BURULMA DÜZENSİZLİĞİNE SAHİP TABAN İZOLASYONLU YAPILARIN DEPR EM DAVRANIŞININ İNCELENMES İ Alper Tolga DÖK ER T.C. BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BURULMA DÜZENSİZLİĞİNE SAHİP TABAN İZOLASYONLU YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞININ İNCELENMESİ Alper Tolga DÖKER Prof. Dr. Ramazan LİVAOĞLU YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BURSA-2020 Her Hakkı Saklıdır. U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; - tez içindeki bütün bilgi ve belgeleri akademik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, - görsel, işitsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçları bilimsel ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, - başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda ilgili eserlere bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunduğumu, - atıfta bulunduğum eserlerin tümünü kaynak olarak gösterdiğimi, - kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapmadığımı, - ve bu tezin herhangi bir bölümünü bu üniversite veya başka bir üniversitede başka bir tez çalışması olarak sunmadığımı beyan ederim. .. / .. / …. İmza Alper Tolga DÖKER ÖZET Yüksek Lisans Tezi BURULMA DÜZENSİZLİĞİNE SAHİP TABAN İZOLASYONLU YAPILARIN DEPREM DAVRANIŞININ İNCELENMESİ Alper Tolga DÖKER Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Ramazan Livaoğlu Günümüzde sismik izolatör sistemleri olarak da bilinen sismik taban yalıtımı, dünya çapında büyük depremlerde zarar görme eğilimi olan yapılarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. 2012 yılında Türkiye’de Sağlık Bakanlığı tarafından 100 yatak ve üzeri kapasitesi olan hastanelerde kullanımı zorunlu hale getirilmiştir. Sismik taban yalıtımı bu gibi büyük yapılarda Kesintisiz Kullanım (KK) kriterlerine uyulabilmesi için etkili bir çözümdür. Mimari gereklilikler sebebiyle oluşan düzensizlikler, yapının burulma tepkisinin çok daha önemli bir hale getirmektedir. Bu çalışmada inşası Acemler, Bursa’da devam etmekte olan Ali Osman Sönmez Devlet Hastanesi incelenmiştir. Sismik taban yalıtımlı olarak tasarlanan yapının orijinal hali referans olarak alınarak simetrik hale getirilmiş ve farklı zemin türleri altında karşılaştırmalar yapılmıştır. Sonuç olarak bazı durumlarda taban yalıtım sistemlerinin burulma düzensizliğinin etkilerini arttırdığı ve bazı durumlarda da yapının taşıyıcı sistemindeki izin verilen durumların ötesinde düzensizlik katsayıları elde edildiği görülmektedir. Anahtar Kelimeler: Sismik Taban Yalıtımı, Yapı Düzensizlikleri, Burulma Düzensizliği i ABSTRACT MSc Thesis SYSMIC ANALYSIS OF BASE ISOLATED IRREGULAR STRUCTURES Alper Tolga DÖKER Bursa Uludağ University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Civil Engineering Supervisor: Prof. Dr. Ramazan LİVAOĞLU Seismic base isolation, also known as base isolation system, nowadays is commonly applied worldwide to protect buildings prone to devastating earthquake events. The application was also stipulated by the Ministry of Health in 2012. The system is an effective solution for huge buildings like hospitals whose capacity is hundreds of beds that are required to reach the criterion of Immediate Occupancy (IO) in qualitative performance levels after earthquake events. Moreover, the application of the system is vital as the torsional response becomes more significant because of some irregularities related to architectural requirements. In this study, a hospital, namely Ali Osman Sönmez State Hospital, that is under construction in Acemler, Bursa city is investigated. As designed, there are some irregularities ambiguously rising the torsional performances. Aim at the effectiveness of the base isolation system applied to the building, its performances under various ground motions are compared with the counterparts of a reference structure that is modeled symmetrically. As a result, it is seen that in some cases, the base isolation systems increases the effects of torsional irregularity, and in some cases irregularity coefficients are obtained beyond the allowable limits in the structural system of the structure. Key words: Seismic Base Isolation, Structural Irregularities, Torsional Irregularity ii TEŞEKKÜR Tez çalışmamın her aşamasında yanımda duran benden vazgeçmeyen ve her zaman doğru yönlendirmeler yapan çok değerli, saygıdeğer hocam Prof. Dr. Ramazan Livaoğlu’na en içten teşekkürlerimi sunuyorum. Yüksek lisans yaptığım dönem boyunca beni hep destekleyen annem ve kardeşime minnetlerimi sunuyor ve bu tezi onlara ithaf ediyorum. Alper Tolga DÖKER 17/02/2020 iii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET.................................................................................................................................. i ABSTRACT ...................................................................................................................... ii TEŞEKKÜR ..................................................................................................................... iii SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ ....................................................................... v ŞEKİLLER DİZİNİ .......................................................................................................... vi ÇİZELGELER DİZİNİ .................................................................................................. viii 1. GİRİŞ ............................................................................................................................ 1 2. KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI ...................................... 2 2.1. Sismik İzolatörler ....................................................................................................... 2 2.1.1. Kayma mantığına dayanan izolasyon sistemleri: .................................................... 4 2.1.2. Kauçuk esaslı elastomerik izolasyon sistemleri: ..................................................... 9 2.1.3. Yay tipi sistemler .................................................................................................. 14 2.1.4 Taban izolasyonu tarihçesi ..................................................................................... 15 2.1.5. Taban izolasyonu uygulamaları ve bazı yapı örnekleri......................................... 18 2.1.6. İzolatörlerin avantajları ve dezavantajları ............................................................. 22 2.2. Yapı Düzensizlikleri................................................................................................. 24 2.3. Literatür Özetleri ...................................................................................................... 27 3. MATERYAL VE YÖNTEM ...................................................................................... 32 3.1. Modellenecek Yapı Özellikleri ................................................................................ 32 3.2. Sayısal Model ve Analiz .......................................................................................... 33 4. BULGULAR ............................................................................................................... 48 4.1. Yapı Simetrisinin Davranış Üzerindeki Etkilerinin Karşılaştırılması ..................... 52 4.2. Taban İzolasyonlu Sistemler ile Ankastre Durumun Karşılaştırılması .................... 63 4.2.1. Asimetrik modellerde taban izolasyon sistemi tipinin etkisi ................................ 63 4.2.2. Simetrik modellerde mesnetlenmenin etkisi ......................................................... 70 4.3. Zemine Bağlı Olarak Sistem Tepkilerinin Karşılaştırılması .................................... 75 4.3.1. Ankastre Model için Zemin etkisi ......................................................................... 76 4.3.2. Sürtünmeli sarkaç taban izolasyonlu model için zemin etkisi .............................. 81 4.3.3. Kurşun çekirdekli kauçuk taban izolasyonlu model için zemin etkisi .................. 85 5. TARTIŞMA ve SONUÇ ............................................................................................. 90 KAYNAKLAR ............................................................................................................... 93 ÖZGEÇMİŞ .................................................................................................................... 95 iv SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Açıklama ∑Ae Etkili kesme alanı ∑Ag Binada, hesap yapılmakta olan deprem doğrultusuna paralel olarak çalışan perde olarak tanımlanan taşıyıcı sistem elemanlarının en kesit alanlarının toplamı ∑Aw Depreme dik doğrultudaki kolon çıkıntılarının alanları hariç, kolon en kesiti etkin gövde alanları toplamı ∑Ak Pencere ve kapı boşlukları çıkarıldıktan sonra hesap yapılan deprem doğrultusuna paralel olan dolgu duvar alanlarının toplamı Ab Boşluk alanları toplamı A Brüt kat alanı ax X yönü boşluk Di Dış merkezliği arttırma katsayısı Lx X yönü bina toplam uzunluğu Ly Y yönü bina toplam uzunluğu ηbi Burulma düzensizliği katsayısı ηki Rijitlik düzensizliği katsayısı Δi Göreli kat ötelenmesi U1 X doğrultusunda deprem etkileri altındaki yer değiştirme U2 Y doğrultusunda deprem etkileri altındaki yer değiştirme Kısaltmalar Açıklama ASAZA Asimetrik ankastre modelin ZA zemin sınıfındaki analizi ASAZC Asimetrik ankastre modelin ZC zemin sınıfındaki analizi ASAZE Asimetrik ankastre modelin ZE zemin sınıfındaki analizi ASİZA Asimetrik sürtünme tip izolatörlü modelin ZA zemin sınıfındaki analizi ASİZC Asimetrik sürtünme tip izolatörlü modelin ZC zemin sınıfındaki analizi ASİZE Asimetrik sürtünme tip izolatörlü modelin ZE zemin sınıfındaki analizi SİZA Simetrik sürtünme tip izolatörlü modelin ZA zemin sınıfındaki analizi SİZC Asimetrik sürtünme tip izolatörlü modelin ZC zemin sınıfındaki analizi SİZE Simetrik sürtünme tip izolatörlü modelin ZE zemin sınıfındaki analizi SAZA Simetrik ankastre modelin ZA zemin sınıfındaki analizi SAZC Simetrik ankastre modelin ZC zemin sınıfındaki analizi SAZE Simetrik ankastre modelin ZE zemin sınıfındaki analizi ASİMKİZA Asimetrik Kauçuk izolatörlü modelin ZA zemin sınıfındaki analizi ASİMKİZC Asimetrik Kauçuk izolatörlü modelin ZC zemin sınıfındaki analizi ASİMKİZE Asimetrik Kauçuk izolatörlü modelin ZE zemin sınıfındaki analizi SİMKİZA Simetrik Kauçuk izolatörlü modelin ZA zemin sınıfındaki analizi SİMKİZC Simetrik Kauçuk izolatörlü modelin ZC zemin sınıfındaki analizi SİMKİZE Simetrik Kauçuk izolatörlü modelin ZE zemin sınıfındaki analizi TBDY Türk Bina Deprem Yönetmeliği ROTA Rijit Olmayan Taraf RİTA Rijit Taraf v ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Basit sarkaç ile sürtünmeli sarkaç çalışma prensipleri ..................................... 4 Kayıcı sistemlerden sarkaç tipi izolatörlerin açık hali. ..................................... 5 Sürtünmeli sarkaç mesnedin kesit ve elemanları. ............................................. 6 Sürtünmeli sarkaç sisteminin karakteristik davranış modeli. ........................... 6 Esnek sürtünmeli taban izolasyonu mesnet kesitleri ........................................ 7 Deprem etkisinde yatakların tepkisi ................................................................. 7 Kauçuk esaslı elastomerik izolatörün testler sırasındaki şekil değiştirmesi ..... 9 Düşey yüke maruz kalmış tek kauçuklu sistem ile çelik plaklarla senkronize çalışan sistemin davranışları ........................................................................................... 10 Kurşun çekirdekli küresel ve kare elastomer mesnet kesitleri. ...................... 