Çok katlı yapılarda geometrik ve yük düzensizliklerinin dinamik analizi
Dynamic analysis of geometric and loads irregularities at tall buildings
Yazar: GÜRKAN TOPTAŞ
Danışman: ÖĞR. GÖR. DR. BAHATTİN KİMENÇ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Deprem yükü = Earthquake load ; Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Yapı düzensizlikleri = Structural irregularities

Özet:
Yüksek lisans tezi olarak sunulan bu çalışmada, son zamanlarda uygulanmaya başlanan çok katlı yapılarda, kat bahçesi uygulamasından dolayı meydana gelen geometrik ve yük düzensizliklerinin ETABS programı yardımıyla dinamik analizleri yapılarak uygulamaların binaya etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada 1 adet kat bahçesiz, 3 adet de kat bahçeli 4 farklı bina yapınsın 15, 17, 19 ve 21'er katlı olmak üzere 4 farklı kat adedi için analizler yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda binalarda depremden dolayı meydana gelen kat ötelemeleri,deprem kuvvetleri gibi değerleri ve binalardan 1'er adet seçilen kolon ve kirişlerinde meydana gelen kesit tesir değerleri ETABS programından alınmıştır.. Alınan veriler, EXCEL programı yardımıyla tablo ve grafiklere dönüştürülerek karşılaştırmalı ve detaylı incelemeler yapılmıştır.Tezin ilk bölümde son yıllarda Türkiyede meydana gelen depremler ve bunların etkisi anlatılmıştır. Meydana gelen bu depremlerde oluşan yapısal hasarlardan dolayı önem kazanan depreme dayanıklı yapı tasarım ilkesinin özelliklerinden bahsedilmiştir. Günümüzde insanlar yaşadıkları mekânların estetik, ekonomik ve çok fonksiyonlu olmasını istemektedir. Bunun sonucu olarak da simetrik olmayan, geometrisi düzensiz, depreme karşı yeteri kadar rijit olmayan yapı tipleri ortaya çıkmaktadır. Yapının planlama aşamasındayken mimari tasarımda yapılan hatalar, yanlış geometri seçimleri, estetik ve görünüş kaygıları nedeniyle yapılan yanlış düzenlemeler, yapıyı deprem karşısında önemli ölçüde riske sokmaktadır. Depremlerde hasar gören yapıların hasar nedenleri bazen doğrudan doğruya mimari tasarım ile bağlantılı olmaktadır. Mimari tasarımda olabildiğince özgür davranmak, normal koşullarda bile taşıyıcı sistem düzenlemesinde güvenli bir çözümü güçleştirmektedir. Buna deprem etkileri de eklendiği zaman taşıyıcı sistem davranışında çok daha önemli problemlerle karşılaşılmaktadır. Bu bölümde bu problemlerinin nedenlerinden bahsedilmektedir.İkinci bölümde, depreme dayanıklı yapı tasarımın öneminden ve kullanılan hesap yöntemleri anlatılmıştır. Bu bölümde depreme dayanaklı yapı tasarımının temel ilkeleri olan yeterli dayanım, yeterli rijitlik, yeterli süneklik ve yeterli sönüm kavramlı açıklanmıştır. Daha sonra depreme dayanaklı yapı tasarımı için kullanılan hesap yöntemlerinden bahsedilmiştir. Bu hesap yöntemleri yeni deprem yönetmeliğine göre; eş değer deprem yükü yöntemi, mod birleştirme yöntemi ve zaman tanım alanında hesap yöntemi olmak üzere 3 ana başlıktan oluşmaktadır. Bu hesap yöntemleri için kullanılacak olan formüller ve sabit katsayılar hakkında bilgi verilmiştir.