Betonarme yüksek bir yapının deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümleme yöntemi kullanılarak belirlenmesi
Seismic evaluation of a reinforced concrete high-rise building based on nonlinear dynamic time history analysis
Yazar: BARBOROS GÖZÜTOK
Danışman: DOÇ. DR. KUTLU DARILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Yapı davranışı = Structure behavior ; Yapısal analiz = Structural analysis ; Yapısal hasar = Structural damage

Özet:
Son 50 yılda meydana gelen orta ve büyük şiddetli depremler neticesinde oluşan yapısal hasarların ve hasarlara bağlı olarak gözlemlenen ekonomik, sosyal kayıpların son derece büyük olduğu görülmüştür. Depremlerin neden olduğu hasarların gerçeğe en yakın olarak tahmin edilmesi ve sınırlandırılması amacıyla, deprem etkileri altında yeterli dayanımı öngören tasarım yöntemlerine alternatif olarak, şekil değiştirme ve yer değiştirmeye bağlı tasarım yöntemlerinin başka bir deyişle performansa bağlı tasarım yöntemlerinin geliştirilmesi zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Özellikle ABD'de yürütülen araştırma çalışmaları neticesinde yayımlanan şekil değiştirme ve yer değiştirmeye dayalı hesaplama yöntemlerinin esas alındığı ATC-40, FEMA-273, FEMA-274 model dokümanları ile birlikte, deprem etkisi nedeniyle taşıyıcı sistemde oluşabilecek yer değiştirme, şekil değiştirme ve hasar durumlarının kabaca tahmin edildiği kuvvete dayalı tasarım yaklaşımı yerini, taşıyıcı sistem davranışının daha rasyonel ve gerçekçi bir biçimde ele alındığı performansa dayalı tasarım ilkelerine bırakmaya başlamıştır.Yüksek lisans tezi olarak sunulan bu çalışmada, betonarme çekirdek ve çerçeve taşıyıcı sisteme sahip 65 katlı yüksek bir yapının zaman tanım alanında doğrusal olmayan çözümleme yöntemi kullanılarak deprem performansının belirlenmesi ve performans değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmada yapısal taşıyıcı sistem PERFORM-3D ortamında malzeme ve geometri özellikleri bakımından doğrusal olmayan davranış göz önünde bulundurularak modellenmiş, sayısal çözümleme IYBDY?2008-D2 seviyesi senaryo deprem spektrumu temelinde ölçeklendirilen deprem kayıtları eşliğinde zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi ve farklı sönüm modelleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Çalışma, 6 ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde performansa dayalı tasarım ve değerlendirme kavramının tanımı yapılmakta ve kavramın ortaya çıkmasındaki temel etken olan deprem hasarlarının nedenleri ve çalışmanın amacı özetlenmektedir.Çalışmanın ikinci bölümü, çok katlı yapıların gelişim süreçlerine ayrılmıştır. Bu bölümde çok katlı yapı tasarımları kronolojik olarak incelenmiş, tasarım süreçlerinde karşılaşılan sorunların çözümünde kullanılan taşıyıcı sistem düzenlemeleri ve geliştirilen kavramlar genel olarak özetlenmiştirÇalışmanın üçüncü bölümünde, yüksek yapı tasarım yöntemlerinin gelişimleri ve yüksek yapı taşıyıcı sistemlerinin sınıflandırılması konuları hakkında kapsamlı bilgilere yer verilmiş, bölümün sonunda ise taşıyıcı sistem düzenlenmesi aşamalarında dikkat edilmesi gereken önemli noktalar belirtilmiştir.Dördüncü bölümde, performansa dayalı tasarım ve değerlendirme kavramının gelişimi ve hesap aşamalarında kullanılan yöntemler hakkında detaylı bilgilere yer verilmiş, ek olarak performansa dayalı tasarım kavramı sayısal bir örnek üzerinde incelenmiştir.Beşinci bölüm, çok katlı betonarme yüksek bir yapının zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi kullanılarak deprem performansının belirlenmesi ve yönetmelik koşulları uyarınca değerlendirilmesine ayrılmıştır. Bu bölümde gerçekleştirilen çalışmada kullanılan yapısal taşıyıcı sistem özellikleri, deprem etkilerinin tanımlanması, deprem kayıtlarının seçilmesi ve ölçeklendirilmesi konuları hakkında kapsamlı bilgilere yer verilmiş, ek olarak doğrusal olmayan analiz modelinin oluşturulması aşamalarında dikkat edilmesi gereken önemli noktalar ve yapısal taşıyıcı elemanların analiz programında modellenmesine ilişkin önerilere yer verilmiş, analizler sonunda elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.Altıncı bölümde, bu çalışma neticesinde elde edilen sonuçlar ve çalışmanın geliştirilmesi amacıyla sunulan öneriler yer almaktadır.Çalışmanın ekleri, ekler bölümünde toplanmıştır. Bu bölümde sayısal analiz modelinin oluşturulması aşamalarında kullanılan önemli veri giriş bilgileri, yük analizleri, deprem kayıtları ve performans değerlendirilmesinde kullanılan grafikler yer almaktadır.

Abstract:
In the last 50 years, Severe structural damages and damage related injuries have observed due to medium and large magnitude earthquakes occurred around the world. As a result of extremely large economic and social losses caused by earthquakes, the traditional strength based design approach in which structures are designed based on a consideration of strength of structural elements were abandoned and the requirement of developing new structural analysis methods emerged in order to estimating and limiting earthquake based damages on structural systems realistically. The concept of performance based design and evaluation of structural systems began to develop with ATC-40, FEMA-273 and FEMA 274 recommended provisions for seismic regulations documents published in USA. With the assistance of published research studies, motion based design methodology in other words performance based design approach for structural systems provides a more rational and reliable design alternative to the strength based design approach.This work is concerned with the seismic evaluation of the 65 storey high, concrete core-moment resisting frame high rise building based on nonlinear dynamic time history analysis. Structural model built in PERFORM-3D environment considering the material and geometric nonlinearity of the structural components. Dynamic analyses were carried out by using scaled time history records on the basis of the IYBDY-2008-D2 scenario level earthquake design spectra and two different Rayleigh damping models.The study consists of six main chapters. In the first chapter, performance based design concept definitions, the main factor in the emergence of the performance based considerations and the purpose of the study are defined.The second chapter of this study is devoted to the development process of the high-rise buildings. In this chapter, Design trends of high-rise buildings are examined in chronological order and solutions of the problems that encountered in the design process of structural systems are summarized.In the third chapter of this study, detailed information about the structural system developments and classifications of the high-rise building systems are given, at the end of the chapter, some important aspect of structural system configurations are reviewed.The fourth chapter of this study gives the detailed information about performance based design methods, behavior and factors that affect the nonlinearity of structural systems. Furthermore, performance based design methodology is investigated on a numerical example.The fifth chapter is devoted to the seismic evaluation of the reinforced concrete high-rise building based on nonlinear time history analysis. In this chapter, detailed information about structural system properties of the building, selection and scaling procedure of earthquake records and recommendations on modeling process of the structural components for nonlinear analysis are given. Finally, the results obtained from two different models are summarized by using tables and graphs, and then results are examined comparatively.The results, conclusions and recommendations for further studies are presented in the sixth chapter of this study.The appendices are given the Appendices chapter of this study. In this chapter, important data entry information used for nonlinear modeling of the structural components, load analysis and calculated usage ratio graphs of the structural components for performance evaluation of the structural system are presented.