11 Kurşun gövdeli elastomer bir izolatörün yüklemeler altındaki kuvvet- yer değiştirme grafiği ............................................................................................................ 12 Düşük Sönümlü Elastomer Mesnet Kesiti .................................................... 13 Yay tipi sistemlere bir örnek......................................................................... 14 Belediye binasının mod şekilleri ve dış görünüşü. ....................................... 19 Kolonların kesilmesi ve izolatörün yerleştirilmesi ....................................... 20 Atatürk havalimanı üstten görünüşü ve sürtünmeli sarkaç izolatörler ......... 20 Atatürk havalimanı sürtünmeli sarkaç izolatör örneği.................................. 21 Bursa Kestel Rafet Kahraman Devlet Hastanesi dış görünüşü ..................... 21 Bursa Kestel Rafet Kahraman Devlet Hastanesi Sürtünmeli Sarkaç tipi izolatörlerin dağılımı. ...................................................................................................... 22 Burulma momentinin etkisi .......................................................................... 25 Deprem yönetmeliğinde burulma düzensizliğin gösterimi ........................... 26 Ali Osman Sönmez Devlet Hastanesi bitmiş hal üç boyutlu görüntüsü ......... 32 Ali Osman Sönmez Devlet Hastanesi kat planı .............................................. 33 Çalışmada kullanılacak yapının üç boyutlu modeli ........................................ 34 Asimetrik sisteme ait kalıp planı üzerinde karşılaştırmaya esas teşkil eden eleman isimlendirmeleri .................................................................................................. 36 Kullanılacak modelden türetilmiş Simetrik Model üç boyutlu görüntüsü...... 36 Çalışmada kullanılacak simetrik modelin kat planı ve karşılaştırma ve sonuç kısımlarında kullanılacak noktalar .................................................................................. 37 Analiz sırasında kullanılan tepki spektrumları ............................................... 37 Kurşun çekirdekli kauçuk izolatöre ait bilineer kuvvet deplasman eğrisi ...... 45 Şekil 4.1. Zemin sınıflarına göre tepki spektrumları ve model periyotları ..................... 50 Şekil 4.2. Çeşitli kat kesme kuvveti karşılaştırmaları ..................................................... 51 Şekil 4.3. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu deprem kuvvetleri altında yer değiştirme değerleri ......................................................................................................... 53 Şekil 4.4. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu için normalleştirilmiş kesme kuvvetleri değerleri ......................................................................................................... 54 Şekil 4.5. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu moment tepkileri ........................ 55 Şekil 4.6. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu göreli kat ötelenmeleri .............. 56 Şekil 4.7. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu için burulma düzensizliği kat sayıları ......................................................................................................................................... 58 Şekil 4.8. ZE zemin sınıfı, X ve Y doğrultusu deprem kuvvetleri altında yer değiştirme değerleri........................................................................................................................... 59 Şekil 4.9. ZE zemin sınıfı X ve Y doğrultusu için kesme kuvveti karşılaştırmaları....... 60 vi Şekil 4.10. ZE zemin sınıfı, X ve Y doğrultusu deprem kuvvetleri altında moment değerleri........................................................................................................................... 61 Şekil 4.11. ZE zemin sınıfı, X doğrultusu deprem kuvvetleri altında burulma düzensizliği katsayısı ƞbi ..................................................................................................................... 62 Şekil 4.12. ZE zemin sınıfı, X doğrultusu deprem kuvvetleri altında göreli kat ötelenme değerleri........................................................................................................................... 63 Şekil 4.13. RİTA için yer değiştirme değişimleri ........................................................... 64 Şekil 4.14. Y doğrultusu için ROTA ve RİTA için karşılaştırmalar .............................. 65 Şekil 4.15. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarındaki kesme kuvveti değerleri .. 66 Şekil 4.16. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarına göre moment değerleri ......... 67 Şekil 4.17. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarında burulma düzensizliği kat sayıları ............................................................................................................................. 68 Şekil 4.18. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarında göreli kat ötelenmeleri ....... 69 Şekil 4.19. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında X ve Y doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında yer değiştirme değerleri ..................................................................... 71 Şekil 4.20. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında kesme kuvveti değerleri .......................................................................... 72 Şekil 4.21. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında moment değerleri .................................................................................... 74 Şekil 4.22. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında göreli kat ötelenmeleri ......... 75 Şekil 4.23. Ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y yönü deprem etkileri altında yer değiştirme değerleri ......................................................................................................... 77 Şekil 4.24. Asimetrik, ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre kesme kuvveti değerleri................................................................... 78 Şekil 4.25. Asimetrik ve simetrik, ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y doğrultusu deprem yükleri altında burulma düzensizliği katsayısı ................................................... 79 Şekil 4.26. Asimetrik ve simetrik, ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y doğrultusu deprem yükleri altında göreli kat ötelenmeler ................................................................ 80 Şekil 4.27. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem etkileri altında yer değiştirme değerleri ......................................................................................................... 82 Şekil 4.28. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre kesme kuvveti değerleri .................................................................................................. 83 Şekil 4.29. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre göreli kat ötelenmeleri..................................................................................................... 84 Şekil 4.30. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre burulma düzensizlik katsayıları....................................................................................... 85 Şekil 4.31. Asimetrik, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında yer değiştirme değerleri .................................. 86 Şekil 4.32. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında kesme kuvveti değerleri ............................................................. 87 Şekil 4.33. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında burulma düzensizliği katsayısı ƞbi ............................................. 88 Şekil 4.34. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında göreli kat ötelenmeleri ............................................................... 89 vii ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 3.1. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör modellenmesinde kullanılan değerler ............................................................................................................................ 38 Çizelge 3.2. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması için gerekli işlemler. ........................................................................................................................... 39 Çizelge 3.2. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması için gerekli işlemler. (devam)............................................................................................................. 40 Çizelge 3.3. Asimetrik model için boyutlandırılan izolatörlerin koşullar ve sınır değerlerin kontrol tablosu ................................................................................................................. 41 Çizelge 3.4. Simetrik model için kurşun çekirdekli izolatör modellenmesinde kullanılan değerler ............................................................................................................................ 42 Çizelge 3.5. Simetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması için gerekli işlemler. ........................................................................................................................... 42 Çizelge 3.5. Simetrik model için boyutlandırılan izolatörlerin koşullar ve sınır değerlerin kontrol tablosu (devam) .................................................................................................. 43 Çizelge 3.6. Simetrik model için boyutlandırılan izolatörlerin koşullar ve sınır değerlerin kontrol tablosu ................................................................................................................. 44 Çizelge 4.1. Modeller için kullanılan kısaltmalar ........................................................... 49 Çizelge.4.2. Modellerin periyotları ve katılım oranları................................................... 50 viii 1. GİRİŞ Günümüz bina projelendirmelerine ve şartnamelerimize göre yaptığımız binalarda can güvenliği önceliklidir. Yapı sistemleri tasarımında ön kabul diğer bir ifadeyle ülkemizin sahip olduğu deprem tehlikesi düşünüldüğünde kullanım ömrü boyunca bir kere yaşaması belirli bir olasılıkla muhtemel tasarıma esas deprem hareketi için yapıların toplam göçme olmaksızın depremi güvenli bir şekilde atlatabilmesidir. Bu bağlamda tasarım sırasında öncelikli hedef can kayıplarını önlemektir. Bu durum kullanım amacına bağlı olarak farklı bina sistemleri için ise farklı şekilde değerlendirilmelidir. Deprem yönetmeliklerinde deprem sonrası hemen kullanımı gerektiren binalar için özel şartlar olmakla birlikte, bu durumun ülkemizde meydana gelen geçmiş depremlerde okul, hastane ve bunlar gibi binalar için kötü tecrübeleri defaten yaşamış bulunmaktayız. En iyi ihtimalle bu binalar toptan göçmemiş olsalar dahi tam olarak işlevselliğini korumakta zorlandıkları birçok kez tecrübe edilmiş bir gerçeklik olarak karşımızda durmaktadır. Bu nedenlerle özellikle hastane vb. doğal afet sonrası acilen ve tam teşekküllü olarak kullanılması gereken yapılarda çok daha ciddi önlemler alınması elzemdir. Bu nedenle T.C. Sağlık Bakanlığı 2012 yılında yayınladığı bir genelge ile 100 yatak ve üzeri hastanelerin taşıyıcı sistemlerinin sismik izolatörlü olarak projelendirileceğini karara bağlamış, bu tarihten sonra yapılan tüm hastanelerde bu sistem uygulanmaktadır. Bununla birlikte benzer şekilde öneme sahip birçok yapı sistemi de ülkemizde bu şekilde inşa edilmektedir. Burada hedeflenen yalnızca deprem sonrası hastanelerin ayakta kalması değil aynı zamanda yapıların depremden hiç hasar almadan depremden hemen sonra ve afet durumlarında etkin olarak kullanılmasıdır. Ülkemizdeki en büyük tasarım sorunlarından biri de yapılarda mimari kaygı veya kimi zorunluluklar nedeniyle görülen yapı düzensizlikleridir. Hastane gibi büyük ve kompleks yapılar da kullanım kolaylıkları vb. durumlar nedeniyle planda veya düşeyde düzensiz yapılar yapmak zorunluluğu çok daha sık görülmektedir. Bu çalışmada planda burulma düzensizliğinin olması durumunda, farklı zemin koşulları için taban izolasyonlu yapıların yapısal davranışlarının nasıl değiştiği ve izolatörlerin düzensizlikler üzerindeki etkileri araştırılmaktadır. 