DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ · DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Ali Ruzi Özuygur Dr. İnşaat Mühendisi YPU - Yapı Proje Uygulama İnşaat Mühendisleri

DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ

Ali Ruzi ÖzuygurDr. İnşaat MühendisiYPU - Yapı Proje Uygulamawww.ypu.com.tr

İnşaat Mühendisleri Odası, İstanbul 24 Aralık, 2015

YÜKSEK BİNA TAŞIYICI SİSTEMİ

Örnek: Transbay Tower, San Francisco, Magnusson Klemencic Assoc.

Yüksek Bina Tasarımı

Rijit çekirdek Düzenli, basit ve simetrik taşıyıcı Eksenel kuvvetlerin kontrolü

SİNPAŞ BOMONTİ TİME REZİDANS PROJESİ (GERÇEKLEŞMEMİŞTİR)

3 boyutlu görünüş, Tago Mimarlık

SİNPAŞ BOMONTİ TİME REZİDANS PROJESİ (GERÇEKLEŞMEMİŞTİR)

2012 versiyonu

YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ

Bodrum kat mimari planı Kesiti


Bodrum kat kalıp planı


+7.6 kotu kalıp planı (1. kat)


Tip kat taşıyıcı sistemi


Üst 13 kat taşıyıcı sistemi

TAŞIYICI ELEMAN BOYUTLARI

YAPISAL TASARIM PARAMETRELERİ

Malzeme:

Beton C50 Donatı S420a

Yükler:

Hareketli Yük Konut alanlarında 2 kN/m2

Umuma açık alanlarda 5 kN/m2

Dış mekanlarda 10 kN/m2

Kaplama + bölme duvarı 3.5 kN/m2

Cephe 3.5 kN/m Tesisat 10 kN/m2

DEPREM VE ZEMİN PARAMETRELERİ

Türk Deprem Yönetmeliği 2007’ye göre:

2. derece deprem bölgesi Ao = 0.3 Taşıyıcı sistem davranış katsayısı R = 6

Zemin Parametreleri (ELC Zemin Müh.):

Zemin emniyet gerilmesi 1200 kN/m2

Zeminin düşey yatak katsayısı 250 000 kN/m3

Zemin sınıfı Z1

BÖLGEYE ÖZEL TASARIM SPEKTRUMU VE DEPREM KAYITLARI, Erdik vd.

BÖLGEYE ÖZEL TASARIM SPEKTRUMU VE DEPREM KAYITLARI, Erdik vd.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 1 2 3 4 5

Sa (g

)

T (sec)

ARC000BRS000CPE147DSP000LAMONT362EMHV000NPS000MEANMCE, 2% in 50DBE, 10% in 50SLE, 50% in 50

DİNAMİK ANALİZ PARAMETRELERİ

Eğilme hesabı Kesme, eksenel kuvvet hesabıKolon, perde R = 6 R = 2Kiriş R = 6 R = 2Döşeme R = 6 R = 2Perde bağ kirişleri* R = 6 R = 6Temel R = 2 R = 2

Transfer katı döşemeleri R = 6 R = 2

Diyafram hesaplarında R = 1 R = 1

DİNAMİK ANALİZ PARAMETRELERİ

Kolon ve Perde Eksenel Kuvvet Üst Sınırları:

Amaç: Sünme etkisinin kontrolü Çekme kontrollü (sünek) davranışın sağlanması

Kolonlarda G + Q + E için Nd ≤ 0.35 fck AcPerdelerde G + Q + E için Nd ≤ 0.30 fck Ac

Tasarım Depreminde Taban Kesme Kuvvetinin Alt Sınırı:

Vb,min = 0.04 SMS(DBE) W

Tasarım Aşamaları:

1) Tasarım Depremi ile lineer elastik analiz ve tasarımı (ETABS)2) En Büyük Deprem ile performans kontrolü (PERFORM 3D)

LİNEER ELASTİK ANALİZ İÇİN MODELLEME ÖZELLİKLERİ

ETABS 9.7.4 ile Modelleme:

Diyafram kullanılmamıştır.

