Betonarme Taşıyıcı Sistemlerin Depreme Dayanıklı Tasarımında Uyumlu Perde-Çerçeve Davranışı için Minimum Perde Oranının Belirlenmesi

Abstract

Depreme dayanıklı yapı tasarımında kat adedi arttıkça, taşıma kapasitesini aşmamak, yatay ötelenmeleri sınırlamak ve çerçeve içi bölme duvarların hasar görmesini engellemek için betonarme perde elemanların kullanımı zorunlu hale gelmektedir. Depreme maruz kalmış yapılar incelendiğinde, bazı binalarda yeteri kadar betonarme perde eleman bulunmamasından dolayı, yatay ötelenmelerin sınır değerleri aştığı, perde elemanların daha büyük kesme gerilmelerine maruz kaldığı ve beklenmedik öncül gevrek kesme göçmelerinin perdelerde ortaya çıktığı görülmektedir. Betonarme çerçeve sisteme kısmi perde elemanların eklenmesiyle çerçeve sistem davranışının karma sistem davranışına evirildiği, perde oranının daha da arttırılmasıyla, konsol kirişe benzetilen perde duvar davranışına geçtiği bilinmektedir. Yatay deplasmanları sınırlamak için sadece tek bir kat alanına bağlı olarak gerekli perde duvar alanının belirlenmesi üzerine birçok çalışma bulunmaktadır. Burada ise binanın perde duvar davranışı göstermesi için kolon ve perdelerin ön tasarımı aşamasında, donatı artış oranına bağlı olarak bina maliyetindeki artış ve perde-çerçeve davranış uyumluluğu dikkate alınarak, perdelerin karşıladığı momentin bina taban momentine oranına bağlı, bir kattaki perde alanının tüm katların alanına oranının minimum değeri tespit edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, Türkiye Bina Deprem Yönetmelik (TBDY-2018) kurallarına uygun çerçeve sistemden oluşan beş katlı ve planda simetrik bir bina tasarlanmıştır. Öncelikle, kiriş-kolon çerçeve sistemden oluşan bu modele asansör perdesi eklenmiş, daha sonra asansörlü modele çeşitli oranlarda simetrik perdeler ilave edilerek toplamda 10 model oluşturulmuştur. 

Keywords

• Betonarme binalarda depreme dayanıklı yapı tasarımı
• perde-çerçeve taşıyıcı sistemlerde minimum perde oranı
• perde momentinin taban momentine oranı
• etkin göreli kat ötelemesi
• gevrek kesme göçmesi

Determination of Minimum Shear Wall Ratio for the Compatibility Behavior of Shear Wall-Frame in Earthquake Resistant Design of Reinforced Concrete Structural Systems

Abstract

Increasing in the number of floors in building design against earthquake, it becomes necessary to use reinforced concrete shear walls in order not to exceed the bearing capacity of elements and the limit of horizontal displacements and to prevent damage of frame infill walls. When the structures exposed to earthquakes are examined, the shear wall elements are exposed to greater shear stresses as a result of the lack of enough reinforced concrete shear walls in some buildings and also horizontal displacements exceed the limit values and unexpected premise brittle shear failures occur in the shear walls. It is known that with the addition of partial shear walls to the reinforced concrete frame system, the frame system behavior has changed into a mixed system behavior and with the further increase of the shear wall ratio, it transforms into a shear wall behavior similar to cantilever beam.There are many studies on determination of the shear wall area required depending on only a single floor area to limit horizontal displacements. Herein, in order to let the building exhibit shear wall behavior, during the preliminary design stage of the columns and shear walls, the minimum value of the ratio of the shear wall area to the area of all floors has been tried to be determined taking into account the ratio of the moment taken by the shear walls to the building base moment, building cost increase depending on the increase in the quantity of the steel reinforcement and shear wall-frame behavior compatibility. For this purpose, a five-storey symmetrical building in plan was designed consisting of a frame system in accordance with the rules of the Turkish Building Earthquake Code (TBEC-2018). Firstly, elevator shear wall was added to the model consisting of the beam-column frame system, and then by adding symmetrical shear walls in various ratios to this model, a total of 10 models were created.

Keywords

• Earthquake resistant building design in reinforced concrete buildings
• minimum shear wall ratio in shear wall-frame structural systems
• ratio of shear wall moment to base moment
• effective interstory drift ratio
• brittle shear failure

References

1. [1] TBDY 2018, “Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği”, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara, (2018).
2. [2] Akgül M., Doğan O., “4 Nisan 2019 Elazığ-Sivrice Depreminin Yığma Yapılara Etkisinin Değerlendirilmesi”, International Journal of Engineering Research and Development, 12 (1): 265-277, (2020).
3. [3] DBYBHY 2007, “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik”, Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Ankara, (2007).
4. [4] Atımtay E., “Çerçeveli ve Perdeli Betonarme Sistemlerin Tasarımı (Temel Kavramlar ve Hesap Yöntemleri)”, Bizim Büro, Ankara, (2001).
5. [5] Öztürk, T., “Betonarme Binalarda Deprem Perdelerinin Yerleşimi ve Tasarımı”, İMO İstanbul Şubesi İlkbahar-Yaz Dönemi Meslek içi Eğitim Kursları, İstanbul, (2005).
6. [6] Celep Z., Kumbasar N., “Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı”, Beta Dağıtım, İstanbul, (2004).
7. [7] Atımtay E., “Açıklamalar ve Örneklerle Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik”, Bizim Büro Basımevi, Ankara, (2000).
8. [8] Aka İ., Keskinel F., Çılı F., Çelik O.C., “Betonarme”, Birsen Yayınevi, İstanbul, (2001).