1 2. KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Sismik İzolatörler Binaların deprem sırasında daha iyi performans gösterebilmeleri için birçok yöntem düşünülmüş ve uygulanmıştır (Matsagar ve Jangid 2008). Bunlara yapının deprem davranışının kontrolü veya yapısal kontrol şeklinde isimler verilmiştir. Bu yapısal davranış kontrolü genel olarak iki başlıkta literatürde; (I) Aktif yapısal kontrol sistemleri, (II) Pasif yapısal kontrol sistemleri olarak tanımlanmaktadır. Ayrıca bu iki başlık altındaki sistemlerin ortak kullanımıyla daha farklı kontrol sistemlerinden de bahsetmek mümkündür. Bu sınıfları dallarına ayırmak gerekirse; 1. Pasif yapısal kontrol sistemleri a. Dağıtılmış sönümleyiciler sistemi (Distributed Damper) b. Ayarlı kütle sönümleyiciler sistemi (Tuned Mass Damper) c. Ayarlı sıvı sönümleyiciler Sistemi (Tuned Liquid Damper) d. Taban izolasyonu (Base Isolation) 2. Aktif Kontrol Sistemleri a. Tam aktif kütle sönümleyici sistem (Full Active Mass Damper) b. Yarı aktif kütle sönümleyici sistem (Semi Active Mass Damper) c. Karma sistem (Hybrid Mass Damper) Aktif kontrol sistemleri pasif kontrol sistemlerinin aksine kurulum bittikten çok sonra bile tekrardan ayarlanabilir ve oluşan beklenmedik durumlara göre revize edilebilirler. Kısaca bir monitör sayesinde mevcut veriyi kontrolöre verir ve onun vereceği eylem planına göre komutları uygulayarak istenen duruma tekrar sistem getirilebilir durumdadır. Teknolojik gelişmeler sayesinde bu sistemler gün geçtikçe daha çok kullanılabilir ve daha erişilebilir olacaktır (Derdiman 2006). Pasif kontrol sistemlerinin altında malzemenin veya sistemin enerji sönümleme becerisi yatar. Hareketli bir sistemin sürtünme veya başka bir enerji tüketim yoluyla enerjiyi dağıtmasına sönümleme denir. Sönümleme sırasında enerji ya dağıtılır ya da yutulur. Örneğin kinetik enerji ısı enerjisine dönüştürülebilir. Yapının denge konumuna geçme 2 süresi, sönüm oranıyla doğrusal olarak bağlantılıdır. Sönümleme sistemi tekrar denge konumuna getiren hareketi yani kinetik enerjiyi bitiren etkidir. Sönüm mekanizmasının olmaması durumunda hareket hiçbir şekilde şiddetini yitirmeden devam edecektir (Mengi ve ark. 1986, Yazıcı 2008). Enerjinin sönümlenmesi üzerindeki en önemli etki malzemenin viskozitesidir. Viskozite yer değiştirmelerin zamana göre değişim hızına bağlıdır ve bu çeşit sönümlenmelere malzeme sönümü olarak isimlendirilmektedir. Enerji dağıtılması, birbiri ile esnek olarak temas halindeki iki materyalin üzerindeki kuvvetlerin sürtünmeyi aşarak onları harekete geçirmesi ile oluşur. Sürtünme kuvvetinin sabit olduğu Coulomb sönümü bu durumu ifade etmektedir. Yapısal sönümleme daha genel sürtünme sönümlemesi mekanizmasıdır ki, bu değişken bir sürtünme kuvveti büyüklüğüne izin verir Bu çalışmada pasif kontrol sistemlerinden taban izolasyonu sistemini kullanılacağından taban izolasyonu için kullanılmakta olan izolasyon sistemleri aşağıda sınıflandırılmaktadır. 1. Kayma mantığına dayanan izolasyon sistemleri 1.1. Sürtünme Sarkacı sistemi (Friction Pendulum) 1.2. Esnek sürtünmeli taban yalıtım sistemi (Resilient-Friction) 1.3. Fransa Elektrik Kurumu Sistemi (Electricité-de-France sistemi) 1.4. TASS sistemi 1.5. EERC bileşik sistemi 2. Kauçuk esaslı elastomer izolasyon sistemleri 2.1. Kurşun gövdeli elastomer mesnetler (LRB) 2.2. Yüksek sönümlü elastomer mesnetler(HDRB) 2.3. Düşük sönümlü elastomer mesnetler (LDRB) 3. Yay tipi sistemler 3.1. GERB sistemi 3 2.1.1. Kayma mantığına dayanan izolasyon sistemleri: Sürtünme sarkacı sistemi: Bu tür sistemler düşük sürtünme katsayısı olan malzemeler kullanarak düşük bir taban kesme kuvvetine izin vermesi için tasarlanabilirler. Paslanmaz çelik ve teflondan yapılmış kayıcı bir yüzeye sahip olan sistemler en sık kullanılanlarıdır. Yapıya iletilen kesme kuvvetinin büyüklüğü deprem büyüklüğünden bağımsızdır ve tamamen malzeme sürtünme katsayısı ile belirlenebilmektedir. Bu sayede şiddetli depremlerin etkilerini çok yüksek oranda azaltmaktadır. Maddi olarak da diğer sistemlere göre daha uygun olması nedeniyle uygulamada daha çok tercih edilen sistemlerdir. Ancak bu sistemlerin en büyük zaafı geri dönücü kuvvetin olmaması nedeniyle kalıcı yer değiştirme yapma ihtimalli ve bu değişimden sonra bir sonraki depremde etkinliğinin ve yer değiştirme potansiyelinin azalmasıdır. Bunu gidermek için de elastomer mesnetler ile kullanılması gibi çözümleri mevcuttur. Bu tür sistemlerin dezavantajlarını ortadan kaldıran bir diğer çözüm ise bir yüzeyi küresel olarak şekillendirilmiş olan sürtünmeli sarkaç prensibine dayalı kayıcı izolasyon sistemlerinin kullanılmasıdır. Sürtünme sarkacı sisteminin fiziksel açıklaması ve işleyişi oldukça basittir. Paslanmaz çelikten üretilen küresel yüzey yanal hareket sırasında üst yapını düşeyde yer değiştirmesine neden olur ve yapı ağırlığının oluşturduğu kuvvet geri döndürücü kuvvet olarak kullanılır bu sayede sistem ilk başladığı konuma dönmek için harekete geçer ve sonunda stabil durumunu korur (Şekil 2.1). Bu hareket bir sarkacın hareketine çok benzediğinden ismi sürtünmeli sarkaç olarak literatüre geçmiştir. Basit sarkaç ile sürtünmeli sarkaç çalışma prensipleri 4 Sürtünmeli sarkaç sistemleri seçilir ve projelendirilirken sistemin eğrilik çapının seçimi özenle yapılmalıdır (Şekil 2.2). Bunun nedeni yapı rijitliği ve frekansı yapılacak seçime göre değişiklik göstermesidir. Sürtünmeli sarkaç kullanılan yapılarda ani kayma olma ihtimallinden dolayı rijitlikte ani değişimler yapının yüksek frekanstaki titreşimler üretmesine neden olabilmektedir. Bu durumda kat ivmelerinde ani artışlara neden olabilir ve bu durum da yapı içerisinde hasar oluşma olasılığını arttırır. Bu sebeple bu tip kayıcı sistemler içeride hassas malzemelerin olduğu yapılar için yeterli bir koruma göstermemem olasılığı her zaman mevcuttur. Kayıcı sistemlerden sarkaç tipi izolatörlerin açık hali. Kayıcı sistemlerinin diğer bir dezavantajı ise izolatör yüzeyindeki sürtünme katsayısının sabit olmamasıdır. Konkav yüzeylerin zamanla ve sıcaklıkla özelliğini yitirmesinden dolayı bu katsayı değişkenlik gösterebilmektedir. Eğer tasarım aşamasında daha düşük seviyeli sismik kuvvetler düşünülür ise katsayıdaki bu olumsuz etki, daha fazla hasara neden olabilen sismik kuvvetlerin ani bir artışına olanak sağlamaktadır (Şekil 2.3). Elastomer mesnetlerin kayıcı tip mesnetler ile kombinasyonu, her bir bireysel sistemin avantajlarına sahip hibrit tip sistemlerin oluşumuna imkan vermekle birlikte bunun yanında bu sistemlerin bazı dezavantajları ve sınırlamaları da az da olsa kullanım alanlarını etkileyebilmektedir. 5 Sürtünmeli sarkaç mesnedin kesit ve elemanları. Üzerinde test yapılan modellerle tasarlanmış modellerin davranışlarındaki benzerliğin karşılaştırılmasında da görüldüğü gibi büyük depremler ve büyük kuvvetler altında sistemde oldukça büyük yanal yer değiştirmeler oluşmaktadır. Şekil 2.4’te görüldüğü üzere tasarımda kabul edilen değer ile test modellerindeki fiziksel ölçüm değerleri neredeyse tamamen aynıdır. Yatay Kuvvet FPS(Tasareğiştirmesiyonu(gerçek ölçüm) Yatay Yerdeğiştirme FPS karakteristik eğrisi (gerçek ölçüm) Titreşim Sönüm fonksiyonu Sürtünmeli sarkaç sisteminin karakteristik davranış modeli. Esnek Sürtünmeli Taban İzolasyonu Mesnetleri: Bu sistem Monstaghel ve Khodaverdian tarafından önerilmiş bir sistemdir. Bu sistemde birbirleri ile sürtünmeli olarak temas eden teflon kaplamalı dairesel plakalardan ve merkezi kauçuk çekirdekten oluşmaktadır. Merkezde bulunan kauçuk çekirdek kısım 6 izolatörün deplasmanı sırasında hızın izolatör yüksekliğince dağılmasını sağlar. Esnek sürtünmeli taban izolasyon sistemi, merkezi kauçuk çekirdeklerle birbirinin üzerinde kayabilen kayıcı halkalardan oluştuğu için kayıcı tipli izolasyon sistemleri grubuna girmektedir. Yapılan deneylerde oldukça verimli sonuçlar veren sistem son yıllarda çok daha sık kullanılır hale gelmiştir. Bir kesiti Şekil 2.5’te ve Şekil 2.6’da verilmiştir. Esnek sürtünmeli taban izolasyonu mesnet kesitleri Deprem etkisinde yatakların tepkisi 7 Fransa Elektrik Kurumu Sistemi: Bu sistem 1970’li yıllarda nükleer tesislerde uygulanmak için Fransa Elektrik Dairesi (Electricite-de-France) desteği ile geliştirilmiştir. Bu sistemin kesiti tabakalı kauçuk mesnet sistemi ile aynıdır. Ancak bu sistem 0,2g’lik bir sismik harekette dahi ekipmanlar için güvenli olacak bir salınım yapacak derecede kaliteli bir şekilde üretilmiştir. Sistemde katmanlı elastomerik yatakların üstüne konumlandırılmış paslanmaz çelikten olan sürtünme yüzeyi ile temas halindeki neoprene (yüksek moleküler yapıya sahip sentetik kauçuk benzeri ürün) yataklar kurlun ve bronz alaşımıyla çalıştırılmıştır. Sistem sadece Güney Afrika’daki Koeberg’de bulunan nükleer santralde uygulanmıştır. TASS Sistemi: Japonya’da bulunan TASEI firması tarafından geliştirilmiş olan TASS sistemi, düşey yük teflon-paslanmaz çelik elemanlar üzerinde taşıtılmaktadır. Bunlara ilave olarak yük taşıma işlevi olmayan kompozit neopran mesnetler kullanılmaktadır. Bu kompozit neopran mesnetlerin amacı denge konumundan çıkan ve deplasmana başlayan sistemde geri itici-dengeleyici kuvvetleri sağlamaktır. Sistem EERC da sarsıntı tablası deneyine maruz bırakılarak denenmiştir. TASS sisteminde yapıda bulunan dış kolonlar düşük sönümlü doğal kauçuk yataklara otururken iç kolonlar paslanmaz çelik üzerinde kayan teflon yataklara oturmaktadır. Sistemin en büyük dezavantajı elastomer mesnetlerin düşeyde yük taşımaması nedeniyle bu mesnetlerde çekme gerilmesinin oluşması sistemin modellenmesini oldukça zorlaştırmasıdır EERC bileşik sistemi: Elastomerik yataklar ve kayma sisteminin birleştirilmesiyle geliştirilmiş olan EERC sistemi de sarsıntı tablası deneyinde test edilmiştir. EERC bileşik sisteminde, dış kolonlar düşük sönümlü doğal kauçuk mesnetler tarafından taşınırken iç kolonlarda paslanmaz çelikten kayıcı elemanlar üzerindeki teflonlar tarafından taşınmaktadır. Sistem çalışma prensibi olarak denge konumuna geri dönmesini ve yapı burulmasını kontrol altına alma işini elastomer mesnetlere, sönümleme işini ise kayma elemanlarına yaptırmaktadır. Sistemin benzer biçimleri California’da bir hastane binasında ve Nevada Üniversitesi Mackay Okulunun güçlendirilmesinde kullanılmıştır. 