Düşey doğrultuda farklı taşıyıcı sistemlere sahip yapıların deprem etkileri altında incelenmesi
Researching on under seismic load effects on the building for vertical combination framing system
Yazar: SERAP ATMACA KÖMÜRCÜ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü / Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering

Özet:
Günümüzde, taşıyıcı sistem davranış katsayısı R'nin belirlenmesi, yönetmeliklerde
bulunan detaylı taşıyıcı sistem sınıflandırmaları ile oldukça pratik hale getirilmiştir.
Ancak, global çerçevede nüfus yoğunluğunun artması ile artan yapılaşma talepleri,
gelişen teknolojilere yönelik yapı tasarımlarının standartların ötesine geçmesi, daha
kısıtlı alanlarda daha işlevsel binaların inşa edilmesi gibi etkenler ile yapı taşıyıcı
sistemleri daha karmaşık hale gelebilmektedir. Bunun bir sonucu olarak, inşa edilecek
bir yapı, bünyesinde birden farklı yapı taşıyıcı sistem türünü bulundurabilir. Bu
durumda, hibrit (melez) yapı sistemleri ve düşey doğrultuda farklı yanal taşıyıcı
sistemleri içeren tasarımlar üretilebilir.
Düşey doğrultuda farklı yanal taşıyıcı sistemleri içeren yapılar için deprem etkileri
altında tasarıma ilişkin yönetmeliklerde çeşitli doğrusal hesap yöntemleri yer
almaktadır. Ancak, yönetmelik yaklaşımları ile hesaplanan tasarıma esas deprem
kuvvetlerinin incelenmesi ile ilgili çalışma ve bilgi mevcut değildir. Bu tez
çalışmasında, bu tür yapıların mevcut yönetmelik yaklaşımları ile hesaplanan tasarım
deprem kuvvetlerinin incelenmesi ve karşılaştırılması amaçlanmıştır. Türkiye
koşullarında bu duruma örnek teşkil edecek bir çok yapı bulunmaktadır. Tez
çalışmasında incelenen 3 farklı yapı tipi de ülkemizde sık rastlanan yapı tipi
örnekleri göz önünde bulundurularak belirlenmiştir. Tez çalışmasında kullanılan
ve hesap yöntemleri karşılaştırılan yönetmelikler, TBDY(2018) orijin kabul edilerek
DBYBHY(2007) ve ASCE(07-16) olarak belirlenmiştir.
Tez çalışmasında incelenen birinci yapı tipi, ülkemizde bu duruma örnek olarak
en sık rastlanan yapı tipini temsil eden, üç katlı bir yapıdır. Taşıyıcı sistem türü
yüksek sünek betonarme çerçeve (R = 8) olan birinci kat ve ikinci kat tip katlar olup
yapının alt bölümünü, üçüncü kat ise yapının üst bölümünü oluşturmaktadır. Üçüncü
katta çatı sistemini belirli akslarda yatay ve düşey çelik çaprazlarla desteklenen çelik
makas sistemi oluşturmaktadır ve makas sistemleri kat kolonlarına mafsallı olarak
bağlanmaktadır. Bu durumda, yapının üst bölümünde taşıyıcı sistem türü betonarme
konsol kolon (R = 3) olmaktadır.
Tez çalışmasında incelenen ikinci yapı tipi, birinci örnek yapıya yapının alt bölgesini
oluşturan birinci ve ikinci katlarda her iki deprem doğrultusunda betonarme perde
duvarlar eklenerek oluşturulan yeni bir yapı tipidir. Oluşturulan bu yeni yapı tipinde
alt bölge taşıyıcı sistem türü yüksek sünek betonarme perde (R = 6), üst bölge taşıyıcı
sistem türü betonarme konsol kolon (R = 3) olmaktadır.
Tez çalışmasında incelenen üçüncü yapı tipi ise, deprem etkilerine karşı güçlendirme
yapılmış mevcut eski bir endüstri yapısı örneğidir. Yapının alt bölümünü oluşturan
birinci normal kat taşıyıcı sistemi betonarme çerçevedir. Üst bölüm taşıyıcı sistemi
ise çelik kolonlar ile betonarme ve çelik kiriş elemanlardan oluşan çerçeve ve
çelik çatı makas sisteminden oluşmaktadır. Çatı sistemini belirli akslarda yatay
ve düşey çelik çaprazlarla desteklenen çelik makas sistemi oluşturmaktadır ve
makas sistemleri kat kolonlarına rijit olarak bağlanmaktadır. Bu yapı için deprem
etkileri incelenirken, taşıyıcı sistem davranış katsayısı belirlenmesinde yapı yeni
yapılacak bina olarak düşünülerek deprem etkileri hesaplanmıştır. Alt bölgede çerçeve
sistemi yüksek sünek kabul edilerek taşıyıcı sistem davranış katsayısı R = 8 olarak
hesaplamalar yapılmıştır. Üst bölgede ise taşıyıcı sistem davranış katsayısı R = 2
olarak hesaplamalar yapılmıştır.
