Integrated seismic retrofit with steel bracing members in building facades

Mimarlık ve inşaat mühendisliği, birbirleriyle bağlantılı iki uzmanlık alanı olup ve konuları depreme dayanıklı güvenilir bir bina ise birbirlerinden ilgisiz meslekler olarak kabul edilemezler. Mimarların ve yapı mühendislerinin farklı bakış açılarına sahip oldukları açıktır. Yapı mühendisleri, binaların iyileştirilmesi için çözüm ve yenilik bulmaya odaklanırken, mimarların ana amacı ise bina işlevini ve estetik bina niteliklerini arttırmaktır. Binanın yapısall sistemi, binayı işlev ve estetik olarak arttırdığı zaman, mimari biçimlenme binanın deprem performansına pozitif katkı sağlar ve bu durumda iki disiplin bir noktada bir araya gelir. Bu disiplinleri bir araya getiren ortak alanı bulmak için bu çalışmada öncelikle mevcut binaların biçimleri ve davranışsal özellikleri, depreme karşı güçlendirme türleri ve dünyada güçlendirilmiş bina örnekleri hakkında bir tarama araştırmasi yapılmıştır. Mevcut binaların biçimleri, düzenli ve düzensiz yapısall sistemlerden oluşan iki ana gruba ayrılmıştır. Düzensiz yapı oluşturmanın birçok nedeni olmasına karşın, yapıda düzensizlikler oluşturan temel neden mimari isteklerdir. Genellikle düzensiz sistemler, düşey ve yatay düzensizlikler olarak ikiye ayrılmıştır. Binalardaki düzensizlik deprem sırasında binanın hasar görmesine ya da tamamen göçmesine neden olabilir. Bu nedenle, uygun güçlendirme yapılması, binanın depreme karşı uygun bir performans göstermesinde yardımcı olabilir. Düzensiz yapıların yanı sıra, güçlendirme için başka birçok neden vardır. Güçlendirme, hem eski hem de yeni binalarda uygulanabilir ve tek sebebi yapının düzensiz olması değildir. Türkiye'de bina türü olarak betonarme bina tipi en yaygın kullanım alanına sahip olduğundan dolayı betonarme binalar için güçlendirme konusunda kapsamlı bir çalışma yapılmıştır. Betonarme binalarını güçlendirme çalışmalarında iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan ilki kolon ve kiriş mantolaması, diğeri ise binaya yeni yapı elemanların eklenmesiyle oluşturulan güçlendirme çalışmalarıdır. Bu yöntemlerin kendi kriterleri, olumlu ve olumsuz yanları vardır. Güçlendirme sistemleri arasında çelik çaprazlar da en yaygın ve ekonomik olarak kullanılan güçlendirme biçimleridir. Depremde binanın yatay rijitliğini arttırmak için bu tür çaprazlar mühendislerin kullandığı hafif ve kullanışlı yapısall elemanlardır. Bu yüzden, betonarme bina cephesinde çelik çaprazlar eklenmesi, yukarıda belirtilen mimari ve yapı mühendisliği gereksinimlerini karşılayan güçlendirme türlerindendir. Bunlara ek olarak, depreme karşı güçlendirme sırasındaki binanın kullanılmama/kapatılma süresi önemli bir konudur. Bu nedenle, bina dış cephesine çelik çapraz uygulayarak, kullanılmama/kapatılma süresi en aza indirgenir. Bu maliyet açısından da büyük bir katkı sağlar. Bina cephesinde uygulanabilecek birçok çelik çapraz tipi mevcuttur, bunlar çeşitli varyasyonlarda binanın cephesinde yapılandırılarak uygulanabilir. Bu tür çelik çaprazlar da davranışı önemli düzeyde etkileyen çaprazın yaptığı optimum açısıdır. Bu nedenle, en iyi çapraz konfigürasyonunu seçmek için dünyadan diagrid yapıya sahip birçok binada incelenmiştir. Diagrid yapılarda, diagrid modüllerin ebatları, köşe durumu ve modüllerin bağlantı noktaları önemli konulardır ve detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bina cephesini kullanarak depreme karşı dayanıklılık sağlayacak şekilde İsviçre, Amerika Birleşik Devletleri, Yeni Zelanda ve Japonya'da bulunan bazı bina örnekleri konuya ilgili daha iyi bir anlayışa ulaşmak için incelenmiştir. Genel araştırma sonrası, 30 adet çelik çapraz sistemi seçilerek diyagonal çapraz, X çapraz, çok katlı X çapraz ve bunların birleşiminden bir dizi sistemler oluşturulmuştur. 30 adet çelik çapraz sistemi, 1975 yılının 'Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik' esasına dayalı olarak tasarlanan bina cephesine dışmerkezlik olmadan uygulanmıştır. Çelik çapraz güçlendirmesinden önce ve sonra binanın davranış farklılığını gözlemlemek için SAP2000 programı kullanılmıştır. Bu araştırmada, 'Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'' ve 'Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (2007)' yönetmelikleri kullanılarak analiz ve değerlendirmeler yapılmıştır. Bu çalışmada, 30 sistemin kolon P-M-M oranları, bina deplasmanı, bina kat ötelenmesi ve ayrıca her sistemin çelik tonaj ağırlığı incelenip gösterilmiştir. Bu karşılaştırma, bu 30 sistemle güçlendirme sonrası yapılan binanın, güçlendirme yapılmayan binaya göre daha iyi performans gösterdiğini ve binanın cephesel estetik özelliğini arttırdığını gösterilmiştir. Ek olarak, bu araştırmada 30 çelik çapraz sistem arasında optimum sistemi sağlayan çaprazlar da belirlenmiştir. Betonarme çerçeve boyunca, betonarme çerçeveye dışmerkezlik olmadan ve betonarme çerçeveye seçilen bir uzaklıkla uygulanan, mevcut betonarme kolon ve kirişlere üç tipik çelik çapraz bağlantı detayı da önerilmiştir.