Betonarme yüksek bir binanın deprem performansının çeşitli yöntemlerle incelenmesi
Seismic performance analysis of a high-rise reinforced concrete building by using various methods
Yazar: MERT AKKAYA
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH NECMETTİN GÜNDÜZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Performans analizi = Performance analysis ; Pushover analiz = Pushover analysis

Özet:
Günümüzde ihtiyaç sebebiyle çok katlı yüksek yapı sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle ülkemizin büyük şehirlerinde çok sayıda yüksek yapı inşa edilmektedir. Yürürlükte olan DBYBHY 2007 az ve orta katlı yapı tasarımını kapsamaktadır. Ülkemizde yüksek yapı tasarımına yönelik resmi mevcut bir yönetmelik bulunmamaktadır. DBYBHY 2007'e göre binalarda tasarım yaparken malzemelerin elastik ötesi şekil değiştirme kapasitelerinden yararlanılmamaktadır. Mevcut tasarım yöntemleri malzeme dayanımlarının azaltılması ve depremde etkin kütlelerin belirli katsayılar ile arttırılması esasına dayanmaktadır. Ayrıca yapı taşıyıcı kesitlerinin ekonomik olması için elastik deprem kuvvetleri yapı taşıyıcı sistemine göre belirli katsayılar ile azaltılmaktadır. Bu bakımdan yönetmeliğe göre tasarlanan binaların deprem performansları hakkında fikir sahibi olunamamaktadır. Yönetmeliğe göre tasarlanmış binaların deprem performansının belirlenmesi daha ileri hesap yöntemleri gerektirmektedir. Bu yüzden malzeme ve geometriden kaynaklanan doğrusal olmayan şekil değiştirmeleri göz önünde bulunduran hesaplara ihtiyaç duyulmaktadır. Gelişen bilgisayar teknolojisi ve yapılan deneyler, deprem yükleri altında yapının rijitlik ve dayanım kaybını göz önünde bulunduran doğrusal olmayan çözüm tekniklerini uygulama imkânı vermiştir. Özellikle çok katlı yapıların deprem performansları ikinci mertebe ve yüksek mod etkileri nedeniyle daha ayrıntılı hesap esasları gerektirmektedir.
Dinamik çözüm ile yapıların deprem performanslarını belirlemek mümkün olmaktadır. Zaman-tanım alanında çözüm, çok katlı yüksek betonarme yapıların kesin performans düzeyinin belirlenmesinde uygun çözüm yöntemlerinden biridir. Bu tez kapsamında yüksek betonarme bir binanın zaman tanım alanında dinamik çözümü ile performans düzeyi belirlenmiştir.
Dinamik yöntem çözüm adımları çok vakit aldığı için mühendisler statik itme yöntemini geliştirmişlerdir. Statik itme yönteminde, yapının artan yer değiştirmelerine karşı taban kesme kuvvetleri elde edilmekte, belirlenen hedef yer değiştirmeye kadar yapılan çözüm ile yapının deprem performansı belirlenmektedir. Genellikle, az ve orta katlı yapılarda pratik olması sebebiyle statik itme çözümü yapılması uygun görülmektedir. Çok katlı yapılar için ise mühendisler tarafından artan mod etkilerini göz önünde bulunduran çok modlu statik itme çözüm yöntemleri araştırma konusu olmuştur. Çözüm sürecinin daha pratik olması sebebiyle, doğrusal olmayan şekil değiştirmeleri göz önünde bulunduran yer değiştirme esaslı çok modlu statik itme çözüm yöntemi ile yüksek binanın performansı incelenmiştir. Yüksek mod etkileri uygun birleştirme teknikleriyle birleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar zaman tanım alanı çözüm sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
Bahsedilenler doğrultusunda hazırlanan yüksek lisans tezi beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde statik ve dinamik çözüm yöntemlerinin gelişimlerinden bahsedilmektedir. İkinci bölümde doğrusal olmayan çözüm yöntemlerinin esaslarından bahsedilmektedir. Ayrıca, yöntemlerde kullanılan model ve varsayımlar anlatılmaktadır. Üçüncü bölümde, hem statik hem dinamik yöntem çözüm süreçleri anlatılmaktadır. Dinamik çözümde kullanılacak uygun deprem ivme kayıtlarının seçimi, ölçeklendirmesi ve çok modlu statik itme çözümlerinde hedef yer değiştirmelerin belirlenmesi incelenmektedir. Dördüncü bölümde ise 20 katlı yüksek betonarme binanın zaman tanım alanı ve çok modlu statik itme çözümü yapılmaktadır. Son bölümde, çözümlerden elde edilen sonuçların değerlendirmesi ve karşılaştırması yapılmaktadır.
