Mevcut betonarme bir bina üzerinde 2007 ve 2017 deprem yönetmeliklerinin karşılaştırılması
Comparision of 2007 and 2017 earthquake codes on a existing reinforced concrete building
Yazar: OZAN HEBUN SÜMELİ
Danışman: DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yapı mühendisliğinde yaşanan güncel ilerlemelerin, yeni bulguların, daha fazla güvenlik, ekonomiklik, uygulanabilirlik gibi birçok nedenden dolayı deprem yönetmeliklerinde yer alması gerekmektedir. Yapı mühendisliği alanında yaşanan gelişmelerin güncel olarak yönetmelikte yer alabilmesi için belli aralıklarla yönetmelikler yenilenmektedirler. Ülkemizde deprem yönetmeliği bu amaçla belli aralıklarla güncellenmektedir. Son elli yılda 1968, 1975, 1998, 2007 yıllarında deprem yönetmeliklerimiz yenilenmiştir. 2016 yılında da 2007 yönetmeliğinin yenilenmesi amacıyla bir yönetmelik taslağı yayımlanmıştır. Yeni yayımlanan bu yönetmelikte, yapı mühendisliğinde kullanımı giderek yaygınlaşan doğrusal olmayan hesap yöntemleri ağırlık kazanmıştır. 
Bu tez kapsamında İstanbul'da bulunan daha önce 2007 yönetmeliğine göre lineer yöntemlerle değerlendirilmiş mevcut betonarme bir bina 2007 deprem yönetmeliğine ve 2016 yılında taslağı yayımlanmış olan taslak yönetmeliğe göre ayrı ayrı doğrusal elastik olmayan hesap yöntemleriyle değerlendirilmiştir. Mevcut betonarme binanın birinci modunun katılımının düşük olması ve binada burulma düzensizliğinin bulunması nedenleriyle bina değerlendirilirken statik itme analizi yöntemi kullanılmamıştır. Bunun yerine zaman tanım alanında dinamik analiz kullanılmıştır. Yapılan analiz sonuçları karşılaştırılmış ve belirlenen elemanların hasar seviyeleri iki yönetmelik için de tespit edilerek yenilenen deprem yönetmeliğiyle mevcut betonarme bir binanın değerlendirilmesi konusunda ne gibi farklılıklar gelebileceği görülmek istenmiştir. 
Tez toplam dört bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm olan giriş bölümünde çalışmanın içeriği konusunda bilgi verilmiştir. 
İkinci bölümde, güncellenen yönetmelikle mevcut betonarme binaların değerlendirilmesi konusunda yaşanan değişiklikler anlatılmıştır. Yenilenen yönetmelikle mevcut betonarme bina için tanımlanan bilgi düzeyi sayısı azaltılmıştır. Kapsamlı bilgi düzeyi için istenen asgari şartlar da esnetilmiştir. Yenilenen yönetmelikle mevcut beton malzeme dayanımı belirlenirken kullanılan ortalama eksi standart sapma değeri, 0.85 çarpı ortalama değeri ile karşılaştırılarak büyük olan değer kullanılacaktır. Ancak bu tez kapsamında 2017 yönetmeliğine göre yapılan hesaplarda da 0.85 çarpı ortalama değeri daha büyük olmasına rağmen ortalama eksi standart sapma değeri mevcut beton malzeme dayanımı olarak alınmıştır. Tasarım spektrumu tanımı büyük ölçüde değişikliğe uğramıştır. Yatay tasarım spektrumunu olarak spektral ivme değerleri daha büyük olan bir tasarım spektrumu tanımı yapılmıştır. Deprem düşey etkisinin de göz önüne alındığı düşey tasarım spektrumu tanımı ilk kez deprem yönetmeliğinde yer almıştır. Kullanılacak minimum deprem kaydı sayısı 11'e çıkartılmıştır. Fakat bu tez kapsamında 2007 yönetmeliği için minimum deprem kaydı sayısı olan 7 tane deprem kaydı kullanılmıştır. Deprem kayıtları ölçeklendirilirken esas alınacak olan kurallarda da değişikliğe gidilmiştir. Ayrıca taslak yönetmelikte, hasar sınırlarının belirlenmesi noktasında deprem etriyeleri için gereken şartları sağlamayan enine donatıların %30'unun sargı etkisinin göz önüne alınması gerektiği belirtilmiştir. S220 donatılar için elde edilen birim şekil değiştirme taleplerinin yüzde elli oranında artırılması ve kesme kuvveti oranı artan elemanlarda da hasar sınırlarının düşürülmesi belirtilmiştir.
