BETONARME BİNALARIN DEPREM PERFORMANSLARINA DOLGU

Uluda Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 25, Say 1, 2020 ARATIRMA DOI: 10.17482/uumfd.658027
465
Alnma: 11.12.2019; düzeltme: 03.01.2020; kabul: 17.02.2020
Öz: Bu çalmada, kat içinde farkl oran ve düzende yerletirilen dolgu duvarlarn betonarme binalarn
sismik davranlarna olan etkileri aratrlmtr. Türkiye Bina Deprem Yönetmelii (TBDY-2018)'ne
uygun olarak tasarm gerçekletirilen binalarn performanslar zaman tanm alannda dorusal olmayan
analiz yöntemiyle tespit edilmitir. Analizler için 11 adet deprem kayd, yakn ve uzak fay etkileri,
depremlerin büyüklüü, zemin cinsi ve Ülkemizin faylanma mekanizmas gibi parametreler dikkate
alnarak seçilmitir. Seçilen ivme kaytlar, basit ölçeklendirme yöntemi kullanlarak TBDY-2018'de
verilen yatay elastik tasarm spektrumuyla uyumlu olacak ekilde ölçeklendirilmitir. Analizlerde 5 farkl
oranda dolgu duvar dikkate alnmtr. Bu dolgu duvarlar diyagonal (edeer) basnç çubuu olarak
analizlerde dikkate alnmtr. Binann sonlu eleman modelinde SAP2000, kesit analizlerinde ise
RESPONSE2000 program kullanlmtr. Analizler sonucunda, her bir dolgu duvar oran için binalardan
elde edilen mod ekilleri, titreim periyot deerleri, göreli kat ötelemesi oranlar ve bina performans
seviyeleri karlatrmal olarak sunulmutur.
Anahtar Kelimeler: Betonarme Bina, TBDY-2018, Dolgu Duvar, Zaman Tanm Alannda Dorusal
Olmayan Analiz, Deprem Performans
Investigating Effects of Infill Walls on Earthquake Performances of Reinforced Concrete Buildings
Abstract: In this study, the effects of infill walls, which are placed in different ratios and configurations,
on the seismic behaviors of reinforced concrete buildings are investigated. The performance levels of the
buildings which are designed according to Turkish Building Earthquake Code (TBEC-2018) are determined
by using nonlinear time history analysis. For the nonlinear analysis, 11 ground motion records are selected
by considering several parameters such as near and far fault effects, the magnitude of earthquakes, soil type
and faulting mechanism. The selected ground motion records are scaled by using simple scaling method
accordance with the horizontal elastic design spectrum which is defined in TBEC-2018. In the analyses, 5
different infill wall ratios and configurations are taken into consideration and the infill walls are modeled
as equivalent compression strut. The SAP2000 program and RESPONSE2000 program are used for the
finite element models of the structures and cross-section analysis, respectively. As a result of the analysis,
mode shapes, natural period values, interstory drift ratios and building performance levels obtained for the
different infill walls ratios are presented comparatively.
* Gümühane Üniversitesi, Mühendislik ve Doa Bilimleri Fakültesi, naat Mühendislii Bölümü, 29100,
Gümühane. ** Trabzon Büyükehir Belediyesi, Etüd ve Projeler Dairesi Bakanl, 61000, Trabzon.
*** Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, naat Mühendislii Bölümü, 58140, Sivas.
letiim Yazar: Özlem Çavdar ([email protected])
466
Earthquake Performance
1. GR
dolgu duvarlarn bina davranna etkileri genellikle ihmal edilmektedir. Bununla birlikte, dolgu
duvarlar binalardaki mod ekli, sönüm ve titreim periyodu gibi dinamik karakteristikleri
etkileyen özelliklere sahiptir. Ayrca dolgu duvarlarn yatay rijitlie katksnn hesaplarda dikkate
alnmamas durumu güvenli tarafta kalnd düüncesini doursa da dolgu duvarlarn kat
içerisindeki dalm ve oran; burulma düzensizlii, ksa kolon, zayf kat düzensizlii ve
yumuak kat düzensizlii gibi baz olumsuzluklara neden olabilmektedir (Köse ve di., 2007). Bu
sebeple, gerçek yapsal davran elde edebilmek için dolgu duvarlar, binalarn tasarm ve analiz
aamasnda göz önüne alnmaldr.
kapasitesine ciddi katklarnn olduunu ortaya koymulardr. El-Dakhakhni ve di. (2003),
dolgu duvarlarn analitik çalmalarda temsil edilebilmesi için üç edeer diyagonal basnç
çubuu kullanarak yeni bir duvar modeli sunmutur. Hashemi ve Mosalam (2006),
gerçekletirdikleri sarsma masas deneyleri sonucunda dolgu duvarlarn deney numunelerinin
kapasitesini ve sünekliini önemli ölçüde etkilediini ve binalarn tasarm ve analizlerinde dolgu
duvarlarn göz önünde bulundurulmas gerektiini ortaya koymulardr. Asteris ve di. (2011),
literatürde dolgu duvarlarn modellenmesinde yaygn olarak kullanlan edeer basnç
çubuklarna, dolgu duvarlarda bulunan boluklarn yanstlabilmesi için azaltma parametresi
sunmulardr. Bu amaçla çeitli deneysel çalmalardan elde ettikleri verilere göre güncelledikleri
analitik modelleri kullanmlardr. Wakchaure ve Ped (2012), yüksek binalarn yapsal
davranna dolgu duvar etkilerini aratrmlardr. Dolgu duvarlar, edeer basnç çubuu olarak
hesaplarda göz önüne almlardr. Zaman tanm alannda gerçekletirdikleri dorusal analizler
sonucunda, dolgu duvarlarn yerdeitirme ve titreim periyot deerini azaltrken, taban kesme
kuvvetini artrd tespit etmilerdir. Hermanns ve di. (2013), 2011 Lorca depremi sonras
gerçekletirdikleri çalmalar ile binalarda kullanlan dolgu duvar yerleiminin yapsal
düzensizliklere neden olabileceini ortaya koymulardr. Koçak (2013), 1992 Erzincan
depreminde hasar görmü bir betonarme binada, dolgu duvarlar nedeniyle oluan ksa kolon
hasarlarn aratrmtr. Meral (2014), dolgu duvarlarn mevcut binalarn yapsal davranna
katklarn zaman tanm alannda dorusal olmayan hesap yöntemiyle aratrmtr. Bu amaçla
ülkemizdeki geçmi yönetmelikleri kullanarak düük ve orta yükseklikte binalar tasarlamtr.