8 2.1.2. Kauçuk esaslı elastomerik izolasyon sistemleri: Sismik izolatörler arasında en çok kullanılan kauçuk esaslı elastomer izolatörler ince çelik plakalara yapıştırılmış ve kalınlığı değişken olan ama yine de ince kauçuk levhaların üst üste bindirilmesiyle meydana getirilen ve yük dağılımının üst montaj plakalarıyla çözüldüğü bir sistemdir (Şekil 2.7). Yaklaşık çelik kalınlığı 2 ila 3 mm arasında değişmektedir. Kauçuk levha kalınlıkları ise 8 ila 20 mm arasındadır. Elastomerik doğal veya sentetik malzemelerden yapılmış, şekil değişikliğine uğrasa da tekrar eski haline dönebilen esnek kimyasal malzemelere denmektedir. Kauçuk esaslı elastomerik izolatörleri ilk kez Makedonya’nın Üsküp şehrinde bulunan bir okul binasında kullanılmıştır. Bu okul 3 katlı bir betonarme yapıdır ve1969 yılında tamamlanmıştır. Kauçuk esaslı elastomerik izolatörün testler sırasındaki şekil değiştirmesi O zamanlar kullanılan sistemde kauçuk bloklar içinde çelik plakalar barındırmıyordu. Bu sebeple düşeydeki bina ağırlığı yükünü taşımak için %25 oranında deformasyona uğruyorlardı yani istenen rijitlik sağlanamıyordu. Bu şekil değişimi nedeniyle kauçukların yanlara doğru şiştiği bilinmektedir. Kullanılan bu yöntemde deprem sırasında bina yatayda ve düşeyde yüksek yer değiştirmelere maruz kaldığı için sisteme çelik plakalar takviye edilerek bu sorunun üstesinden gelinmiştir (Şekil 2.8). Çelik plaklar yatay rijitliğe nazaran 100 kat daha fazla düşey rijitlik sağlamaktadır. Bu karmaşık işlem sayesinde sistem günümüzde hastanelerde, statlarda, demir yollarında titreşim yalıtımı 9 amacıyla kullanılabilmektedir. Bu izolatörlerde, kauçuk plaklar daha ince olan çelik plaklara yüksek ısı ve basınç altında yapıştırılırlar. Bu sayede izolatör düşey yüklere karşı da daha rijit bir hal almış olmaktadır. YÜK YÜK Düşey yer değiştirme Düşey yer değiştirme Kauçuk Çelik plaka Kauçuk Karma Sistem Düşey yüke maruz kalmış tek kauçuklu sistem ile çelik plaklarla senkronize çalışan sistemin davranışları Elastomerik mesnetlerin avantajlarından birinin de korozyona uğramadıkları için bakım maliyetlerinin çok düşük kalmasıdır. Fakat yapılan uygulamada her sisteme göre özel kesitler yapıldığından dolayı maaliyeti konut vb yerler için hala yüksek kalmaktadır. Kurşun gövdeli elastomer mesnetler (LRB): 1975 yılında Yeni Zelanda’da icat edilen kurşun gövdeli elastomer mesnetler Japonya ABD ve Yeni Zelanda olmak üzere dünyanın bir çok yerinde yaygın olarak kullanılmıştır. Kurşun gövdeli elastomer mesnetler çelik plakalar arasına sıkıştırılmış ince doğal ve düşük sönümlü kauçuk katmanlardan oluşmakta ve sönüm özelliğinin arttırılması için ortalarına silindirik bir şekilde yerleştirilen ve sistemdeki çelik plakaların bağlandığı bir kurşun çekirdeğin birleşimiyle oluşturulmaktadır (Şekil 2.9) (Türker 2005, Samali ve ark. 2007). 10 Kurşun çekirdekli küresel ve kare elastomer mesnet kesitleri. Düşük sönümlü kauçuklar lineer şekil değiştirmesini %100-250 oranına kadar devam ettirebilmektedir ve çok düşük olan kayma modülü sayesinde yatay esnekliğe kolayca ulaşabilmektedir. Kurşun gövdeli elastomer mesnetlerde genel olarak düşük sönümlü kauçuklar kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalar sonucunda düşük sönümlü kauçuğun bu özelliklerinin üretim yılıyla, sıcaklıkla veya yükleme geçmişi ile değişmediğini kanıtlamıştır. Kurşun gövde, akma sınır gerilmesinden daha yüksek deformasyonlara maruz kaldığında kendi yapısını geçici olarak değiştirebilen ve kauçuğun geri döndürücü kuvveti sayesinde deformasyonlar kaldırıldığında tekrar ilk haline dönebilen kristal bir malzemedir. Kurşun yaklaşık σy = 10 Mpa seviyesindeki akma gerilmesinde elastoplastik davranış göstermektedir. Yüklemeler kaldırıldıktan sonra sistem tamamen ilk haline dönebilmektedir. Şekil 2.10’da sarı ile taranmış alan kurşun gövdeli elastomer izolatörün sönümleyebileceği enerjiyi göstermektedir. Bu kinetik enerji ısıya dönüştürülerek sönümlenmektedir. Kurşun çekirdek plastik deformasyona uğradığı sırada sisteme yüksek sönüm kazandırmasına rağmen bu lineer ötesi davranışlar yapının daha yüksek modlarının zorlanmasına neden olabilmektedir (Ryan ve Chopra, 2003). Kurşun gövdeli elastomer izolatörlerdeki rijitlik ani değişimleri yüksek modal etkileri ortaya çıkarabilmektedir. 11 Kurşun gövdeli elastomer bir izolatörün yüklemeler altındaki kuvvet- yer değiştirme grafiği Yüksek sönümlü elastomer mesnetler (HDRB): Yüksek sönümlü doğal kauçuk mesnetler kendi sönümleri ile yapıdaki ilave sönümleyici ihtiyacı gidermektedirler. Yüksek sönümlü doğal kauçuk mesnetler ilk olarak İngiltere’de 1982 yılında geliştirilmiştir. Kurşun çekirdekli elastomer mesnetlerde (LRB) kullanılan yapıştırma metotları, yüksek sönümlü elastomer mesnetlerde de (HDRB) kullanılmaktadır. Aralarındaki fark ise sisteme yüksek sönümü sağlayan doğal kauçuğun içindeki sönümlemeyi sağlayan, extrafine karbon blokların, petrol veya reçinelerin ve patentli dolgu maddelerinin katılmasıdır. Kimyasal katkı olarak ilave edilen extrafine karbon bloklar, petrol veya reçinelerin ve patentli dolgu maddelerinin sayesinde arttırılan sönüm ile, %100 kayma şekil değiştirmesini %10-20 arasındaki değerlere çekilebilmektedir. Bu sayede rüzgar yükü ve düşük sismik olaylar sırasında tepki eğilimi oldukça kısıtlanmış olur. Karbon blok, petrol veya reçinelerin ve patentli dolgu maddelerinin doğal kauçuğa eklenmesi izolatörün mekaniksel özelliklerini etkilememekte ama sönümünü arttırmaktadır. Bu tür karışımlar olmadan üretilen doğal kauçuktaki moleküler etkileşim fiziksel olarak zayıf çapraz bağlardan oluştuğundan dolayı sürtünmeden kaynaklı oluşan ısı yok sayılabilecek derecededir. Yüksek sönümlü bir elastomer mesnedin enerji sönümleme mekanizması hem küçük hem de büyük şekil değiştirmeler için elde edilebilmesi mümkündür, ayrıca değişken değildir ve düzgün bir elips eğrisi şeklinde karakterize edilir (Yoshida ve ark. 2004). Bir diğer büyük avantajı da raslantı sonucu keşfedilen bitişiğinde bulunan metro 12 gibi kaynaklardan gelen yüksek frekanslı düşey titreşimleri de yalıtabilmesidir. (Naeim ve Kelly, 1999 Düşük sönümlü elastomer mesnetler (LDRB): Düşük sönümlü elastomer mesnetler üst ve altta iki adet kalın çelik levha ve aralarında çok sayıda ince çelik levhadan oluşan ve basit bir işlem ile vulkanizasyon yapılarak çelik levhaların arasına ısı ve basınç ile yerleştirilen doğal kauçuktan oluşmaktadır. İnce çelik levhalar kauçuğun şişmesini engeller ve düşey rijitliğinin artmasını sağlar ancak yatay rijitliğe etkisi hiç yoktur. Düşük sönümlü elastomer mesnetlerin birçok avantajı vardır:  İmalatları çok kolaydır,  Modellemesi kolaydır,  Sıcaktan, kullanım sıklığından veya kullanım süresinden ve yaşlarından etkilenmezler. En büyük dezavantajları ise düşük sönümleri nedeniyle ilave sönümleyiciler ile birlikte kullanılmaları gerekmektedir. Şekil 2.11’de düşük sönümlü elastomer mesnet kesiti görülmektedir. Düşük Sönümlü Elastomer Mesnet Kesiti 13 Düşük sönümlü elastomer mesnetler Japonya’da oldukça sık kullanılmaktadır. Ülkemizde de otoyol köprülerinde oldukça sık kullanılmaktadır (Akyüz vd. 2007). Uygulama sırasında ilave sönümleyici olarak viskoz sönümleyiciler, çelik ve kurşun çubuklar ile kullanılmaktadır. Fransa’da ise Japonya’daki gibi doğal kauçuk malzeme yerine neoprene (yüksek moleküler yapıya sahip sentetik kauçuk benzeri ürün) olarak isimlendirilen bir malzeme kullanılmaktadır. 2.1.3. Yay tipi sistemler Diğer sistemlerin aksine yay tipi sistemler 3 boyutlu bir yalıtım sağlamaktadır. Elastomer ve kaymalı yalıtım sistemleri yatay eksende sismik izolasyon için uygun olsalar da düşeyde sismik izolasyon için uygun değillerdir. 3 boyutlu bir yalıtım sağlanmak istendiğinde yay tipi sistemler diğer sistemlere nazaran daha etkili bir şekilde kullanılmaktadır. Örnek bir yay tipi izolatör Şekil 2.12’de gösterilmiştir. Yay tipi sistemlere bir örnek GERB Sistemi: Bu sistem büyük enerji santrallerindeki çok hassas ekipmanların titreşimlerden zarar görmemesi için yalıtılması amacıyla geliştirilmiştir. Çok büyük çelik yaylar kullanılarak hem düşeyde hem de yatayda titreşim kontrolü sağlanır. Bu sistemde bulunan yayların amacı sönümleme değildir. Sönümleme mekanizma içinde bulunan GERB viskoz sönümleyicileri sayesinde yapılır. Bu sistem Huffman tarafından Üsküp’te bulunan sarsıntı tablasında test edilmiştir ve California Santa Monica’da 2 katlı bir çelik bir konut türü yapıda uygulanmıştır. 1994 yılında gerçekleşen depremde evin davranışı yapı sağlığı 14 izleme yöntemi ile izlenmiş ve yalıtım sisteminin sarsıntı hareketinden kaynaklanan ivmeyi azaltmakta etkili olmadığı görülmüştür (Naeim ve Kelly, 1999). 2.1.4 Taban izolasyonu tarihçesi Yapıların ve deprem kuvvetli yer hareketlerinin özellikleri göz önüne alınarak; yapıların rijitliklerini azaltarak periyotlarını uzatıp, sönümlerini arttırarak yapılara daha küçük deprem yüklerinin gelmesini sağlayarak, yapıların orta şiddetli depremlerdeki hasarının önlenmesi ve çok şiddetli depremlerdeki hasarının da çok küçük boyutlara indirilmesi “taban yalıtımının” temel ilkesidir. Yapılara gelen deprem yüklerini azaltmak için yapı tabanlarına yatay yönde rijitliği çok az olan elastomer mesnetler konulması ile yapının periyodu ve sönümü artmaktadır. Hem yatay hem de düşeyde sismik hareketleri karşılamak için üç boyutlu izolasyon sistemleri tasarlanmış olsa da bu sistemler çok karmaşık ve uygulama güçlükleri olan sistemlerdir. Ayrıca genel tasarımda bütün yüklerimiz düşey yönde olduğundan ve ana taşıyıcılarımız bu yönde oldukça iyi çalıştığından bu tür bir izolasyon yataydaki izolasyona göre çok daha az önem taşımaktadır. Düşey zemin hareketi de yatay bileşenine nazaran çok daha düşük seviyelerde kalmaktadır ve mevcut sistemlerle de çok rahat bir şekilde yenilmektedir. Sismik izolasyon yapıyı zeminden gelecek büyük hareketlere karşı izole ederek iç kuvvet oluşumunun engellemesini amaçlayan eski bir yaklaşımın yeni teknikler ve malzemeler yardımıyla günümüzde yaygın şekilde kullanılmaya başlayan modern bir izdüşümüdür. Temel izolasyonu kavramına ait ilk literatüre geçmiş çalışma Tokyo üniversitesi Maden Mühendisliği profesörlerinden Prof. John Milne’ye aittir. Milne 1876-1895 yılları arasında sismik izolasyon kavramını denemek amaçlı deneylerle başlandığı bilinmektedir. Bu deneylerde yapı altına yerleştirdiği ve yalıtıcı olarak düşündüğü 25 cm çapında çelik bilyeler kullanmıştır (Saraçoğlu 2013). Deneylerde yapının altına yerleştirdiği 25 cm çapındaki çelik bilyelerin küçük şiddetli depremlerde faydalı olduğunu fakat sürtünme kuvvetindeki eksikliği nedeniyle rüzgar kuvvetlerine karşı başarısız olduğunu gözlemlemiştir. Daha sonrasında deneyini tekrarlamaya karar vermiş fakat bu sefer sürtünme yüzeyini arttırmak amacıyla kullandığı bilye çaplarını onda birine düşürmüştür. 2,5 cm çaplı çelik bilyelerle yaptığı deneylerde 25cm çaplı bilyelerle yaptığı deneylere nazaran rüzgar ve depreme karşı çok daha başarılı sonuçlar almıştır (Tezcan ve Erkal,2002). Bu deneylere rağmen yapıları zemindeki deprem hareketlerinden yalıtmakla 15 ilgili ilk bildiri 1891 yılında Japonya’da yayınlanmıştır. İlk patent ise 1905 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde yapılan silindir sistemli taban izolasyonu çalışmaları sonucunda alınmıştır (Murat, 2007). 1908 yılında ise İtalyan hükümeti ilk defa depreme karşı dayanıklı yapı tasarımını tartışma gündemlerine almıştır (Naeim ve Kelly, 1999). 