Üçüncü bölümde, taşıyıcı sistem düzensizliklerinden dolayı meydana gelen düzensizliklerden bahsedilmiştir. Bu bölümde ilk olarak yapıların depreme karşı davranışlarını olumsuz yönde etkileyen ve bu nedenle tasarımından ve yapımından kaçınılması gerekilen düzensizlikleri içeren yapılar hakkında bilgi verilmiştir. Yapıda düzensizlikler, planda düzensizlik ve düşey doğrultuda düzensizlikler olmak üzere 2 ana başlık da incelenmiştir. Daha sonra bu düzensizliklere dikkat edilerek taşıyıcı sistem seçiminin önemi ve taşıyıcı sistem seçilirken dikkat edilmesi gereken hususlar hakkında bilgiler verilmiştir. Bir yapının seçilen taşıyıcı elemanları ya da taşıyıcı sistemi, öncelikle mimari tasarıma ve yapının kullanım amacına uygun olmalıdır. Taşıyıcı elemanlar ne az kullanılmalı ne de yapıyı ağırlaştırmalıdır. Sistem makine, elektrik tesisatlarına kolay kullanım imkânı vermelidir. Sistem elemanları, ısı ve ses köprüsü oluşturmamalı, yangına karşı dayanıklı olmalıdır. Gerekiyorsa korunmalıdır. Bununla birlikte, en önemlisi de, olası bir deprem dâhil bütün yüklere karşı yapı yeterli dayanımı göstermelidirDördüncü bölümde, son dönemlerde ülkemide uygulanmaya başlanan kat bahçesi uygulanmasından dolayı meydana gelen yük ve mimari düzensizliklerin taşıyıcı sistem davranışı üzerinde etkilerini incelemek üzere sayısal örnekler yapılmıştır.. Oluşturulan modellerde kat bahçelerinin değişik yer ve oranları için, kat sayısı parametresi dikkate alınarak, kat bahçesi uygulamasının taşıyıcı sisteme etkisi araştırılmıştır. Yapılarda taşıyıcı sistemi değiştirilmeden sadece planda ve düşeyde değişiklikler yapılmıştır İncelenen yapıların özelliklerini, mimari planlarını ve uygulama şekilleri hakkında bilgi verilmiştir. Bu bölümde her bina tipi için kat planları mevcuttur. Etabs ile yapılan analizler sonunda ortaya çıkan yapıların ağırlıları, her iki yönde deprem kuvvetleri, kat ötelemeleri gibi yapıya ait karakteristik özellikler tablolar halinde verilmiştir. Bu tablolar baz alınarak yapıların incelenmesi sonucunda ortaya çıkan analizler grafik yardımı ile bu bölümde yer almaktadır. Bu bölümdeki grafikler binaların x ve y yönünde max kat ötelemeleri, göreli kat ötelemesi, seçilen kolonun normal kuvvet ve moment değerleri, seçilen kirişin kesme kuvveti ve moment değerlerini kapsamaktadır.Beşinci bölümde, yapılan tüm analizler, tablolar ve grafiklerin sonucunda kat bahçesi uygulamasıyla ilgili sonuç ve önerilere yer verilmiştir. Bu sonuçlar kat bahçesi uygulanacak binanın her iki yönde rijit yapıda olmasına dikkat edilmelidir. Kat bahçesinden dolayı meydana gelecek bina ağırlığındaki artış dikkate alınmalıdır. Özellikle zemini kötü olan bölgelerde kat bahçesi uygulacaksa, kat bahçesi üzerindeki döşemeler kaldırılarak bina ağırlığı dengelenmelidir. Kat bahçeleri tek bir döşemede büyük olacağına ufak döşemelerle binanın simetrisini bozmadan uygulanmalıdır. Kat bahçesi uygulamalarında rijitlik merkezi ile ağırlık merkezlerinin birbirlerinde uzaklaştırılmadan planmalıdır aksi takdirde binada düzensizlikler meydana gelebilir. Özellikle büyük kat bahçesi uygulamaları için proje aşamasındayken belirlenen toprak yükünün uygulama sırasında aşılmamasına dikkat edilmelidir. Ağırlık merkezinde meydana gelebilecek değişklikler büyük sorunlar meydana getirilebilir. Kat bahçesi uygulanıcak sistemlerde perdelerin yerleşimi ve oranı çok önemlidir. Çünkü kolon kiriş sisteminde en fazla zorlanmalar moment değerlerinde meydana gelmektedir. Bu moment değerleri düzgün olarak perdelere paylaştırışlarak büyük kolon ve kiriş kesitlerinden kaçılabilirSonuç olarak yapılan analizler ile son dönemlerde binalarda uygulanmaya başlanan kat bahçesi uygulamasının avantajları ve dezavantajları irdelenmiştir.

