Design and seismic performance evaluation of rc high-rise building according to Turkish seismic code 2018
Betonarme yüksek bir binanın TBDY 2018'e göre tasarımı ve deprem performansının incelenmesi
- Tez No: 630651
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 190
Özet
Deprem tehlikesi altında mevcut yönetmeliklerin çoğunda yapıların tasarımı dayanım bazlı tasarım yaklaşıma göre hazırlanmıştır. Bu yaklaşım mühendisleri aynı kurallar ve içerikle az katlı ya da orta yükseklikte kısıtlı yapılar tasarlamaya yönlendirmektedir. Artan nüfus ve hızlı şehirleşme, barınma ve çalışma alanları ihtiyacı mühendisleri yüksek bina tasarlamaya zorlamaktadır. Bu nedenle son yıllarda mevcut standart ve yönetmeliklerin yeterlilikleri tasarım felsefesi bakımından sorgulanmıştır. Performansa göre tasarım yaklaşımını esas alan özel düzenlemelere ilişkin yoğun çalışmalar hızlanmış ve dünyada daha çok yüksek binaların sismik tasarımı için tasvsiye edilen belgeler adı altında yayımlanmıştır. Bu gelişmelere paralel olarak ülkemizde yüksek binalar için İstanbul İli için taslak halde bulunan İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği 2008 (İYBDY, 2008) hazırlanmıştır. Yüksek binalar günümüzde şehirleşmenin bir ihtiyacı olarak yapılmakla birlikte, etkileyici yapılar olarak da inşa edilmektedir. Bina yüksekliği veya kat adedine bağlı olarak genel kabul görmüş bir“yüksek bina”tanımı günümüzde mevcut değildir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018, depremselliği yüksek olan bölgelerde bina özelliklerine de bağlı olarak 70m'den daha yüksek binaları yüksek bina olarak kabul etmekte ve bu binalara daha ayrıntılı tasarım kuralları öngörmektedir. Yurdumuzdaki yönetmeliklerinin kapsamadığı konularda ve özel binaların tasarımında sıklıkla başvurulan Amerikan Yönetmeliği ASCE 7-10 sık karşılaşılan yapı sistemleri için yaklaşık 50m'yi yüksek bina sınırı olarak kabul etmektedir. CTBUH kat adedi 14 ve üstü veya yüksekliği 50m ve üstü olan binaların yüksek bina olarak sayılabileceğini bildirmektedir. CTBUH ayrıca yüksekliği 300m'den fazla olan binaları“süper yüksek bina”ve yüksekliği 600m'den fazla olan binaları“mega yüksek bina”olarak sınıflandırmaktadır. Yüksek bina, genellikle zemine gömülü bodrum katlarının üstünde yer alan az katlı zemin üstü baza katları ve onun üstünde yükselen bir kule bölümünden oluşur. Yüksek binalarda deprem ve rüzgar etkilerinin önemli bir bölümü planda orta bölümde yer alan bir çekirdek perde sistemi ve kolon ve kirişlerin oluşturduğu çerçeveler tarafından taşınır. Yüksek binalarda iki doğrultuda eğilme rijitliği yanında, düşey eksen etrafında yeterli burulma rijitliği bulunması önemlidir. Uygun bir rijitlik düzenlenmesinde, ilk iki titreşim periyodu, iki doğrultuda eğilme ve üçüncüsü ise, burulma titreşimi olarak ortaya çıkar. Simetrik olmayan sistemlerde eğilme titreşimlerinde burulma katkısı ve burulma titreşiminde eğilme etkisinin katkısı da bulunur. Çekirdek bölümünün dışında, kirişsiz döşemelerin seçildiği durumda, çekirdek perdeleri ile dışta bulunan kolonları döşeme şeritlerinin bağlayacağı ve bu şeritlerin düzlem içi kuvvet etkisinde kalacağı unutulmamalıdır. Bunun gibi orta bölümdeki birden fazla olan çekirdek perdelerini birbirine bağlayan kiriş ve döşeme şeritleri kısa olan açıklıklarından dolayı büyük zorlamalar etkisinde bulunur. Binanın zemin üstündeki ve bodrum katlarındaki kulenin taşıyıcı sistemi yanında, genişleyen bölümlerde ek kolonlar ve çevre perdesi bulunur. Özellikle çevre perdesinin kesildiği kattaki kat döşemesi, geçiş (transfer) döşemesi olarak isimlendirilir ve çekirdek perdelerinin etkilerinin bir bölümü düzlemsel gerilmelerle çevre perdesine iletilir. Depreme dayanıklı bina tasarımı gelişmiş ülkelerde olduğu gibi, yurdumuzda da ileri düzeyde uygulanmaktadır. Genellikle uygulanmakta olan deprem yönetmelikleri az katlı binaların tasarım kurallarını içerir. Yüksek binaların deprem tasarımına ilişkin bu yönetmeliklerin kapsamadığı özel konular aşağıda gibi özetlenebilir: • Karmaşık dinamik davranış: Az katlı binalarda genelde birinci modun etkisi belirleyici olurken, yüksek binalarda yüksek modların etkisi belirgin olarak ortaya çıkar; bazı durumlarda tasarımı yönlendiren mod şekilleri olur. • Eksenel kuvvetler: Kat sayısının fazla olmasından dolayı kolon ve perdelerin maruz kalacağı eksenel kuvvet büyük olur; buna bağlı olarak kolon ve perde kesitleri büyür, dolayısıyla rijitlikleri de artar. Kolonun artan rijitliği sayesinde kirişle meydana getireceği etkileşim, ilave eksenel kuvvetin ortaya çıkmasına sebep olur. Dolayısıyla, kolonların eksenel kuvvet tasarımına özel önem verilmesi gerekir. • Boyut etkisi: Mevcut araştırmaların çoğu, küçük ölçekli numuneler üzerinde yapılan deney sonuçlarına dayanmaktadır. Bu tür araştırmalara dayanan yönetmelikkurallarının çok büyük boyutlu yüksek bina taşıyıcıları için geçerliliği konusunda yapılan araştırma sayısı sınırlıdır. • Sönüm: Yüksek bina doğal sönüm