Ning ve di. (2017), binalarda kullanlan dolgu duvarlarn tayc sistem elemanlarnn
performansna olan etkilerini aratrmak amacyla gerçekletirdikleri analitik çalmalar
neticesinde, dolgu duvarlarnn binalarn göçme mekanizmalarn ve plastik mafsal konumlarn
etkilediini tespit etmilerdir. Qian ve Li (2017), dolgu duvarl ve dolgu duvarsz çerçeveler
üzerinden gerçekletirdikleri deneysel çalmalarda, dolgu duvarn çerçevelerin göçme
mekanizmalarna ve yük-yerdeitirme erilerine olan etkilerini aratrmlardr. Özkaya (2018),
dolgu duvarlarn binalarda yumuak kat düzensizlii üzerine etkisini aratrmtr. Analizler
sonucunda, dolgu duvarlarn tasarm ve analizlerde göz ard edilmesinin olumsuz sonuçlara neden
olabileceini ve yumuak kat düzensizliinde etkili olduklarn ifade etmitir. Zhou ve di.
Uluda Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 25, Say 1, 2020
467
srasnda dolgu duvarsz ve dolgu duvarl üç farkl numune kullanmlardr. Deneyler sonucunda,
binalarn performansnn ve göçme modlarnn duvar yüksekliine, duvarn çerçeveye balanma
türüne, kolon ve duvarn kesme kapasitelerinin oranna bal olduunu ifade etmilerdir.
Dolgu duvarlarn sonlu eleman modellerine doru olarak yanstlmas için literatürde birçok
deneysel ve analitik çalma bulunmaktadr. Dolgu duvarlarn modellenmesi üzerine ilk
çalmalar 1950’li yllarda balamtr. Polyakov (1956), dolgu duvarlar diyagonal basnç
çubuklar ile temsil etmitir. Edeer diyagonal basnç çubuu yönteminde, dolgu duvar ile
tayc sistem arasndaki yük aktarmnn dolgu duvar köegeni boyunca devam eden bir hat
boyunca gerçeklemesi sebebiyle dolgu duvar bu hat üzerinden geçen bir çubuk ile
modellenmektedir. Edeer diyagonal basnç çubuklar hesap kolayl ve dolgu duvarlar
gerçekçi olarak temsil etmesi sebebiyle günümüzde de birçok çalma ve yönetmeliklerde yaygn
olarak kullanlmaktadr (Madan ve di., 1997; Dolsek ve Fajfar, 2008; Kaushik ve di., 2008;
Kose, 2009; Uva ve di., 2012; Liu ve di., 2014; Rathod ve Dyavaval, 2014; Ozturkoglu ve di.,
2017; Liberatore ve di., 2018; Uçar ve Öztürkolu 2018; Börekçi, 2019; Li ve di., 2019).
Literatürde yaygn olarak kullanlan bir dier yöntem ise sonlu elemanlar yöntemi ile dolgu
duvarlarn modellenmesidir. Bu yöntemde, dolgu duvarlarn kalnlnn dier iki boyutuna oranla
daha küçük olmas nedeniyle kabuk eleman olarak hesap modellerinde dikkate alnabilir. Bu
yöntemde, dolgu duvarlar sonlu elaman olarak adlandrlan parçalara bölünür.
Bu çalmada, dolgu duvarlarn betonarme binalarn performanslarna olan etkilerini ortaya
koymak amacyla farkl oran ve düzende dolgu duvarlar dikkate alnarak zaman tanm alannda
dorusal olmayan analizler gerçekletirilmitir. Çalmada dikkate alnan betonarme binann
tasarm Türkiye Bina Deprem Yönetmelii (TBDY-2018)’e göre gerçekletirilmitir. Dorusal
olmayan analizlerde, 5 farkl oran ve düzende dolgu duvarl bina modelleri seçilmitir. Bu
analizlerde, TBDY-2018 esaslarna göre elde edilmi ve ölçeklendirilmi ivme kaytlar
kullanlmtr. Binann sonlu eleman modeli ve analizleri için Structural Analysis Program
(SAP2000, 2015), kesit analizleri ve moment erilik ilikileri için RESPONSE2000 program
kullanlmtr.
2.1. ncelenen Binann Tasarm
Seçilen konut binasnn tasarm TBDY-2018 ve Türk Standard 500 (TS 500, 2000)’ e göre
gerçekletirilmitir. Bina her iki dorultuda da simetrik olup 4.5 m'lik 5 açklktan olumaktadr.
Kat yükseklii tüm katlarda ayn olup 3m'dir. Toplam 5 kattan oluan binann zemin üzerinden
toplam yükseklii 15 m'dir. Konut amacyla kullanlacak binann tayc sisteminin süneklik
düzeyi yüksek moment aktaran betonarme çerçevelerden oluturulmas öngörülmütür. Binann
tasarmnda, dorusal hesap yöntemlerinden edeer deprem yükü yöntemi kullanlmtr.
Analizlerde, beton snf C30/37, donat çelii snf B420C olarak dikkate alnmtr. Yap
Elemanlarnn Boyutlandrlmasnda Alnacak Yükler yönetmeliinden (TS498, 1987)
döemelerde sabit yük g = 2kN/m2, hareketli yükler çat katda dahil olmak üzere q = 2kN/m2
alnmtr. Ayrca, dolgu duvar yükü 6kN/m olarak dikkate alnm ve ilgili kirilere aktarlmtr.
Uygulama amacyla tasarm ve deerlendirmesi yaplacak binann stanbul ili, Eyüp lçesinde ve
ZB zemin snfnda bulunduu düünülmütür. Bu bilgiler nda, TBDY-2018'de verilen
deprem yer hareketi düzeyleri (DD) için elde edilen yatay elastik spektrum erileri ekil 1'de
verilmitir.
