Betonarme binaların taşıyıcı sistem seçiminde perde yerleşiminin davranışa etkisi
Effect of the wall geometry to structural behaviour in reinforced concrete buildings
Yazar: KUTLUHAN ETHEM KINIK
Danışman: PROF. DR. TÜLAY AKSU ÖZKUL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bir yapının deprem karşısındaki davranışında bizim yol haritamızı oluşturan deprem yönetmeliklerimiz ve standartlarımızdır. Daha önce yıkıcı depremlere maruz kalan ülkemiz için, can ve mal güvenliğinin sağlanarak depreme dayanıklı yapı tasarlamak bir zorunluluktur. Bu zorunluluk sebebiyle yapı mühendislerinin tasarım aşamasında yapı deprem davranışını çok iyi irdeleyerek anlamaları gerekmektedir. Alışılmışlıklar, tekrarlardanve programların çözümlerinden ziyade her yapı için bilimi kullanarak, yorumlayarak tasarım yapmak konusunda sorumluluklarının farkına varmaları gerekmektedir.
Bu yüksek lisans tez çalışmasında işyeri türündeki aynı plana, kat yüksekliği ve kat sayısına sahip bir yapıda değişik perde yerleşimi içeren 7 farklı taşıyıcı sistem üzerinde çalışılmıştır. Söz konusu sistemlerin deprem yüklemeleri altında farklı perde yerleşimlerinden kaynaklanan burulma, şekildeğiştirme ve yer değiştirmeleri, taban kesme kuvvetleri, bina hâkim periyotları karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma neticesinde perde yerleşiminin betonarme binalar için tasarım ve analiz aşamasında etkileri araştırılmış olup deprem yüklemeleri bakımından etkileri irdelenmiştir. Daha sonra bu 7 modelden seçilecek olan 2 sistemin önceki deprem yönetmeliği ile deprem yükleri, periyotları, taban kesme kuvvetleri hesaplanarak mevcut deprem yönetmeliği ile karşılaştırılması yapılacaktır.
Aynı plana, aynı kat yüksekliği ve aynı kat sayısına sahip olan modelde yapı 2 bodrum kat ve 13 normal kattan oluşmakta olup, kat yüksekliği 3 metredir, taban oturum alanı ise 1200 m2'dir.  
Tez çalışmasında TBDY-2018 "Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği ", TS 498-1997 "Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri", TS500-2000 "Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları" ve DBYBHY-2007 "Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik", esas alınarak sonuçlar elde edilmiştir. Yapının analiz ve tasarımı için ETABS V16 programı kullanılmıştır.
Tasarımda malzeme olarak C35 beton sınıfı ve B420C yapı çeliği kullanılmıştır. Perde yerleşimi bakımından yedi farklı taşıyıcı sistem oluşturularak, taşıyıcı sistem elemanları boyutlandırılmıştır.
Söz konusu modeller, Eşdeğer Deprem Yükü yöntemi ve Mod Birleştirme yöntemi ile çözülmüştür. Farklı modeller için bina hakim periyotları, yer değiştirmeler, göreli kat ötelemeleri, ikinci mertebe etkileri, kat kesme kuvvetleri, deprem perdelerinin kesme dayanımları ve kapasiteleri, planda ve düşeyde düzensizlik gibi durumlar ele alınmış, perde yerleşiminin bina davranışına etkisi karşılaştırılmıştır.
Buna ek olarak 2007 deprem yönetmeliğine göre 1. derece deprem bölgesinde olan üç ayrı lokasyon için, taban kesme kuvvetleri bakımından yeni deprem yönetmeliği ve eski deprem yönetmeliğinin karşılaştırılması yapılmıştır. Tez konusu olan Sakarya Arifiye ile ilgili verilere ilave lokasyon olarak Tokat Erba Gökçeli, Kütahya Simav Yenice bölgelerinin verileri alınmıştır. Aynı modeller için aynı zemin parametreleri kullanılmıştır. Böylece TBDY 2018 ile DBYBHY 2007 arasında deprem kuvvetleri bakımından nasıl bir fark oluştuğu araştırılmıştır.
