Ortak podyum üzerinde yükselen mevcut betonarme yüksek katlı yapının deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal ötesi analiz ile belirlenmesi /
Yazar: ÖMER FARUK AKSOY
Danışman: DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Performans değerlendirme = Performance evaluation ; Yapı analizi = Structure analysis ; Yapı dinamiği = Structural dynamics ; Yapı yönetmelikleri = Building regulations ; Yapısal hasar = Structural damage ; Yüksek yapılar = High structures

Özet:
Yüksek yapının deprem etkileri altında davranışını belirlenmesi, davranışa etki eden pek çok parametrenin hesaba katılması gerekliliği, bu parametrelerin üzerinde mutabakat sağlanmış kesinlikte anlaşılmış olmaması ve yüksek modların davranışa etkisinin büyük olması gibi durumlar düşünüldüğünde, yapı ve deprem mühendisliğinin en sofistike konularından biri haline gelmektedir (Budak, 2015). Yüksek yapıların ülkemiz mevcut bina stokunu içindeki yüzdesi gün geçtikçe artmaktadır. Ülkemizdeki küçük ve orta ölçekli yapıların büyük çoğunluğunun yeterli kapasiteye sahip olmadığı geçtiğimiz birkaç yüzyılda yaşanmış yıkıcı depremler ile acı bir şekilde tecrübe edilmiştir. Bu durumdan yapılabilecek nihai çıkarım az ve orta katlı yapıların önemli bir çoğunluğunun tasarım ve inşa dönemlerinden yürürlükte olan deprem yönetmeliğine uygun olarak tasarlanmadığı ve/veya yapım aşamasında yeterli mühendislik hizmeti alınmadığı, sıkı denetimlere tabi tutulmadığıdır. Yüksek yapılar, az ve orta katlı yapılara kıyasla daha iyi bir mühendislik hizmeti alması ve yapım aşamasında daha sıkı denetime tabi tutulması yönüyle ayrışıyor olsa da yüksek yapıların deprem performanslarının kâğıt üzerinde gerçeğe yakın tahmin edilmesi az ve orta katlı yapılara nazaran bir o kadar meşakkatlidir. Yüksek yapının deprem performansının belirlenebilmesi için geliştirilmiş günümüzde en çok tercih edilen hesap yöntemi zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap (ZTADOH) yöntemidir. Bu yöntem yüksek işlem hacmi gerektirdiğinden ve analiz sonucu açığa çıkan verilerin depolanması ve işlenmesindeki iş yoğunluğu sebebiyle bu yöntemin kullanım sıklığı bilgisayar teknolojisinin gelişimi ile doğru orantılıdır. Hesap yöntemi ile alakalı bilgi vermek gerekirse yapılan işlem adımlarını kısaca şu şekilde özetlemek mümkündür. Yapı modeli oluşturulduktan sonra yapı deprem etkisi altında analize tabi tutulup her bir betonarme taşıyıcı sistem elemanının kritik kesitlerindeki beton ve çelik malzemesinin şekil değiştirmeleri, deprem yönetmeliğince belirlenen hasar sınırları ile karşılaştırılarak yapının deprem performansı belirlenmektedir. Bu işlem 22 deprem seti için tekrarlanmaktadır. Sonuçlar arasından en elverişsizi seçilerek hasar tespiti yapılmakta ve bina performansı tespit edilmektedir.
ZTADOH yönteminin harcanan zaman ve bilgisayar kapasitesi bakımından uygulanabilir hala getirmek ve analiz sonuçlarının yorumlanmasını kolaylaştırmak amacıyla istatistik biliminden yararlanılmaktadır. İncelenen bina taşıyıcı sistemleri benzer özelliklerine göre gruplandırıldıklarında aynı örneklem içerisinde yer alan binalar yeterli sayıda deprem yer hareketine maruz bırakıldıklarında alınan sonuçlar bir araya getirildiğinde verilerin dağılımının Standart Normal Dağılım ile yüksek korelasyon gösterdiği anlaşılmaktadır. Bu benzerlik göz önünde bulundurulduğunda yapının ilgili deprem parametresi altında ne kadar olasılıkla hangi hasar seviyesinde bulunabileceği hakkında çıkarımda bulunulabilir. İlgili dağılım fonksiyonları Hasar Görebilirlik (Kırılganlık) Eğrileri şeklinde literatürde yer almıştır. 