468
Binann sonlu eleman modeli üç boyutlu olarak SAP2000 programnda oluturulmu olup
incelenen bina her iki dorultuda da simetrik olmas sebebiyle tek dorultudaki deprem etkileri
göz önüne alnmtr. Analizlerde sönüm oran %5 olarak dikkate alnmtr. Kolonlar ve kiriler
çubuk eleman olarak modellenmitir. Döemeler ise düzlem içi ve d yerdeitirmelere ilikin
serbestlik derecelerini dikkate alacak ekilde kabuk elemanlar yardmyla modellenmitir.
Döemelerde ani rijitlik azalmas ve yük aktarmn etkileyecek yerel boluklarn bulunmamas
sebebiyle rijit diyafram olarak hesaba katlmtr. Ayrca bina tayc sistem elemanlarna ait
etkin eilme rijitlikleri TBDY-2018'de verilen deerler esas alnarak SAP2000 programna
atanmtr. ncelenen binann 3 boyutlu sonlu eleman modeli ekil 2'de verilmitir. Analizler
neticesinde döeme kalnl 15cm olarak belirlenmi olup dier tayc sistem elemanlar için
belirlenen kesit ve donat detaylar ekil 2 ile sunulmutur.
Edeer Deprem Yükü Yöntemi ile tasarm yaplm konut binasnn zaman tanm alannda
dorusal olmayan hesap yöntemi ile performans deerlendirilmitir. Binann dorusal olmayan
analizleri için SAP2000 program, tayc sistem elemanlarnn kesit analizleri ve moment-erilik
ilikilerinin elde edilmesi için RESPONSE2000 program kullanlmtr. Tayc sistem
elemanlar sonlu eleman modellerinde çubuk eleman olarak tanmlanmtr. Beton ve donat
malzeme modelleri, TBDY-2018 EK5A ile verilen esaslar kullanlarak tanmlanmtr. Bu
malzeme modellerine ait gerilme-ekildeitirme grafikleri ekil 3'de sunulmutur. ekil 3’de fc
sargl betonda beton basnç gerilmesini, fcc sargl beton dayanmn, fco sargsz betonun basnç
dayanmn, εc beton basnç birim ekildeitirmesini, εcu sargl betonun maksimum basnç birim
ekildeitirmesini ifade etmektedir. Ayrca fs, fsu, fsy, εsy ve εsu srasyla donat çeliinin
gerilmesini, kopma dayanmn, akma dayanmn, akma birim ekildeitirmesini ve kopma
birim ekildeitirmesini ifade etmektedir.
Farkl deprem yer hareketi düzeyleri için yatay elastik tasarm ivme spektrumlar
0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
S ae
469
ekil 2:
ncelenen binann sonlu eleman modeli ve tayc sistem elemanlarna ait kesit detaylar
a. 3D sonlu eleman modeli, b. Kiri Kesiti, c. Kolon Kesiti
a. b.
ekil 3:
a. Beton b. Donat Çelii
Uygulama amacyla seçilen binann performans deerlendirmesinde yl plastik davran
modeli kullanlmtr. Bu davran modelinde plastik ekildeitirmelerin, yap tayc sistem
elemanlarnda meydana gelen iç kuvvetlerin plastik kapasitelerine ulamas sonucu oluan sonlu
uzunluktaki bölgelerde düzgün yayl biçimde olutuu varsaylr. Bu davran modeli çubuk
sonlu eleman olarak modellenen kolon ve kirilerde kullanlabilir. Ayrca TBDY-2018 4.5.3.8’de
verilen koullar salayan betonarme perdeler edeer çubuk sonlu eleman olarak
modellenebilmekte ve bu perdelerde de yl plastik davran modeli kullanlabilmektedir.
Zaman tanm alannda hesap yönteminde, plastik mafsallar kolon ve kirilerin en çok zorlanan uç
bölgelerine atanmtr. Kolonlar hem eilme hem de eksenel kuvvete maruz kalmalar nedeniyle
her iki uca plastik mafsal olarak P-M2-M3 mafsallar atanmtr. Kirilerde ise eksenel yük
düzeylerinin düük olmas ve eilmeye çalmalar nedeniyle iki uca plastik mafsal olarak M3
mafsallar atanmtr.
470
Dolgu duvarlar modellenirken, malzemenin elastisite modülü ve basnç dayanm için
literatürde birçok deer önerilmektedir. Bu çalmada dolgu duvarlarn elastisite modülü ve
basnç dayanm için Kaltakc ve di. tarafndan 2003 ylnda gerçekletirilen deneysel çalmalar
sonucunda belirlenen deerler kullanlmtr. Burada tula elemandan oluan dolgu duvar
elastisite modülü (Ed) 5750 MPa, basnç dayanm (fm) ise 1.85 MPa olarak hesaplarda dikkate
alnmtr. Dolgu duvarlar diyagonal (edeer) basnç çubuu ile modellenmitir. Bu çubuklarn
kalnl seçilen duvar kalnl olarak dikkate alnrken çubuklarn genilii TBDY-2018
tarafndan önerilen Denklem 1-3’deki bantlar ile hesaplanmaktadr.
−= .
(1)
E I h
(3)
Burada ad çubuk geniliini, hk kolon boyunu, rd dolgu duvar köegen uzunluunu, Ed ve Ec
dolgu duvarn ve çevresindeki betonun elastisite modülünü, td dolgu duvar kalnln, hd dolgu
duvar yüksekliini, θ dolgu duvar diyagonal açsn, Ik kolonun atalet momentini temsil
etmektedir. Gerçekletirilen hesaplar neticesinde diyagonal basnç çubuunun kalnl 0.60m
olarak belirlenmitir. Diyagonal basnç çubuunun kalnl belirlenirken dikkate alnan hesap
parametreleri Tablo 1 ile sunulmutur.
