TBDY 2018'e ve ÇYTHYE 2018'e göre yüksek katlı diagrid çelik binanın yapısal analizi ve tasarımı
Structural analysis and design of high-rise steel diagrid building according to TBDY 2018 and ÇYTHYE 2018
Yazar: CEYHUN YAVUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ PINAR ÖZDEMİR ÇAĞLAYAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Yüksek çelik yapılar = High steel structures

Özet:
Yüksek çelik yapılarda yatay yük taşıyıcı sistemler oldukça önemlidir. Bunun için yıllardır kullanılan geleneksel sistemlerin yanında yeni yatay yük taşıyıcı sistemler geliştirilmiştir. Diagrid yapı sistemleri son yıllarda geliştirilen en önemli yatay yük taşıyıcı yapı sistemidir. 
Diagrid, diyagonal ve grid kelimelerinin birleşmelerinden oluşmaktadır. Diagrid yüksek yapı sistemleri, yapı ortasında bulunan çekirdek ve cephede ki eğik kolonlardan oluşmaktadır. Bu sistemde yapı ortasında bulunan çekirdek sistem genellikle yapıda ki düşey yükleri karşılamaktadır. Bu sistemin cephesinde bulunan diagrid elemanlar yapıya mimari açıdan yapıya estetik görüntü katmaktadır. Yapı üzerine gelen yatay yüklerden kaynaklanan moment ve kesme etkileri diagrid yapı elemanlarında oluşan basınç ve çekme etkileri ile karşılanmaktadır. 
Bu çalışmada yüksek katlı diagrid çelik yapı yapısal analizi ve tasarımı yapılmış olup sonuçlar incelenmiştir. Bu yapının yapısal analizinde SAP2000 programı kullanılmıştır. Yapının yapısal analizi ve boyutlandırma hesapları ÇYTHYE 2018 ve TBDY 2018'e göre yapılmıştır. 
Bu çalışma toplam 6 bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde diagrid sistemlerin, sismik yükler altında yapısal davranışı hakkında yapılan çalışmalara yer verilmiştir. Tezin amacı hakkında bilgi verilmiştir.
İkinci bölümde bu çalışmaya konu olan yapı hakkında tasarım bilgileri verilmiştir. 27 m en, 27 m boy ve 96 m yüksekliğe sahip olan bu yapı İstanbul'un Beşiktaş ilçesinin Levent mahallesinde yapılacağı düşünülmüştür. Yapı her iki yönde de simetriktir. Yapının cephesinde bulunan bir diagrid modül toplam 6 katı kapsamakta olup yapı yüksekliği boyunca 4 adet diagrid modülden oluşmaktadır. Yapının diagrid eğik kolonlarına, çevre kirişlerine, kat kirişlerine, tali kirişlerine ve dairesel beton dolgulu kompozit kolon elemanlarına ait kesit bilgileri verilmiştir. Yapıda kullanılan sıcak haddelenmiş elemanlara, cıvatalara, kaynak metaline ait malzemelerin mekanik özellikleri belirtilmiştir. Yapı elemanlarına ait bilgiler değerlendirilmiştir.
Üçüncü bölümde YDKT'ye göre yükler ve yük birleşimleri gösterilmiştir. Bu yapının hesabında kullanılan genel analiz yöntemi hakkında bilgi verilmiştir. Ölü yükler ve hareketli yükler TS 498'e göre belirlenmiştir. Kar yükleri TS EN 1991-1-3'e göre belirlenmiştir. Rüzgâr yükleri TS EN 1991-1-4'e göre belirlenmiştir. Deprem yükleri ve parametreleri TBDY 2018' göre belirlenmiştir. Yapı, yüksek yapı sınıfına girdiği için TBDY 2018 Bölüm 13'e göre hesap yapılacağı belirlenmiştir. Buna göre 3 adımda hesap yapılacaktır. Birinci ve ikinci adımda doğrusal deprem analiz yapılacak olup üçüncü adımda ise doğrusal olmayan analiz yapılacaktır.
Dördüncü bölümde doğrusal analiz yöntemleri anlatılmıştır. Birinci adımda yeni yapılacak olan çelik yapıların KH performans hedefinin sağlaması ve tasarım yaklaşımının DGT olması gereklidir. DD-2 deprem yer hareketi altında azaltılmış deprem yükleri hesaplanarak yapısal analiz yapılmıştır. Bu performans hedefini gerçekleştirmek için mod birleştirme analizi yapılmıştır. Göreli kat ötelenmeleri hesaplanmış olup TBDY 2018'e göre belirlenen hedefleri karşıladığı görülmüştür. Diagrid eğik kolonların, çevre kirişlerinin, kat kirişlerinin, tali kirişlerin ve dairesel beton dolgulu kompozit kolonların TBDY 2018 Bölüm 9'a göre ve ÇYTHYE 2018'e göre tasarımı yapılmıştır. Bazı önemli düğüm noktası detaylarının 3 boyutlu sonlu elemanlar analizi Idea Statica programı ile gerçekleştirilmiştir. İkinci adımda ise DD-4 deprem yer hareketi altında, yeni yapılacak olan çelik yapıların KK performans hedefinin sağlaması ve tasarım yaklaşımının DGT olması gereklidir. Bu bölümde yapılan hesaplar bir önceki bölümdeki hesaplara benzediği için ayrıca çalışmaya dahil edilmemiştir. 
Beşinci bölümde ise üçüncü aşama hesap yapılmıştır. Bu aşamada DD-1 deprem yer hareketi altında normal performans hedefi olarak GÖ performans hedefinin sağlaması ve tasarım yaklaşımının ŞDGT olması gereklidir.  Bu performans hedefini gerçekleştirmek için zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yapılmıştır. Yapılan hesap sonucunda yapı kat ötelenmeleri ve plastik mafsal sonuçları incelenmiştir.