1909 yılında J. A. Calantarients adında bir tıp doktoru çeşitli öneriler ve çözümler sunduğu bir mektup yazmıştır. Bu mektupta binanın serbest bir kayma hareketi yapabileceği bir sistemden bahsetmiştir. Bu sistemde yapı temeliyle zemin arasına mika, yağlanmış kum veya talk malzemeleri yerleştirilerek yapının zeminin deprem anındaki hareketlerinden bağımsız olarak hareket etmesini öngörmüş ve bu çalışmasını detaylandırarak serbest nokta adı altında patentini almıştır. İlk taban izolasyonu uygulaması olarak ele alabileceğimiz yapı Tokyo’da yapılan Imperial Hotel’dir (Kelly ve diğ., 1980) Bu yapı 1921 yılında Amerikalı bir mimar olan Frank Lyond Wright tarafından yapılmıştır. Yapı yapılmadan önce yapılan ön çalışmalarında yapının oturacağı zeminin altında 3 farklı tabaka olduğu ve ortadaki tabakanın çamurdan oluşan zayıf bir zemin türü olduğu tespit edilmiştir. Bunun üzerine Mimar Wright yapı temelinin altına üstteki sağlam ve yine sağlam olan 3. Tabakayı birbirine bağlamak için aralarındaki mesafeler az olan sağlam kazıklar çaktırmıştır. Bu sayede bu iki katmanın birlikte hareket edeceğini ve yapı yüklerinin sağlam iki tabaka tarafından taşınacağını ve zayıf tabakanın etkilerini yok edeceğini düşünmüştür. Nitekim o zaman için emsalsiz bir sistemle yapılan Imperial Hotel, 1923 yılındaki büyük Tokyo depremi hasarsız bir şekilde atlatmış ve pratikte sistemin çalıştığını ortaya koymuştur. Martel ise 1929 yılında yapıların birinci katının esnek yapılması fikrini ortaya koymuş ve bu konuda daha sonra 1935 yılında Gren ve 1938 yılında Jakobsen tarafından çalışılmasına ön ayak olmuştur. Bu isimlerin yaptığı çalışmalar sismik izolasyon fikrini daha geniş bir kitleye taşımış ve yapılan çalışma sayılarını arttırmıştır. Sismik izolasyon 1970’li yıllarda tam anlamıyla yapı mühendisliği alanına giriş yapmıştır. Öncelikle köprülerde düşünülmüş daha sonrasında yapı taşıyıcıları için kullanılmaya başlanmıştır. Köprüler mekanik hareketin de yüksek olması nedeniyle köprü üst tabliyesi ve taşıyıcı ayaklar arasında bu sismik izolatörlere çok daha fazla ihtiyaç duyulan bir yapı alanı olmuş ve çalışmalar bu alanda yoğunlaşmıştır. Enerji dağıtım mekanizmasını, esnek elastomerler içerisine eklenerek oluşturulan ilk köprü 16 uygulamaları hala mevcuttur. Kurşun çekirdekli kauçuk mesnetler (LRB) 1970’li yıllarda icat edilmiş ve aynı senelerde izolasyon için kauçuk mesnetleri kullanma amacıyla da projelendirme çalışmaları başlamıştır (Murat, 2007). Fakat bu mesnetler çok düşük rijitlikleri olduğu için küçük yanal kuvvetlere karşı koyma konusunda da (rüzgar) başarısız oldukları tespit edilmiştir. Zaman içerisinde kauçuk üretme teknolojisinin artmasıyla birlikte, yüksek sönüme sahip kauçuklardan meydana getirilen HDRB olarak adlandırılan yeni kauçuk birleşimleri ortaya çıkmıştır. Söz konusu HDRB tipi kauçuk birleşimi, birim uzaması düşük olduğu zamanlarda yüksek rijitlik, birim uzaması yüksek olduğu zamanlarda ise düşük rijitlik sağlamaktaydı. Yükleme kaldırıldığında bu tür mesnetler önemli ölçüde sönüm miktarına sahip bir histerik döngü oluşturduklarından 1980 yılı öncesi Amerika’daki taban izolasyonlu yapılarda LRB ve HDRB mesnetlerinden birinin tercih edildiği görülmektedir. Söz konusu uygulamalar neticesinde edinilen tecrübeler kayıcı tip mesnet kullanımının bazı dezavantajlarını ortadan kaldırma gerekliliğini ortaya çıkarttığından, kayıcı tip mesnetlerde sistem geri döndürücü bir kuvvete sahip olmamaları, tek başlarına sismik izolasyon sistemi olarak kullanılmalarının doğru olmadığını göstermiştir. Fakat bazı önemli yapılarda LRB ve HDRB sistemlerine paralel olarak sistemin hafif parçalarında (merdivenler vb.) kullanılmalarının veyahut güncel uygulamalarda bazı yapısal olmayan eleman veya teçhizat için kullanılmasının önünü açmıştır. Kayıcı mesnetlerin tüm yapıyı depremden izole etmek için kullanmanın, deprem sırasında meydana gelebilecek kalıcı yer değiştirmeler ve takip eden artçı depremler nedeniyle riski arttırıcı bir tasarım olacağı düşünülebilir. Bu nedenle kayıcı mesnetlerdeki düz olan kayma yüzeyleri biraz daha geliştirilmiş ve küresel bir yüzeye dönüştürülmüştür. Bu sayede kayma gerçekleştiğinde sistem düşeyde yukarı doğru da yer değiştirecektir ve yer çekimi etkisiyle geri döndürücü bir kuvvet ortaya çıkacaktır. Bu mantıkla üretilen sürtünmeli sarkaç (FPS) mesnetleri büyük yer değiştirmelerin üstesinden gelebilecek şekilde çalışmaktadır. 17 2.1.5. Taban izolasyonu uygulamaları ve bazı yapı örnekleri Güney Kaliforniya Üniversite Hastanesi (1989): 1994 yılında Northride’da meydana gelen 6,7 Richter ölçeği büyüklüğündeki depremde onlarca kişi ölmüş binlerce kişi ise yaralanmıştır. Depremden sonra hasar gören yapıların yeniden yapılma maliyeti 800 milyon $, hasar maliyeti 20-50 milyon $ arasında olduğu tespit edilmiştir. (Komodromos, 2000). Birçok yapının büyük hasarlar aldığı bu depremde merkez üssünden 36 km uzaklıkta bulunan Güney Kaliforniya Üniversite Hastanesi hasar almadan hizmet vermeye devam edebilmiştir. 1991 yılında inşası tamamlanan Güney Kaliforniya Üniversite Hastanesinin temelinde 149 adet elastomer mesnet kullanılarak sismik izolasyonu sağlanmıştır. Bu sebep zemin ivmesinin yalnızca %35’i binaya etkimiştir. (Nagarajaiah ve Xiaohong, 2000). Güney Kaliforniya Üniversite Hastanesi 8 katlı bir yapıdır. Yapıda sismik izolasyon kullanılma kararı ön proje aşamasında alınmıştır. Maliyet kıyaslaması yapıldığında taban yalıtımı yapmanın daha ekonomik olduğu kaydedilmiştir. Taşıyıcı sistemde yapılan tasarrufun yalıtım sistemi için kullanılmasına karar verilmiştir. %1,3 civarında mekanik ve mimari detaylardan kaynaklanan artışa karşılık, %1,4 civarında perde duvarlardan dolayı tasarruf sağlanmıştır (yalıtım sisteminde perde duvar zeminde mesnetlenmediği için geleneksel yapıya nazaran daha küçük hacimdedir. Dolayısıyla maliyet artışı söz konusu olmamıştır (Derdiman, 2006). Oalkland Belediye Binası (1914): 99 metre yüksekliği olan, 18 katlı Oakland Belediye Binası 1914 yılında 15000 m2 alana oturtulmuş bir yapıdır (Şekil 2.13). İlk yapımında sismik izolatörler kullanılmış olmasa da Loma Prieta Depremi’nde büyük hasarlar alması nedeniyle güçlendirme işlemi sismik izolatörlerle yapılmıştır. Güçlendirme işlemi sırasında 42 kurşun gövdeli ve 69 kauçuk izolatör kullanılmıştır. İzolatörler dışında perde duvarlar eklenerek yapı rijitliği arttırılmıştır. 18 Belediye binasının mod şekilleri ve dış görünüşü. C-1 Binası: Bilgisayar donanım merkezi olan C-1 Binası Tokyo Fuchi City’de bulunmaktadır. 1992 yılında yapımı tamamlanan yapı bitirildiği tarih itibariyle dünyada sismik izolasyon uygulanmış en büyük yapı olma özelliğini kazanmıştır. Kompozit betonarme olan yapı 41,4 m yüksekliğindedir ve 7 katlıdır. Bina içerisinde oldukça hassas donanımlar olduğundan dolayı izolasyonun en büyük amacı bu donanımları hasardan korumak olmuş ve ona göre tasarlanmıştır. Yapı da 68 adet izolatör kullanılmıştır. Antalya Havalimanı: Antalya havalimanının 1. Dış hatlar terminal binasında sismik izolasyon uygulaması yapılmıştır (Şekil 2.14). Uygulama süresince terminal binası kullanılmaya devam etmiştir. En iyi performansı gösterecek izolasyon sistemi olarak kurşun çekirdekli izolatörler seçildikten sonra toplam 411 adet izolatör kullanılarak süreç tamamlanmıştır. Proje toplam 6 ay süren süreçten sonra kapasite ve adet olarak dünyanın 5. büyük sismik izolasyon projesi unvanını almıştır. 19 Kolonların kesilmesi ve izolatörün yerleştirilmesi Atatürk Havalimanı Terminali: Atatürk havalimanı terminali yaklaşık olarak 56000 m2 çatı alanına sahiptir. Şekil 2.15’te da görüldüğü üzere bu çatı üzerinde gün ışığından yararlanmak için üçgen piramit şekilden cam yapılar bulunmaktadır. Bu camlar ve çok geniş alanı nedeniyle çok hassas olan çatı elemanı, 7m uzunluğundaki taşıyıcı kolonlarından sürtünmeli sarkaç mesnetler ile ayrılmıştır (Şekil 2.16). Atatürk havalimanı üstten görünüşü ve sürtünmeli sarkaç izolatörler 20 Atatürk havalimanı sürtünmeli sarkaç izolatör örneği Bursa Kestel Rafet Kahraman Devlet Hastanesi: Kestel ilçesinde bulunan izolatör montajları 2016 yılında tamamlanan ve 2019 yılında kullanıma açılan 150 yatak kapasiteli devlet hastanesi betonarme taşıyıcı sisteme sahiptir (Şekil 2.17). Üst yapı temel seviyesinde deprem etkilerine karşı yalıtılmıştır. 192 adet sürtünmeli sarkaç izolatör kullanılmıştır (Şekil 2.18). Kullanılan izolatörlerin deplasman kapasitesi 560 mm olarak tasarlanmıştır. Bursa Kestel Rafet Kahraman Devlet Hastanesi dış görünüşü 21 Bursa Kestel Rafet Kahraman Devlet Hastanesi Sürtünmeli Sarkaç tipi izolatörlerin dağılımı. Bursa Şehir Hastanesi: Bursa ili, Nilüfer İlçesi’nde 745500 m2 alana kurulan Bursa Şehir Hastanesi’nin 2019 yılında tamamlanarak hizmete açılması planlanmaktadır. Toplam 1355 yatak kapasiteli olması planlanan yapı Avrupa’nın en büyük 5. Sağlık kompleksi olacaktır. Yapım aşamasında 872 adet sürtünmeli sarkaç tipi sismik izolatör kullanılmıştır. 2.1.6. İzolatörlerin avantajları ve dezavantajları Sismik izolatörlerin en önemli kullanım amacı deprem sonrası hemen kullanılması gereken yapıları ve bina içerisinde hassas ekipman, malzeme vb. eşyaları korumaktır. Bu korumayı da yapıyı zemin hareketinden bağımsız hale getirmesi bunun neticesinde göreli kat ötelenmeleri ve ivmeyi azaltmak ve bu sayede daha yüksek güvenlik sağlamak hedeflenmektedir. Göreli kat ötelenmelerindeki azalma aynı zamanda binanın düzensizliklerinden kaynaklı etkileri de azaltmakta ve taşıyıcı sistemde istenmeyen ilave yüklerin oluşması da engellemektedir. Tüm bunlara ek olarak yapı periyodunu arttırarak oluşabilecek rezonans benzeri durumlardan binayı deprem karakterine bağlı olarak koruyabilmektedir. Taşıyıcı sistem tasarımında rijit yapılar ile göreli kat ötelenmeleri azaltılabilse de yapının dinamik karakteristiğininin çoğunlukla sismik aktivitedeki hakim frekanslara yaklaşması nedeniyle ivmeler zemin ivmesine yaklaşmaktadır. Bu durum rezonans durumuna daha yakın bir yapı davranışına neden olmaktadır. Diğer taraftan yapı elemanlarında rijitliğin önemli ölçüde arttırılmasının gevrek hasarlara neden olacağından 22 hareketle yapılarda risk artmaktadır. Sismik izolatörlü bir yapı da ise yapı üst kısmı izolatör sayesinde zemin hareketinden bağımsız hareket ettiği için oldukça rijit davranır ancak bunun yanında periyodu da çok büyük değerlere çıktığı için rijit yapının olumsuz yönlerinden bertaraf edilmiş olur. Tüm bu nedenler ile sismik izolatörlü yapı rijit ve sünek yapının olumlu taraflarını içerdiği gibi olumsuz taraflarını da çoğu durumda ortadan kaldırmaktadır. Sismik izolatörlerin çokça büyük artısı olsa da bazı durumlarda izolatörlerin beklenen veya beklenmeyen negatif etkileri de görülmektedir. Yakın merkezli depremler karşısında sismik izolatörlü binaların negatif etkiler gösterdiği üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Yakın saha depremlerinde sismik izolatörlü binalardaki kabul edilen hız spekturumlarının gerçekte oluşanlarla büyük farklılıklar gösterdiği ortaya konmuştur (Jangid ve Kelly, 2001). Bu çalışmalar sırasında yakın merkezli depremler sırasında en iyi performans gösteren sistem Fransa Elektrik Sistemi olduğu belirtilmiştir (Jangid ve Kelly, 2001). Ayrıca yakın merkezli faylardan oluşan depremlerde kimi durumlarda hakim periyotlar çok yüksek olabilmektedir. Buna ek olarak zemin ve topgrafyaya bağlı olarak da deprem karakteri benzer şekilde etkilenebilmektedir. Bu da sismik izolatörlü yapının uzun periyotlu olması nedeniyle rezonans durumuna yaklaşan hareketler sergilemesine neden olabileceğini yapılan çalışmalar göstermiştir. Cenk Alkan ile Seda Öncü Davas’ın (2016) yaptığı çalışmalarında farklı derinlikteki merkezlerden farklı izolatör tipleri ile taban izolasyonu yapılmış yapılar üzerinde çalışmalar yapmışlardır. Bu çalışma ile uzun periyotlu depremler sırasında titreşimden etkilenen sistemleri deprem izolatörleri ile korunmasının neredeyse imkansız olduğunu göstermiştir. Bu da özel durumlarda, izolatörün en büyük amaçlarından birini yerine getiremez halde olduğunu göstermektedir. Tüm bunlara ek olarak deprem izolatörlerinin yerleştirilmesi sırasında dış merkezlikteki kaçıklık çok büyük (>%15) olması durumunda binanın kendi dış merkezliğinin de olumsuz etkiler yapmakta olduğu kanıtlanmıştır (Matsagar ve Jangid 2005, Kilar ve Koren 2009). Buna karşılık yapılan yeni araştırmalarda daha teori aşamasında olan yeni bir düzen ile ilave mekanizmalar kullanılmadan deprem sırasında deprem izolasyonlu sisteme benzer hareket edebilen yapılar üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalarda eski japon yapıları olan pagodalardan esinlenilmiştir. Pagodalar çok yüksek hareket kabiliyetine sahip yapılar oldukları için yüzyıllardır birçok deprem ve tayfun gibi doğa olaylarından 23 sağlam çıkmayı başarabilmişlerdir (Freddi ve ark. 2017). Bu yeni yaklaşımda yapı düşük deprem yüklerine kendisi karşı koyarken daha büyük depremlerde iste salınma hareketi yapmakta ve bir yay ve kendi ağırlığıyla geri merkezi konumuna gelmektedir. Ancak yapı doğrusal bir hareket izlemediği için büyük periyotlu depremlerde dahi rezonans benzeri durumlara girmemektedir (Cheng ve Chao 2017). 