Katları arasında yalıtım elemanları kullanılan çok katlı binalarda taban yalıtımı etkinliğinin araştırılması
An investigation on the effectiveness of base isolation in multistorey buildings in which isolators are used between stories
Yazar: ZEYNEL ABİDİN MİRKELAM
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER ELMAS
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
ivÖZET(KATLARI ARASINDA YALITIM ELEMANLARI KULLANILAN ÇOK KATLIBİNALARDA TABAN YALITIMI ETKİNLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI)Bir yapıda, depremden kaynaklanan hasarı azaltmak için sünekliğin artırılması gerektiğibilinmektedir. Tabanı ankastre olan geleneksel binalarda yüksek süneklik düzeyi, şiddetli depremlersırasında taşıyıcı elemanlardaki akma yoluyla sağlanabilmektedir. Akma sonrasında ise binanıntaşıyıcı sisteminde ve taşıyıcı olmayan elemanlarında önemli hasarlar oluşmaktadır. Şiddetlidepremlere karşı bir yapının, taşıyıcı sistemini, taşıyıcı olmayan elemanlarını ve içinde bulunaneşyaları hasardan korumanın etkili bir yolu olarak son yıllarda taban yalıtımı teknikleri geliştirilmiş veyaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Taban yalıtımı tekniğinde binanın temeli ile üstyapısı arasınayerleştirilen düşey rijitliği yüksek ve yanal rijitliği düşük olan mekanizmalar sayesinde binanın düşeyyükleri güvenlikle temele aktarılmaktadır. Bunun yanında, depremsel kuvvetin tahrip edici yataybileşeni büyük ölçüde azaltılarak üstyapıya aktarılmakta ve böylece yapı hasardan korunmaktadır.Taban yalıtımlı binalarda yalıtım düzeyinde meydana gelen büyük yer değiştirmelerden dolayıstabilite problemi ortaya çıkmakta ve deprem yönetmeliklerinde yer alan kısıtlayıcı hükümlerdendolayı taban yalıtımı tekniği, düşük ve orta yükseklikteki binalarda kullanılabilmekte, yüksekbinalarda ise uygulanamamaktadır.Bu çalışmada taban yalıtımı tekniğinin yüksek binalarda da uygulanabilmesine olanak veren birkavram ortaya atılmış ve yapı esnekliğinin tabanda toplandığı klasik taban yalıtımı yerine, hem tabanahem de üstyapının bazı katları arasına yerleştirilen izolatörler sayesinde bina yüksekliği boyuncadağıtılmış olan esnekliğin, binanın depremsel yalıtım performansını nasıl etkilediği araştırılmıştır.Farklı yalıtım parametrelerine ve mesnet koşullarına sahip, kat adetleri bir ile yirmi arasında değişen,planda düzenli ve düzensiz betonarme bina modelleri oluşturulup, yeni yalıtım kavramına göretasarlanan bina modellerinin, 1999 Marmara Depremi (Yarımca-Petkim)'nin Kuzey-Güney bileşenideprem girdisine göre zaman tanım alanında dinamik çözümlemeleri yapılmış, elde edilen sonuçlarankastre tabanlı ve geleneksel taban yalıtımlı modellerle karşılaştırılmıştır.Birinci bölümde depreme dayanıklı yapı tasarımındaki geleneksel yaklaşım ile yapısal kontrolü esasalan modern yaklaşımdan bahsedilmiş; yapı kontrolünün ana sistemleri, yapısal kontrolün tarihçesi vetaban yalıtımı uygulamaları hakkında genel bilgiler verilerek çalışmanın konusu ve amacıaçıklanmıştır.İkinci bölümde, benzer konularda yapılmış olan önceki çalışmalar özetlenerek anlatılmıştır.Üçüncü bölüm, çalışmada kullanılan materyal ve yöntemin tanıtılmasına ayrılmıştır. Tabanyalıtımının doğrusal teorisi ve teorinin ilave yalıtımlı binalara uygulanması açıklanmış, sayısalçözümlemede kullanılan bina modellerinin geometrik ve mekanik özellikleri, deprem hareketi vekullanılan bilgisayar programı hakkında bilgi verilmiştir.Dördüncü bölümde araştırma bulguları verilmiştir. Hazırlanan bina modellerine ait dinamikçözümleme sonuçları çizelge ve şekiller halinde özetlenerek sunulmuş, değişik modellere ait sonuçlarbirbirleriyle ve önceki çalışmalara ait olanlarla karşılaştırılarak tartışılmıştır.Beşinci bölümde, çalışmada elde edilen sonuçlar özetlenmiş ve konu üzerinde bundan sonra yapılacakolan çalışmalara ilişkin öneriler sunulmuştur.ANAHTAR KELİMELER: Taban Yalıtımı, İlave Yalıtım, Kauçuk Yatak, Pasif Yapı Kontrolü

Abstract:
vABSTRACT(AN INVESTIGATION ON THE EFFECTIVENESS OF BASE ISOLATION INMULTISTORY BUILDINGS IN WHICH ISOLATORS ARE USED BETWEEN STORIES)It is known that seismic hazard of a structure may be mitigated by increasing the ductility of thestructure. However, for a fixed based traditional building, a high ductility level is achieved throughyielding of its structural members during a strong ground motion. Following the yielding, severedamages occur at structure itself and its contents. In recent years, base isolation techniques have beendeveloped and widely used as an effective way of protecting a building and its contents againstseismic hazard of strong earthquakes. In base isolation technique, some mechanisms are interposedbetween the base of the structure and the foundation, which are stiff enough under vertical loads, yetvery flexible under lateral forces. While vertical loads of the building are safely transmitted tofoundation, harmful lateral components of seismic forces are significantly reduced and transmitted tosuperstructure, then seismic hazard of structural and non-structural members is mitigated. Because ofthe large displacements at isolation level of a base isolated building, the stability problem arises andseismic code provisions limits the base isolation technique, in practice, to buildings in the low-tomedium rise range.In this study, an earthquake resistant design concept is suggested which enable the base isolationtechnique is used in low-to medium rise buildings as well as high rise ones. Instead of classical baseisolation technique in which the structural flexibility is concentrated in the isolation level at the baseof the building, the distributed flexibility along the height of the building is proposed. How thedistributed structural flexibility affects the seismic isolation performance of the building isinvestigated. Reinforced concrete building models which are regular and irregular in plan, and havevarious isolation parameters, supporting conditions, number of stories (varying 1 to 20) is prepared.The seismic response of new isolation concept building models subjected to N-S component of 1999Marmara Earthquake (Yarımca-Petkim) input is evaluated and compared with the responses of thecorresponding fixed base and conventional base isolated models.In chapter one, the traditional approach and the modern approach which is based on the structuralcontrol in the earthquake resistant structural design are mentioned. General information about mainsystems of structural control, historical development of the structural control and application of thebase isolation technique is given. The subject and the purpose of the study are explained.In chapter two, previous studies in similar subjects are summarized.Chapter three is dedicated to description of material and method used in this study. The linear theoryof the base isolation and its application to the buildings which have additional isolators between somestories in its superstructure, are formulated. Geometrical and mechanical properties of the buildingmodels, characteristics of the ground motion and some features of the computer program used innumerical analysis are described.Findings of the investigation are presented in the fourth chapter. The results of the dynamicalstructural analysis of various building models are summarized by using tables and diagrams. Theresults of this study are discussed and compared with that of some previous studies.In fifth chapter, the results of this study are summarized and some suggestions for the future studies insimilar topics are presented.KEY WORDS: Base Isolation, Additional Isolation, Rubber Bearing, Passive Structural Control