Zaman tanım alanında çözüme göre 20 katlı yüksek bina her iki doğrultuda can güvenliği performans düzeyini sağlamaktadır. Çok modlu statik itme çözümüne göre ise kiriş ve kolon elemanlarda daha az hasar sonuçları elde edilmektedir. Statik itme çözümlerinden elde edilen kat mutlak ve kat göreli yer değiştirmeleri, zaman tanım alanı çözümüne yakın sonuçlar vermektedir. Tek modlu statik itme çözümünden elde edilen taban kesme kuvveti kapasitesi, zaman tanım alanı çözümünden elde edilen kesme kuvvetinden %30 daha az bulunmuştur. Her iki çözüm yöntemine göre kirişlerde plastik mafsal dönmeleri karşılaştırılmaktadır. Plastik mafsal dönmelerinde düzensiz bir dağılım görülmektedir

Abstract:
Nowadays number of high-rise buildings are increasing rapidly. A lot of high-rise buildings are being erected in metropolis of our country. DBYBHY 2007(Current Turkish Seismic Code) includes design rules only for low and mid-rise buildings. There are not any official regulations for high rise building design in our country. According to DBYBHY 2007, we only benefit from elastic capacity of system members by means of resistance to external loads. As principal of design, neither strength of material is reduced nor effective mass is increased. Besides, elastic earthquake forces are reduced by a parameter that is determined from building system model in order to obtain economical cross sections in design. For this reason, we do not have any general understanding about building earthquake performance level. In order to get the performance level of the building, more sophisticated analysis techniques must be applied. Therefore we need analysis techniques which take into consideration nonlinearity of building material and geometrical properties. Developing computer technology and experimental procedures enable us to apply nonlinear solution techniques which take into account the loss of rigidity and strength during an earthquake. Especially in high rise buildings, we need more specific analysis techniques because of second order and higher mode effects.
We can determine building performance level under earthquake forces by using dynamic analysis methods. In order to determine the exact performance level, time history analysis procedure is so far the best analysis method for high-rise buildings. Three acceleration-time records were used in solutions included in this thesis. These are Düzce (1999), Kobe-Japan (1995) and Imperial Valley06 (1979) earthquake records. Three records which are scaled by design acceleration spectrum were used in time history integration analysis. Performance levels were determined according to where the most critical damage occurred in records. Besides, when the higher mode effects are taken into account, damping ratios are obtained from the building rigidity and mass values. At the first and second modes, mass participation factor is effective so damping ratio depends on the mass value. At the increasing modes, damping ratio depend on the loss rigidity value. In this thesis, we determined performance level of a twenty story building by using direct integration time history analysis procedure.
Engineers developed static pushover procedures since dynamic analysis is time consuming. In this method, we obtained shear forces against increasing displacements then we determined target displacement and continued the pushing procedure until the target displacement value was reached. Generally, static pushover procedure is convenient in low and moderate rise buildings because of practicality in application. In order to determine the high-rise building performance, engineers studied pushover analysis which also considers higher mode effects. High-rise building performance is investigated by using displacement control static pushover analysis method since the solution procedure is more practical. Higher mode effects were combined using proper combination rule. After doing this, we made comparison between multi-mode static pushover and time history direct integration solutions.
To sum up, this Master of Science thesis consist of five chapters
?	The first chapter includes general information and background about the static and dynamic analysis methods. Also purpose of master of science thesis is explained in this chapter.
?	In second chapter, principles of nonlinear analysis methods are mentioned. Also modelling and assumption which used in analysis method are mentioned. Concrete, rebar stress-strain diagram and elastic, inelastic solution methods are referred to in this chapter.
?	The third chapter consists of solution procedures about the dynamic and static analysis methods. Selection of time histories, scaling time histories and obtaining target displacements is studied in this chapter. All records are of the same fault type. Records are chosen from strike-slip fault type. Also, target displacement was determined from two methods. First of them is equal displacement rule and second are dynamic analysis results.
?	In fourth chapter, building information, obtaining cracked rigidity and plastic hinges are mentioned. Earthquake performance of a twenty story high-rise building is determined by using time history direct integration and multi-mode static pushover methods.
?	In the last chapter, the results are compared with each other and discussed. Performance level is obtained from multi-modal static pushover and time history direct integration analysis result in this chapter. Also, base shear forces versus maximum displacement of analysis methods are compared with each other. Story displacements, story drifts and plastic hinge rotations are compared between first mode static pushover, multi-modal static pushover and Kobe-Japan acceleration record.
According to the results of time history analysis, twenty story high rise building satisfies life safety performance level in both earthquake directions. According to results of multi-modal static pushover analysis, the number of damaged beam and column members are less those of than time history analysis results. As a result of comparison, there are small differences between multi-modal static pushover and time history analysis regarding story displacements and story drifts values. Base shear is obtained from first mode modal static pushover procedure seventy percent of time history analysis base shear force result. 
Besides, results of plastic rotations from both analyses at the beams are compared. There are irregular distribution patterns at the plastic hinge rotations in analysis procedures. At the end of the analysis procedures, results of the time history analysis seem to be more effective than the results obtained from multi-modal static pushover analysis procedure.
To obtain the correct damage level at the core wall, using better core wall model may more appropriate instead of modelling with frame elements. Although core wall modelling with finite elements cause a time consuming, it makes possible to obtain correct results.
Selection of earthquake acceleration records affects the analysis results directly. Especially in high-rise building analyses, number of records and selection of records affect the results directly. Therefore in order to determine correct performance level, using more earthquake records is more convenient at the time history analysis instead of using three records.
Besides, rigid diagram assumption may also be investigated in high-rise buildings. Dynamics characteristic of building may be different when the rigid diagram assumption is not used depending on the openings in floors. Therefore, rigid diagram assumption may be investigated comprehensively.