Integrated seismic retrofit with steel bracing members in building facades
Binaların cephelerinde çelik çapraz elemanlarla depreme karşı bütünleşik güçlendirme
- Tez No: 595572
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Mimarlık, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Architecture, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 253
Özet
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 yapısal 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 yapısal 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 (BA) 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 yapısal 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 açısındanda büyük bir katkı sağlar. Bina cephesinde uygulanabilecek birçok çelik çapraz tipi mevcuttur, bunlar çeşitli varyasyonlarda binanın cephesinde yapılandırılarak uygulanabilir. Bu tür çelik çaprazlarda 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 (dışmerkezklik varken) uygulanan, mevcut betonarme kolon ve kirişlere üç tipik çelik çapraz bağlantı detayı da önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
Architecture and structural engineering cannot be considered as two irrelevant professions when the subject is constructing a reliable building. It is clear that architects and structural engineers have different viewpoints. Structural engineers focus on finding solution and innovation for retrofitting building while architects goal is enhancing the building function and aesthetic building qualities. These two parties come together in a point where the structural system of the building enhance the function and aesthetic building qualities as an architectural system positively contributing to seismic performance. Finding the point that these parties gathered, required a comprehensive understanding of existing building configurations and their behavioral characteristic, seismic retrofitting types, and example of retrofitted building from the world that is discussed in this thesis. Existing building configurations are divided into two major groups of regular and irregular structural systems. Although there are many reasons for creating irregular structure, the main reason that creates irregularities in structure is architectural requirement. Irregular buildings during earthquakes may experience damages or total collapses, so with appropriate retrofitting may help building to stand against earthquake. Besides irregular structures, there are many other reasons that lead structural systems to be strengthened both in new and in older buildings. The quite comprehensive study of seismic retrofitting for reinforced concrete (RC) buildings have been done since the RC buildings are the most common types of buildings in Turkey. Among the retrofitting systems, steel braced frames are the most common and economical retrofitting schemes. They are lightweight and useful structural members for engineers to especially increase seismic stiffness of buildings during an earthquake. So, adding steel braces on the facade of reinforced concrete building could be an appropriate retrofitting type that meets the architectural and structural engineering requirements mentioned above. Moreover, downtime issue during seismic retrofitting is an important matter. So, with using the exterior axes of buildings with adding steel bracing members leads to negligible downtime and allowing tenant occupancy that is also cost effective. There are many steel bracing types with various configurations of attachment to facades of buildings. Optimum bracing angles are crucial and affect the behavior of the bracing system. So, to select the best type of configuration of steel bracing many buildings with diagrid structures from the world are studied as a complimentary work. In addition, some example buildings that were seismically retrofitted to resist against lateral earthquake forces using facades of buildings from Switzerland, United States, New Zealand, and Japan are examined to reach a better understanding about the topic covered herein. After a thorough study, to possibly attain the best types of bracing retrofit for such deficient buildings, the 30 steel bracing systems of diagonal bracing, X bracing, multi-story X bracing, and combination of all these steel bracing configurations are taken into consideration. These bracing types were designed to implement with no distance to the facade of selected example building designed with design provisions of the 1975 Turkey's seismic code. SAP2000 was used as a computational tool to observe and find the example building's behavior before retrofitting and after retrofitting. In this study, Turkey Building Earthquake Code, 2018 (TBEC 2018) and Specification for Buildings to be Built in Seismic Zones, 2007 (SBBSZ 2007) were used for the analyses and estimations. These comparisons demonstrate that the building after retrofitting with these 30 steel bracing systems performed far better compared to not retrofitted building. Also, proposed solutions enhance the facade of the building from the architectural point of view. In addition, optimum systems among the 30 steel bracing systems are realized in this study. Three typical connection details of steel bracing to existing reinforced concrete columns and beams are provided for the cases of attachment with no distance to RC frame and attached with selected distance to RC frame.
Benzer Tezler
- Betonarme çerçevelerin özel köşe çaprazları ile güçlendirilmesi
Retrofitting reinforced concrete frames by special knee braces
KIVANÇ TAŞKIN
Doktora
Türkçe
2011
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. FARUK KARADOĞAN
PROF. DR. NESRİN YARDIMCI
- Disk başlıklı ankrajların kesme ve kalıcı çekme kapasitelerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental studies on shear and residual pull-out capacity of disc anchors
FATİH KELEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ
- An investigation on structural identification (ST-ID) of a long-span bridge for performance prediction
Uzun açıklıklı bir köprünün performans tahmini için yapısal tanılanması üzerine bir araştırma
SELÇUK BAŞ
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
DOÇ. DR. NURDAN APAYDIN
- Investigation of strenghthening techniques using pseudo-dynamic testing
Dinamik-benzeri deneylerle yapı güçlendirme tekniklerinin irdelenmesi
EFE GÖKÇE KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Deprem MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. ERDEM CANBAY
PROF. DR. GÜNEY ÖZCEBE