Tablo 1. Diyagonal basnç çubuunun kalnl belirlenirken dikkate alnan veriler
Ed td Ec Ik hd Ld Sin2θ hk rd
MPa m MPa m4 m m m m
5750,00 0,20 32000,00 0,0052 2,40 4,50 0,83 3,00 5,10
Analizlerde bu çubuun sadece eksenel kuvvete çalmas için dolgu duvarn iki ucu mafsall
olarak dikkate alnmtr, Öte yandan yatay yüklerin etkidii yöne göre edeer basnç çubuunun
yönü deitirilmesi gerekmektedir, Depremlerin etki süreleri boyunca yön deitirmeleri
nedeniyle bu çalmada her açklk için çapraz iki adet diyagonal basnç çubuu kullanlmtr,
Ayrca edeer basnç çubuklarnn eksenel yük tama kapasiteleri hesaplanarak çubuklarn
ortasna eksenel yük mafsal tanmlanmtr, Dolgu duvara ait eksenel yük mafsal için Akyürek
(2014) tarafndan önerilen model kullanlmtr, Bu modelde çubuun belirli bir eksenel
ksalmaya ulamas durumunda yük tayamaz olduu kabul edilmitir (ekil 4), Eksenel yük
mafsal özellikleri Denklem 4 ile hesaplanmaktadr, Burada A dolgu duvar kesit alann, N eksenel
yük kapasitesini, Δ ise ksalma kapasitesini temsil etmektedir, Depremlerin tersinir etkisi
nedeniyle edeer basnç çubuklarnda sadece eksenel basnç olumaz, Deprem yüklerinin tersinir
etkisini dikkate almak için eksenel yük mafsalna duvarn basnç dayanmmn %10 kapasitesi
471
kadar çekme yük kapasitesi tanmlanmtr, Analizlerde 5 farkl duvar konumu dikkate alnm
=
=
a, b,
c, d,
E k se
472
e,
a, Model-1 b, Model-2 c, Model-3 d, Model-4 e, Model-5
2.3. Deprem Kaytlarnn Seçilmesi ve Ölçeklendirilmesi
TBDY-2018'e göre zaman tanm alannda dorusal olmayan analizlerde en az 11 deprem
kaydnn kullanlmas gerekmektedir, Bu sebeple incelenen bina modeli için 11 adet ivme kayd
seçilmi ve ölçeklendirilmitir, Ölçeklendirilen bu ivme kaytlarnn birbirine dik iki yatay
dorultudaki deprem etkisi, TBDY-2018 esaslarna uygun olarak ayn anda bina modellerinde
göz önüne alnmtr, Düey deprem yükleri ise özel bir hesap yaplmayarak sabit yükler ve ksa
periyot tasarm spektral ivme katsaysna bal olarak hesaplarda dikkate alnmtr, Analizlerde
kullanlacak olan deprem kaytlar, TBDY-2018'de verilen esaslar dikkate alnarak Pasifik
Deprem Mühendislii Aratrma Merkezi (Pacific Earthquake Engineering Research Center
http://peer, berkeley,edu/smcat) (PEER), kuvvetli yer hareketi veri bankasndan seçilmitir,
Deprem kaytlar seçilirken yakn fay etkilerini ortadan kaldrmak için fay krlma mesafesi 10-
30 km arasnda seçilmitir (Çavdar, 2013), Ülkemizin genel faylanma yaps dorultu atml
olmas sebebiyle ivme kaytlarnda bu özellik göz önünde bulundurulmutur, Deprem
büyüklükleri 5,0-7,6 olarak göz önüne alnmtr, Geçmi yllarda gerçekletirilen çalmalarda,
ivme kaytlarnn ölçeklendirilmesinde kullanlacak ölçek katsaylar için bir takm snrlamalar
getirilmitir, Dorusal elastik analizler için ölçek katsaysnn 4’ü amamas gerektiini, dorusal
elastik olmayan analizlerde ise ölçek katsaysnn 0,5 ile 2 arasnda snrlandrlmas tavsiye
edilmitir (Krinitzsky ve Chang, 1977; Vanmarcke, 1979; Fahjan, 2008), TBDY-2018’de ZB
zemin snf için kayma dalgas hz (Vs30) 760-1500 m/sn olarak önerilmitir, Ancak
ölçeklendirme srasnda, ölçek katsaylar açsndan uygun ivme kaytlarnn bulunamamas
sebebiyle kayma dalgas hz için 360-1500 m/sn aral dikkate alnmtr, Bu hususlar dikkate
alnarak seçilen ivme kaytlarna ait özellikler Tablo 2'de verilmitir, Ölçeklendirme de basit
ölçeklendirme yöntemi kullanlm olup DD-2 deprem düzeyi için elde edilen yatay elastik
tasarm spektrumuna göre ölçeklendirme yaplmtr, Ölçeklendirilen ivme kaytlarna ait tepki
spektrumlar ekil 6'da ve ölçek katsaylar Tablo 2'de verilmitir, ekil 6’da verilen 1,3 TBDY-
2018 Tasarm Spektrumu, çalma kapsamnda basit ölçeklendirme yönteminin kullanlmas
sebebiyle hesaplarda dikkate alnan yatay elastik tasarm spektrumunun 1,3 katn ifade
etmektedir,
473
No RSN Deprem Yl Büyüklük
(Mw) Mekanizma
Dorultu
Atml
3 239 Mammoth Lakes-03 1980 5,91 18,13 1,54
4 248 Mammoth Lakes-06 1980 5,94 12,39 1,46
5 250 Mammoth Lakes-06 1980 5,94 16,03 0,72
6 265 Victoria Mexico 1980 6,33 14,37 0,84
7 548 Chalfant Valley-02 1986 6,19 21,92 1,74
8 1633 Manjil ran 1990 7,37 12,55 0,65
9 6876 Joshua Tree, CA 1992 6,1 29,4 1,9
10 6878 Joshua Tree, CA 1992 6,1 21,97 2,14
11 6915 Darfield 2010 7,0 24,47 0,75
ekil 6:
3. BULGULAR ve RDELEMELER
Çalmann bu bölümünde farkl dolgu duvar oran ve konumlarnn betonarme binalarn
davranlarna olan etkilerinin belirlemek amacyla TBDY-2018'e göre tasarm yaplan konut
binasnn modal analizi ve zaman tanm alannda dorusal olmayan analiz ile elde edilen bulgular
ve tartmalar verilmitir, Gerçekletirilen modal analizler sonucunda dolgu duvarlarn, binalarn
mod ekillerine ve titreim periyotlarna etkileri incelenmitir, Ayrca dolgu duvar konum ve
oranlarnn binann sismik davranna olan etkilerini belirlemek amacyla göreli kat ötelemesi