oranının geleneksel %5'ten daha küçük, %2 ~ %3 mertebesinde olduğu yapılan araştırmalarla ortaya konmuştur. Yüksek bina sönüm oranının küçük olması, dinamik performansının daha düşük olması anlamına gelir. Günümüzde yüksek binaların deprem tasarımına ilişkin özel konular, deprem yönetmelikleri tasarım kurallarına ek olarak doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz ile yapılan performansa dayalı tasarım yöntemiyle çözülmektedir. Bu çalışmanın amacı, 24 katlı betonarma bir perde çerçeve taşıyıcı sisteme sahip binanın yürürlükte bulunan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY, 2018) 'e göre analiz aşamaları kullanarak tasarımının ve gerçekleştirilmesi ve TBDY 2018' de yer alan analiz aşamaları kullanarak binanın deprem performansının belirlenmesidir. Bunun için depreme dayanıklı tasarım ile ilgili teorik kısa bilgiler çalışmanın ikinci bölümünde sunulmuştur. Ardından (TBDY 2018'in) tasarım ve performans felsefesi açıklanmıştır. Üçüncü bölümde örnek olarak 24 katlı bir yüksek bina hakkında genel bilgiler verilmiş ve mevcut yönetmelikteki doğrusal analiz yöntemlerine göre bina taşıyıcı sistemi boyutlandırılmıştır. Örnek binanın doğrusal olmayan davranışı TBDY 2018, TS 500 ve ACI 318 standardına göre tasarım aşamaları uygulanarak göz önüne alınmıştır. Ayrıca bu kısımda performans analizi yapılması için doğrusal olmayan zaman tanım alanında analizler yapılmıştır. Elde edilen analiz sonuçları TBDY 2018' de öngörülen performans düzeyi sınır değerleri ile karşılaştırılmış ve deprem performans düzeyi belirlenmiştir. Son bölümde binanın deprem performansı Kontrollü Hasar (KH) performans hedefi olarak değerlendirilmiştir. Bu bölümde bina DD-1 deprem yer hareketi için analiz edilmiş ve doğrusal olmayan elastik analiz yapılmıştır. İlk plastik mafsal tüm elemanlar için atandı ve sonra bu performans hedefi için tüm eleman kesitleri için şekildeğiştirmeler hesaplanmıştır. Ardından, TBDY 2018 de verilen sınırlar değerlerle karşılaştırıldığında, bütün eleman kesitlerindeki şekildeğiştirmelerin sınırı değeri aşıp aşmadığı kontrol edilmiş, tüm elemanlarda sınırı değerlerin aşılmadığı tespit edilmiştir. Dolaysıyla tasarımı yapılan yüksek bina taşıyıcı sisteminin yeterli deprem performansına sahip olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, mafsallarda oluşan plastik dönmeler binanın güvenli olduğunu ve sınırlardan çok uzak olduğunu de göstermektedir. Buna göre, yüksek binanın hastane ve vb. amaçla kullanabileceği söylenebilir. Bu durum dayanım bazlı projelendirmenin önemini göstermektedir. Çalışmanın son bölümünde analiz sonuçları yorumlanmış ve elde edilen sonuçlar TBDY 2018' de verilen sınır değerleri ile karşılaştırılmış ve tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
As the human population increases day by day, the need for tall buildings (high-rise) also increases, because to have more rentable areas and accommodation facility for the city population. The desire to build tall structures came from centuries. In the past, the tall buildings were so challenging because of the lack of earthquake information and computer technologies. Nevertheless, today developments on computer technologies, facilities such as lifts and being familiar with engineers with earthquake motions helped most to build tall buildings. Today tall buildings become a challenge among developed and developing countries. Today engineers use regulation and rules for tall buildings that were prepared for conventional buildings. These rules put a restriction for engineers to select specific and easy structural systems for tall buildings because these rules are given according to the strength based design and linear elastic analysis of the structures. The development of non-linear behavior of structural systems enables engineers to select earthquake resistant designs and more sophisticated analysis. The lack of information about non-linear behavior of structures and using codes made according to strength, which was made under seismic hazard, forced engineers to build low-rise and mid-rise buildings. The rapid increase of population and urbanization and the need to increase the density of population in cities forced engineers to develop new approaches to be able to build high rise buildings. Engineers developed new design criteria based on the deformation of the structural systems. It is also called deformation-based design or performance –based earthquake engineering. In recent years some recommended documents developed and published on design of tall buildings, such as, Los Angeles Tall Building Structural Design Council (2005, 2008), San Francisco SEAONC – Structural Engineers Association of Northern California (2007), and CTBUH- Council on Tall Building and Urban Habitat (2008). These published documents are related to performance-based design. In this approach, some damage (deformation) is allowed in the structural elements of the structure which