Çatlamış kesit rijitlikleri dikkate alınmıştır.

Döşemeler kabuk elemanı olarak modellenmiştir.

Çevredeki toplar yanal yük olarak temsil edilmiştir.

Temel altı zemini yaylarla temsil edilmiştir.

Modellemeyle ilgili parametrik çalışmalar yapılmıştır.


ETABS 9.7.4 ile Modelleme:


Deprem Etkime Yönleri

Bina geometrisine uygun olarak 4 farklı yön:

0 derece (X ekseni yönü): yükleme ismi SPECX90 derece (Y ekseni yönü): yükleme ismi SPECY60 derece: yükleme ismi SPEC60150 derece: yükleme ismi SPEC150

Deprem yönlerinin birleştirilmesinde Ex + 0.3 Ey veya Ey + 0.3 Ex durumları için Mutlak Birleştirme (ABS) yöntemi kullanılmıştır.

X

150

60Y

LİNEER ELASTİK ANALİZ SONUÇLARI

Bina toplam ağırlıkları (yükleri):

Temel hariç taşıyıcı elemanlar (sabit yük): 1901831 kNTemel ağırlığı (sabit yük): 286875 kNHareketli yükler: 269694 kNKaplama + bölme duvar (sabit yük): 374249 kNCephe (sabit yük): 39315 kNTesisat (sabit yük): 39620 kN

Bodrum katlar hariç üst yapının sismik ağırlığı (G + 0.3 Q): 2169303 kN

0

10

20

30

40

50

60

0 10000 20000 30000 40000 50000

Katlar

Kat ağırlıkları (kN)

Ağırlık Hesabı

El hesabı

Etabs

0

10

20

30

40

50

60

0 500000 1000000 1500000 2000000

Katlar

Kat ağırlıkları (kN)

Toplam ağırlık hesabı

El hesabı

Etabs


Mod Şekilleri ve Titreşim Periyotları

1. Mod 2. Mod 3. ModT = 5.6 s T = 5.04 s T = 4.07 s

Modların hesabında Ritz vektörleri kullanılmıştır.


Modal Kütle Katılım Oranı

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100

Kütle

katılım oranı

Mod sayısı

Modal Kütle Katılım Oranı

Sum Ux

Sum Uy


Modelleme Yaklaşımları

(J. Moehle, 2014)


Modellemeyle İlgili Parametrik Çalışmalar

1. Temel altı yay 2. Temel altı zemin solid 3. Ankastre 4. Temel altı ve yatay yay



Modelleme detayı T1 (sec) T2 (sec) T3 (sec)

Temel altı yay 5.60 5.04 4.07

Temel altı zemini solid 6.38 5.77 5.06

Ankastre 5.20 4.68 3.73

Temel altı ve çevredeki toprak yay ile 5.19 4.68 3.72



0

10

20

30

40

50

60

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Kat

Kat kesme kuvveti

VX Karşılaştırma

Temelli

Mesnetli

Yanal yaylı



0

10

20

30

40

50

60

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Kat

Kat kesme kuvveti

VY Karşılaştırma

Temelli

Mesnetli

Yanal yaylı


Perde elemanlarının düşeyde mesh’li olup olmaması araştırılmıştır.

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10

Periy

ot

Mod

Periyot Karşılaştırması

Kaba

İnce



0

10

20

30

40

50

60

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Kat

Kat kesme kuvveti

VX Karşılaştırma

Kaba

İnce



0

10

20

30

40

50

60

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

Kat

Kat kesme kuvveti

VY Karşılaştırma

Kaba

İnce

Uyarı: Perdelerin düzleme dik etkiler için analizinde kesinlikle mesh yapmanız (auto mesh ile de olsa) önerilir.