Üçüncü bölümde ise mevcut betonarme binanın analizi yapılmıştır. Binanın geometrisi yapısal taşıyıcı sistemi tanıtılmıştır. Yapının doğrusal elastik değerlendirilmesine ilişkin sonuçların bir özeti verilmiştir. Lineer değerlendirme sonucunda yapıda en çok hasar alan 3. kattan göçme bölgesinden, ileri hasar bölgesinden, belirgin hasar bölgesinden birer kolon ve minimum hasar bölgesinden, göçme bölgesinden birer perde seçilmiştir. Ardından mevcut bina itme analizi ile çözüme uygun olmadığından 2007 deprem yönetmeliğine göre zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan hesap yöntemi ile çözülmüştür. 2007 yönetmeliğine göre çatlamış kesit rijitlikleri belirlenmiştir. Kolon kiriş ve perdelerde plastik davranış tanımlanmıştır. Kuzey Anadolu Fay Hattı depremlerinden seçilmiş 7 deprem takımı 2007 deprem yönetmeliğindeki tasarım spektrumuna göre frekans içerikleri değiştirilerek ölçeklendirilmişledir. Ölçeklendirilen depremler altında çözülen sistemdeki plastik dönme talepleri elde edilmiştir. Seçilen kolon ve perde elemanlarda elde edilen birim uzama talepleri elde edilerek hasar sınır değerleri ile karşılaştırılmıştır. Aynı elemanlar için 2007 yönetmeliği için yapılan işlemler 2017 yönetmeliğine göre bir kere daha yapılmıştır. Seçilen elemanların hasar seviyeleri, 2007 ve 2017 yönetmeliklerine göre yapılan doğrusal olmayan dinamik analizler sonucunda hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar şu şekilde özetlenebilir: 
2017 yönetmeliğine göre yapılan analizlerde elde edilen en büyük kesme kuvveti değeri 10166 kN iken 2007 yönetmeliğinde bu değerin 7820 kN olduğu görülmektedir. Ortalama değerler kıyaslandığında 2017 yönetmeliğine göre yapılan analizle kesme kuvveti değerlerinin yaklaşık %10 değerinde daha büyük elde edildiği görülmektedir. 2007 yönetmeliğine göre yapılan analiz sonuçlarına göre bina tepe yer değiştirmesi için en büyük değer X yönünde 0.17 m, Y yönünde ise 0.19 m olarak görülmektedir. 2017 yönetmeliğine göre yapılan hesaplarda ise aynı değerler sırasıyla 0.18 m ve 0.20 m olarak görülmektedir. 7 deprem kaydı için elde edilen sonuçların ortalamasına bakıldığında 2007 yönetmeliğine göre yapılan analizde pozitif yönde 0.13 m, negatif yönde ise 0.09 m tepe yer değiştirme talebi olduğu görülmektedir. 2017 yönetmeliğine göre yapılan analizde ise ortalama tepe yer değiştirme talebi olarak pozitif yönde 0.135 m, negatif yönde ise 0.100 m sonuçları elde edilmektedir. Ortalama maksimum kat ötelemeleri değerleri, 2007 yönetmeliğine göre yapılan analiz sonucunda pozitif yönde 0.0167 m, negatif yönde 0.0120 m olarak 2017 yönetmeliğine göre yapılan analiz sonucunda ise pozitif yönde 0.0174 m, negatif yönde 0.0130 m olarak bulunmuştur. 
Lineer hesap ile göçme bölgesinde bulunan S01 kolonu hem 2007 yönetmeliği için hem de 2017 yönetmeliği için yapılan zaman tanım alanında yapılan hesap sonucunda göçme bölgesinde çıkmıştır. Lineer hesapla ileri hasar bölgesinde bulunan S07 kolonu 2007 yönetmeliğine göre yapılan dinamik analiz sonucunda göçme bölgesinde, 2017 yönetmeliğine göre yapılan hesapta ise minimum hasar bölgesinde kaldığı görülmüştür. Lineer hesapta belirgin hesap bölgesinde çıkan S09 kolonu ise 2007 ve 2017 yönetmeliklerine göre hesapta her ikisinde de minimum hasar bölgesinde çıkmıştır. Lineer hesapta göçme bölgesinde çıkan P01 perdesi her iki yönetmeliğe göre yapılan hesapta da belirgin hasar bölgesinde çıkarken lineer hesaba göre minimum hasar bölgesinde çıkan P02 perdesi her iki yönetmeliğe göre yapılan hesap sonucunda da belirgin hasar bölgesinde çıkmıştır.
