Burulma düzensizliği bulunan betonarme bir binanın burkulması önlenmiş çaprazlarla performans iyileştirmesinin parametrik olarak incelenmesi
Parametric investigation of performance enhancement of a torsionally irregular reinforced concrete building using buckling-restrained braces
- Tez No: 992763
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Deprem Mühendisliği, Civil Engineering, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Türkiye, aktif fay hatları üzerinde yer alan ve şehirlerinin tamamına yakınında yüksek deprem riski bulunan bir ülkedir. Bu durum, can ve mal kaybının önlenebilmesi için özellikle bina türü yapıların, yönetmeliklerde tanımlanan performans düzeylerini karşılayacak deprem performansına sahip olmasını zorunlu kılmaktadır. Konut türü yapılar başta olmak üzere, mimari kısıtlamalar nedeniyle ortaya çıkan yapısal düzensizlikler yeni binalarda dahi yönetmeliklerde öngörülen deprem performans seviyelerinin yakalanmasını güçleştirmektedir. Bununla birlikte, yapıldıkları dönemde yürürlükte olan yönetmelik koşullarını karşılayan binalar da güncel deprem performans şartlarını sağlayamayabilir. Bu nedenle, hem yeni binalarda yapısal düzensizliklerin neden olabileceği olumsuzlukların önüne geçilmeli, hem de mevcut yapı stokundaki binaların deprem performansının değerlendirilmesi ve gerekli görülen yapıların uygun yöntemlerle güçlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. Burulma düzensizliği, yapılarda sıkça karşılaşılan bir düzensizlik türü olup, yapının deprem davranışını olumsuz yönde etkileyen düzensizliklerden biridir. Kütle ve rijitlik merkezlerinin çakışmaması sonucu ortaya çıkan burulma etkileri, yapıda ek kesme kuvvetleri ve bazı elemanlarda ileri düzeyde deplasmanların oluşmasına neden olur. Bu etkiler, taşıyıcı sistem elemanlarında ek hasar oluşumuna sebep olmaktadır. Bu nedenle, burulma düzensizliği bulunan binalarda söz konusu düzensizliği etkisinin olabildiğince azaltılması ve bu düzensizlikten kaynaklanabilecek olumsuz etkilerin tasarım sürecinde dikkatle değerlendirilmesi gerekmektedir. Burulma düzensizliğinin olumsuz etkilerinin azaltılması için esas olarak, rijitlik merkezinin ağırlık merkezine yaklaştırılması gerekir. Bunun için taşıyıcı sistemde plandaki rijitlik dengesini sağlayacak yeni elemanlar eklenebilir. Bu amaçla, ülkemizde ve dünyada yaygın olarak uygulanan geleneksel yöntem, taşıyıcı sisteme yeni betonarme perde duvarların eklenmesi veya kolonların boyutlarının mantolama yöntemiyle büyütülmesidir. Ancak bu yöntemler, çoğu zaman yeni tasarlanan binadaki kullanım alanlarının daralmasına ve mimari bütünlüğün bozulmasına neden olur. Mevcut bir binada burulmaya karşı güçlendirme amaçlı eklenen perde duvarlar ve kolonların mantolanması işlemleri, sayılan olumsuzlukların yanı sıra güçlendirme süresince binaların kullanım dışı kalmasına ve temellerde ilave müdahalelere neden olmaktadır. Sayılan olumsuzluklar, burulma düzensizliğine karşı daha pratik, mimariyi daha az etkileyen ve dışarıdan uygulanabilen yenilikçi yöntemlere olan ihtiyacı artırmaktadır. Bu kapsamda hem yapıya ek rijitlik kazandıran hem de yapının enerji sönümleme kapasitesini artıran burkulması önlenmiş çapraz (BRB) sönümleyici elemanlarının, ön tasarım aşamasında kasten burulma düzensizliği tanımlanmış bir konut binasında uygulanabilirliği ve BRB sönümleyici elemanının yapının deprem davranışı üzerindeki etkileri bu çalışmada parametrik olarak incelenmiştir. Çalışma iki aşamada yürütülmüştür.“Ön tasarım aşamasında”, burulma düzensizliği katsayısının TBDY-2018 uyarınca eşdeğer deprem yükü yöntemiyle elde edilmesi gerektiğinden dolayı bu analiz yöntemi kullanılmıştır. Eşdeğer deprem yükü yönteminin doğrusal bir analiz yöntemi olması nedeniyle, bu aşamada BRB sönümleyici elemanlarının yalnızca başlangıç rijitliği dikkate alınmış, sönüm etkisi ise modele doğrudan dâhil edilememiştir.“Analiz ve kontrol”aşamasında ise, BRB sönümleyici elemanlarının sönüm etkisinin de hesaba katılabilmesi amacıyla, zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi kullanılmıştır. Böylece, BRB sönümleyici elemanının hem rijitlik hem de sönüm etkisinin yapının deprem performansına katkısı değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında, 50 yıl içinde aşılma olasılığı %10 olan tasarım depremi düzeyi (DD-2) altında, burulma düzensizliği tanımlanmış konut binasının performans iyileştirmesi belirlenen parametreler doğrultusunda değerlendirilmiştir. Konut binaları, ülkemizde en yaygın yapı türü olmaları ve mevcut yapı stokunun büyük bir kısmını oluşturmaları nedeniyle örnek yapı tipi olarak seçilmiştir. BRB sönümleyici elemanlarının burulma düzensizliğine olan etkisi incelenmiş; ayrıca farklı parametrelerin deprem performansı üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla kapsamlı bir parametrik çalışma yürütülmüştür. Bu çalışma kapsamında incelenen parametreler aşağıdaki gibidir: -BRB sönümleyici elemanının plan düzlemindeki konumunun etkisi, -BRB sönümleyici elemanının seçilen