Zemin Kotundaki Bina Taban Kesme Kuvvetleri

R = 6 için zemin kotundaki bina taban kesme kuvvetleri (kN):

Minimum taban kesme kuvveti Ölçeklendirme Katsayıları


Zemin Kotundaki Bina Taban Kesme Kuvvetleri

R = 2 için zemin kotundaki bina taban kesme kuvvetleri (kN):

Story Load VX VY

KATZ1 SPECXR2 104915 90740

KATZ1 SPEC60R2 99998 103717

KATZ1 SPECYR2 90898 104126

KATZ1 SPEC150R2 97483 91390


Göreli Kat Ötelenme Oranları

‐10

0

10

20

30

40

50

0 0.002 0.004 0.006

Katla

r

Kat ötelenme oranı

Göreli Kat Ötelenmesi Oranı (Ex, R=1)

‐10

0

10

20

30

40

50

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

Katla

r

Kat ötelenme oranı

Göreli Kat Ötelenmesi Oranı (Ey, R=1)


Kolon Eksenel Kuvvet Kontrolleri

‐10

0

10

20

30

40

50

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Katla

r

Eksenel kuvvet (kN)

Kolon Eksenel Kuvvet KontrolleriP(GQ) < 0.35 fck Ac

C1

C2

C12

C21

C28

C30

0.35 fck


Perde Eksenel Kuvvet Kontrolleri

‐10

0

10

20

30

40

50

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Katla

r

Eksenel kuvvet (kN)

Perde Eksenel Kuvvet KontrolleriP(GQ) < 0.23 fck Ac

P1

P2

P3

P12

P13

P17

P18

P19

P1A

P2A

P3A

P12A

P13A

P17A

P18A

P19A

0.23 fck


Zemin Gerilmesi Kontrolü – temel yaylı model


Zemin Gerilmesi Kontrolü – Zemin solid model


Zemin Gerilmesi Kontrolü (Gerilme Soğanı)

RÜZGAR TASARIMI

Düzensiz plana sahip binalar için rüzgar tüneli testi gereklidir.

Rüzgar tüneli modeli, RDWI Londra ofisi

RÜZGAR TASARIMI

Rüzgardan Oluşan Kat Kesme Kuvvetleri

Vb,r = 0.0041 W

‐5

5

15

25

35

45

55

0 25000 50000 75000 100000 125000 150000

Katla

r

Kat kesme kuvveti (kN)

KAT KESME KUVVETLERİSPECX R = 2 ile RÜZGAR KARŞILAŞTIRMASI

Vx(D)

Vy(D)

Vx(R)

Vy(R)

‐5

5

15

25

35

45

55

0 25000 50000 75000 100000 125000 150000

Katla

r

Kat kesme kuvvetleri (kN)

KAT KESME KUVVETLERİSPECY R = 2 ile RÜZGAR KARŞILAŞTIRMASI

Vx(D)

Vy(D)

Vx(R)

Vy(R)

RÜZGAR TASARIMI

Rüzgardan Oluşan Kat Deplasmanları

L / 800 = 190.2 / 800 = 0.24 m > 0.045 m

‐10

0

10

20

30

40

50

60

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Katla

r

Yatay Deplasman (m)

50 Yıllık Rüzgarda Oluşacak Kat Deplasmanları

RÜZGAR TASARIMI

Cephe Yükleri

RÜZGAR TASARIMI

Yaşam Konforu, İvmelenme

Yapının en üst katında rüzgârdan kaynaklanan ivmelenme değerleri 1 yıllık, 5 yıllık ve 10 yıllık rüzgâr hızlarına bağlı olarak sırasıyla 7.9, 11 ve 12 mili-g olarak elde edilmiştir.

ÖZEL TASARIM KONULARI

Birleşen Katlardaki Dış Kirişler

A ve B blokları için semirijit diyaframtanımlanmıştır.