Altıncı bölümde ise elde edilen sonuçlar incelenmiştir. Bu sonuçlara göre ileride bu konuyla ilgili yapılacak çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir.

Abstract:
Lateral load resisting systems are very important on high-rise steel structures. For this reason, new lateral load bearing systems are improved besides traditional lateral load bearing systems in recent years. Most popular one is Diagrid structural systems that are most efficient in high rise steel structures.
Diagrid is consisting of combined of diagonal and grid words. Diagrid high rise structural systems involve a core at the center and inclined diagrid frames at the facade. General the core system which is at the center carries horizontal loads and diagrid members are carry vertical loads. Moment and shear effects which are caused by lateral loads are bears with diagonal member by pressure and tension on the frames.
In this study, a diagrid high-rise building is analyzed with SAP2000 structural analysis program. Structural analysis and design works were carried out according to the ÇYTHYE 2018 and TBDY 2018.
This thesis compares with 6 sections. In the first section general information are given about structural behavior of diagrid systems and high-rise buildings under seismic loads. High-rise buildings first emerged in America as masonry building system. Then moment resisting frame system was replaced with masonry building system for high rise building. Many structures were built with this system between 1899 to 1931. But this type of buildings was overdesign because of lack of modern computer infrastructure and calculation methods. In 1960s new building systems were emerged thanks to development of computer technology and calculation methods. Firstly, this new building systems are classified by Fazlur Han. In recent years high-rise building systems are divided into two main groups which are core systems and facade systems. 
In this study, one of the most important high-rise building systems that diagrid systems are examined. Some kinds of papers were aimed to compare different angle diagrid structures with each other. Best diagrid angle is 69° according to the related papers. Some kinds of papers were evaluated seismic performance factors of diagrid structures which are R, D and Ct. Another paper was shown some diagrid buildings around the world.  Next one was compared some kind of forms like circular, twisted, tilted, tapered and free formed diagrid structures. Lastly some papers were suggested some solutions for enhance ductility of diagrid structures.
In the second section some information given about building. This building 27 m to 27 m planar dimensions and 96 m height. It is located in Levent district, Beşiktaş, İstanbul. The building is symmetrical both two directions. One diagrid module is consisted of six floors so all of the building are included four diagrid modules. Columns are concrete filled circular composite sections; diagrid members are pipe section. Periphery beams and inner beams are H section, secondary beams are I section. After that material grades of hot-rolled profiles, bolts and welding metals were explained in detail.
Earthquake energy were dissipated with axial plastic hinges which are located in the middle of diagrid frames, rotational plastic hinges which are located in the end of the periphery beams respectively. Other members are remained plastic during the earthquake. Joints are designed with Idea Statica software. It is assumed that all of the joints have sufficient rigidity. Some of them and its results are indicated in this thesis.
In the third section load combinations are described according to the LRFD (YDKT). Dead loads and live loads, snow loads, wind loads and earthquake loads are indicated according to the TS – 498, TS EN 1991-1-3, TS EN 1991-1-4 and TBDY 2018 code respectively. This building was evaluated as high rise building and were designed to step by step according to the TBDY 2018 Section 13. Structural analysis is carried out with general analysis method. Second order effects are considered in the structural analysis.
In the fourth section first and second step structural analysis and design are done. This building is high-rise building due to DTS and BYS is 1. This building analyzed and design in three steps. In first step it is aimed that building is ensured IO (KH) performance level under DD-2 (DBE) earthquake level. It is analyzed with response spectrum analysis. In second step it is aimed that building is ensured OL (KK) performance level under DD-4 (SLE) earthquake level. It is analyzed with response spectrum analysis. In third step it is aimed that building is ensured CP (GÖ) performance level under DD-1 (MCE) earthquake level and it is analyzed with time-history analysis. Damping ratio are considered as %5.
Building members are selected as high ductile member but diagrid structural systems are not described clearly both TBDY code and other national codes. So seismic factors as R, Ω and Ct are selected as 3 according to the ASCE 7-16 code table 12.2.1. 
Horizontal and vertical elastic design acceleration spectrums are calculated. First step analysis is finished. Story drifts are checked according to the TBDY 2018. Base shear forces are compared in terms of wind and earthquake loads. Earthquake loads are dominated on horizontal loads. Irregularities are checked. 
Core beams and composite core columns, diagrid inclined members, periphery beams and floor beams are designed in reference to TBDY 2018 Section 9 and ÇYTHYE 2018. Diagrid inclined members are designed as high ductile members. These parts could be present plastic manner during the huge earthquakes. But other members should be stayed elastic.
Second step analysis response spectrum analysis performed according to the DD-4 earthquake level. Damping ratio are considered as %2.5. Results are not mentioned in this study because results are very close to first step analysis.
In fifth section of this study third step analysis are carried out. Time history analysis are performed. Damping ratio are considered as %2.5. 11 earthquake records are selected with regard to fault distance and soil class from PEER database. These records scaled with regard to DD-1 earthquake level. 
Mass proportional damping are considered because this study is high rise building. First 3 periods are sufficient for mass proportional damping. Rotational deformation limits of periphery beams and columns are calculated. Finally axial deformation limits of diagrid inclined members are calculated as sections.
It is seen that story drifts are remain in limits after performing time history analysis. Maximum drifts are reviewed under MHV earthquake record. 
Plastic hinges are formed only in the inclined diagrid members. Other members are remained elastic during to the analysis. 
All of the plastic hinges are ensured the CP (GÖ) performance level under all of the earthquake records. Plastic hinges generally placed between story 3 to story 15.
In the final section plastic hinge results are checked in detail. Some structural members are suggested for increasing of ductility of diagrid systems.