oranlar hesaplanm ve dolgu duvarlarn binalarn deprem performansna olan etkileri incelemek
için TBDY-2018'e göre binann performans seviyeleri seçilen dolgu duvar düzenleri için
belirlenmitir,
Dikkate alnan 5 farkl dolgu duvar düzeni için gerçekletirilen modal analizler sonucunda
elde edilen mod ekilleri ve titreim periyotlar Tablo 3 ile verilmitir, ncelenen binann simetrik
olmas nedeniyle dolgu duvarlar sadece x-dorultusuna yerletirilmitir, Bu sebeple dikkate
alnan bütün duvar konumlar için yapda oluan mod ekilleri incelendiinde ilk mod ekillerinin
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
S p ek
474
y-dorultusunda olutuu ve yanal mod olduu görülmektedir, Model-1 (duvarsz) ve Model-2’de
ikinci mod eklinin x-dorultusunda yanal mod, üçüncü mod eklinin ise burulma modu olduu
tespit edilmitir, Ancak Model-3, Model-4 ve Model-5’de, Model-1 ve Model-2’nin aksine ikinci
mod ekli burulma modu, üçüncü mod ekli ise x-dorultusunda yanal mod olarak elde edilmitir,
Tasarlanan binada duvarlarn yerletirildii x-dorultusundaki hakim periyot deerleri
incelendiinde ise, yapda en büyük periyot deerinin 0,712sn olarak dolgu duvarn bulunmad
Model-1 için elde edilirken, en küçük periyot deerinin 0,241sn olarak tüm akslarda dolgu
duvarlarn bulunduu Model-5’de elde edilmitir, Ayrca incelenen dorultuda dolgu duvar
orannn artmas ile periyot deerlerinde ciddi azalmalar olduu tespit edilmitir, Bu durum, dolgu
duvar orannn artmas ile yaplarda büyük bir rijitlik art olduunu göstermektedir,
5 farkl dolgu duvar düzeni dikkate alnarak gerçekletirilen dorusal olmayan analizler
sonucunda seçilen betonarme binalar için göreli kat ötelemesi oranlar elde edilmitir ve ekil 7
ile sunulmutur, ekil 8’de ise her bir dolgu duvar oran için elde edilen ortalama göreli kat
ötelemesi oranlar karlatrmal olarak verilmitir, Tasarm gerçekletirilen binann her iki
dorultuda da simetrik olmas nedeniyle göreli kat ötelemesi oranlar sadece x-dorultusu için
incelenmitir, Ayrca elde edilen bu göreli kat ötelemesi oranlar TBDY-2018’de verilen snr
deerler ile karlatrlmtr, ekil 7 ve 8’den görülecei üzere dikkate alnan tüm modellerde
göreli kat ötelemesi oranlar, dolgu duvarlar ve çerçeve elemanlarnn tamamen bitiik olmas
durumu için TBDY-2018’de verilen 0,008 snrn amaktadr, Öte yandan göreli kat ötelemesi
oranlar dolgu duvarlar ve çerçeve elemanlarnn birbirinden esnek balantlarla ayrld durum
için TBDY-2018’de verilen 0,016 snrnn ise altnda kalmaktadr, Ayrca binadaki dolgu
duvarlarn göreli kat ötelemesi oranlarn önemli ölçüde etkiledii ve dolgu duvar orannn
artmasyla göreli kat ötelemesi oranlarnda ciddi azalmalar meydana geldii tespit edilmitir,
Seçilen 11 adet ivme kayd ile gerçekletirilen zaman tanm alannda dorusal olmayan
analizler sonucunda dikkate alnan 5 farkl dolgu duvar oran için binalarn performans seviyeleri
belirlenmitir, TBDY-2018 esaslarna göre tayc sistem elemanlarndaki dorusal olmayan
davran yl plastik davran modeli ile idealletirilmitir, Yl plastik mafsal davran modeli
kullanlarak tayc sistem elemanlarnn performans düzeyi belirlenirken yönetmelik gerei
kesitlerdeki plastik dönmeler kullanlmtr, Zaman tanm alannda hesaplamalar sonucu 11 adet
ivme kayd için elde edilen bu plastik dönmelerin ortalamas TBDY-2018’de verilen snr deerler
ile karlatrlm ve binalarn performans seviyelerine karar verilmitir, Binalarn performans
seviyeleri belirlenirken tayc sistem elemanlarna ait moment-erilik ilikileri ve kesit
analizlerinde RESPONSE2000 program kullanlmtr,
475
Tablo 3. Seçilen dolgu duvar düzenleri için elde edilen titreim periyotlar ve mod
Model Mod ekilleri ve Titreim Periyot Deerleri
M o
d el
T1: 0,712sn T2: 0,712sn T3: 0,631sn
M o
d el
T1: 0,712sn T2: 0,375sn T3: 0,325sn
M o d el
T1: 0,712sn T2: 0,290sn T3: 0,287sn
M o d el
T1: 0,712sn T2: 0,323sn T3: 0,276sn
M o
d el
T1: 0,712sn T2: 0,287sn T3: 0,241sn
Çavdar Ö.,Köse Sunca G.Ç.,Sunca F.:Betonarme Binalarn Deprem Performansna Dolgu Duvarn Etkisi
476
ekil 8:
Seçilen duvar oran ve düzenleri için ortalama göreli kat ötelemesi oranlarnn
karlatrlmas
0
1
2
3
4
5
K at
la r
K at
la r
K at
la r
K at
la r
K at
la r
K at
la r
477
Kiriler için elde edilen akma erilikleri, göçme öncesi erilikleri ve plastik dönme snr
deerleri Tablo 4’de verilmitir, Kolonlarda elde edilen plastik dönme snrlar binann her
katndaki 3 etki alannda hesaplanan eksenel yük deerleri için ayr ayr hesaplanmtr, Plastik
dönme snrlarnn hesab için dikkate alnan kolonlar ekil 9’da ve elde edilen plastik snr
deerleri Tablo 5’de sunulmutur, Tablo 4 ve Tablo 5’de, Lp, Ls ve d plastik mafsal boyunu, kesme
açkln ve boyuna donat çapn ifade etmektedir, Ayrca θp (GÖ), θp
(KH) ve θp (SH) srasyla
