Mevcut betonarme bir binanın perdelerle güçlendirilmesi ve yapısal performansının tbdy-2018'e göre değerlendirilmesi
Strenghtining of a existing reinforced concrete building by rc infill wall and to evaluate structural performance of it according to tbdy-2018
Yazar: YAKUP ZOLMAZ
Danışman: DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Ülkemiz aktif fay hatlarının bulunduğu bir kuşakta yer almaktadır. Bu sebeple yakın geçmişte meydana gelen depremler sonucunda yapı stoğunun gördüğü büyük zararlar mevcut yapıların inşaa edildiği dönemin yönetmelik kurallarına uygun bir şekilde yapılmadığının göstergesidir. Ayrıca, depremlerden sonra yerinde yapılan inceleme ve gözlemlerde bu yapılarda kullanılan beton kalitesinin son derece dayanımı düşük ve donatı kalitesinin de nervürsüz donatılar olduğu belirtilmiştir. Bütün bu olumsuz durumlara ek olarak imalat işçiliğinin de kötü olması deprem etkileri karşısında yapılarımızın son derece zayıf ve büyük zararlar almasına açık bir durum meydana getirmektedir. Mevcut yapı stoğunun tamamının yıkılıp yeniden yapılması ülke ekonomisi ve sosyal yaşam şartları açısından mümkün olmadığından bu tip yapıların çeşitli güçlendirilme yöntemleri sayesinde güvenli hale getirilmesi mümkün olabilir. Bu güçlendirme tekniklerinden biri olan yapının uygun kısımlarına betonarme perde ilavesi yapı rijitliğine büyük katkı sağlayarak yapı performansında iyileşme sağlayacaktır. Ayrıca gelişen bilgisayar teknolojisi ve yapı mühendisliği alanında yapılan çalışmalar yapıların performans yeterliliğinin değerlendirilmesini daha gerçekçi bir yaklaşımla olanaklı kılar. Bu imkanlar dahilinde tez çalışmasında yapı ve deprem mühendisliğindeki son gelişmeleri kapsayacak şekilde hazırlanan ve yürürlüğe yeni giren TBDY-2018 yönetmeliği esasları referans alınarak 1975 Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmeliğe göre tasarlanmış betonarme bir binanın önce doğrusal elastik performans değerlendirmesi sonra perde eklenmesiyle oluşan güçlendirilmiş durumunun performans analizi yapılmıştır.
Mevcut durumu doğrusal elastik değerlendirme sonucu göçme çıkan yapının güçlendirilmesi için eklenen perde oranı Ersoy'un yapmış olduğu deneysel çalışmalar ve Görgölü'nün doktora tezinde farklı beton dayanımı ve donatı kalitesine sahip yapıların kalibrasyonu sonucu elde ettiği perde indeksi oranları referans alınarak yapılmıştır. Ersoy'un eklenecek perde oranının %1'den fazla olması gerektiğini belirtmesi ve Görgülü'nün belirtmiş olduğu 10 MPa beton dayanımı ve S220 donatı kalitesine sahip 4 katlı betonarme yapılar için öngördüğü %1.60 oranı değerlendirilerek yapıya oturma alanının %1.60 oranında perde ilavesi yapılarak güçlendirilmesi sağlanmıştır.
Toplam beş bölümden oluşan tezin ilk bölümünde betonarme güçlendirme perdelerin etkinliğine yönelik yapılan deneysel ve sayısal çalışmalar özet halinde sunulmuştur.
İkinci bölümde, TBDY-2018 Bölüm 15'te mevcut binaların deprem etkileri sonucu davranışının belirlenmesi ve bu binaların güçlendirilmesinde esas alınacak hesap ilkeleri belirtilmiştir. Yönetmelik ilkelerine göre mevcut binaların değerlendirilmesi için bilgi toplanması, yapı elemanlarının hasar sınır ve bölgelerinin belirlenmesi, yapı için hedeflenen performans düzeyleri ve yapının hangi yöntemlerle analiz edileceğine dair temel ilke ve hesap kuralları sunulmuştur.
Üçüncü bölümde, TBDY-2018'in yer hareketleri hakkında tanımları ve ilgili esasları özetlenmekte ve performans analizinde kullanılacak olan zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik çözümleme için gerekli deprem kayıtlarının bu esaslar çerçevesinde ölçeklenmesi anlatılmaktadır.  
Dördüncü bölümde ise üretim atölyesi olarak hizmet vermekte olan 4 katlı betonarme bir binanın, betonarme perdelerle güçlendirilmiş durumunun zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemine göre performans analizi yapılmıştır. Yönetmeliğin şartlarına uygun 11 deprem kayıt takımı yapıya iki doğrultuda etkitilerek çözümler yapılmıştır. Bölüm içinde ilk olarak mevcut taşıyıcı sistemin tanıtılması ve doğrusal performans analizi sonuçlarının açıklanması sağlanmış, ikinci adımda ise perdelerle güçlendirilmiş durumun hesap adımları izah edilmiştir. Son kısımda ise güçlendirilmiş durumdan elde edilen sistem ve eleman bazında sonuçları belirtilerek bölüm tamamlanmıştır.    