akstaki konumunun etkisi, -BRB sönümleyici elemanının çekirdek enkesit alanının etkisi, -BRB sönümleyici elemanının en üst katta mevcut olmamasının etkisi, -BRB sönümleyici elemanının çekirdek enkesit alanının üst katlarda azalmasının etkisi. Bununla birlikte, yapıya BRB sönümleyici elemanlarının eklenmesiyle deprem enerjisinin hangi enerji bileşenleri ve taşıyıcı sistem elemanları tarafından karşılandığı ile BRB sönümleyici elemanlarının bu enerji dağılımları üzerindeki etkisi de değerlendirilmiştir. Analizlerde, örnek yapının deprem performansını değerlendirmek amacıyla burulma düzensizliği katsayısı ve en büyük göreli kat ötelemesi oranı değerlendirme kriterleri olarak dikkate alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, BRB sönümleyici elemanlarının taşıyıcı sisteme eklenmesiyle burulma düzensizliği katsayısının azaldığını, en büyük göreli kat ötelemesi oranının yönetmelik sınırları içerisinde kaldığını ve taşıyıcı sistem elemanlarında oluşan hasarın azaldığını göstermektedir. Ayrıca tez kapsamında incelenen parametrelerin, yapının deprem davranışı üzerinde doğrudan belirleyici olduğu ortaya koyulmuştur.
Özet (Çeviri)
Türkiye is a country on active fault lines, where nearly all major cities face a high seismic risk. This reality necessitates that structures, particularly buildings, provide the seismic performance required to meet the performance levels defined in regulations to prevent the loss of life and property. Especially in residential structures, structural irregularities resulting from architectural limitations can challenge achieving the seismic performance levels stipulated by the relevant codes, even in new buildings. Furthermore, existing buildings that met code requirements at the time of construction may no longer meet current seismic performance requirements. Therefore, it is important to prevent the negative effects of structural irregularities in new buildings; to evaluate the seismic performance of the existing building stock; and to improve the seismic performance of such structures using appropriate methods. Torsional irregularity is a commonly encountered type of structural irregularity and is one of the major factors that adversely affect the seismic behavior of buildings. Torsional irregularity arises from a mismatch between the centers of mass and stiffness, leading to additional shear forces and torsional moments within the structure. Torsion in a structure can increase story drift and cause additional damage to structural members. Consequently, in structures exhibiting torsional irregularity, the effect of this irregularity must be minimized, and any resulting negative effects must be carefully considered during the design stage. The primary approach to reducing the effects of torsional irregularity is to bring the center of stiffness closer to the center of mass. For this purpose, additional structural members may be added to the structural system to achieve stiffness balance in the plan layout. Among the conventional methods used in Türkiye, the most frequently used are the addition of reinforced concrete shear walls and increasing column dimensions through jacketing. However, these methods often reduce usable interior space and can compromise the architectural integrity of newly designed buildings. In existing buildings, adding shear walls or applying column jacketing for torsional strengthening not only introduces architectural drawbacks but also requires the building to be vacated during the retrofit and often necessitates additional foundation interventions. These limitations highlight the need for more practical and innovative solutions that can be applied externally, have minimal architectural impact, and allow the building to remain in use during implementation. In this context, buckling-restrained braces (BRBs), which provide both additional stiffness and significant energy dissipation, are a promising alternative. The primary objective of this study is to assess the applicability and effectiveness of BRB dampers in mitigating the additional seismic effects associated with torsional irregularity. To this end, the seismic performance of a reinforced concrete building model with intentionally introduced torsional irregularity was evaluated through a comprehensive parametric study. This evaluation was carried out in accordance with the provisions of the Türkiye Building Seismic Code (TBDY-2018). The study was conducted in two main stages: the first,“preliminary design,”and the second,“analysis & verification.”As the Türkiye Building Seismic Code (TBDY-2018) requires the torsional irregularity ratio to be calculated using the Equivalent Seismic Load Method, this linear analysis approach was adopted during the“preliminary design”stage. Since this method does not account for cyclic or damping behavior, only the initial stiffness of the BRB members was considered. During the“analysis and verification”stage, nonlinear time-history analyses were