Abstract:
Geometric and load unbalances on the high rise apartment blocks with floor garden application are investigated ETABS software by dynamic analysis in this study as master thesis. In this study first floor without garden, 3 floors with floor garden respectively 15,17,19,21 floors are analyzed. Column and beam of the one floor cross section effect value, floor offset and earthquake effect analysis are done on ETABS. Taken values are shown on the EXCEL sheet table and graph and detailed analysis are done.Nowadays people want aesthetic, economic and multifunctional places to live. And so unsymmetrical, irregular geometry and not sufficient rigidity against earthquake construction design appears result of multi functional design. Architectural faults like wrong arrangement, wrong geometric selections, aesthetic and visual concerns will risk the constructions against earthquakes. Damages are causing directly to the architectural design in the damaged constructions on the earthquake. Being free in the architectural design hardens the secure arrangement of the carrier. And this causes more important problems after adding earthquake effects to carrier system behavior. Main point of earthquake resistant construction design is no damage constructional or non-constructional damage system element in low level earthquakes, limited damage constructional or non-constructional damage system element in medium level earthquakes, providing health security in high level earthquakes.Rigidity, equilibrium and strength needs to be found to support secure and constant load flow from carrier system to earth for earthquake loads in the construction carrier system. In this case furnishing systems needs to provide rigidity and strength between carrier system and earthquake forces. Besides that construction behavior such as sufficient equilibrium, sufficient damping and sufficient compatibility will be defined. In project and application stage described criteria need to be done for building a safety construction. In this master thesis these calculations done and analyzed in ETABS software to find suitable construction carrier system for floor garden application.In the first chapter earthquakes happened in last years in Turkey and affects are explained. After constructional damages on the earthquakes, earthquake resistant construction design principle properties are explained. Nowadays people want aesthetic, economic and multifunctional places to live. Architectural faults like wrong arrangement, wrong geometric selections, aesthetic and visual concerns will risk the constructions against earthquakes. Damages are causing directly to the architectural design in the damaged constructions on the earthquake. Being free in the architectural design hardens the secure arrangement of the carrier. And this causes more important problems after adding earthquake effects to carrier system behavior. Reasons of the problems are explained in this chapter.In the second chapter importance of earthquake resistant construction design and used calculation methods are explained. Sufficient strength, rigidity and damping concepts are explained for basic principles of earthquake resistant construction design. After that used calculation methods for earthquake resistant construction design is explained. These calculation methods are formed in 3 main methods which are equivalent value earthquake load method, mode combination method and time definition area method. Used formulas and constant factors are explained in this part.In the third chapter carrier system unconformities are explained. In this part negative effects of the earthquake and methods to prevent these effects are explained. These effects are researched in 2 main titles which are construction unconformities and vertical axis unconformities. And after that importance of carrier system selection against these unconformities are explained. Carrier system elements or carrier system of a construction needs to be applicable to usage area. Carrier system needs to be used not so much and not to be heavy. System needs to let easy usage of machine and electrical installment. System components need to be fire resistant and prevent heat and sound dissipation. If needed, components will be protected. The most important point construction strength needs to be compatible to all loads including earthquake.In the fourth chapter numerical analysis are done for floor garden application effect in carrier system behavior. Different location and ratio of floor garden in the construction are researched with floor number parameter and floor garden application effect to the carrier system is researched. In these constructions only plan and vertical line is changed. Properties of the researched construction, architectural plans and application ways are explained. Weights of the construction, two way earthquake forces, floor offset are shown on the tables by doing analysis on ETABS. These graphs cover x and y max. floor offset, relative floor offset, selected column normal force and moment values, selected string cut-off force and moment values.In the fifth part, results and recommendations are given for floor garden application after result of all analysis, tables and graphs. These results are construction needs to be two way rigid for floor garden application. Construction weight needs to be considered because of floor garden application. Especially if floor garden is going to be applied in bad earth area, construction weight needs to be balanced with removing furnishings on the floor garden. Floor garden will be large with one furnishing, so it needs to be with small furnishings without avoiding construction symmetry. Floor garden application need to be planned according to rigidity center and weight, otherwise unconformities will be seen on the construction. Especially earth load will be checked for large floor garden application in the project stage. Changing of the gravity center will cause big problems. Column arrangement and ratio is very important for floor garden application. Because strains will occur in column and beam system. Moment values needs to be shared to each column and beam equally.As a result in this study advantages and disadvantages of the floor garden application which is popular in last years are researched with analysis.