Tipik Betonarme Bir Hastane Yapısının Güçlendirilmesinde Betonarme Perde Ve Sürtünmeli Sönümleyici Güçlendirme Alternatiflerinin Karşılaştırılması

Öz

Mevcut yapıların deprem güvenliği, önemi her geçen gün artan bir olgudur. Eski ve güncelliğini yitirmiş yönetmeliklere göre tasarlanıp inşa edilmiş yapıların yıkılıp yeniden yapılması, büyük çoğunluk tarafından ilk başta akla gelen çözüm gibi algılansa da güçlendirme uygulamaları, daha akılcı ve makul bir seçenek olarak masada yer almaktadır. Mevcut betonarme binalarının deprem dayanımını iyileştirmek için birçok güçlendirme yöntemi bulunmaktadır. Özellikle global dayanım ve deplasman sorunu bulunan betonarme yapıların güçlendirilmesinde en klasik ve bilindik olan ancak en çok zaman alan ve yapı kullanımını uzun süre engelleyen yöntem, perde duvar eklenerek güçlendirme yapılmasıdır. Modern alternatifler, benzer sorun yaşayan betonarme binalardaki güçlendirme uygulamalarında hem zaman hem de kolaylık açısından öne çıkmaktadır. Yapılarda pasif davranış kontrolü sağlayan sürtünmeli sönümleyicilerin eklenmesi, bu modern güçlendirme yöntemlerinden birisidir. Sürtünmeli sönümleyicilerin enerji yutma kapasiteleri sayesinde hem deprem yükünde oluşacak taban kesme kuvveti sınırlı seviyede tutulabilmekte hem de mevcut elemanlar üzerinde doğrusal elastik olmayan deformasyon talepleri azalmaktadır. Bu çalışmada, 1975 Türkiye Deprem Yönetmeliğine göre tasarlanmış ve inşa edilmiş yetersiz deprem performansına sahip mevcut bir hastane binasının, iki farklı yöntemle güçlendirilmesi değerlendirilmiş ve doğrusal olmayan statik itme ve dinamik analizlerle elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Çalışmada güçlendirme alternatifi olarak konvansiyonel betonarme perde duvar ilavesi ve modern sürtünmeli sönümleyici ilavesi alternatifleri, ayrı ayrı olarak uygulanmış ve sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında mevcut durumun, perde duvarlarla güçlendirilmiş durumun ve sürtünmeli sönümleyicilerle gülendirilmiş durumun deprem performansları belirlenerek kıyaslanmıştır. Sonuçlara göre her iki yöntem ile bina tepe deplasman talepleri, göreli kat ötelemeleri ve eleman hasar durumlarında önemli ölçüde iyileşmeler olmuştur. Buna karşın sürtünmeli sönümleyiciler ile yapılan güçlendirmede, kat kesme kuvvetlerinin daha düşük seviyelerde kaldığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Betonarme Yapılar
• Güçlendirme
• Sürtünmeli Sönümleyiciler
• Doğrusal Olmayan İtme Analizi
• Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Analiz

Comparison Of Reinforced Concrete Shear Wall And Friction Damper Retrofitting Alternatives For Reinforcement Of A Typical Reinforced Concrete Hospital Building

Abstract

Earthquake safety of existing structures is a phenomenon whose importance is increasing day by day. Although demolition and rebuilding of structures designed and built according to old and outdated codes is perceived as the first solution that comes to mind by the vast majority, retrofitting applications emerge as a more rational and reasonable option. There are many strengthening methods to improve the earthquake resistance of existing reinforced concrete buildings. The most classical and well-known method, at the same time the most time-consuming and long-lasting method for strengthening reinforced concrete structures, especially those with global strength and displacement problems, is the reinforcement by adding shear walls. Modern alternatives stand out in terms of both time and convenience in reinforcement applications in reinforced concrete buildings that have similar problems. The addition of friction dampers that provide passive behavior control in structures is one of these modern strengthening methods. Thanks to the energy absorption capacity of the friction dampers, the base shear forces that occur under earthquake excitations can be kept at a limited level and the non-linear inelastic deformation demands on the existing elements can be drastically reduced. In this study, the reinforcement of an existing hospital building with insufficient earthquake performance, which was designed and built according to the 1975 Turkish Earthquake Code, was evaluated by two different methods and the results obtained by nonlinear static pushover and dynamic analyses were evaluated. In the present study, addion of conventional reinforced concrete shear walls and modern friction damper were applied separately as reinforcement alternatives and their results were compared. Within the scope of this study, the earthquake performances of the current state of the structure, the shear wall-reinforced state and the friction dampers-reinforced state were determined and compared. According to the results, there were significant improvements in building top displacement demands, interstory drifts and element damage conditions with both methods. On the other hand, it was determined that the floor shear forces remained at lower levels in the reinforcement with friction dampers.