göçmenin önlenmesi, kontrollü hasar ve snrl hasar performans düzeyleri için izin verilen plastik
dönme snrlarn temsil etmektedir,
Plastik dönme snrlar hesaplanan kolonlar
Tablo 4. Kiriler için TBDY-2018’e göre hesaplanan plastik dönme snr deerleri
Akma Erilii Göçme Öncesi Erilii Lp Ls d θp (GÖ) θp
(KH) θp (SH)
m-1 m-1 m m m rad rad rad
0,004301 0,099898 0,3 2,25 0,012 0,021441 0,016081 0
Tablo 5. Kolonlar için TBDY-2018’e göre hesaplanan plastik dönme snr deerleri
Kat Kolon
(GÖ) θp (KH) θp
Z
1
2
3
4
478
TBDY-2018’de bina tayc sistem elemanlar için kesit düzeyinde dört hasar bölgesi
tanmlanmtr, Bu hasar bölgeleri, sünek olarak hasar gören yap elemanlar için geçerlidir,
Gevrek olarak hasar gören elemanlar, güçlendirilmez ise performans deerlendirmesinde
dorudan göçme bölgesinde saylr, Sünek elemanlar için verilen hasar bölgeleri; Snrl Hasar
Bölgesi, Belirgin Hasar Bölgesi, leri Hasar Bölgesi ve Göçme Bölgesi’dir, Çalmas kapsamnda
dikkate alnan her bir model için seçilen deprem kaytlar ile yaplan dorusal olmayan analizler
sonucunda elde edilen tayc sistem elemanlarnn hasar bölgeleri ve oranlar ekil 10 ile
sunulmutur, Dinamik analizler neticesinde tayc elemanlarda meydana gelen plastik
mafsallamalar RSN33 depremi için ekil 11’de verilmitir,
TBDY-2018’de hasar durumlar 4 farkl hasar düzeyi ile tanmlanmtr; Snrl Hasar
Performans Düzeyi, Kontrollü Hasar Performans Düzeyi, Göçmenin Önlenmesi Performans
Düzeyi ve Göçme Durumu, TBDY-2018’e göre incelenen binann salamas gereken performans
düzeyi, kontrollü hasar performans düzeyidir, Gerçekletirilen analizler neticesinde, dolgu
duvarlarn dikkate alnmad Model-1’de baz kolonlarn göçme bölgesinde olduu tespit
edilmitir, Bu sebeple Model-1’in performans düzeyi göçmedir, Ancak dier modeller
incelendiinde kolonlarn snrl hasar bölgesinde veya belirgin hasar bölgesinde olmas sebebiyle
bu modeller kontrollü hasar performans düzeyini salamaktadr,
a,
b,
Seçilen duvar oran ve düzenleri için tayc sistem elemanlarnn hasar bölgeleri
a, Kolon hasar oranlar b, Kiri hasar oranlar
0
20
40
60
80
100
K o lo
0
20
40
60
80
100
K ir
i H
as ar
O ra
n
479
480
Tasarm yaplan binann 1, katnda seçilen bir kiri ve bir kolonda, dorusal olmayan
analizler sonucunda meydana gelen plastik dönmeler ve bu dönmelerin ortalamalar ekil 12
verilmitir, ekil 12’den de görülecei üzere, dolgu duvarlarn dikkate alnd tüm modellerin
kontrollü hasar performans düzeyinde olmasna ramen dolgu duvarlarn orannn artmasyla
tayc sistem elemanlarnda meydana gelen plastik dönme deerlerinin azald tespit edilmitir,
ekil 12:
ncelenen binann 1, katnda seçilen kolon ve kirite dorusal olmayan analiz sonucu elde
edilen plastik dönmeler
Bu çalmasnn amac, farkl oran ve düzendeki dolgu duvarlarn betonarme binalarn deprem
performanslarna olan etkilerini aratrmaktr, Bu amaçla öncelikle betonarme bir binann tasarm
TBDY-2018’de verilen esaslara göre gerçekletirilmitir, Binann tasarmnda dorusal hesap
yöntemlerinden edeer deprem yükü yöntemi kullanlmtr, Tasarm yaplan betonarme binada
5 farkl oranda ve düzende dolgu duvarlar dikkate alnarak TBDY-2018’de belirtilen koullara
uygun olarak seçilen ivme kaytlar ile zaman tanm alannda dorusal olmayan analizler
gerçekletirilmitir, Analizlerde kullanlan 11 adet yer hareketi kayd takm, yakn ve uzak fay
etkileri, ülkemizin faylanma mekanizmas gibi parametreler dikkate alnarak seçilmitir,
Gerçekletirilen analizler neticesinde elde edilen sonuçlar aadaki gibi özetlenebilir:
• ncelenen binada gerçekletirilen modal analizler sonucunda, dolgu duvarlarn mod
ekilleri üzerinde etkili olduu tespit edilmitir, Model-2, Model-3, Model-4 ve Model-
5’de x-dorultusunda elde edilen titreim periyot deerleri ile dolgu duvarsz olan Model-
1 için elde edilen titreim periyot deeri arasndaki farkllklar srasyla, %47,33, %59,69,
%61,24, %66,15’dir, Bu durum, binalarda dolgu duvar orannn artmas ile binalarda
büyük bir rijitlik art olduunu göstermektedir,
• Model-2, Model-3, Model-4 ve Model-5’de elde edilen göreli kat ötelemesi oranlar,
dolgu duvarsz olan Model-1 için elde edilen göreli kat ötelemesi oranna göre srasyla,
%12,2, %18,4, %20,3, %23,3 orannda azalmtr, Bu durum binadaki dolgu duvarlarn
0
0.002
0.004
0.006
0.008
P la
st ik
Kiri Plastik Dönmelerinin Ortalamas Kolon Plastik Dönmelerinin Ortalamas
481
göreli kat ötelemelerini önemli ölçüde etkilediini ve dolgu duvar orannn artmasyla
göreli kat ötelemelerinde ciddi azalmalar meydana geldii göstermektedir,
• Gerçekletirilen dorusal olmayan analizler neticesinde, dolgu duvarlarn dikkate
alnmad Model-1’de kirilerin 5, Kat hariç tamamnn belirgin hasar bölgesinde
olduu, 5, Katta ise kirilerin %20’sinin snrl hasar bölgesinde, %80’nin ise belirgin
hasar bölgesinde olduu tespit edilmitir,