Beşinci ve son bölümde ise elde edilen sonuçlar ve öneriler açıklanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında yapıya betonarme perde elemanlarının eklenmesiyle binanın yatay rijitliğinin artığı, yerdeğiştirmelerin izin verilen sınırlar dahilinde kaldığı, taban kesme kuvvetinin büyük bölümünün perdeler tarafından karşılanmasıyla kolon ve kiriş elemanların daha küçük yüklemelere maruz kaldığı ve kesitlerinin daha az hasara uğradığı gözlemlenmiştir. Böylece, perde eklenmesi sonucu mevcut yapının performans seviyesinin arttığı ve hasar seviyelerinin azaldığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlara dayanarak yapılara yeterli oranda perde elemanının eklenerek güçlendirilmesinin hem pratik hem de etkili bir çözüm tekniği olacağı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The fact Turkey's being on an active seismic zone and devastating earthquakes occured in recent years demonstrated earthquake resistant structure design is a must. By means of these earthquakes we also understood that current linear elastic analysis method is not sufficient. Our country is located on active fault line. Thus, catastrophic damages of earthquakes in which had happened in the recent past have showed that the vast majority of existing buildings had not been constructed in proper way according to the codes. Also, the examinations and observations made after the earthquakes showed that concrete strength used in these structures was extremely low and the quality of the reinforcement was inadequate. Besides, the lack of good manufacturing craftsmanship caused our structures to be weak under the effects of earthquakes. Because it is not possible destroying and reconstruct all the these existing building stock in terms of national economy and social life conditions, it is possible to secure such structures by means of various strengthening methods. Addition of reinforced concrete infill wall to the appropriate parts of the structure, which is one of these strengthening techniques, will provide a significant contribution to the structure rigidity and will improve the structure performance. Furthermore, the studies carried out in the structural engineering and developing computer technology have made it possible to evaluate performance adequacy of building with a more realistic approach. In this thesis , A concrete structure that constructed according to 1975 Code is analyzed in terms of linear elastic performance and then the nonlinear dynamic analyses of the building is executed  considering addition of infill wall according to the regulations of TBDY-2018. Paying attention on structural behaviours beyond elastic behaviours gives more idea about damages and resistance of structures during earthquakes, consequently in addition to linear analysis, non-linear analysis method has been developped.
The linear elastic evaluation of the existing structure resulted in collapse prevention performans level. Added infill wall ratio to strengthen the structure was taken from Ersoy's experimental studies and Gorgulu's doctoral thesis. Ersoy specified that infill wall ratio added could be more than %1 of floor area, and Gorgulu stated the %1.60 of floor area is suitable value for 4-floor-structure with 10MPa concrete strength and S220 reinforcement quality.
In the first chapter of the thesis which consist of five chapter , experimental and numerical studies about the effectiveness of reinforced concrete infill wall are presented. Numerical studies generally include studies on the ratio of shear wall that required for building structural performance in new reinforced concrete buildings rather than existing ones. In this calculations, parameters such as story displacements and drifts, shear wall strength and cross-sectional unit deformation limits are evaluated as variables. In the experimental studies, the anchorage types used in the connection of the walls to the existing frame, the wall occupancy rates in the frame and the effect of the material properties of the wall building condition on the building behavior were examined. 
In the second chapter, it is specified that to the TBDY-2018 Chapter 15, behavior of existing buildings affected by earthquake and calculation principles for strengthening these buildings. According to the principles of the regulation, the collection of information for the evaluation of the existing buildings, the determination of the damage boundaries and zones of the building elements, the performance levels for the building and the basic principles and account rules for the methods to be analyzed are presented. As a result of the existing projects of the building and the provision of sufficient information on site, the level of knowledge was determined extensively and the level of knowledge was taken as a coefficient. Due to the information level coefficient is 1, the analyzes of the existing materials in the structure are made without any reduction.
In the third chapter, the definitions and related principles of the TBDY-2018 about ground movements are discussed and the scaling of the earthquake records required for the nonlinear dynamic analysis in the time history to be used in the performance analysis is explained. According to these principles the selected recordings must be scaled to match the horizontal elastic design spectrum obtained for the structure.  Scaling was done by changing the frequency content of acceleration recordings with the help of Seismomatch software. Thus, it is ensured that the records do not lose the physical properties of the earthquake motion and correspond to the design spectrum almost in the predetermined defined period interval. As a result of analyzes which made according to TBDY-2018 principles , it was determined that the results obtained from each earthquake record did not make a significant difference. Thus, it is seen that the selected real earthquake records are appropriate and the scaling process is done correctly.
In the fourth part, performance analysis was performed according to the nonlinear dynamic analysis in the time history of a 4-storey reinforced concrete building which was serving as a production workshop. Eleven earthquakes recording in accordance with the requirements of the regulation were implemented in two directions and solutions were made. At first part of the chapter, the introduction of the structural system and the results of linear performance analysis are explained. In the last part, the section was completed by specifying the results on the basis of the system and element obtained from the strengthened state. The results of the performance evaluation according to TBDY-2018 are presented under two headings as system-based and element-based. System-based results are suitable for determining the overall behavior of the structure. These results, which are useful for a quick view of the overall behavior of the structure, are difficult to use to determine the performance level of the structure. These results include maximum displacements and hysterical curves that showing base shear forces and displacements, and plastic hinges formed by the each earthquake. The results on the basis of elements are more comprehensive than the results on the basis of the system, thanks to the determination of the damage zones as a result of the analysis of each element constituting the carrier system.
In the last chapter, the results and recommendations are explained. Within the scope of this thesis, it has been observed that the horizontal stiffness of the building is increased by the addition of infill wall elements, the displacements remain within the permissible limits and the column and beam elements are exposed to smaller loads and the sections are less damaged by the majority of the base shear force taken up by the infill walls. Thus, it was seen that the performance level of the existing structure increased and the damage levels of sections decreased as a result of the addition of infill wall. Based on the results obtained, it was concluded that the addition of sufficient infill wall elements to the structures would be a practical and effective solution technique.