Sismik taban yalıtımlı yüksek yapıların farklı depremler etkisindeki davranışı
Behavior of seismic base isolated high-rise buildings under the effect of different earthquakes
Yazar: İHSAN TÜRKEL
Danışman: PROF. DR. MAHMUT BİLGEHAN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Depremler, çok katlı ve özellikle yüksek yapıların taşıyıcı sistemlerinde büyük gerilmeler ve deformasyonlar meydana getirerek hem yapısal güvenliği hem de kullanıcı konforunu tehdit etmektedir. Sismik taban yalıtımı, bu etkileri azaltmak ve deprem sırasında oluşan sismik enerjiyi etkin bir şekilde sönümleyerek yapıların daha güvenli bir şekilde hareket etmesini sağlamak amacıyla geliştirilen etkili bir mühendislik çözümüdür. Bu çalışmada, rijit mesnetli ve sismik taban yalıtımlı çok katlı ve yüksek betonarme yapıların sismik davranışlarını karşılaştırmak için zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler yapılmıştır. Bu analizler için daha önce meydana gelmiş 1999 Kocaeli-Gölcük, 2023 Kahramanmaraş-Pazarcık ve 1977 Kastamonu depremlerinin ivme kayıtları kullanılmıştır.  Dikkate alınan yapılar 6, 12 ve 24 katlı olarak tasarlanmıştır. Bu kapsamda farklı kat sayısı, farklı depremler ve taban yalıtımının yapının sismik davranışına olan etkileri incelenmiştir. Analizlerde izolatör olarak tek eğrilikli sürtünmeli sarkaç tipi izolatörler dikkate alınmış olup izolatörlere gelen yükler yönetmeliğe uygun şekilde tanımlanmıştır. Analizlerden elde edilen sonuçlar, yapıda oluşan taban kesme kuvvetleri, tepe noktası deplasmanları, yapı periyotları, kütle katılım oranları, yerdeğiştirmeler, rölatif yerdeğiştirmeler ve kat ivmeleri bakımından irdelenmiştir. Analizler sonucunda, taban yalıtım sisteminin yerdeğiştirmeleri, ivmeleri, tepe noktası deplasmanlarını, yapı frekansını ve taban kesme kuvvetlerini önemli ölçüde azalttığı ve yapıyı sismik etkilerden daha iyi koruduğu görülmüştür. Yüksek yapılarda, izolatörler alt katlardaki sismik etkileri etkin bir şekilde azaltırken üst katlardaki etkisinin sınırlı kaldığı görülmüştür. Buna karşılık, rijit mesnetli yapılar sismik etkilere daha fazla maruz kalarak, daha yüksek hasar oluşturma riski taşımaktadır. Çalışma sonucunda, taban yalıtımı sisteminin yapının tepe noktasındaki deplasman genliklerini, kat ivmelerini ve taban kesme kuvvetlerini etkin bir şekilde kontrol ederek, daha dengeli ve güvenli bir performans sağladığı görülmüştür.

Abstract:
Earthquakes induce significant stresses and deformations in the structural systems of multi-story and especially high-rise buildings, posing substantial threats to both structural safety and occupant comfort. Seismic base isolation is an effective engineering solution developed to mitigate these effects by damping the seismic energy efficiently, thereby enabling structures to respond more safely during seismic events. In this study, nonlinear time history analyses were conducted to compare the seismic behavior of multi-story and high-rise reinforced concrete structures with rigid supports and seismic base isolation systems. Ground motion acceleration records were utilized in these time history analyses for the 1999 Kocaeli-Gölcük, 2023 Kahramanmaraş-Pazarcık, and 1977 Kastamonu earthquakes that occurred previously. For these analyses, the structures were designed as 6, 12, and 24-story buildings. In this context, the effects of different numbers of stories, different earthquakes, and seismic base isolation on the seismic behavior of the structure were investigated. In the analyses, single-curvature friction pendulum-type isolators were taken into account as isolators, and the loads on the isolators were defined in accordance with the regulation. The base shear forces, top of buildings' peak displacements, structural periods, mass participation ratios, absolute displacements, relative displacements, and story accelerations occurring in the structure were examined by obtaining the results of structural analyses. As a result of the analysis, it was seen that the base isolation system significantly reduced the displacements, accelerations, peak displacements, structure frequency and base shear forces and better protected the structure from seismic effects. In high-rise buildings, isolators have been shown to effectively reduce seismic effects on lower floors, while their effects on upper floors remain limited.   In contrast, rigid-supported structures are more exposed to seismic effects and have a higher risk of damage. As a result of the study, it was observed that the base isolation system effectively controls the displacement amplitudes at the top of the structure, story accelerations, and base shear forces, providing a more balanced and safe performance.