• Dier modellerde ise kirilerin 5, Kat hariç tamamnn belirgin hasar bölgesinde olduu,
5, Katta ise kirilerin tamamnn snrl hasar bölgesinde olduu gerçekletirilen analiz
neticesinde belirlenmitir,
belirgin hasar bölgesinde, %13,9’unun göçme bölgesinde bulunduu, 2, katta kolonlarn
%69,4’ünün snrl hasar bölgesinde, %25,0’nin belirgin hasar bölgesinde, %5,6’snn
göçme bölgesinde bulunduu, 3, ve 4, katlarda kolonlarn %86,1’inin snrl hasar
bölgesinde, %11,1’inin belirgin hasar bölgesinde, %2,8’inin göçme bölgesinde
bulunduu, 5, katta ise kolonlarn %63,9’unun snrl hasar bölgesinde, %25’inin belirgin
hasar bölgesinde, %5,5’inin ileri hasar bölgesinde ve %5,5’inin göçme bölgesinde
bulunduu tespit edilmitir,
• Model-2 kolonlarnn hasar düzeyleri incelendiinde, 1, kattaki 36 kolonun tamamnn
belirgin hasar bölgesinde bulunduu, 2, katta kolonlarn %94,4’ünün snrl hasar
bölgesinde, %5,6’snn belirgin hasar bölgesinde bulunduu, 3,, 4, ve 5, katlarda
kolonlarn tamamnn snrl hasar bölgesinde bulunduu tespit edilmitir,
• Model-3, Model-4 ve Model-5 içinse 1, kattaki 36 kolonun tamamnn belirgin hasar
bölgesinde bulunduu, dier katlarda kolonlarn tamamnn snrl hasar bölgesinde
bulunduu görülmütür,
dolgu duvarl modellere göre daha fazla olduu analizler neticesinde görülmütür ve
Model-1’de baz kolonlarn göçme bölgesinde olmas sebebiyle Model-1’in performans
düzeyi göçmedir,
hasar bölgesinde veya belirgin hasar bölgesinde olmas sebebiyle bu modeller kontrollü
hasar performans düzeyini salamaktadr, Buradan anlalaca üzere sisteme ilave edilen
dolgu duvarlarn tayc sistem elemanlarnda meydana gelen hasarlar ciddi oranda
azaltt görülmütür,
Tayc sistem elemanlarna ait iç kuvvetler hesaplanrken dolgu duvarlar yatay yüklerin
karlanmasnda rol almaktadr, Dolaysyla tayc sistem elemanlarnn boyutlandrlmasnda
kullanlacak iç kuvvetlerini azaltmas nedeniyle dolgu duvarlarn katklarnn tasarm aamasnda
ihmal edilmesi gerektii anlalmaktadr, Ancak, dolgu duvarlar sisteme salad rijitlik
nedeniyle yerdeitirme hesaplarnda büyük rol oynamaktadr, Bu sebeple yerdeitirme
hesabnda ise dolgu duvarlar mutlaka hesaba katlmaldr.
482
KAYNAKLAR
1. Akyürek, O, (2014), Betonarme bina performansna dolgu duvarlarn etkisi, Yüksek Lisans
Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta,
2. Asteris, P,G,, Chrysostomou, C,Z,, Giannopoulos, I,P, ve Smyrou, E, (2011) Masonry infilled
reinforced concrete frames with opening, III ECCOMAS Thematic Conference on
Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, 25-28 May
2011, Greece,
3. Börekçi, M, (2019) Dolgu duvarl betonarme binalarn hakim periyodunun dorudan
formüller ile elde edilmesi, Haliç Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(2), 161-178,
4. Çavdar, Ö, (2013) Probabilistic sensitivity analysis of suspension bridges to near-fault ground
motion, Steel and Composite Structures, 15(1), 15-39, doi:10,12989/scs,2013,15,1,15
5. Dolsek, M, ve Fajfar, P, (2008) The effect of masonry infills on the seismic response of a
four-storey reinforced concrete frame-a deterministic assessment, Engineering Structures,
30(7), 1991–2001, doi:10,1016/j,engstruct,2008,01,001
6. El-Dakhakhni, W,W,, Elgaaly, M, ve Hamid, A,A, (2003) Three strut model for concrete
masonry-infilled steel frames, Journal of Structural Engineering, 129(2), 177-185,
doi:10,1061/(asce)0733-9445(2003)129:2(177)
7. Fahjan, Y,M, (2008) Türkiye Deprem Yönetmelii (DBYBHY, 2007) Tasarm ivme
spektrumuna uygun gerçek deprem kaytlarnn seçilmesi ve ölçeklenmesi, MO Teknik
Dergi, 19(93), 4423-4444,
8. Hashemi, A, ve Mosalam, K,M, (2006) Shake-table experiment on reinforced concrete
structure containing masonry infill wall, Earthquake Engineering and Structural Dynamics,
35(14), 1827-1852, doi:10,1002/eqe,612
9. Hermanns, L,, Fraile, A,, Alarcn, E, ve Alvarez, R, (2013) Performance of buildings with
masonry infill walls during the 2011 Lorca earthquake, Bulletin of Earthquake Engineering,
12(5), 1977-1997, doi:10,1007/s10518-013-9499-3
10. Kaltakc, M,Y, ve Köken A, (2003) Tula Dolgu Duvarl Çerçevelerin Tersinir Tekrarl
Yükler Altnda Davran, TÜBTAK Projesi,
11. Kaushik, H,B,, Rai, D,C, ve Jain, S,K, (2008) A rational approach to analytical modeling of
masonry infills in reinforced concrete frame buildings, In The 14th World Conference on
Earthquake Engineering, 12-17 October, China,
12. Koçak, A, (2013) The effect of short columns on the performance of existing buildings,
Structural Engineering and Mechanics, 46(4), 505-518, doi:10,12989/sem,2013,46,4,505
13. Köse, M,M, ve Karslolu, Ö, (2007) Dolgu Duvarlarn Bina Doal Modal Periyot ve Mod
ekline Olan Etkileri, Altnc Ulusal Deprem Mühendislii Konferans, stanbul, Türkiye,
14. Kose, M,M, (2009) Parameters affecting the fundamental period of RC buildings with infill