Mb = Feq x 0.05 LFeq = 0.5 (Vi+1 - Vi)

Burada,

Mb = ek burulma momentiFeq = komşu iki katın kat kesme

kuvvet farkıVi = kat kesme kuvvetiL = bina genişliği


Birleşen Katlardaki Dış Kirişler

3596


Birleşen Katların Birleşim Bölgesindeki Döşemeler

Birleşen katların birleşim bölgesindeki döşemeler aynı anda boyu 5 m’ye varan konsol yükünü ve depremden oluşan düzlem içi eksenel kuvvetleri taşımaktadır. Bu döşemelerin tasarımı aşağıda açıklandığı gibi yapılmıştır:

Döşeme kesitinin çatlamış kesit rijitliğini arttırarak konsol ucunda oluşan sehimi kontrol etmek için deneme hesapları sonucunda döşemenin basınç ve çekme bölgesine %0.6 donatı konmuştur. Bu donatı sayesinde konsol ucundaki sehim yaklaşık L/240 olan 2 cm ile sınırlandırılmıştır.


Perde Bağ Kirişi Tasarımı

Tasarım depreminde çatlamış kesit rijitliği kullanılarak kuvvet bazlı tasarım

En büyük depremde performans kontrolü


Özel Elemanların Tasarım Kontrolü

‐100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000

P (kN)

M (kNm)

P11, P11A P‐M Etkileşim Diyagramı


Döşeme Kalınlığının Sehim ve Titreşim Hesabıyla Belirlenmesi

TS 500’e göre sehim gerektirmeyecek döşeme kalınlığı: 19 cmSehim ve titreşim hesabıyla belirlenen döşeme kalınlığı: 16 cmBu sayede toplamda yaklaşık 1077 m3 beton tasarrufu sağlanmıştır.











DONATI DETAYLANDIRMASI

Pier Perde Donatı Düzeni






Döşeme – Perde Bağlantı Tahkiki

(J. Moehle, 2014)


Döşeme – Perde Bağlantı Tahkiki, Backstay effect

(J. Moehle, 2014)



(J. Moehle, 2014)



‐20000

‐15000

‐10000

‐5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 2 4 6 8 10 12Kesm

e ku

vveti

Zaman

P5 perdesi kesme kuvvetı

Z1 katı

B1 katı

B2 katı


Diyafram Tasarımı

(J. Moehle, 2014)


Diyafram Tasarımı

(J. Moehle, 2014)


Temel Beton Döküm Kademesi ve Sehpa Detayı


Temel Donatı Detayı

(J. Moehle, 2014)


Perdelerde Boyut Değişimi

(J. Moehle, 2014)


Asansör Çukuru Kenarındaki Perdeler

(J. Moehle, 2014)

EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ

Deprem Yer Hareketi Seçimi ve Ölçeklendirilmesi

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 1 2 3 4 5

Sa (g

)

T (sec)

ARC000BRS000CPE147DSP000LAMONT362EMHV000NPS000MEANMCE, 2% in 50DBE, 10% in 50SLE, 50% in 50


PEER Strong Ground Motion Database


PEER Strong Ground Motion Database


Perform 3D ile Modelleme Özellikleri

Beklenen dayanım fce = 1.3 fc ve fse = 1.17 fsy. %2 sönüm. Çatlamış kesit rijitlikleri, fiber elemanla tanımlanan perde çatlamış kesit rijitlikleri

perdenin davranış durumuna göre program tarafından hesaplanmaktadır. Performans değerlendirme kriterleri – perdelerde malzeme birim uzama ve kısalma,

kiriş ve kolonlarda dönme. Çubuk elemanlar Fema Beam ve Fema Column olarak modellenmiştir. Üst 13 kattaki bağlantı döşemesi – kabuk model.



Üst 13 kattaki dış kirişler Fema Column olarak modellendi. Perdeler Autofiber ile modellendi.



Perdeler Autofiber ile modellendi.

Analiz modeli Sap2000’den Perform 3D’ye ihraç edildi.