conducted to capture the damping capacity of BRBs. These analyses were also used to satisfy the evaluation requirements defined in TBDY-2018. In this stage, the BCJ-L2 earthquake record from the relevant Japanese code was scaled to match DD-2 Design Earthquake Level (10% probability of exceedance in 50 years) from TBDY-2018. The record includes various frequency components and has a total duration of 120 seconds. All numerical analyses were performed in ETABS v18.1.1 using models constructed with geometric and material properties representative of a reinforced concrete building model. The building model was designed as a six-story, 22.5 m × 22.5 m reinforced concrete frame structure with a story height of 3.3 m, corresponding to a total height of 19.8 m. The slab system was modeled as a 15 cm thick slab. For the entire reinforced concrete system, the concrete compressive strength and the reinforcing steel yield strength were taken as 30 MPa and 420 MPa, respectively. The structure was assumed to be located in Kağıthane District, Istanbul, with local soil conditions corresponding to ZC soil class. A comprehensive parametric investigation was conducted to examine the effects of various BRB configurations on the seismic performance of the building. The parameters examined in this study include: -The effect of the location of BRBs in the plan layout, -The effect of the position of BRBs along the selected axis, -The effect of the core area of the BRBs, -The effect of the absence of the BRBs at the top story, -The effect of descending the core areas of BRBs in the upper stories. Moreover, the study evaluated which energy components and structural members dissipated the seismic input energy, and how the BRBs influenced these energy distributions. Each configuration was modeled and named systematically, and both linear and nonlinear analyses were conducted for each case. The influence of these parameters was evaluated through key performance indicators such as the torsional irregularity ratio, interstory drift ratio and energy dissipation distribution among the structural components. Nonlinear time-history analyses were conducted in accordance with TBDY-2018 to evaluate the structure's behavior before and after BRB implementation. The results demonstrated that the inclusion of BRB dampers significantly reduced torsional irregularity ratios and interstory drift ratios. Energy-based evaluations revealed that BRBs effectively contributed to hysteretic energy dissipation, thereby reducing the inelastic demand on reinforced concrete members. The analyses showed that BRBs located in lower stories exhibited greater hysteretic activity due to higher lateral demands, while upper-story BRBs primarily contributed through stiffness. Parametric studies further indicated that both the placement and cross-sectional configuration of BRBs have a notable influence on the global seismic response. Overall, the findings confirm that BRBs provide an effective and practical means for improving the seismic performance of torsionally irregular reinforced concrete buildings. Compared with conventional approaches such as adding shear walls or increasing column sizes, using BRBs for performance improvement offers several advantages, including ease of implementation, minimal disruption to building functionality, and enhanced seismic response through additional stiffness and energy dissipation.
Benzer Tezler
- Comparative performance-based evaluation of exterior damper retrofit strategies for rc buildings using disc-anchors
Betonarme binalarda disk ankrajlarla dışarıdan bağlanan sönümleyicili güçlendirme alternatiflerinin karşılaştırmalı değerlendirilmesi
MOHIBULLAH SHAHZADA
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ
- 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
- Burulma düzensizliği bulunan betonarme yapıların statik itme analizi ile yapı performansının belirlenmesi
Performance evaluation of reinforced concrete buildings with torsional irregularities by pushover analysis
ENSAR SUCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
İnşaat MühendisliğiSelçuk Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NAİL KARA
- Binaların betonarme taşıyıcı sisteminde kolonlar ve kirişlerin çekme düzensizliği ve binanın katlarında burulma düzensizliği davranışının incelenmesi
Investigation of setback irregularity of columns and beams in reinforced concrete structural system of buildings and torsional irregularity behavior in the floors of the building
MONIR B.M OWDA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Aydın Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OUIAME CHAKKOR
- Mevcut ve güçlendirilmiş betonarme bir binanın deprem güvenliğinin doğrusal ve doğrusal olmayan elastik yöntemlerle belirlenmesi
Seismic performance of an existing and a retrofitted reinforced concrete building using linear and nonlinear elastic analysis procedures
HASAN ÖZEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN AYDOĞAN