2.2. Yapı Düzensizlikleri Deprem sırasında, yapı davranışlarını olumsuz yönde etkileyen, yapıyı istenmeyen olumsuz davranışlara ve istenmeyen yüklere maruz kalmasına neden olan tasarımdan kaynaklanan özel durumlar taşıyıcı sistem düzensizlikleri olarak ifade edilmektedir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY-2019) bu düzensizlikleri sınıflandırmış ve hangi düzensizlik durumunda nasıl yollar izlememiz gerektiğini gösteren kurallar koymuştur. Bu sınıflandırma iki ana başlıktan oluşmaktadır, planda düzensizlikler (A Tipi Düzensizlik) ve düşeyde düzensizlik (B Tipi Düzensizlik). Her bir düzensizlik yapının deprem sırasındaki tepki kuvvetlerinin bölgesel veyahut tüm yapı için olumsuz yönde etkileyecek birer durumdur. Yönetmelik tarafından getirilen söz konusu önlemler mühendislik açısından uzak durmamız gereken lokal olarak ya da yapısal olarak depremde yapı sisteminde hasarın doğmasına neden olabilecek tasarımların engellenmesi maksadıyladır ve dünya genelinde tüm yönetmelikler için de durum böyledir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği bu düzensizlikleri çoğunlukla yasaklamamış, sadece tasarımı yapan mühendisi düzensizlik oluşan durumlarda ek önlemler ve ilave kontroller almaya itmektedir. Planda düzensizlikler ve düşeyde düzensizlikler olarak iki ana başlık altında toplanan düzensizliklerin planda düzensizlik altında üç alt başlığı, düşeyde düzensizlik altında da yine üç alt başlığı bulunmaktadır. A- Planda Düzensizlikler A1- Burulma Düzensizliği A2- Döşeme Süreksizlikleri A3- Planda Çıkıntılar Bulunması 24 B- Düşeyde Düzensizlikler B1- Dayanım (Zayıf Kat) Düzensizliği B2- Rijitlik (Yumuşak Kat) Düzensizliği B3- Taşıyıcı sistemin Düşey Elemanlarının Süreksizliği Burulma düzensizliği, plandaki düzensizlik olması ve tasarım sırasında rijitliğin simetrik şekilde dağıtılamaması nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Modern deprem yönetmeliklerinin neredeyse tamamı burulma düzensizliğinden bahsetmektedir. Simetri bozukluğu olduğu zaman etkiyen yatay yükler sistemi dönme eylemine zorlamaktadır. Bu dönmeye de burulma denir. Bir yapının planda simetrisi ne kadar iyi sağlanırsa burulma düzensizliğinden o kadar kaçınılmış olur. (Döndüren ve ark., 2007) Burulma momentinin etkisi Eksantrisite bir yapının kat planında rijitlik merkezi ile kütle merkezi arasındaki uzaklığa verilen isimdir. Simetriden uzaklaşıldıkça eksantrisite büyümekte bu da istenmeyen burulma momentine sebep olmaktadır. Bu sebeple eksantrisite en düşük değerlerde tutulmalı yani simetriye olabildiğince önem verilmelidir. Katlarda burulma momenti oluşması taşıyıcı elemanlara ilave kesme kuvveti yüklemektedir. Kütle merkezi sabit bir nokta olarak düşünülmelidir. Çünkü kütle merkezinin yerini değiştirmek için kat planını değiştirmeye gidecek kadar büyük değişiklikler gerekir. Rijitlik merkezi ise düşey taşıyıcı rijitliklerine bağlı olduğu için mühendislin elindedir. Kolon perde rijitlikleri değiştirilerek eksantrisite minimuma indirilebilir. (Döndüren ve ark. 2007). Yapı simetrisi bozuldukça oluşan eksantrisite ile yapı ikiye ayırılabilir. Bunlar rijit taraf ve sünek taraf olarak 25 adlandırılır. Yapılarda düzensizlik arttıkça sünek taraftaki iç kuvvetler artış gösterirken rijit taraftaki elemanlarda iç kuvvetlerin azaldığı görülmektedir (Livaoğlu, 2001). Deprem yönetmeliğinde burulma düzensizliğin gösterimi Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY, 2019) burulma düzensizliğini şu şekilde tanımlamıştır: “Birbirine dik iki deprem doğrultusunun herhangi biri için, herhangi bir katta en büyük göreli kat ötelemesinin o katta aynı doğrultudaki ortalama göreli ötelemeye oranını ifade eden Burulma Düzensizliği Katsayısı ηbi ’nin 1.2’den büyük olması durumu.”. Kat ötelenmelerinin hesapları yapılırken deprem kuvvetlerinin etkilediği doğrultuya dik bina boyutunun ±%5 ek dış merkezlik etkileri de göz önüne alınarak yapılmalıdır. ηbi > 2,00 olduğu durumlarda birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde dinamik hesap yapılması zorunlu tutulmuştur. ηbi, 1,20 ila 2,00 olduğu durumlarda ise, katlara etkiyen eşdeğer deprem yükü için kabul edilen %5 ek dış merkezliğin Di katsayısı ile arttırılması gerekmektedir. 26 Di = (ηbi / 1,2)2 (2.1) Bu sayede oluşan burulma düzensizliği daha belirgin bir şekilde ortaya çıkacak ve güvenli tarafta kalınacaktır (Gök 2013). 2.3. Literatür Özetleri Taban izolasyonu ve binalardaki düzensizlikler günümüzde araştırmacılar tarafından ilgiyle incelenen alanlardan biridir. Bu iki konu üzerine literatürde birçok yayına rastlamak mümkündür. Aşağıda bu çalışmalardan temel olanlarından bir kısmı özet olarak verilmiştir. Soyluk ve Tuna (2011), düşeyde ve planda düzensizlik durumlarını içeren L şeklinde kalıp planına sahip bir betonarme bina ankastre tabanlı, kurşun kauçuk mesnetli ve yüksek sönümleyici kauçuk mesnetli olarak modellenmiştir. Bunlara ek olarak L şeklinde kalıp planına sahip A3 düzensizliği dışında bir düzensizliğe sahip olmayan bir bina modellenmiş ve zaman tanım alanında dinamik analizi sonucu elde edilen periyot değerleri ile sismik yapı tepkileri karşılaştırılmıştır. Derdiman (2006), planda düzensiz, kat yükseklikleri değişkenlik gösteren binalarda deprem kuvveti altındaki burulma davranışının taban yalıtımı ve viskoz sönümleyiciler gibi pasif kontrol sistemleri kullanılarak daha iyi sonuçlar elde edilebilip edilemeyeceğini araştırdığı doktora tezidir. Yüzden fazla taban yalıtımlı bina modellenmiş ve ankastre tabanlı modellere ait sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ryan ve Chopra (2003), sismik izolatörlü asimetrik yapıların sismik sonuçlarının hesaplanmasını nonlineer analiz kullanarak yapmışlardır. Depremsel harekete maruz asimetrik yapının izolatörlerindeki pik yer değiştirmeleri hesaplamışlardır. Bu pik deformasyonların incelenmesi sonucunda ABD şartnamesinin büyük eksikleri olduğu iddia edilmektedir. Lee vd. (2004), tarihi eserlerin sürtünme sarkacı sistemine benzeyen sismik izolatörlerle güvene alınması üzerine çalışma gerçekleştirmişlerdir. Sarsıntı tablasında yaptıkları ve yuvarlamalı bir tipteki sismik izolatörler kullandıkları deneylerin sonuçlarını analiz ederek deprem ivmelerinin %80’inden fazlasını azaltabileceklerini görmüşlerdir. Bu yöntem ile tarihi eserlerin depreme karşı koruma altına alınabileceğini rapor etmişlerdir. 27 Murat (2007), iki katlı bir bina üzerinde sismik izolatörlerin pozitif etkileri üzerinde çalışma yapmıştır. Binayı ankastre ve izolatörlü olarak iki farklı şekilde modellemiş ve 17 Ağustos 1999 Kocaeli depremi ivme kayıtlarını kullanarak deprem davranışlarını zaman tanım alanında incelemiştir. Sonuçları eğilme momentleri, model titreşim periyotları, katlar arası göreli ötelenme, taban kesme kuvvetlerindeki değişimler gibi geniş bir yelpazede kıyaslayıp taban izolatörlü modelin çok daha güvenli ve yararlı olduğunu göstermiştir. Hoşbaş (2006), çok katlı bir yapı üzerinde kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerle sismik izolasyonu yapılmış ve perdelerle güçlendirilmiş hallerini SAP2000 programında modellemiş ve bu iki yapının deprem davranışlarını kıyaslamıştır. Çalışmasının yanında sismik izolasyon kavramını tanımlamış, çeşitleri hakkında bilgiler vermiş ve son olarak da yaptığı çalışmadaki modellerin maliyet kıyaslamasını yapmıştır. Akyüz vd. (2007), Türkiye’de sıklıkla kullanılan ters T başlıklı kirişli standart karayolu köprülerinin deprem davranışları incelenmiş ve sismik izolatörlerle uyguluğu tartışılmıştır. Sürtünme sarkacı ve kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler farklı şekillerde konumlandırılarak deprem davranışları incelenmiş ve sıklıkla kullanılan düşük sönümlü kauçuk mesnetli köprülerle kıyaslanmıştır. Sismik izolatörlerdeki yüksek yer değiştirme kapasitesi nedeniyle çarpma oluşması durumlarına dikkat çekilmiş ve köprülerdeki sismik izolatör kullanımında bu durumu ortadan kaldıracak detaylar seçilmesi tavsiye edilmiştir. Şengel vd. (2009), sismik izolatörün deprem davranışlarını göstermek için beş katlı bir yapı ve Erzurum Devlet Hastanesi hem ankastre temelli hem de taban yalıtımlı olarak modellenmiş, zaman tanım alanında analizleri yapılmıştır. Sonuçlar karşılaştırmalarında kat ötelenmelerinde ve taban kesme kuvvetlerindeki azalmalara dikkat çekilmiştir. Ayrıca Erzurum Devlet Hastanesi’ndeki güçlendirmeler için öneride bulunulmuştur. Yazıcı (2008), sıvı depolarının sismik yalıtımı üzerine bir çalışma yapmıştır. Şu ana kadar inşa edilmiş olan sismik izolatörlü su depoları incelenmiş ve en çok silindirik yakıt depolarında sismik izolasyonun kullanıldığı ve bu yapılarda en çok sürtünmeli sarkaç ve kurşun çekirdekli elastomer mesnetlerin kullanıldığı belirlenmiştir. MATLAB üzerinde bir yazılın geliştirmiş ve izolatörlerin hesaplarında kullanılacak parametrelerin araştırılması amacıyla analizler yapmıştır. Yapılan incelemeler sonucu taban ivmelerinde 28 azalma miktarları sunulmuştur ve tasarım sırasında dikkat edilmesi gereken parametrelerle sonraki çalışmacılara tavsiyelerde bulunulmuştur. Mengi vd. (1986), nükleer santral projelendirmesi sırasında sismik izolatörlerin en iyi tasarımının nasıl yapılabileceği üzerine bir çalışma yapmışlardır. Çalışmada iki örnek yapı ele almışlar ve izolatörlerin iç kuvvetleri önemli ölçüde azalttığını göstermişlerdir. Ayrıca sismik izolatör boyutlandırması ve malzeme seçimi içinde bir yöntem önermişlerdir. Saraçoğlu (2013), dört katlı bir yapıyı ankastre mesnetli ve deprem izolatörlü olarak ETABS programında modellemiş ve yapıyı Marmara Depremi’nde kaydedilen ivme kayıtlarına maruz bırakarak çıkan sonuçları karşılaştırmıştır. Sonuç olarak izolatörlerin kullanım amaçları doğrultusunda olumlu etki verdiğini göstermiştir. Matsagar ve Jangid (2005), farklı izolatör çeşitleriyle izole edilmiş bir yapı modellemişlerdir ve tekrarlı yükler altındaki yerdeğiştirme, burulma gibi etkileri incelemişlerdir. Ayrıca izolatör dışmerkezliliğin önemine vurgu yapmışlardır ve izolatörlerdeki dış merkezliğin yanında yapının dış merkezliğinin öneminin kalmadığını göstermişlerdir. Matsagar ve Jangid (2010), taban izolasyonlu asimetrik ve bitişik yapıların darbeler karşısındaki tepkilerini araştırmışlardır. Gerçek deprem kayıtları kullanılarak farklı izolatör çeşitlerinin performansları irdelenmiştir. Samali vd. (2003), 5 katlı bir yapını göreli olarak küçük bir dışmerkezliği olan yapı üzerinde sarsıntı tablası kullanarak iki farklı izolatör cinsini kıyaslamışlardır. İzolatör çeşitlerinin ilki lamine kauçuk tipi (LRB) diğeri ise kurşun çekirdekli kauçuk izolatör (LCRB)dir. İki durumda da yapı dört farklı zemin hareketine maruz bırakılmış ve sonuçlar irdelenmiştir. Sonuç olarak iki izolatöründe katlar arası ötelenmeleri önemli ölçüde azalttığı gözlemlenmiştir. Lamine kauçuk izolatörün rölatif ötelenmelerde kurşun çekirdekli izolatöre kıyasla daha etkili olduğu görülmüş ise de kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelin daha az burulma açılarını yakaladığı ve daha stabil bir yapı sistemi yarattığı görülmüştür. Öncü vd. (2009), A3 düzensizliğine (planda çıkıntılar bulunması) sahip 3 yapı ve bir adet düzenli yapı Zaman Tanım Aralığında Analiz yöntemiyle analiz edilmiştir. Çalışma sırasında A3 düzensizliği hakkında bilgiler verilmiştir. Eski deprem kayıtlarının yeni 29 yönetmeliğe göre nasıl ölçeklendirildiği anlatılmıştır. Sonuç