A3 düzensizliği bulunan bir binanın farklı dilatasyon yöntemleriyle modellenmesi
Modeling of a building have A3 irregularity with different dilatation methods
Yazar: EMİN GAZİ KAŞIKÇI
Danışman: PROF. DR. TÜLAY AKSU ÖZKUL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yer kabuğunda ortaya çıkan enerjinin sismik dalgalar ile yeryüzünde oluşturduğu sarsıntılara deprem denir. Depremler tüm canlıların yaşamını olumsuz etkileyebilmektedir. Depremler önüne geçilemeyen bir doğa olayı olmasına karşın deprem sonucu oluşan can ve mal kaybı en aza indirilebilmektedir.
Depremler sonucu oluşan yıkıcı etkinin temel sebebi binalardır. Bu yüzden deprem sonucu oluşan etkileri azaltmanın ilk adımı inşa edilecek olan yapıların tasarımının uygunluğudur. Bina tasarlarken karşılaşılabilecek birtakım düzensizlik durumları mevcuttur. Bu düzensizlik durumları dikkate alınarak tasarım yapılması gerekmektedir. Bu tezde A3 türü düzensizliği bulunan bir binanın farklı dilatasyon yöntemleri ile tasarımı ve bu yöntemler arasındaki farklılıklar incelenmektedir.
Bu tez çalışması altı bölümden oluşmaktadır.
İlk bölümde tez hakkında kısaca bilgilendirmeler yapılmakta ve tezin amacıyla kapsamına değinilmektedir. Giriş kısmı tezin ilk bölümünü oluşturmaktadır.
İkinci bölümde bu tezde kullanılan dilatasyon yöntemlerinden bahsedilmektedir. Bu yöntemler: Çift kolon yöntemi, guseli kiriş yöntemi, konsol kiriş yöntemi ve gerber kirişi yöntemidir. Bu yöntemler hakkında bilgilere yer verilmiş ve uygulamada nasıl kullanıldıklarına değinilmektedir.
Üçüncü bölümde Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY-2018)'de yer alan bina tasarım esaslarına, deprem hesaplamalarına, düzensizlik durumlarına ve tasarımda dikkat edilmesi gereken kontrollere yer verilmektedir. 
Dördüncü bölümde teze konu olan tüm yapılar için genel bilgilere yer verilmektedir. Genel bilgilerin içinde yapıda kullanılan malzemeler, yapıya etkiyen yükler, kolon boyutları, kiriş boyutları ve yapıya etkiyen deprem etkisi hesabı yer almaktadır. Bunlara ek olarak TBDY-2018'e göre A3 türü düzensizliği bulunan yapı (Temel bina) tasarımına yer verilmektedir. Çift kolon yöntemiyle oluşan bina (Çift kolon binası), guseli kiriş yöntemiyle oluşan bina (Guseli kiriş binası), konsol kiriş yöntemiyle oluşan bina (Konsol kiriş binası) ve gerber kirişi yöntemiyle oluşan bina (Gerber kirişi binası) hakkında bilgiler bu bölümde yer almaktadır.
Beşinci bölümde modelleme yapılan beş bina için analiz sonuçlarına yer verilmektedir. Bu bölümde temel bina, guseli kiriş binası, gerber kirişi binası, çift kolon A1 binası, çift kolon A2 binası, konsol kiriş A1 binası ve konsol kiriş A2 binası karşılaştırılmaktadır. Çift kolon ve konsol kiriş binaları birbirinden bağımsız yapılardan meydana geldiği için ayrı ayrı isimlendirilmiş ve karşılaştırmalara ayrı ayrı dahil edilmiştir. İlk olarak binaların periyotları sütun grafikler ullanılarak karşılaştırılmıştır. Periyot değerlerine paralel olarak hareket eden toplam kat ötelemeleri ve göreli kat ötelemeleri çizgi grafiklerle karşılaştırılmıştır. A1 burulma düzensizlikleri, B2 komşu katlar arası rijitlik düzensizlikleri, ikinci mertebe etkileri sütun grafiklerle karşılaştırılmıştır. Binaların düzensizlik bulunan kısımlarında yer alan kolonlarda oluşan iç kuvvetler incelenmiştir. Bu karşılaştırmalarda binaların en alt katta bulunan kolonları baz alınmıştır. çünkü en fazla yük bu kolonlara gelmektedir. Bu kolonlara etkiyen eksenel kuvvetler, kesme kuvvetleri, eğilme momentleri ve burulma momentleri karşılaştırılmıştır. Tüm binaların taban kesme kuvvetleri verilmiş ve bu binaların düzensizlik bulunan kısımlarında yer alan birince kat döşemelerinde meydana gelen düzlem içi eksenel kuvvetler karşılaştırılmıştır.