Her bir yapı örneğine farklı hesap yaklaşımları içeren 3 adet yönetmelik doğrultusunda
modal analizler ve zaman tanım alanında doğrusal analizler olmak üzere iki farklı
doğrusal analiz yöntemi kullanılmıştır. Her bir yapı için taşıyıcı sisteme katkısı en fazla
ve en az olan taşıyıcı sistem elemanları belirlenerek, kolon, kiriş ve perde olmak üzere
farklı türde taşıyıcı sistem elemanları için deprem etkilerinden elde edilen eleman iç
kuvvetleri ile bina kat kesme kuvvetleri incelenmiştir. Doğrusal analizlerden elde
edilen sonuçlara göre bu parametreler dört farklı şekilde karşılaştırılmıştır.
Birincil olarak, modal analiz yöntemi kullanılarak, her bir yönetmelik hesap yakla
şımıyla elde edilen kat kesme kuvvetleri ve eleman iç kuvvetleri karşılaştırılmıştır.
Bu karşılaştırmada her bir yönetmelik yaklaşımı sonucu elde edilen kat kesme
kuvvetleri TBDY(2018) hesap yaklaşımından elde edilen taban kesme kuvvetine göre
normalize edilerek, farklı yönetmeliklere göre elde edilen deprem etkileri oransal
olarak karşılaştırılmıştır. Benzer olarak, her bir yönetmelik yaklaşımına göre yapılan
modal analizlerden elde edilen kesit tesirleri TBDY(2018) hesap prosedürlerine
uygun şekilde yapılan analizlerden elde edilen birinci kat kesit tesirlerine göre
normalize edilerek, farklı yönetmelik yaklaşımlarının iç kuvvetlere etkisi oransal
olarak karşılaştırılmıştır.
˙Ikinci karşılaştırma yönteminde farklı yönetmeliklere göre yapılan zaman tanım
alanında doğrusal analizlerden elde edilen kat kesme kuvvetleri ve eleman iç kuvvetleri
birinci karşılaştırma yöntemine benzer şekilde karşılaştırılmıştır.
Bir diğer karşılaştırma yöntemi olarak, yapı tiplerine deprem azaltması yapmadan,
modal analiz ve zaman tanım alanında doğrusal analiz uygulanarak elde edilen azaltılmamı
ş kat kesme kuvvetleri ve azaltılmamış eleman iç kuvvetleri karşılaştırılmıştır.
Bu karşılaştırma yöntemi ile düşey doğrultuda farklı yanal taşıyıcı sistem türü içeren
düzensiz yapılarda modal analizlerin zaman tanım alanında doğrusal analizlere göre
farkının gözlemlenmesi amaçlanmıştır.
Son olarak, yapılara uygulanan modal analizler ile zaman tanım alanında doğrusal
analizlerden elde edilen kat kesme kuvvetleri ve eleman iç kuvvetleri, her bir deprem
yönetmeliği hesap yaklaşımına göre karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma yöntemi ile
her bir deprem yönetmeliği için modal analizlerden elde edilen kat kesme kuvveti
değerlerinin zaman tanım alanında doğrusal analizlerden elde edilen sonuçlara göre
farkının gözlemlenmesi amaçlanmıştır.
Düşey doğrultuda farklı taşıyıcı sistem türlerini bulunduran yapı tiplerine etki edecek
deprem kuvvetlerinin tespiti ve incelenmesi için yapılan bu çalışmada, yapıya
etkiye ettirilecek en büyük deprem kuvvetleri ASCE(07-16) hesap yaklaşımından
elde edilmiştir. TBDY(2018) ve DBYBHY(2007) hesap yaklaşımlarından elde
edilen deprem etkileri arasındaki oran bina tiplerine göre değişkenlik göstermiştir.
Ancak, katlar arası kuvvet dağılımları incelendiğinde, tüm binalarda taşıyıcı
sistem türünün değiştiği katta meydana gelen kuvvet dağılımdaki değişiminin
en etkin şekilde DBYBHY(2007) hesap yaklaşımı sonucunda meydana geldiği
gözlemlenmiştir. Doğrusal analiz yöntemleri arasındaki farkın incelenmesi için
yapılan karşılaştırmalarda en büyük farkların yine DBYBHY(2007) hesap yaklaşımı
sonucunda meydana geldiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, the response modification coefficient, R has been determining very
practical with detailed structural system classifications in seismic codes. However,
building structural systems can become more complex due to the increasing demand
for construction with increasing population density in the worldwide, the fact that
building designs for developing technologies go beyond standards and the construction
of more functional buildings in more restricted areas. As a result, a structure to be
constructed can have more than one type of seismic force-resisting system in it. In this
case, designs comprising hybrid systems and combinations of structural systems in the
vertical direction can be produced.