develops under the earthquake ground motion. These deformations are determined by numerical analysis of the structural system of structures under earthquake effects. Istanbul High Rise Buildings Earthquake Code (IHRBEC 2008) published by Istanbul metropolitan Municipality. Moreover, new seismic code of Turkey (Turkey Building Seismic Code 2018, TBSC 2018) has new chapter, chapter 13, for high-rise (tall) buildings. The purpose of this study is to design and analyze a 24 story reinforced concrete tall building according to TBSC 2018, by using strength based design. After that, the performance evaluation is carried out of this tall building according to chapter 13 of (TBSC 2018) code. This 24 stories tall building is designed by strength-based design method, which is linear elastic analysis is used. Moreover, its performance assessment is accomplished by using nonlinear behavior according to TBSC 2018. For tall buildings different performance levels are defined according to different earthquakes, namely DD-1, DD-2, DD-3 and DD-4, maximum, design, frequent and service earthquakes, respectively. The strength based design is achieved under DD-4 and DD-2 earthquakes, the deformation based analysis and performance assessment is carried out by using four level of earthquakes mentioned above. Normal and advanced performance targets are defined. The structural system should be satisfied Immediate Occupancy and Controlled damage under frequent and maximum credible earthquakes, respectively. In chapter 13 of TBSC 2018, there are different steps to complete the design of a tall building. The structural system of the tall building is designed by using strength based approach considering DD4 and DD-2 earthquakes, then its performance evaluation is carried out by using nonlinear analysis, in the last step the nonlinear deformations are compared whether the target performance level is satisfied or not under four earthquake levels. The desired performance levels are: Operational, Immediate, Life Safety and Collapse Prevention. In the nonlinear time history analysis of 3D structural model of the tall building is accomplished by using ETABS software. To perform this, in first and second chapter, a piece of brief information is given about the TBSC 2018, IHRBEC 2018 and methods of design used. Then in the third chapter, the case study is explained, and the last chapter of this thesis contains conclusions and decisions given for future design and research. The structural design of a RC tall building is accomplished according to the ACI code and the TBSC 2018 codes. First, the structure is designed according to TBSC 2018 by using strength based approach. All the design results are given in tables and figures in the thesis text body. And then, the earthquake performance of the structural system of the tall buildings is evaluated according to Chapter 13 of TBSC 2018. This chapter prescribes that there are three steps to check the performance of a tall building. These steps are; the strength based design, deformation based analysis and performance assessments. The design and performance assessment results are given in tables and figures, comparatively.
Benzer Tezler
- Orta ve yüksek katlı binalarda zemin yapı etkileşiminin zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan analiz yöntemi ile incelenmesi
Soil structure interaction for mid and high rise buildings using nonlineer time history analysis
ZEYNEP GÖKÇEN İÇÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiPamukkale Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET İNEL
- Seismic performance evaluation of 24 story RC building by nonlinear time history analysis utilizing TBDY2018 and EC8
24 Katlı betonarme bir binanın deprem performansının zaman tanım alanında lineer olmayan yöntemle TBDY2018 ve EC8'e göre belirlenmesi
JETON BUZUKU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- Dişli döşemeli ve geniş kirişli betonarme binaların deprem performansları üzerine sayısal incelemeler
Numerical investigations on seismic performance of rc buildings with ribbed slab and wide beam
İLHAN GÜNGÖR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat MühendisliğiBalıkesir Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KAAN TÜRKER
- Betonarme yüksek binaların 2018 yılı Türkiye bina deprem yönetmeliğine göre incelenmesi: 30 katlı bina örneği
Investigation of reinforced concrete high-rise buildings according to the Turkish building seismic code 2018: Example of 30 storey building
AHMET AKİF AKÇORA
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Deprem MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ SEVİM
- TBDY-2018'e göre tasarlanmış planda A1 ve A3 düzensizliği bulunan betonarme bir binanın performans analizi
Performance evaluation of a RC building with A1 and A3 plan irregularities designed according to TBDY-2018
MELİH MUHLİS TEMİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH SÜRMELİ