Analiz süresini azaltacak yöntemler

EN BÜYÜK DEPREM İÇİN PERFORMANS ANALİZİ SONUÇLARI

Göreli Kat Ötelenmeleri

İzin verilen 0.03 (LATBSDC, 2008; TBI, 2010; SDCTBI, 2008)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

‐0.01 ‐0.005 0 0.005 0.01

Floo

r level

Story drift ratio


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

‐0.01 ‐0.005 0 0.005 0.01

Floo

r level

Story drift ratio

Göreli Kat Ötelenmeleri

İzin verilen 0.03 (LATBSDC, 2008; TBI, 2010; SDCTBI, 2008)


Perde Uç Bölgesi Birim Uzama ve Kısalmaları

İzin verilen beton kısalması 0.018, donatı uzaması 0.06 (SDCTBI, 2008)


Perde Uç Bölgesi Birim Uzama ve Kısalmaları

İzin verilen beton kısalması 0.018, donatı uzaması 0.06 (SDCTBI, 2008)


Perde Kesme Kuvvetleri








Perde Eksenel Kuvvetleri


Perde Eksenel Kuvvetleri


Perde Bağ Kirişi Dönmeleri

İzin verilen maksimum dönme 0.04 (Naish et al., 2009)


Perde Bağ Kirişi Dönmeleri

İzin verilen maksimum dönme 0.04 (Naish et al., 2009)

PROJEDE TÜRK DEPREM YÖNETMELİĞİ 2007’YE UYULMAYAN KONULAR

Performans analizi yapıldığından dolayı Türk Deprem Yönetmeliği’ne uyulmayan konular

aşağıdaki gibidir:

Dinamik analizde çatlamış kesit rijitlikleri kullanılması

Minimum taban kesme kuvveti için farklı formül kullanılması

Kolon ve perdelerin eksenel kuvvet sınırları için farklı değerler

R katsayısının değerleri


Özet ve Öneriler:

Binanın taşıyıcı sistemi arzu edilen yüksek bina taşıyıcı sistemine uygun olmasa da

lineer analiz ve performans analizinde gerekli tahkikler sağlanmıştır. Sadece 1 yıllık

rüzgarda konfor şartı sınırda çıkmıştır.

R = 2 ile hesaplanan perde kesme kuvvetleri performans analizinden elde edilenden

küçük olsa da perde kesiti yeterli olmuştur, ancak donatı artışları olmuştur.

Bina uç bölgelerindeki perdelerde eksenel kuvvet büyük çıkmıştır.

Perde bağ kirişi tasarımı için elastik analizde uygulanabilecek donatı kullanılması,

donatının yeterli olup olmadığını performans analiz ile kontrol edilmesi

Özellikle düzensiz binalarda performans analiz ile tasarımın kontrol edilmesi

BAĞIMSIZ KONTROL VE ÇALIŞMA EKİBİ, TEŞEKKÜR

Haftalık yapılan toplantılarla gerçek anlamda bağımsız kontrolün yapılması

Bağımsız kontrol firması Balkar Mühendislik, Dr. İrfan Balıoğlu, İnş. Y. Müh. Coşkun

Kuzu

Akademisyen danışman ekibi, başta Dr. Şeref Polat, Y. Doç. Dr. Barış Erkuş ve diğer

değerli hocalar

İşverenin kontrol mühendisleri, İnş. Y. Müh. Bora Çelik, İnş. Y. Müh. Mesut Çağlarım

YPU çalışma ekibi, Dr. Ali R. Özuygur, İnş. Y. Müh. Macit Yurtsever, İnş. Y. Müh.

Cemile Aydın (eski çalışan)

TEŞEKKÜR

SABIRLA DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM.

Documents

DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ · DÜZENSİZ BİR YÜKSEK BİNA TASARIM ÖRNEĞİ Ali Ruzi Özuygur Dr. İnşaat Mühendisi YPU - Yapı Proje Uygulama İnşaat Mühendisleri