Dördüncü bölümde ise yapılan karşılaştırmalara göre çıkartılan sonuçlar belirtilmiştir. Binanın çatlamış kesitlerle hesaplanan periyotları karşılaştırıldığında yapının periyodunun yeni yönetmelikle arttığı görülmektedir. Taslak haldeki yeni deprem yönetmeliğiyle daha küçük etkin kesit rijitlikleri bulunduğu, bu nedenle kesit hesabı açısından yeni taslak yönetmeliğinin daha güvenli tarafta kaldığı değerlendirilebilir. 2017 yönetmeliğine göre yapılan analiz sonuçlarına göre binaya gelen kesme kuvveti değerlerinin arttığı görülmektedir. Bunun spektral ivme değerleri artan tasarım spektrumuna göre ölçeklendirilen deprem kayıtlarının ivmelerinin daha büyük olmasından kaynaklandığı anlaşılmaktadır. 2017 yönetmeliğine göre yapılan analizlerde kesitlerde elde edilen birim şekil değiştirme taleplerinin 2007 yönetmeliğine göre yapılan analizlere göre daha küçük olduğu görülmüştür. Ancak 2017 yönetmeliği gereğince donatıların S220 olmasından ötürü donatıda çıkan birim uzama taleplerinin yüzde 50 oranında arttırılması sebebiyle seçilen elemanların üçünde donatıların birim şekil değiştirme talepleri 2017 yönetmeliğine göre yapılan hesapta daha büyük çıkmıştır. Yeni yönetmelik taslağına göre yapılan analizlerde binada daha büyük kesme kuvvetleri ve yerdeğiştirmelerin oluşmasına rağmen yeni taslak yönetmelikle şekil değiştirme sınır değerlerinin arttırılması, kesitlerde sargı etkisinin göz önüne alınması ve binanın bilgi düzeyinin kapsamlı olarak kabul edilmesi gibi nedenlerden ötürü elemanlarda daha az hasar oluştuğu görülmektedir.

Abstract:
Current progress in structural engineering is required to be included in earthquake codes for many reasons, such as new greater safety, affordability, and applicability. Earhquake codes are renewed at regular intervals so that the developments experienced in the field of structural engineering can be included in the codes. In our country earthquake codes are updated at regular intervals for this purpose. In the last fifty years, our earthquake codes were renewed in 1968, 1975, 1998 and 2007. In 2016, a code draft has been released for the renewal of the 2007 code. In this new regulation, non-linear calculation methods, which become increasingly used in structural engineering, became more important. 
Within the scope of this thesis, an existing reinforced concrete building which is evaluated by linear methods according to the 2007 code in Istanbul has been assessed separately by using non-linear methods according to the 2007 earthquake code and 2016 draft code. The static push over analysis method can not be used when the building is being evaluated because of the low attendance of the first mode of the building and because of the being torsional irregularity on the building. Instead of that, nonlinear time history analysis is used. The results of the analysis which are found separately by using 2007 and 2017 codes are compared. It is desired to see what kind of differences may occur regarding the evaluation of a reinforced concrete building with the renewed earthquake code. 
The thesis consists of four parts in total. First section is the introduction section that is given information about the content of the work.
In the second part, changes in the updated code regarding evaluation of existing reinforced concrete buildings is described. With the new code, the number of information levels defined for existing reinforced concrete buildings has been reduced. The minimum requirements for a comprehensive knowledge level are also stretched. When determining the existing concrete material strength with the renewed code, the mean minus the standard deviation value, and 0.85 times the mean value are compared to the each other and the larger one is used. However, in calculations according to 2017 code, the average minus standard deviation value is taken as the strength of the existing concrete material, although the 0.85 times average value is larger in this thesis. The definition of the design spectrum has changed dramatically. A design spectrum with a larger spectral acceleration value is defined as the lateral design spectrum. For the first time definition of the vertical design spectrum was included in the earthquake code. The minimum number of earthquake records to be used has been increased to 11. However, within the scope of this thesis, seven earthquake records were used as the minimum number of earthquake records for the 2007 code. The conditions that are used when earthquake records scaling are changed. In addition, the draft code stipulates that the confining effect of 30% of transverse bars, can be taken into consideration when determining the damage limits. In draft code it is stated that the strain demands obtained for S220 bars are increased by 50 percent and the damage limits are reduced in the case of increasing shear force ratio.