9. [9] Doğangün A., “Betonarme Yapıların Hesap ve Tasarımı”, Birsen Yayınevi, İstanbul, (2007).
10. [10] Celep Z., “Betonarme Yapılar”, Beta Yayınları, İstanbul, (2015).
11. [11] Sakcalı G.B., “Betonarme Binalarda Perde Duvar Oranının Farklı Parametrelere Göre İncelenmesi”, 5. International Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Orta Doğu Teknik Üniversitesi-İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, (2019).
12. [12] URL-1: http://www.imo.org.tr/resimler/ekutuphane/pdf/11082.pdf (Eyyubov, C., Şensoy, N., Uğur Y., “Betonarme Binaların Perdelerinin Deprem Etkisinde Davranışlarının İncelenmesi), (Erişim tarihi: 01.12.2020).
13. [13] URL-2: https://santiyede.com/deprem-sonrasi-olusan-hasarlarin-nedenleri-ve-alinacak-onlemler/3/, (Erişim tarihi: 29.11.2020).
14. [14] Ersoy U., “1992 Erzincan Depreminden Alınması Gereken Dersler”, 2. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, İstanbul, 395-403, (1993).
15. [15] Yön B., Şahin H., “Çok Katlı Betonarme Binalarda Zemin Sınıfına Göre Deprem Perdesi Oranının Tespiti”, Uludağ Üniversitesi Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Dergisi, 14(2): 57-73, (2009).
16. [16] Sağlıyan S., Sayın E., Yön B., “Sürekli Tablalı Kirişsiz Döşemeli Betonarme Binalarda Perde Oranının Göreli Kat Ötelemelerine Etkisi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(3): 209-220, (2012).
17. [17] Avşar Ö., Yurdakul Ö., Tunaboyu O., “Betonarme Perde Duvar Oranının Binaların Sismik Performansına Etkisi”, 2. Türkiye Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi, Hatay, Eylül 25-27, (2013).
18. [18] Çömlekoğlu H.G., “Effect of Shear Walls on The Behavior of Reinforced Concrete Buildings Under Earthquake Loading”, Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi-İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, (2009).
19. [19] Burak B., Çömlekoğlu,H.G., “Effect of Shear Wall Area to Floor Area Ratio on The Seismic Behavior of Reinforced Concrete Buildings”, Journal of Structural Engineering, 139(11): 1928-1937, (2013).
20. [20] Günel A.O., “Influence of The Shear Wall Area to Floor Area Ratio on The Seismic Performance of Existing Reinforced Concrete Buildings”, Yüksek Lisans Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi-İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, (2013).
21. [21] Yüksel M., Çağlar N., Dok G., Demir A., “Betonarme Yüksek Yapıların Deprem Performansına Betonarme Perde Oranın Etkisi”, 5th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, Bakü-Azerbaycan, 1893-1901, (2017).
22. [22] Engin S., “Binalar İçin Gerekli Perde Duvar Oranının Farklı Depremler İçin İncelenmesi”, 4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, Ekim 11-13, (2017).
23. [23] Ulutaş H., Dilmaç H., Tekeli H., Demir F., “Okul Binalarında Bulunması Gereken Perde Duvar Oranı Üzerine Bir Çalışma”, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10(1): 1-10, (2019).
24. [24] Sakcalı G.B., Tekeli H., Demir F. “Betonarme Binalardaki Perde Duvar Miktarının Bina Performansına Etkisi”, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(2): 157-168, (2017).
25. [25] Avanoğlu E., “Değişen Kat Adedi ve Perde Oranı İçin Kat Kesme Kuvvetlerinin Kolon ve Perde Elemanlara Dağılımı”, Yüksek Lisans Tezi, Kırıkkale Üniversitesi-İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kırıkkale, (2004).
26. [26] Tekel, H., “Betonarme Yapılarda %1 Oranında Perde Kullanımının Değerlendirilmesi”, Türkiye Mühendislik Haberleri, 444-445, 2006/4-5, 57-63, (2006).
27. [27] SAP2000 V19, “Structural Software for Analysis and Design”, Computers and Structures, California-USA, (2017).
28. [28] STA4CAD V14, “Yapıların Üç Boyutlu Dinamik Analiz ve Tasarımını Yapabilen Bilgisayar Programı”, STA Bilgisayar Mühendislik Müşavirlik Ltd Şti, Türkiye, (2020).
29. [29] TS500, “Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2000).
30. [30] TS498, “Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (1997).
31. [31] URL-3: https://tdth.afad.gov.tr/TDTH/main.xhtml, (Erişim tarihi: 31.12.2018).