İncelenen mevcut yüksek yapının TBDY 2018 yönetmeliğince deprem performansı belirlenmiş ve değerlendirilmiştir.
Yedi bölümden oluşan yüksek lisans tezinin birinci bölümü olan giriş kısmında çalışmanın önemi, konusu, amacı ve kapsamına ek olarak literatür özetine yer verilmiştir. 
İkinci bölümde yüksek bina performans değerlendirmesi konusu üzerinde durulmuştur. Kapasite tasarım yaklaşımı ve performansa dayalı tasarım yaklaşımı özetlenmiş, doğrusal olmayan hesap yöntemi anlatılmıştır. Deprem düzeylerinden bahsedilmiş ve deprem tasarım spektrumları tanımlanmıştır. Bu bölümde son olarak TBDY 2018'e göre yüksek binalar için tanımlanan performans düzeyleri ve hedefleri açıklanmıştır.
Üçüncü bölümde mevcut bir betonarme yüksek binanın analiz modelinin oluşturulması konusu işlenmiştir. Yapı genel bilgileri verilmiş, modelleme ve çözümlemede kullanılan yaklaşımlardan söz edilmiştir. Yük tanımlamaları ve malzeme modelleri açıklanmıştır. Tasarıma esas perde, kolon ve kiriş kesitleri tespit edilmiş, betonarme kesitlerin çevrimsel (histeretik) davranışı irdelenmiştir. Plastik mafsal tanımları açıklanmış, kiriş, kolon ve perdelerde plastik mafsal tanımlamalarının analiz programına tanıtılması gösterilmiştir. Taşıyıcı sistem elemanlarının yönetmelikçe tanımlanan hasar sınırları belirlenmiştir. Çok serbestlik dereceli taşıyıcı sistemlerin dinamik çözümü üzerinde durulmuş ve çalışmada kullanılacak programlar ve programların kullanım esasları açıklanmıştır.
Dördüncü bölümde deprem kayıtlarının seçimi üzerinde durulmuş seçilen kayıtların özelliklerinden bahsedilmiştir. Deprem kayıtları ham veri olarak elde edilmesinden dolayı temel çizgisi düzeltmesi ve filtreleme işlemine tabi tutulmasının ardından filtrelenmiş kayıtlar bölgesel deprem tasarım spektrumunun (Hedef Spektrum) ilgili periyot aralığında ölçeklenerek analizlerde kullanılabilir hale getirilmesi açıklanmıştır.
Beşinci bölümde mevcut betonarme yüksek binanın zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizi gerçekleştirilmiş ve yapım aşamaları açıklamıştır.
Altıncı bölümde analiz sonuçları değerlendirilmiştir. Göreli kat ötelemeleri kontrol edilmiş, yapısal elemanların hasar durumları incelenerek yapının deprem performansı belirlenmiştir.
Yedinci ve son bölümde yapısal analiz sonuçları değerlendirilmiş, çalışma sonucunda yapılabilecek çıkarımlar derlenmiştir. Benzer yapısal tasarım ve analiz konuları ile alakalı gelecekte yapılması muhtemel çalışmalar için öneri ve tavsiyeler sıralanmıştır.

Abstract:
It becomes one of the most sophisticated subjects of structural and earthquake engineering when considering the behavior of high-rise buildings under earthquake effects, the necessity of taking into account many parameters affecting the behavior, the fact that these parameters are not understood with agreed certainty, and the effect of high modes on the behavior is great (Budak, 2015). In our country, the number of high-rise buildings in our existing building stock is steadily increasing. It has been bitterly experienced by devastating earthquakes in the past few centuries that the vast majority of small and medium-sized structures in our country do not have sufficient capacity. The final conclusion that can be made from this situation is that a significant majority of low and medium-rise buildings were not designed in accordance with the earthquake regulations in force during the design and construction periods and/or adequate engineering service was not received during the construction phase and they were not subjected to strict inspections. Although high-rise buildings differ from low and medium-rise structures in that they receive a better engineering service and are subject to stricter control during construction, estimating the earthquake performance of high-rise buildings on paper is just as difficult as compared to low and medium-rise buildings. The most preferred calculation method today, which was developed to determine the earthquake performance of high-rise buildings, is the nonlinear calculation method in the time history (NLTHA). Since this method requires high transaction volume and the workload in storing and processing the data revealed as a result of the analysis, the frequency of use of this method is directly proportional to the development of computer technology. If it is necessary to give information about the calculation method, it is possible to briefly summarize the steps of the transaction as follows. After the building model is created, the building is analyzed under the influence of earthquakes, and the seismic performance of the building is determined by comparing the deformations of the concrete and steel material in the critical sections of each reinforced concrete structural system element with the damage limits determined by the earthquake code. This process is repeated for 22 earthquake sets. By choosing the most unfavorable among the results, damage is determined and the building performance is determined.