alınan 5 yapının taban devrilme momenti, taban kesme kuvveti, taban burulma momenti değerleri bulunmuş ve karşılaştırılmıştır. Sonuçta da A3 düzensizliği bulunan yapılarda burulma momentinin göz önünde bulundurulması tavsiye edilmiştir. Gök (2013), birinci derece deprem bölgesinde bulunan süneklik düzeyi yüksek on iki kattan oluşan çok katlı bir yapıyı Türk, Eurocode 8 ve ACI 318 yönetmeliklerine göre tasarlanarak, bu tasarımların arasındaki farkların kıyasladığı bir çalışmadır. Her üç yönetmelikte de bulunan eşdeğer deprem yükü yöntemiyle sistem çözümleri yapılmıştır. Çalışma sonucunda yapılan kıyaslamada en güvenli tarafta kalan yönetmeliğin Eurocode 8 olduğu, en ekonomik tarafta kalanın ise Türk yönetmeliği olduğu gösterilmiştir. Türk ve Amerikan yönetmeliklerindeki kabullerin ve kontrollerin yapılması konusunda birbirlerine çok benzer olduğu gösterilmiştir. Demircan (2003), düşeyde düzensiz bir 7 katlı yapı düşük rijitli kauçuk izolatörlü, yüksek rijitliğe sahip kauçuk izolatöre sahip ve ankastre mesnetli olarak modellenmiş ve deprem davranışları incelenmiştir. Yapı periyodunun izolatörlü hallerde çok daha yüksek olduğu ama izolatörün rijitliği arttıkça periyodun da azaldığı gözlemlenmiştir. Düşük rijitliğe sahip kauçuk izolatörlü sistemin yapının düşeyde düzensizliğe sahip olması sebebiyle yer değiştirme sınırı olan 50 cm’yi yer yer aştığı gözlemlenmiştir. Türker (2005), sismik izolatörler hakkında genel bir bilgi verildikten sonra hastane tipi bir yapıyı önce ankastre mesnetli olarak sonra da kurşun çekirdekli izolatörlerle modellemiş ve bu iki yapıyı da zaman tanım alanında analiz etmiştir. Sonuçları kıyaslamış ve izolatöre sahip modeldeki iç kuvvetlerin azalması nedeniyle kesitlerin boyutlarının düşürülebilmesini hesaba katarak iki sistem arasında maliyet kıyaslamasında bulunmuştur. Toplam inşaat maliyetinde sismik izolasyonlu binanın daha ekonomik bir model olduğunu göstermiştir. Kilar ve Koren (2009), asimetrik bir yapıda izolatörleri farklı şekillerde konumlandırarak deprem davranışları incelenmiştir. İki farklı şekilde simetrik ve dört farklı asimetrik konumlandırma yapılmıştır. İzolatör olarak kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler kullanılmıştır. Her dizilimin pozitif ve negatif yanları detaylıca incelenmiştir. Livaoğlu (2001), 1998 Deprem Yönetmeliğinde gelen hesap yöntemlerini incelemiş ve uygulanmasını kolaylaştırmak için akış diyagramları çıkarmıştır. Eşdeğer deprem yükü 30 yöntemi, zaman tanım alanında hesap yöntemi ve mod birleştirme yöntemi ile hesapların yapılışları irdelenmiş ve bu üç yöntem kıyaslanmıştır. Karşılaştırmaları sonucunda eşdeğer deprem yükü yönteminin diğer yöntemlere göre daha büyük değerler verdiğini göstermiştir. Çalışma sırasında simetrik, bir doğrultuda simetrik ve simetrik olmayan 3 model üzerinde analizler gerçekleştirmiş ve burulmanın yapı elemanları üzerindeki etkileri gösterilmiştir. Burulma düzensizliği bulunan yapıların rijit olmayan tarafta büyük iç kuvvetlere maruz kalırken burulma düzensizliğinin rijit tarafta daha az hatta bazı noktalarda hiç olumsuz etkisi olmadığını göstermiştir. 31 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Modellenecek Yapı Özellikleri Bu çalışma kapsamında Bursa ili Osmangazi ilçesi Acemler mevkiinde inşası devam etmekte olan Ali Osman Sönmez Devlet Hastanesi örnek yapı olarak seçilmiştir (Şekil 3.1). Söz konusu yapı yerinde sismik izolatörlü olarak tasarlanmış ve uygulanmaktadır. Yapıda kullanılan sismik izolatörler sürtünme sarkaç tipi izolatörlerdir. Konumlandırma ve eksenel yüklere göre toplam 4 farklı boyutta toplam 142 adet sismik izolatör kullanılmaktadır. Yapı da C40/50 sınıfı beton kullanılmaktadır. Döşeme kalınlıkları 30cm’dir. Yapı tamamlandığında 4 bloktan oluşan 750 yataklı bir hastane olacak şekilde projelendirilmiştir. Projenin yapıldığı parsel 129.495,83 m2’lik bir arazi olup toplam inşaat alanı 260.758 m2’dir. Söz konusu yapının derzlerle ayrılmış olması nedeniyle çalışmada bu bağımsız bloklardan yalnızca bir tanesi dikkate alınarak mevcut durum ile bu durumdan türetilmiş simetrik ve asimetrik durumlarla yapıya burulma düzensizliği kontrollü bir şekilde verilmiştir. Yapıya ait genel bir görünüm Şekil 3.1’de verilmektedir. Yapıya ait kat planı Şekil 3.2’de verilmiştir. Ali Osman Sönmez Devlet Hastanesi bitmiş hal üç boyutlu görüntüsü 32 Ali Osman Sönmez Devlet Hastanesi kat planı 3.2. Sayısal Model ve Analiz 3.1 başlığında da ifade edildiği gibi derzler ile ayrılmış olan bölümlerden çalışmaya konu edilen bloğun Sap 2000 paket programında modellenmiş hali Şekil 3.3’te 3 boyutlu olarak görülmektedir. Yapıdan ayrılarak alınan ve Şekil 3.2’de görünen bölümden tezin devam eden kısımlarında model olarak bahsedilecektir. Modelde 1 adet 80*80, 28 adet 80*100 ebatlarında toplamda 29 adet kolon bulunmaktadır. Model X doğrultusunda 75,6 metre uzunluğundadır. Y doğrultusunda ise 22,40 metre uzunluğundadır. Modelde 5. kata kadar kat yükseklikleri 5,30 metre,6. Kattan 11. Kata kadar 4,20 metre ve en üst katta ise 4,00 metre olup toplam bina yüksekliği 55,60 metredir. 33 Çalışmada kullanılacak yapının üç boyutlu modeli Bu noktadan sonra elemanlara ilişkin kullanılacak isimlendirme kuralları ve tartışmalar için kullanılacak elemanların konumları Şekil 3.4’te verilmektedir. Diğer taraftan asimetrik ankastre modelden “ASAM” olarak, asimetrik izolatörlü modelden “ASİM” olarak bahsedilecektir. Simetrik ankastre modelden “SAM”, simetrik izolatörlü modelden ise “SİM” olarak bahsedilecektir. Mevcut haliyle asimetrik olan gerçek yapının simetrik bir versiyonu elde edebilmek maksadıyla mevcut modelden türetilen yaklaşık olarak simetrik model Şekil 3.5’te verilmiştir. Simetrik modelin kat planı ve bu modelden kullanılacak noktaların işaretlendiği görsel ise Şekil 3.6’te verilmiştir. 34 Asimetrik sisteme ait kalıp planı üzerinde karşılaştırmaya esas teşkil eden eleman isimlendirmeleri Kullanılacak modelden türetilmiş Simetrik Model üç boyutlu görüntüsü 36 Çalışmada kullanılacak simetrik modelin kat planı ve karşılaştırma ve sonuç kısımlarında kullanılacak noktalar Bu çalışma kapsamında yapısal analiz tepki spektrumu yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu maksatla ZA, ZC ve ZE zemin sınıfı için üç farklı spektrum yeni deprem yönetmeliği (TBDY 2019) uyarınca DD2 deprem düzeyi, diğer bir ifadeyle 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan dönüş periyodu 475 yıl olan tasarım depremi ve mevcut yapının konumu kullanılarak elde edilmiştir. Bu yolla elde edilen spektrumlar Şekil 3.7’da verilmiştir. Analiz sırasında kullanılan tepki spektrumları 37 Seçilen yapılar ankastre, sürtünmeli sarkaç tip izolatör ve kurşun çekirdekli kauçuk izolatör olarak 3 farklı şekilde modellenmiştir. Yapının mevcut uygulanmakta olan halinde sürtünmeli sarkaç tip izolatörler kullanılmaktadır. Yapının mevcut hali için boyutlandırılan ve uygulanan izolatörlerin boyutlarına sadık kalınmış ve mevcuttaki boyutları ile kullanılmıştır. Kullanılan sürtünmeli tip izolatörlerin çapları 60 cm’dir. Kurşun çekirdekli izolatörlerin boyutlandırması sırasında TDBY-2019’daki koşullar göz önüne alınmış ve koşullara uyularak boyutlandırma yapılmıştır. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması sırasında kabul edilen ve hesaplanan parametreler Tablo 3.1’de verilmiştir. Asimetrik model için gerekli sınır şartları ve bu sınır koşullarının kontrolü için gerekli hesaplamalar formülleriyle ve açıklamalarıyla beraber Tablo 3.2’de ve Tablo 3.3’te verilmiştir. Çizelge 3.1. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör modellenmesinde kullanılan değerler Simge Açıklama Değer Birim Depremsiz durumda verilen yük Pk1 birleşimi altında elde edilen düşey 16970 KN kuvvet Çelik plaka ile yapışmış elastomer B 1080 mm levha çapı BL Kurşun çekirdek çapı 190 mm t Elastomer katman kalınlığı 12 mm Katsayı (kauçuk malzemenin sertlik değerinin 50,60,70 olduğu durumlarda k 0,6 sırası ile 0.75,0.6 ve0.55 değerlerini alır.) GV Elastomer malzeme kayma modülü 0,55 Mpa Yatay yüklemeden meydana gelen Ds 465 mm yatay yer değiştirme miktarı n Elastomer katman adedi 28 adet TBDY-2019 Denk. (14.2)’ye göre PK2 13363,976 KN hesaplanan yük kombinasyonu Td Tasarlanmış periyot 2,5 sn 38 Çizelge 3.2. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması için gerekli işlemler. Aranan Açıklama Formül Sonuç Birimler γc,st Depremsiz durumda 6*S*Pk1/Ar*Ec 1,989098118 n/(mm2*mpa) basınçta meydana gelen açısal şekil değiştirme Pk1 Depremsiz durumda 16970 KN verilen yük birleşimi altında elde edilen düşey kuvvet Ar Tek bir elastomer (π / 4)(B² − BL² ) 887735,5441 mm2 katmanın çelik plaka ile yapışmış, yüke maruz yüzey alanıdır. S Şekil katsayısı (dairesel S = (B^2 − BL ^2) / (4Bt) 21,80362654 ve kurşun çekirdekli elastomer mesnetler için) B Çelik plaka ile yapışmış 1080 mm elastomer levha çapı BL Kurşun çekirdek çapı 190 mm t Elastomer katman 12 mm kalınlığı Ec Elastomer yalıtım Ec = E0 (1+ 2kS2 ) 1257,251064 Mpa birimi basınç modülü E0 Kauçuk malzemenin E0=4GV 2,2 Mpa esneklik modülü k Katsayı (kauçuk 0,6 malzemenin sertlik değerinin 50,60,70 olduğu durumlarda sırası ile 0.75,0.6 ve0.55 değerlerini alır.) GV Elastomer malzeme 0,55 Mpa kayma modülü γs,st Deprem dışındaki diğer Ds / Tr 1,383928571 etkilerden dolayı oluşacak yatay yer değiştirmelerden meydana gelen açısal şekil değiştirme 39 Çizelge 3.2. Asimetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması için gerekli işlemler. (devam) Ds Yatay yüklemeden 465 mm meydana gelen yatay yer değiştirme miktarı Tr Elastomer katmanların t*n 336 mm toplam kalınlığı n Elastomer katman adedi 28 adet γr,st yalıtım birimi üst ve alt B2*Qs/2*t*Tr 0,723214286 plakaları arasındaki göreli dönmeden meydana gelen birim şekil değiştirme Qs Tasarım dönme açısı (min:0.005 0,005 rad rad) γc,E DD-1 ve DD-2 deprem hareketi 6*S*PK2/Are*Ec 3,338203948 etkisi altında oluşan basınçtan meydana gelen birim şekil değiştirme PK2 TBDY-2019 Denk.(14.2)’ye göre 1.2G+Q+-Ed 13363,976 KN hesaplanan yük kombinasyonu Are Azaltılmış alan Ar*(d-sind/p) 416563,0973 mm d 2*cos-1(D/B) 2,25137622 γs,E DD-1 ve DD-2 deprem hareketi D/Tr 0,060952381 etkisi altında oluşan yatay yer değiştirmeden meydana gelen birim şekil değiştirme DD Tasarım yer değiştirmesi tepki 20,48 mm spektrumuna göre 40 Çizelge 3.3. Asimetrik model için boyutlandırılan izolatörlerin koşullar ve sınır değerlerin kontrol tablosu Koşullar (birim şekil değiştirme) γc,st γc,st=< 3,5 veya γc,st< eb/3 1,989098 <=3,5 γc,st+γs,st+γr,st <= 5,0 4,096241 <=5,0 γc,E+γs,E+0,5*γr,st<=6,0 3,760763 <=6,0 γs,E<=2,0 0,060952 <=2,0 Sınırlar (düşey kararlılık) yatay yer değiştirme olmadığı 0,218*(Gv*B4/tTr)* Pcr durumda elastomer yalıtım (((1-BL/B)*(1-B 2/B2L )) 31337,81 KN birimlerinin burkulma yükü /(1+B 2 2L /B )) yatay yer değiştirme olduğu ' durumlarda DD-1 deprem yer P cr Pcr*(Are/A) 14705,02 KN hareketi etkisi altında elastomer yalıtım birimlerinin burkulma yükü elastomer yalıtım birimlerinin, birim Pstr şekil değiştirmeye bağlı eksenal yük 3,5*Are*Ec/6*S 14011,7 KN*mm kapasitesi Elastomer yalıtım birimlerinin yatay 291 min(Pcr,Pstr)/PK1 yer değiştirme olmadığı durumlardaki 0,825675 <=2 burkulma yükü sınırı min(Pcr,Pstr)/PK1 Elastomer yalıtım birimlerinin en büyük deprem yer hareketi düzeyinde 292 min(Pcr,Pstr)/PK2 meydana gelen yatay yer değiştirme 1,048468 <=1,1 altındaki burkulma yükü sınırı min(Pcr,Pstr)/PK2 Simetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması sırasında kabul edilen ve hesaplanan parametreler Tablo 3.4’te verilmiştir. Simetrik model model için gerekli sınır şartları ve bu sınır şartlarının kontrolü için gerekli hesaplamalar yine formülleri ve açıklamalarıyla birlikte Tablo 3.5 ve Tablo 3.6’da verilmiştir. 