In the third part, the existing reinforced concrete building has been analyzed. The geometry of the building and the structural system of the building are introduced. A summary of the results of the linear elastic evaluation of the structure is given. As a result of linear evaluation, the 3rd floor is the most damaged floor in the structure. The 3rd floor members are selected for comprasion. One coloumn from "belirgin damage level", one coloumn from "ileri damage level", one coloumn from collapse level, one wall from "minimum damage level", one wall from collapse level are selected for comprasion. Since the existing building is not suitable to be solved by push over analysis, it is solved by nonlinear time history analysis according to 2007 earthquake code. According to the 2007 code cracked section stiffnesses are determined. Plastic behavior is defined in column beams and walls. Seven earthquake teams selected from the North Anatolian Fault Line earthquakes were scaled by changing the frequency content according to the design spectrum of the 2007 earthquake code. Under the scaled earthquakes, the plastic rotation demands of the system were obtained. Strain demands were obtained in the selected columns and wall members and compared with the damage limit values. The same procedures that have been carried out according to 2007 code, are carried out one more time for 2017 code. Damage levels of selected members are calculated by using nonlinear dynamic analyzes according to 2007 and 2017 codes. Calculated values are compared. The comparisons made can be summarized as follows:
According to the 2017 code, the maximum shear force value obtained is 10166 kN, whereas in 2007 code this value is 7820 kN. When the mean values are compared, it is seen that with the analysis made according to the 2017 code, the shear force values are obtained about 10% greater than 2007 code. According to the results of the analysis made according to the 2007 code, the maximum value for building top displacement is 0.17 m in X direction and 0.19 m in Y direction. In the calculations made according to the 2017 code, the same values are seen as 0.18 m and 0.2 m respectively. When the average of the results obtained for 7 earthquake records is examined, it is seen that the analysis made according to the 2007 code has requested the top displacement of 0.13 m in the positive direction and 0.09 m in the negative direction. According to the 2017 code, mean top displacement demand is 0.135 m in the positive direction and 0.1 m in the negative direction. The mean maximum values of story drifts are 0.0167 m in the positive direction and 0.012 m in the negative direction as the result of the analysis made according to the 2007 code. As a result of the analysis made according to the 2017 code, the positive direction is 0.0174 m and the negative direction is 0.013 m.
The S01 column, which is found in the collapse damage level as a result of linear evaluation, is found in the collapse damage level by using nonlinear time history analysis method for both the 2007 code and the 2017 code. The S07 column, which is found in the "ileri damage level" as a result of linear evaluation, is found in the collapse damage level by using nonlinear time history analysis method for the 2007 code and "minimum damage level" for the 2017 code. The S09 column, which is found in the "belirgin damage level" as a result of linear evaluation, is found in the "minimum damage level" by using nonlinear time history analysis method for both the 2007 code and the 2017 code. The P01 wall, which is found in the collapse damage level as a result of linear evaluation, is found in the "belirgin damage level" by using nonlinear time history analysis method for both the 2007 code and the 2017 code. The P02 wall, which is found in the "minimum damage level" as a result of linear evaluation, is found in the "belirgin damage level" by using nonlinear time history analysis method for both the 2007 code and the 2017 code.
In the fourth section, the results are mentioned according to the comparison made. When the periods that calculated by the cracked sections of the building compared, it seems that the period of construction has increased with the new code. New seismic code provide smaller effective section stiffnesses. Thus it can be considered that the new draft regulation has remained on the safer side in terms of section account. Shear force values are increasing in the analysis results made according to the 2017 code. It is stem that the used earthquake records that are scaled by the increasing design spectrum. According to the 2017 code, it is seen that the deformation demand obtained in the sections are smaller than the analyzes made according to the 2007 code. Analyzes made according to the new draft code show that even though the building has larger shear forces and displacements, there is less damage to the elements.