walls, Engineering Structures, 31(1), 93-102, doi:10,1016/j,engstruct,2008,07,017
15. Krinitzsky, E,L, ve Chang F,K, (1977) Specifying peak motions for design earthquakes, state-
of the-art for assessing earthquake hazards in the United States, Report 7, Miscellaneous
Paper S-73-1, US Army Corps of Engineers,
16. Li, S,, Kose, M,M,, Shan, S, ve Sezen, H, (2019) Modeling methods for collapse analysis of
reinforced concrete frames with nfill walls, Journal of Structural Engineering, 145(4),
04019011, doi:10,1061/(asce)st,1943-541x,0002285
483
17. Liberatore, L,, Noto, F,, Mollaioli, F, ve Franchin, P, (2018) In-plane response of masonry
infill walls: Comprehensive experimentally-based equivalent strut model for deterministic
and probabilistic analysis, Engineering Structures, 167, 533-548,
doi:10,1016/j,engstruct,2018,04,057
18. Liu, L,, Wu, Z, ve Sun, H, (2014) The influence of infill walls on RC frames under seismic
excitation, Architectural Engineering, 2(4), 68-72,
19. Madan, A,, Reinhorn, A,M,, Mander, J,B, ve Valles, R,E, (1997) Modeling of masonry infill
panels for structural analysis, Journal of Structural Engineering, 123(10), 1295-1302,
doi:10,1061/(asce)0733-9445(1997)123:10(1295)
20. Meral, E, (2014), Dolgu duvarlarn düük ve orta yükseklikteki betonarme binalarn sismik
davran üzerine etkilerinin dorusal elastik olmayan analizle belirlenmesi, Doktora Tezi,
Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli,
21. Murty, C,V,R, ve Jain, K,S, (2000) Beneficial influence of masonry infll walls on seismic
performance of rc frame buildings, 12th World Conference on Earthquake Engineering, 30
January- 4 February, New Zealand,
22. Ning, N,, Yu, D,, Zhang, C, ve Jiang, S, (2017) Pushover analysis on infill effects on the
failure pattern of reinforced concrete frames, Applied Sciences, 7(4), 428,
doi:10,3390/app704042
23. Ozturkoglu, O,, Ucar, T, ve Yesilce, Y, (2017) Effect of masonry infill walls with openings
on nonlinear response of reinforced concrete frames, Earthquakes and Structures, 12(3): 333–
347, doi:10,12989/eas,2017,12,3,333
24. Özkaya, E, (2018), Binalarda yumuak kat oluumunda dolgu duvarlarn etkisinin
incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,
Manisa,
25. PEER (2014), Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) Ground Motion
Database, Eriim Adresi: http://ngawest2,berkeley,edu/ (Eriim Tarihi:20,06,2019)
26. Polyakov, S, (1956) Masonry infilled framed buildings, an investigation into the strength and
stiffness of masonry infilling, Russia,
27. Qian, K, ve Li, B, (2017) Effects of masonry infill wall on the performance of rc frames to
resist progressive collapse, Journal of Structural Engineering, 143(9), 04017118,
doi:10,1061/(asce)st,1943-541x,0001860
28. Rathod, P, ve Dyavanal, S,S, (2014) Seismic evaluation of multistorey rc building with
openings in unreinforced masonry infill walls with user defned hinges, In Proceedings of
IRF International Conference, 2(10), 115-120,
29. RESPONSE2000 (2000) Sectional Analysis Program, University of Toronto, Version: 1,0,5,
Toronto,
30. SAP2000 (2015) Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures, Computers
and Structures Inc, Berkeley, California, USA,
31. TBDY, (2018), Türkiye Bina Deprem Yönetmelii, Çevre ve ehircilik Bakanl, Ankara,
32. TS498, (1987), Yap Elemanlarnn Boyutlandrlmasnda Alnacak Yüklerin Hesap
Deerleri, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara,
33. TS 500, (2000), Betonarme Yaplarn Tasarm ve Yapm Kurallar, Türk Standartlar
Enstitüsü, Ankara,
484
34. Uçar, T, ve Öztürkolu, O, (2018) Basnç Çubuu Bünye Bantsnn Boluklu Dolgu
Duvarl Betonarme Çerçevelerin Artmsal tme Analizine Etkisi, Karaelmas Fen ve
Mühendislik Dergisi, 8(1), 227-241, doi: 10,7212%2Fzkufbd,v8i1,1003
35. Uva, G,, Porco, F, ve Fiore, A, (2012) Appraisal of masonry infill walls effect in the seismic
response of RC framed buildings: a case study, Engineering Structures, 34, 514-526,
doi:10,1016/j,engstruct,2011,08,043
36. Vanmarcke, E,H, (1979) State-of-the-art for assessing earthquake hazards in the United
States: representation of earthquake ground motions – scaled accelerograms and equivalent
response spectra, Miscellaneous Paper S-73-1, Report 14, US Army Corps of Engineers
Waterways Experiment Station, Vicksburg, Mississippi,
37. Wakchaure, M,R, ve Ped, S,P, (2012) Earthquake analysis of high rise building with and
without in filled walls, International Journal of Engineering and Innovative Technology,
2,(2), 89-94,
38. Zhou, X,, Kou, X,, Peng, Q, ve Cui, J, (2018) Influence of infill wall configuration on failure

Documents

BETONARME BİNALARIN DEPREM PERFORMANSLARINA DOLGU