Altıncı bölümde yapılan karşılaştırmalar sonucu elde edilen veriler değerlendirilmektedir. Bu değerlendirmeler sonucunda çift kolon yöntemi hem düzensizliği ortadan kaldırmakta hem de analiz sonuçlarına göre daha iyi değerler vermektedir. Diğer dilatasyon yöntemlerinde A3 türü düzensizliğin ortadan kaldırıldığı görülmekte ama temel bina analiz sonuçlarının çokta uzağında değerler elde edilmediği görülmektedir.

Abstract:
The tremors created by the energy emerging in the earth's crust with seismic waves on the earth are called earthquakes. Earthquakes can negatively affect the life of all living things. Although earthquakes are an unavoidable natural phenomenon, the loss of life and property resulting from earthquakes can be minimized.
The main cause of the destructive effect resulting from earthquakes is buildings. Therefore, the first step in reducing the effects of earthquakes is the suitability of the design of the structures to be built. There are some irregularities that can be encountered while designing a building. It is necessary to design by taking these irregularities into account. In this thesis, the design of a building with type A3 irregularity with different dilatation methods and the differences between these methods are examined.
This thesis consists of six chapters.
In the first part, brief information about the thesis is given and the scope of the thesis is mentioned. The introduction is the first part of the thesis.
In the second part, the dilatation methods used in this thesis are mentioned. These methods are: the double column method, which creates structures that can move independently by adding extra columns to the irregular part, the console beam method, which is obtained by adding corbel to the beams in the irregular part and placing the precast slabs on these corbels, and the cantilever beam method by using cantilever beams and slabs in the part where the irregularity is concentrated and the gerber beam method, in which both cantilever beams and gerber beams resting on these consoles are used. In the console beam method and the gerber beam method, while the irregularity is eliminated, structures that can move completely independently of each other are not formed. Structures are formed that are connected to each other by connecting elements that can transfer horizontal and vertical loads but do not transfer moments. The double column method and the cantilever beam method, on the other hand, eliminate the irregularity and create structures that are independent of each other. In the second part, detailed information about these methods is given and sample section plans are shown on how these methods are used in practice.
In the third chapter, building design principles in the Turkish Building Earthquake Code (TBDY-2018) are discussed. Earthquake ground motion spectra are given according to the location and soil type of our building. There are spectral acceleration coefficients, horizontal elastic design spectra and vertical elastic design spectra. Building usage class, building importance coefficient, earthquake design classes, building height class, building performance targets, structural system behavior coefficient, excess strength coefficient, earthquake effect, load combinations and building model controls are given and how to find them in accordance with the regulation is shown. Relative story drift and how to control second order effects are mentioned. A1 torsion irregularity, A2 slab discontinuity, A3 plan irregularity, B1 strength irregularity between adjacent floors, B2 stiffness irregularity between adjacent floors and B3 the discontinuity of vertical elements of the structural system occur and how they are calculated.
