine oranı 2-katlı binalarda 0.64-0.91, 4-katlı binalarda 7-0.76 ve 7-katlı binalarda ise 0.92-0.99 aralığında değiştiği görülmektedir. Genel eğilim olarak 2- ve 4-katlı 1998 TDY ne göre yapılan binalarda bu oranın daha iyi olduğu gözlenmektedir. 7-katlı binaların eş deplasman bölgesinde olması nedeniyle doğrusal elastik ve doğrusal elastik olmayan deplasman talep değerleri birbirine yakındır. Tüm değerlerin 1 in altında olması doğrusal elastik yöntemle hesaplanan taleplerin elastik olmayan yöntem ile hesaplanan değerlerden düşük kaldığını göstermektedir. Bu sebeple özellikle az katlı, düşük periyotlu, yapılarda doğrusal elastik yöntemin kullanılması durumunda bu husus akılda tutulmalıdır. Teşekkür Bu çalışma 107M569 nolu TÜBİTAK ile 2008FBE005 ve 2010FBE099 nolu Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri tarafından desteklenmiştir. KAYNAKLAR 1975 TDY, Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara, 1975. 1998 TDY, Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara, 1998. 2007 TDY, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara, 2007. CSI, SAP2000 V-14 (2010) Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures, Basic Analysis. Inel M., Ozmen H.B., Şenel Ş.M. ve Kayhan A.H. (2009). Mevcut Betonarme Binaların Yapısal Özelliklerinin Belirlenmesi, Uluslararası Sakarya Sempozyumu, 1-2 Ekim 2009, Sakarya, Türkiye. PEER, http://peer.berkeley.edu Somerville PG, Smith NF, Graves RW and Abrahamson NA (1997) Modification of Empirical Strong Ground Motion Attenuation Relations to Include the Amplitude and Duration Effects of Rupture Directivity, Seismological Research Letters, 68 (1).