Various linear calculation methods are included in the design codes under earthquake
effects for combinations of structural systems in the vertical direction. However, there
are no studies and information related to the analysis of seismic forces based on the
design calculated by the codes approaches. In this thesis, it is aimed to examine and
compare the design seismic forces of such structures calculated with the current codes
approaches. There are many sample structures in this situation in Turkey.
In the thesis study, 3 different building types were determined by taking into
consideration the most common building type samples in our country. The codes used
in the thesis study and the calculation methods were compared and accepted as the
origin of TBDY(2018) and determined as DBYBHY(2007) and ASCE(07-16)
The first building type examined in the thesis is a three-story building representing the
most common building type in Turkey. The first floor and second-floor seismic forces
resisting system type is special reinforced concrete frame system (R = 8) is the lower
part of the structure and the third floor is the upper part of the structure. On the third
floor, the roof system consists of steel truss system supported by horizontal and vertical
steel crosses on certain axles and the truss systems are pinned to the floor columns. In
this case, in the upper part of the structure, the seismic forces resisting system type is
concrete cantilever column (R = 3).
The second type of structure examined in the thesis is a new type of structure that is
formed by adding reinforced concrete shear walls in the direction of both earthquakes
on the first and second floors forming the lower region of the structure. In this new
building type, the lower zone structural system type is special reinforced concrete shear
wall (R=6) and the upper zone structural system type is reinforced concrete cantilever
column (R = 3).
The third type of structure examined in the thesis is an example of an existing industrial
structure reinforced with earthquake effects. The first-floor seismic forces resisting
system that form the lower part of the structure is a special reinforced concrete frame
system. The upper section structural system consists of steel columns, reinforced
concrete beams and steel beams, and steel roof truss system. The roof system consists
of steel truss system supported by horizontal and vertical steel crosses on certain axles
and the truss systems are fixed connected to the top of floor columns. While examining
the effects of the seismic force for this structure, the seismic forces were calculated by
considering the structure as the new building to determine the response modification
coefficient. In the lower region, the frame system is considered to be special moment
frame and the response modification coefficient is calculated as R = 8. In the upper
region, the response modification coefficient is calculated as R = 2.
Two different linear analysis methods, modal analysis and linear analysis in time
domain, were used in accordance with three different codes containing different
calculation approaches for each building sample. For each structure, the structural
elements having the maximum and least contribution to the structural system were
determined and the internal forces and shear forces of the buildings obtained from
efects of seismic forces were examined for different structural elements such as
columns, beams and curtains. According to the results obtained from linear analysis,
these parameters were compared in four different ways.
Firstly, the shear forces and element internal forces obtained by each codes calculation
approaches were compared using modal analysis method. In this comparison, the
shear forces obtained as a result of each codes approach were normalized according
to the base shear force obtained from the calculation approach of TBDY(2018) and
the effects of seismic forces obtained according to different codes were compared
proportionally.Similarly, the cross-sectional effects obtained from the modal analyzes
made according to each codes approach were normalized according to the first-floor
cross-sectional effects obtained from the analyses performed in accordance with the
calculation procedures of TBDY(2018), and the effect of different codes approaches
on internal forces was proportionally compared.
In the second comparison method, the shear forces and element internal forces obtained
from linear analyzes were compared in a similar way to the first comparison method
in the time domain made according to different codes.
As another comparison method, unreduced shear forces and unreduced element
internal forces were compared by applying modal analysis and linear analysis in the
time domain without earthquake reduction. With this comparison method, it is aimed
to observe the difference of modal analysis in the time domain in comparison to linear
analysis in irregular structures with different lateral carrier system types in the vertical
direction.
Finally, the modal analyzes applied to the structures and the shear forces and element
internal forces obtained from linear analyzes in the time domain were compared
according to the calculation approach of each seismic codes. With this comparison
method, it is aimed to observe the difference of the shear force values obtained from
the modal analysis according to the results obtained from the linear analysis in the time
domain for each seismic codes.
ASCE(07-16) calculation approach has been used to determine and investigate the
seismic forces that will affect the structure types which have different structural system
types in the vertical direction. The ratio between the earthquake effects obtained from
the calculation approaches of TBDY(2018) and DBYBHY(2007) varies according
to building types. However, when the distribution of forces between the floors is
examined, it is observed that the change in the force distribution occurring on the floor
where the structural system type changes in all buildings occur most effectively as a
result of DBYBHY(2007) calculation approach. In the comparisons made to examine
the difference between linear analysis methods, it was observed that the biggest
differences occurred again as a result of DBYBHY(2007) calculation approach.