Son aşamada tüm modellerin verileri karşılaştırılarak, betonarme binalarda taşıyıcı sistemin davranışa etkisi üzerine değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılarda yerdeğiştirmelerin sınırlandırılması bakımından önemli olan perdeler yatay yüklerin önemli bir kısmını karşılamaktadır. Her iki doğrultuda yatay yükleri karşılayacak şekilde perde yerleşimi yapmak gerekmektedir. Taşıyıcı sistem seçiminde planda perdelerin burulma düzensizliğine yol açmayacak şekilde simetrik yerleştirilmesi önemlidir. Rijitlik merkezinin kütle merkezinden uzaklaştığı perde yerleşimlerinde göreli kat ötelemelerinin arttığı görülmektedir. Çok rijit perde yerleşiminin taban kesme kuvvetlerinin artmasına sebep olduğu görülmektedir. Bu durumda iki katına çıkan taban kesme kuvvetlerine yol açtığı için aşırı rijit perde yerleşimleri uygun değildir.  Perdelerin tek başına devrilme momentinin 1/3 ünden fazlasını karşılayacak şekilde büyük seçilmesi de deprem etkisini arttırdığı için kaçınılmalıdır. Taşıyıcı sistem oluşturulurken perdelerin, planda dış akslara simetrik olarak yerleştirilmesi burulma rijitliğini arttırarak taban kesme kuvvetlerini azaltmaktadır. Deprem ekisi altında taşıyıcı sistem seçiminde en uygun perde yerleşiminin burulmaya yol açmayacak şekilde, tek başına devrilme momentinin fazla kısmını almayan, simetrik, kenarlara yakın olan yerleşimler olduğu beklenildiği üzere en önemli sonuçtur.

Abstract:
EFFECT OF THE WALL GEOMETRY TO STRUCTURAL BEHAVIOUR IN REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
SUMMARY
It is earthquake regulations and standards that constitute our road map in the behavior of a building against the earthquake. It is a necessity to design earthquake resistant buildings by providing life and property security for our country, which has been exposed to devastating earthquakes before. Due to this necessity, the structural engineers should understand the earthquake behavior very well in the design phase. They need to be aware of their responsibilities in designing, interpreting and using science for each structure, rather than custom, repetition and solutions of programs.
The greatest measure of the strength of a building is the resistance against the wind, temperature difference, floods, earthquake, natural disasters etc. which are completely independent of human impact. Some natural disasters can be estimated by scientific studies and thus have the chance to take precautions. The most important issue is that the earthquake does not give any pre-warning in today's scientific conditions and thus does not have the chance to take precautions. Our country is under threat of earthquake. The fact that we experienced significant loss of life and property in 17 August 1999 Gölcük and 23 October 2011 Van earthquakes has made it necessary for us to review the structure stock on behalf of our country and the behavior of new buildings under the effect of earthquake. It is revised Turkey Earthquake Building Regulations published in 2018 with extensive revisions. 
The idea of comparing the behavior of the buildings against the earthquake, formed by the different wall placement, revealed the main idea of this thesis. For this study, it was tried to reach the main purpose by using the same soil parameters. For this idea, 7 different models differentiated with wall placement in the 15-storey reinforced concrete building which was considered as workplace were analyzed with the current earthquake regulation. Several results were compared and then some of the results of the selected 2 models in terms of the old earthquake regulation were evaluated within themselves. 
In this postgraduate thesis, 7 different structrural systems of a workplace usage with different wall placement layouts were used in the same plan, floor height and number of storeys. These systems were compared in terms of the torsion, deformation and displacement, base shear forces and building dominance periods due to different wall placement under earthquake loadings. As a result of this comparison, the effects of wall placement on the design and analysis stage for the reinforced concrete buildings were investigated and their effects on the earthquake loads were examined. Then, earthquake loads, periods, base shear forces calculated with the previous earthquake regulation of 2 systems selected from these 7 models were compared with the current earthquake regulation. The model in this thesis which has the same plan, floor height and number of storeys consists of 2 basements and 13 normal floors. The floor height is 3 meters and the floor area is 1200 m2.