In the fourth chapter, general information is given for all the buildings that are the subject of the thesis. C35/45 concrete class, B420C construction steel is used in our buildings, and the floor thickness is calculated as 12 cm. Building fixed loads, building live loads, building wall loads, column dimensions, beam dimensions are given in this section. In addition, according to TBDY-2018, the design of the structure with A3 type irregularity is included step by step. Spectral acceleration coefficients, horizontal elastic design spectra, vertical elastic design spectra, building usage class, building importance coefficient, earthquake design classes, building height class, building performance targets, structural system behavior coefficient and excess strength coefficient are calculated for all our buildings in this section. First, the building, called the basic building, was modeled according to the design principles and the necessary controls were made for this building. It has been determined that there is an A3 irregularity in this building. In order to eliminate the A3 irregularity, 4 different dilatation methods were applied to the basic building. First, the double column method was applied and the basic building was divided into three separate buildings. These buildings are called double column buildings. The new model that emerged when the console beam method was applied is called the console beam building. When the cantilever beam method is applied, 3 different buildings emerge. These buildings are called cantilever beam buildings. The building that emerges after the gerber beam method is applied is called the gerber beam building.
In the fifth chapter, the analysis results for the five buildings modeled are given. In this section, the base building, the console beam building, the gerber beam building, the double column A1 building, the double column A2 building, the cantilever beam A1 building and the cantilever beam A2 building are compared. Since double column and cantilever beam buildings are independent from each other, they are named separately and included in the comparisons separately. First, the periods of the buildings were compared using column charts. Total story offsets and relative story offsets moving parallel to the period values are compared with line graphs. A1 torsional irregularities, B2 stiffness irregularities between adjacent stories, second order effects are compared with bar graphs. The internal forces formed in the columns in the irregular parts of the buildings were examined. These comparisons are based on the columns on the lowest floor of the buildings. Because the most load is on these columns. Axial forces, shear forces, bending moments and torsion moments acting on these columns are compared. The base shear forces of all buildings are given and the in-plane axial forces occurring in the first floor slabs in the irregular parts of these buildings are compared.
In the sixth chapter, the data obtained as a result of the comparisons are evaluated. The periods of the buildings in the X direction were examined and it was seen that the lowest period value belonged to the double column A2 and cantilever beam A2 building. The highest period value was seen in double column A1 and cantilever beam A1 building. Console beam and gerber beam buildings also have higher period values than the foundation building and A2 buildings, and lower period values than A1 buildings. When the building periods in the Y direction are examined, it is seen that the lowest period value is in the double column A1 building and then in the cantilever beam A1 building. It is seen that the highest period values are in the double column A2 and cantilever beam A2 building.
The total storey drifts of the buildings were examined and a situation parallel to both the period values and the relative storey drifts was observed. As the stiffness of the buildings decreased, the maximum displacement value at the top floor increased.
When the stiffness irregularity values between the B2 adjacent floors of the buildings are examined, it is seen that the values are very close to each other. The reason for this is that the load-bearing system, column, beam and floor dimensions of all buildings are the same.
When the axial loads acting on the columns in the dilatation zone of the first floor of the buildings, on the C axis, are examined, it is seen that the double column building is exposed to less axial load while the other 4 buildings are exposed to almost the same axial load values.
When the shear forces, bending moments and torsion moments acting on the columns in the dilatation zone of the first floor of the buildings, on the C axis, are examined, the lowest values in both the X direction and the Y direction are obtained for the double column building.
When the base shear forces of the buildings are examined, it is seen that the base shear force of the double column and cantilever beam building is very low compared to other buildings. The double column and cantilever beam building consists of 3 different structures. When the base shear forces of these structures are added, values close to other buildings are obtained. As a result, the base shear forces of all buildings are close to each other.
When the in-plane axial forces acting on the floors between the B and C axes on the first floor of the buildings are examined, low values are obtained for all buildings. Among the dilatation methods, the lowest values are seen in the double column building formed as a result of the double column method.
When all the data obtained for the dilatation methods are compared, the double column method gives the most efficient result. The double column method is recommended in terms of applicability, designability, usability and efficiency.