Deprem bölgelerindeki betonarme binalarda bitkilendirilmiş çatı sisteminin yapı davranışına etkisi
The effect of vegetated roof systems on reinforced concrete (RC) buildings in earthquake zones
Yazar: CAN KALKAN
Danışman: PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Mimarlık = Architecture ; Peyzaj Mimarlığı = Landscape Architecture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Betonarme = Reinforced concrete ; Depreme dayanıklı binalar = Earthquake resistant buildings ; Teras çatılar = Flat roofs ; Çatı bahçesi = Roof garden

Özet:
İklim değişikliği senaryolarına göre dünyanın bir çok bölgesinde küresel ısınmaya bağlı olarak sıcaklık değişimleri oluşacağı bilinmektedir. Bu kapsamda son yıllarda inşaat sektöründe de yeşil çatı kavramına doğru bir yönelim söz konusu olmuştur. Enerji tasarrufu önlemleri artmış, çevreye duyarlı ekolojik yapı üretimi önem kazanmıştır. Gerçekte, binlerce yıldır bilinmesine karşın, çeşitli yapım güçlüklerinden dolayı kullanım alanı kısıtlı olan ekolojik bitkilendirilmiş çatılar, günümüzde bu alanda uygulanabilecek önlemli bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Çünkü, bitkilendirilmiş çatılar gerek ekonomik, gerekse sosyal yönden bir çok alanda yarar sağlamaktadır.Yapı sektöründeki her üretimde olduğu gibi bitkilendirilmiş çatı sistemlerinin de kendine özgü birtakım altyapı gereksinimleri vardır. Bu gereksinimleri kısaca bitki taşıyıcı katman, drenaj katmanı, izolasyon katmanı ve tüm bu katmanlardan ve bitkilerden doğan yükün güvenli bir şekilde taşınmasına ve zemine aktarılmasına olanak verebilecek sağlam bir yapı taşıyıcı sistemi olarak sınıflandırılabilir.Bu çalışma kapsamında, literatür araştırmalarıyla bitkilendirilmiş çatılar ve çeşitleri hakkında bilgi toplanmış, kullanım nedenleri ve yapıya getirdiği olası ek yükler ve bunların yapı taşıyıcı sistem elemanlarının davranışına etkisi araştırılmıştır.Önerilen çatı sisteminin taşıyıcı sisteme olan etkilerini incelemek üzere, bahçe çatı teras ve klasik teras yük durumuna sahip, ofis işlevli örnek betonarme yapılar ele alınmıştır. Yapılar, ETABS ver. 9.7.0 programı ile üç boyutlu (3D) olarak modellenmiş, 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde tasarlanması durumları için ayrı ayrı incelenmiştir. Sağlam ve zayıf zemin koşullarını da hesaba katmak için Z1 ve Z4 zemin sınıfları dikkate alınmıştır. Yapının değişik yüksekliklerdeki davranışlarının dikkate alınabilmesi için beş, on ve onbeş kat olması durumlarının her biri için sekiz adet, toplam yirmi dört adet perdeli yapı modeli oluşturulmuştur. Yönetmelik gereği, yüksekliğin az olduğu durum olan 5 katlı yapı modelinin çerçevesistem olarak, perdesiz bir şekilde yapılabilme olanağı bulunduğundan bu model perdeli ve perdesiz olarak oluşturulmuştur. Böylece, toplamda otuz iki adet yapı modeli üretilmiş ve doğrusal elastik koşullarda sistem çözümlemesi yapılmıştır. Her iki çatı sistemi için elde edilen sayısal sonuçlar yapı ağırlıkları, yapıya etkiyen deprem yükleri, göreli kat ötelemeleri, kiriş, kolon ve perde geometrik boyuna donatı oranları, temel kesit tesirleri ve çatı kirişlerinin sehim değerleri bakımından karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Depending on global warming, it is inevitable that the world will be experiencing temperature changes within climates. Regarding this, for the last few decades, there has been an inclination towards green roof designs in building constructions. Energy conservation and environment-friendly ecological structures have become more of an issue.Even though it has been known for a long time in the past, nowadays practical applications of ecological vegetated roofs have been improved significantly . this is because vegetated roof systems have a lot of environmental, financial, and social benefits.Like every possible construction system, vegetated roof systems have their own infrastructure requirements. Such systems can be classified on growing medium layer, drainage layer, waterproofing and a load-bearing system to carry and transfer all of these loads, that are caused by the vegetation, to the foundation system and to the ground.Within the scope of this study, a research has been conducted regarding vegetated roofs, types of vegetated roofs, the needs for these kinds of applications and the additional loads they add to the structures. Also, the impact of these added loads on the behavior of structural members is investigated. In addition, vegetated roofs, the benefits are discussed is detail.To analyze the effects of the proposed roof system on the load bearing system, a reinforced concrete (RC) model structure for office use with green roof and traditional roof alternatives is examined.The structure is modeled in 3D using ETABS ver. 9.7.0 and analyzed for designs in the 1st and 2nd degree seismic zones, separately. Z1 and Z4 soil classifications are also taken into consideration to account for poor and firm soil types. To compare the numercial results, obtained from buildings having various hights, 8 models for 5-story, 8 models for 10-story, and 8 models for 15-story, a total of 24 structural models with RC shear walls are generated. Since according to codes and specifications, 5-story structure can be achieved without RC shear walls and having a framed system only, that building is examined both with and without shear walls. Thus, a total of 32 structural models have been generated and analyzed in ETABS assuming linear elastic conditions. The numerical results for the two different types of roofs are compared with regard to earthquake loads that they would attract, story drifts, beam, column and shear wall geometric longitudinal reinforcement ratios, shear force and the deflection values of the roof beams.Before making a decision on a possible application of vegetated roof systems in an existing building, it is especially recommended that a comprehensive investigation be done since structural system of the existing building might have other several problems.Emphasizing on the numerical results (for the selected case studies) obtained from this thesis, it seems that the earthquake performance of the buildings does not practically change for well-designed RC building located in seismic zones. However, since the additional load from the green system is directly carried by the top story members (i.e. beams, columns, and slabs), sectional capacities of these members may be exceeded in some cases. This would result in retrofit requirements to increase the capacities of these members. For this purpose, several retrofitting techniques can be implemented in RC members such as wrapping beams or columns with CFRP or GFRP composites. Jacketting using epoxy bonded (externally) steel plates could also be an effective way of retrofit to provide the member with an additional capacity when the concrete quality is sufficient.This study consists of five sections:Section 1 is devoted to introduction and motivation for the study. This section also covers the aim of the thesis and past research conducted in this field.Green roof systems are specified in Section 2, considering their types and environmental, economical, and social benefits.The third Section explores the layers that form the well-known green roof systems. Some real-life examples are given.Structural properties of the selected buildings are summarized in Section 4. Modeling issues in ETABS, design characteristics, and code requirements are discussed. Numerical results from the five, ten, and fifteen story RC framed buildings with and without RC shear walls are given. Comparisons are made to investigate the potential impact of vegetated roof systems.In Section 5, conclusions from this parametric study are given. Also, some details about possible studies are recommended for future works.