Keywords

• Reinforced Concrete Structures
• Retrofitting
• Frictional Dampers
• Nonlinear Pushover Analysis
• Nonlinear Time History Analysis

Kaynakça

1. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, T.C. İmar ve İskan Bakanlığı Deprem Araştırma Enstitüsü Başkanlığı, Ankara, Temmuz 1975.
2. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara, Ekim 1997.
3. Aiken I., Passive Energy Dissipation – Hardware and Appliacations, Los Angeles County and SEAOSC Symposium on Passive Energy Dissipation Systems for New and Existing Buildings , Los Angeles U.S.A, 1996.
4. ASCE-SEI 41-06, Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, American Society of Civil Engineers, U.S.A, 2008.
5. Asher J.W., Young R.P., Ewing R.D., Seismic isolation design of the San Bernardino Couty Medical Center replacement Project, Struct. Des. Tall Build., 9, 265-279.
6. Brown P., Aiken I. D., Jafarzadeh F. J., Seismic retrofit of the Wallace F.Benneth Federal Building, Modern steel construction, AISC, Chicago.
7. Chadwell C. B., Imbsen&Associates (2002), XTRACT- Cross Section Analysis Software for Structural and Eartquake Engineering, http://www.imbsen.com/xtract.htm (Ziyaret Tarihi: 29 Temmuz 2013).
8. Chopra A. K. , Dynamics of Structures – Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1995.

9. Clark P. W, Aiken I. D, Tajirian. F, Kasai. K, Ko. E, Kimura. I, Design proceduresfor buildings incorporating hysteretic damping devices, Post-Smiert Conf. Seminaron Seismic Isolation, Passive Energy Dissipation and Active Control of Vibrations ofStructures, Cheju, South Korea, 1999.
10. Clough R. W., Penzien J., Dynamic of Structures, Third Edition, Computers and Structures, Inc. , Berkeley U.S.A. ,1995.
11. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, 2007.
12. Duyguluer, M. F.,The history of seismic design code of Turkey, Bulletin of the International Institute of Seismology and Earthquake Engineering, 1997, 31, 177-92.
13. Düzel E., Düşeyde Rijitlik Düzensizliği Bulunan Çerçevelerin Sönüm Elemanları ile ve Çelik Çaprazlar ile Rehabilitasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi, F. B. E., Niğde, 2012.
14. Fardis M., Seismic Design, Assessment and Retrofitting of Concrete Buildings, Springer Dordrecht Heidelberg Londan, New York, 2009
15. Fahjan Y. M., Türk Deprem Yönetmeliği Tasarım İvme Spekturumuna Uygun Gerçek Deprem Kayıtlarının Seçilmesi ve Ölçeklenmesi, İmo Teknik Dergi, 2008, 4423-444.
16. FEMA 356, Prestandart and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Federal Emergency Managament Agency ( FEMA), 2000.
17. FEMA 273, NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Federal Emergency Managament Ag. ( FEMA), 1997.
18. FitzGerald T. F., Thalia Anagnos, Mary Goodson, and Theodore Zsutty (1989) Slotted Bolted Connections in Aseismic Design for Concentrically Braced Connections. Earthquake Spectra: May 1989, Vol. 5, No. 2, pp. 383-391.
19. Hilber H. M., Hughes T. J., Collocation, Dissipation and “Overshoot” for Time Integration Schemes in Structural Dynamics, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1998, Vol.6, 99-117.
20. Housner G. W., Limit design of structures to resist earthquakes, Proc. 1st World Conf. on Earthquake Engineering, 1956, pp.5.1-5.13, Earthquake Engineering Research Center, Berkeley CA.
21. Pall A., Pall R. T., Performance-Based Design using Pall Friction Dampers – An economical design solution, 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada , August 1-6, 2004.
22. Pall, A. S., and Marsh, C. (1980). “Optimum Seismic Resistance of Large Panel Structures Using Limited Slip Bolted Joints.” Proceedings of the Seventh World Conference on Earthquake Engineering, Istanbul, Turkey, Vol. 4, pp. 177-184.
23. Soong T.T., Spencer B.F., Supplemental Energy Dissipation: state of the art and state of the practice, Engineering Structures , 2002, 24, 243-259.
24. Soong T.T., Dargush G.F., Passive Energy Dissipation and Active Control, Editors : Chen Wai- Fah, Structural Engineering Handbook, CRC Press LLC, Part 27, 1999.
25. Soong T.T., Kelly J.M., Feetch D.A., Wood S.L., Hayes J.R., Lai M.L., Nielsen E.J.,Seismic Applications of Viscoelastic Dampers, NCEERS’s Building Project, TaskNumber 90-2107, 91-5131, 92-5202, 93-5111.
26. Soong T.T., Constantinou M.C., Passive and active structural vibration control in civil engineering, Department of Civil Engineering State University of New York at Buffalo , New York 14260.
27. Symans M.D., Charney F.A., Whittaker A.S., Constantinou M.C., Kircher C.A., Johnson M.W., McNamara R.J., Energy dissipation systems for seismic applications: Current practice and recent developments, Journal of Structural Engineering, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2008)134:1(3).
28. TS500, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standardı, 2000, ICS91.080.40.
29. TS498, Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri, Türk Standardı, 1997, ICS 91.040.
30. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. 18 Mart 2018 Tarih ve 30364 Sayılı Resmi Gazete. 2018