In this thesis TBDY-2018 "Turkey Building Earthquake Regulation", TS 498-1997 "The design load values that will be taken at sizing of structural elements", TS500-2000 "Design and Construction Rules of Concrete Structures" and DBYBHY-2007 "Regulations on Buildings to be Built in Seismic Zones" based on results were obtained. ETABS V16 program was used for the analysis and design of the structure.
At the stage of creation of our models, the materials that we will use in our structure are defined first. C35 concrete class and B 420C structural steel material properties were defined because we were going to use. Then our axle system has been created for our model. Then 7 different structural systems are created for these models and pre-sizing was done under vertical loading in our regulations.
After the existence of the dominant periods of our buildings having different characteristics due to the wall placement, analysis has been done with the Equivalent Seismic Load method and Mod Unification method. When the solution results were examined, the effect of the wall placement on the building behavior was compared because we had many results such as displacements, relative drifts, second order effects, floor shear forces, shear strengths and capacities of earthquake walls, plan and vertical irregularities.
In the last stage, three different locations in the 1st Earthquake Zone according to the 2007 Earthquake Regulation are choosen and base shear forces calculated and so the new earthquake regulation and the old earthquake regulations were compared for. We have data on Sakarya Arifiye which is the subject of thesis. In addition to this, Tokat Erba Gökçeli, Kutahya Simav Yenice was decided to be. Same ground parameters were used for the same models. Thus, it was investigated how a difference was observed in terms of earthquake forces between TBDY 2018 and DBYBHY 2017. 
The purpose of structural engineering is to limit the displacements of earthquakes, which are movements of the earth's crust, in our buildings and to ensure that they are acceptable values. Although there are many dead, live, horizontal and vertical impacts on the buildings to be constructed, to calculate these effects precisely brings many uncertainties in terms of both material and labor. The aim of the structural engineers is to establish the right structural system, to select the materials to be used and to prepare the right project in a way that does not cause any hesitation in terms of workmanship. It is the duty of structural engineers to construct durable buildings under earthquake hazard. Knowing the properties of the materials used in the market, it is practically possible to minimize the uncertainties in the material and to minimize the uncertainties on the work site with the right project presentation for the workers. However, the right structural system under the influence of earthquakes and thus the prediction of the structure behavior of structural engineers should focus on the most. Thus, people will be able to build more durable and reliable buildings. The building, which has not been carefully projected or designed correctly, will bring many damages such as security, strength and economic and life losses.
In this thesis, earthquake calculations were made on TBDY 2018 of 7 different models of frame with walls in Sakarya Arifiye, which consist of 2 basement floors, 1 ground floor and 12 normal floors with the same geometrical characteristics. As the earthquake calculation method, the base shear forces were found by equivalent seismic load method and mode joining method, and when necessary, the base shear forces obtained by mode joining method were increased with the magnification coefficient. By calculating the rollover moments of the walls, necessary arrangements have been made in cases where R structural system behavior coefficient should change. Then, irregularity checks were performed to increase the necessary eccentricity coefficient in A1 torsional irregularity models. After the necessary adjustments, the analysis was completed and the results were tabulated and some comparisons were made.
Finally, the data of all models were compared and the effects of the structual system on the behavior of reinforced concrete structures were evaluated. Walls, which are important in terms of limiting the displacements in the buildings, cover a significant amount of the horizontal loads. Wall placement is required to meet the horizontal loads in both directions. In the selection of the structural system, it is important to place the walls in the plan symmetrically so as not to cause torsional irregularity. It is seen that the relative displacement of the floors increases in the wall placement where the stiffness center moves away from the center of mass. It is seen that very rigid wall placement causes increase of base shear forces. In this case, excessive rigid Wall placements are unsuitable, as the doubling of the base shear forces. The larger selection of walls to cover more than 1/3 of the tipping moment alone, should also be avoided since this increases the earthquake effect. The symmetrical placement of the walls on the external axles in the plan increases the torsional rigidity and reduces the base shear forces. The most important result in the selection of structural systems under earthquake is the most important result, as it is expected that the most suitable wall placement is symmetrical and close to the edges, which does not take much of the tipping moment alone, without causing torsion.