Statistics is used to make the NLTHA method applicable in terms of time and computer capacity and to facilitate the interpretation of analysis results. When the investigated building structural systems are grouped according to their similar characteristics, when the buildings in the same sample are exposed to sufficient earthquake ground motions, the results obtained are combined, it is understood that the distribution of the data shows a high correlation with the Standard Normal Distribution. Considering this similarity, inferences can be made about how likely the structure will be under the relevant earthquake parameter and at what damage level. The relevant distribution functions are included in the literature in the form of Vulnerability (Fragility) Curves.
The earthquake performance of the existing high-rise building examined was determined by the TBDY 2018 regulation.
In this study, the non-linear analysis of the reinforced concrete high-rise building, rising on the common podium, was performed using SAP 2000 v23.1.0. The analysis processes, approaches, and assumptions were explained, and finally, the results were evaluated in order to determine the performance of the structure. To reflect the interaction of the superstructure within itself, the joints between the structures were transferred to the model. At the same time, it should be noted that since the calculation method according to deformation requires an element-based control, it is not very convenient to evaluate with this method in large-scale high-rise projects in terms of time and ease of application.
Although the fragility curves method seems to be a suitable method for high-rise performance evaluation in terms of making a practical application in a limited time, it is difficult to say that it is one of the most frequently used evaluation methods today, since it requires expertise to carefully calculate many parameters in order to make a realistic evaluation with this method. It would not be wrong to say that it is very important to support and disseminate academic studies in this field in order to make evaluation with fragility curves more common.
Even though some structural elements have advanced damage and may even collapse in some cases, after detecting and eliminating possible calculation and behavior errors, and after evaluating the average of the analysis results, it is concluded that the structure is in a controlled damage limit state.
Since the building contains rigid basement floors, the sudden increase in the relative floor drifts due to the sudden decrease in stiffness in the floors above the basement floor is another finding obtained during the evaluation of the analysis results.
In the context of the thesis, it is concluded that the rigid basement floor acceptance, which is commonly made in the design of high-rise buildings, is insufficient in the reinforced concrete structure rising on the common podium when separated and subject to modal analysis.
In the introduction, which is the first part of the master's thesis, which consists of seven chapters, the importance, subject, purpose and scope of the study are included, as well as a summary of the literature.
In the second part, the subject of high-rise building performance evaluation is emphasized. Capacity design approach and performance-based design approach are summarized and non-linear calculation method is explained. Earthquake levels are mentioned and earthquake design spectra are defined. In this section, the performance levels and targets defined for high-rise buildings according to TBDY 2018 are explained.
In the third chapter, the creation of an analysis model of an existing reinforced concrete high-rise building is discussed. General information about the building is given, and the approaches used in modeling and analysis are mentioned. Load definitions and material models are explained. The wall, column and beam sections that are the basis of the design have been determined, and the hysteretic behavior of the reinforced concrete sections has been examined. Plastic hinge definitions are explained, introduction of plastic hinge definitions in beams, columns and walls to the analysis program is shown. The damage limits of the structural system elements defined by the regulation have been determined. The dynamic solution of multi-degree-of-freedom carrier systems is emphasized and the programs to be used in the study and the usage principles of the programs are explained.
In the fourth chapter, the selection of earthquake records is emphasized and the characteristics of the selected records are mentioned. Since earthquake records are obtained as raw data, it is explained that after baseline correction and filtering, filtered records can be scaled within the relevant period range of the regional earthquake design spectrum (Target Spectrum) and used for analysis.
In the fifth chapter, non-linear analysis of the existing reinforced concrete high-rise building in the time history was carried out and explained the stages of the analysis.
In the sixth section, the results of the analysis are evaluated. The relative storey drifts were checked, the damage conditions of the structural elements were examined and the earthquake performance of the building was determined.
In the seventh and last chapter, the results were evaluated and the conclusions that could be made as a result of the study were compiled. Suggestions and recommendations for possible future studies on the same subject are listed.