41 Çizelge 3.4. Simetrik model için kurşun çekirdekli izolatör modellenmesinde kullanılan değerler Parametreler simge Açıklama Değer Birim Depremsiz durumda verilen yük birleşimi Pk1 16960,81 KN altında elde edilen düşey kuvvet Çelik plaka ile yapışmış elastomer levha B 1080 mm çapı BL Kurşun çekirdek çapı 190 mm t Elastomer katman kalınlığı 12 mm Katsayı (kauçuk malzemenin sertlik k değerinin 50,60,70 olduğu durumlarda 0,6 sırası ile 0.75,0.6 ve0.55 değerlerini alır.) GV Elastomer malzeme kayma modülü 0,55 Mpa Yatay yüklemeden meydana gelen yatay Ds 465 mm yer değiştirme miktarı n Elastomer katman adedi 28 adet TBDY-2019 denk.(14.2) ye göre PK2 13318,68 KN hesaplanan yük kombinasyonu Td Tasarlanmış periyot 2,5 sn Çizelge 3.5. Simetrik model için kurşun çekirdekli izolatör boyutlandırması için gerekli işlemler. Aranan Açıklama Formül Sonuç Birimler γc,st Depremsiz durumda 6*S*P 2k1/Ar*Ec 1,988020934 N/(mm *Mpa) basınçta meydana gelen açısal şekil değiştirme Pk1 Depremsiz durumda verilen 16960,81 KN yük birleşimi altında elde edilen düşey kuvvet Ar Tek bir elastomer katmanın (π / 4)(B² − BL² ) 887735,5441 mm2 çeklik plaka ile yapışmış, yüke maruz yüzey alanıdır. S Şekil katsayısı (dairesel ve S = (B^2 − BL ^2) / 21,80362654 kurşun çekirdekli elastomer (4Bt) mesnetler için) B Çelik plaka ile yapışmış 1080 mm elastomer levha çapı BL Kurşun çekirdek çapı 190 mm t Elastomer katman kalınlığı 12 mm Ec Elastomer yalıtım birimi Ec = E0 (1+ 2kS2) 1257,251064 Mpa basınç modülü E0 Kauçuk malzemenin esneklik E0=4GV 2,2 Mpa modülü 42 Çizelge 3.5. Simetrik model için boyutlandırılan izolatörlerin koşullar ve sınır değerlerin kontrol tablosu (devam) K Katsayı (kauçuk malzemenin 0,6 sertlik değerinin 50,60,70 olduğu durumlarda sırası ile 0.75,0.6 ve0.55 değerlerini alır.) GV Elastomer malzeme kayma 0,55 Mpa modülü γs,st Deprem dışındaki diper Ds / Tr 1,383928571 etkilerden dolayı oluşacak yatay yer değiştirmelerden meydana gelen açısal şekil değiştirme Ds Yatay yüklemeden meydana 465 mm gelen yatay yer değiştirme miktarı Tr Elastomer katmanların toplam t*n 336 mm kalınlığı n Elastomer katman adedi 28 adet γr,st Yalıtım birimi üst ve alt B2*Qs/2*t*Tr 0,723214286 plakaları arasındaki göreli dönmeden meydana gelen birim şekil değiştirme Qs Tasarım dönme açısı(min:0.005 0,005 rad rad) γc,E DD-1 ve DD-2 deprem hareketi 6*S*PK2/Are*Ec 3,326889404 etkisi altında oluşan basınçtan meydana gelen birim şekil değiştirme PK2 TBDY-2019 Denk.(14.2)‘ye 1.2G+Q+-Ed 13318,68 KN göre hesaplanan yük kombinasyonu Are Azaltılmış alan Ar*(d-sind/p) 416563,0973 mm d 2*cos-1(D/B) 2,25137622 γs,E DD-1 ve DD-2 deprem D/Tr 0,060952381 hareketi etkisi altında oluşan yatay yer değiştirmeden meydana gelen birim şekil değiştirme DD Tasarım yer değiştirmesi tepki spektrumuna göre 20,48 mm 43 Çizelge 3.6. Simetrik model için boyutlandırılan izolatörlerin koşullar ve sınır değerlerin kontrol tablosu Koşullar (birim şekil değiştirme) γc,st γc,st=< 3,5 veya γc,st< eb/3 1,989098 <=3,5 γc,st+γs,st+γr,st <= 5,0 4,095163791 <=5,0 γc,E+γs,E+0,5*γr,st<=6,0 3,749448928 <=6,0 γs,E<=2,0 0,060952381 <=2,0 Sınırlar (düşey kararlılık) Yatay yer değiştirme olmadığı durumda 0,218*(Gv*B4/tTr)* P elastomer yalıtım birimlerinin burkulma (((1-BL/B)*(1-B 2/B2L )) 31337,81 KN cr yükü /(1+B 2 2L /B )) Yatay yer değiştirme olduğu durumlarda DD-1 deprem yer hareketi etkisi altında P'cr Pcr*(Are/A) 14705,02 KN elastomer yalıtım birimlerinin burkulma yükü Elastomer yalıtım birimlerinin, birim Pstr şekil değiştirmeye bağlı eksenal yük 3,5*Are*Ec/6*S 14011,7 KN*mm kapasitesi Elastomer yalıtım birimlerinin yatay yer değiştirme min(Pcr,Pstr)/PK1 olmadığı durumlardaki burkulma yükü sınırı 0,826122168 <=2 min(Pcr,Pstr)/PK1 Elastomer yalıtım birimlerinin en büyük deprem yer hareketi düzeyinde meydana gelen yatay min(Pcr,Pstr)/PK2 1,052033769 <=1,1 yerdeğiştirme altındaki burkulma yükü sınırı min(Pcr,Pstr)/PK2 Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler için idealize edilmiş kuvvet-deplasman ilişkisi Şekil.3.8’de verilmiştir. Şekilde yer alan ke ve kd değerleri sırasıyla izolatöre ait akma öncesi ve akma sonrası yatay rijitlik, Dy akma deplasmanı, Fy akma kuvveti, D maksimum izolatör deplasmanı, F maksimum izolatör kuvveti ve keff izolatöre ait etkin rijitlik olarak tanımlanmaktadır. Akma öncesi rijitlik ke, elastik davranışın sergilendiği düşük seviyedeki sismik hareketlerde ve rüzgar yüklemelerinde belirleyici olmaktadır. Tez süresince oluşturulan modeller üzerinde tepki spekturum analizi yapılmıştır. Bu sebeple analizler sırasında taban izolasyon sistemlerinin nonlineer değil lineer özellikleri ile hesaplamalar yapılmıştır. Etkin rijitlik (keff) hesap yöntemi Denklem 3.1 de verilmiştir. 44 Denklemde kullanılan Pk1 ve TD değerleri asimetrik ve simetrik durumlar için sırasıyla Çizelge 3.1 ve Çizelge 3.4’te verilmiştir. Keff=(Pk1/g) * (2π/TD)2 (3.1) Kurşun çekirdekli kauçuk izolatöre ait bilineer kuvvet deplasman eğrisi Kurşun çekirdekli izolatörlerin sönüm oranları: Kurşun çekirdekli izolatör sönüm oranı TBDY-2019’da Denklem 3.2’deki formül ile hesaplanmaktadır. Beff = (1/2π) * [Wd / (F * D)] (3.2) Denklem 3.2’de ki Wd simgesi bir döngüdeki enerji sönümleme miktarıdır kurşun çekirdekli bir model için Denklem 3.3’teki formül ile hesaplanmaktadır. 45 Wd = 4 * (Ap * Typ) * (D - Dy) (3.3) Denklem 3.3’te Ap kurşun çekirdek alanı Typ ise kurşun çekirdek sabitidir. Çizelge 3.1 ve çizelge 3.4’te verilmiş olan değerler ile Denklem 3.4 çözüldüğünde hem asimetrik hem de simetrik modeller için Be=%24,031 sonucuna ulaşılmaktadır. Tepki spektrum analizleri SAP 2000 paket programında yapılmıştır. Tepki spektrum analizinde yükleme lineer olması nedeniyle program deprem izolatörünün de lineer etkiler altındaki sönüm oranını kullanmaktadır. Bu durumda bir döngüdeki sönüm oranı Wd , Denklem 3.4’te verilen formül ile hesaplanabilir. Wd = π * η * k * D2 (3.4) Denklem 3.3 ve Denklem 3.4 birlikte çözüldüğünde etkin sönüm oranının formülü Denklem 3.5’teki şeklini alır. Beff = (η * k * D)/(2 * F) (3.5) η değeri malzemeye has bir sabittir ve malzemenin viskoz sönümleme oranının iki katına eşittir. Kauçuk için viskoz sönümleme oranı 1988 yılında Cremer ve Heckl tarafından standart koşullar altında 0,05 olarak belirlenmiştir. Bu durum Denklem 3.4’e uygulandığında etkin sönümleme oranının kauçuk izolatörler için en sade formülü denklem 3.5’te verilmiştir. Beff= (0,05 * k * D) / (F) (3.5) Analiz sonucunda oluşan yer değiştirme ve kuvvetlere göre etkin sönümler hesaplandığında sönüm oranları %4,86 ila %5,19 arasında değerler almaktadır. Bu 46 çalışmada uygulamadan birebir alınan örnekler nedeniyle projenin maruz kaldığı tasarım yükleri açısından kapasitesinin oldukça altında zorlandığından bahsetmek doğru olacaktır. Ankastre durumda dahi kolonların ortalama olarak kesme kapasiteleri açısından %20 oranında çalışıyor olması gösterilebilir. Sonuçlar doğrultusunda görülmüştür ki çalışma yapılan modelde, deprem izolatörlerindeki ortalama %5 oranında bir sönüm katkısı sağlamaktadırlar. 47 4. BULGULAR Literatür araştırmasından elde edilen bilgilere ek olarak genel kanı taban izolasyonlu yapıların deprem davranışlarını önemli ölçüde değiştirdiğidir. Ancak söz konusu etkinin değişimine ilişkin belirli bir aralık vermek mümkün görülmediğinden yapı davranışını etkileyen parametrelere, depremin niteliğine ve temel-zemin sisteminin yapı ile olan etkileşimine bağlı olarak bu etkinin değişimi yorumlanmalıdır. Bu nedenle etkinin sabit bir oranla deprem etkilerini azaltmadığı aynı modelde bile farklı deprem etkileri altında farklı sonuçlar verebildiği söylenebilir. Bir örnek vermek gerekirse bu oranlar %30’lardan 11 kata kadar değiştiği literatürdeki birtakım örneklerden söylenebilir. Bu çalışmada bir önceki bölümde ifade edilen yapı sistemleri farklı zemin koşullarında simetri ve asimetri gözetilerek iki farklı taban izolasyon sistemi için analiz edilmiştir. Söz konusu bu parametreler ışığında karşılaştırmaların yapılabilmesi için elastik tasarım spektrumlarından faydalanılarak tepki spektrumu analizi gerçekleştirilmiştir. Doğrudan elastik tepkiler açısından yapılan bu karşılaştırmalar moment, kesme kuvveti, kat yer değiştirmeleri ve göreli ötelemeler cinsinden takip eden bölümlerde verilmektedir. Yer değiştirmeler dışındaki tüm karşılaştırmalarda farkların daha iyi görülebilmesi maksadıyla normalleştirmeler üzerinden grafikler sunulmaktadır. Çalışmada dikkate alınan simetri açısından 2, mesnetlenme açısından 3, zemin durumu açısından ise yine 3 farklı durum olduğundan toplamda farklı mesnetleme ve 3 farklı zemin sınıfı üzerinde çalışma yapıldığı için dikkate alınan her bir model bir kısaltma ile ifade edilmiştir. Bu kısaltmalar Tablo 4.1’de verilmektedir. Diğer taraftan asimetrik modelde bulunan daha düşük rijitliğe sahip olan taraf (A aksı) için ROTA (rijit olmayan taraf), daha rijit davranış gösteren (J aksı) taraf için ise RİTA (rijit taraf) kısaltması kullanılmaktadır. 48 Çizelge 4.1. Modeller için kullanılan kısaltmalar MODEL MESNET TİPİ ZEMİN SINIFI KISALTMA Asimetrik Ankastre ZA zemin sınıfı ASAZA Asimetrik Ankastre ZC zemin sınıfı ASAZC Asimetrik Ankastre ZE zemin sınıfı ASAZE Asimetrik Sürtünme Sarkaç Tip İzolatör ZA zemin sınıfı ASİZA Asimetrik Sürtünme Sarkaç Tip İzolatör ZC zemin sınıfı ASİZC Asimetrik Sürtünme Sarkaç Tip İzolatör ZE zemin sınıfı ASİZE Asimetrik Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör ZA zemin sınıfı ASİMKİZA Asimetrik Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör ZC zemin sınıfı ASİMKİZCE Asimetrik Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör ZE zemin sınıfı ASİMKİZE Simetrik Ankastre ZA zemin sınıfı SAZA Simetrik Ankastre ZC zemin sınıfı SAZCE Simetrik Ankastre ZE zemin sınıfı SAZE Simetrik Sürtünme Sarkaç Tip İzolatör ZA zemin sınıfı SİZA Simetrik Sürtünme Sarkaç Tip İzolatör ZC zemin sınıfı SİZC Simetrik Sürtünme Sarkaç Tip İzolatör ZE zemin sınıfı SİZE Simetrik Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör ZA zemin sınıfı SİMKİZA Simetrik Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör ZC zemin sınıfı SİMKİZCE Simetrik Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör ZE zemin sınıfı SİMKİZE Bu çalışmada kullanılan modellerin periyotları ve katılım oranları incelendiğinde ankastre modellerde yüksek modların katılım oranlarının taban izolasyonlu iki modele göre de daha yüksek olduğu görülmüştür. Taban izolasyonlu modellerde ilk modların katılım oranları %90’nın üzerindeyken ankastre modellerde bu oran %55 ortalamasındadır (Çizelge 4.2). Şekil 4.1’de verilen periyotların spektrum üzerine eklenmiş halinde de görülebileceği gibi yüksek modların yüksek katılım oranları ankastre modele etkiyen deprem yüklerini azaltacaktır. Bu sebeple bu çalışmada kullanılan modellerde taban izolasyonu etkileri düşük seviyelerde kalabileceği öngörülmüştür. 49 Çizelge.4.2. Modellerin periyotları ve katılım oranları X yönü Y yönü ROT Z ASAZ T(periyot) 0,880187 1,102048 0,689732 %(katılım oranı) %65 %55 %0,00006919 ASİZ T(periyot) 2,111805 2,182603 1,993365 %(katılım oranı) %88 %85 %0,00006014 ASİMKİZ T(periyot) 1,458602 1,602384 1,259105 %(katılım oranı) %92 %72 %0,0001596 SAZ T(periyot) 0,743819 0,855369 0,603634 %(katılım oranı) %51 %70 %3,695E-17 SİZ T(periyot) 2,0700218 2,109194 1,979421 %(katılım oranı) %89 %98 %3,29E-11 SİMKİZ T(periyot) 1,420976 1,479376 1,253703 %(katılım oranı) %96 %95 %1,77E-8 1,2 ZA zemin sınıfı 1 ZC zemin sınıfı 0,8 ZE zemin sınıfı Tx(ASAZ) 0,6 Tx(ASİZ) 0,4 Tx(ASİMKİZ) 0,2 Tx(SAZ) 0 Tx(SİZ) 0 0,5 1 1,5 Süre(sn)2 2,5 3 Tx(SİMKİZ) 1,2 ZA zemin sınıfı 1 ZC zemin sınıfı 0,8 ZE zemin sınıfı Ty(ASAZ) 0,6 Ty(ASİZ) 0,4 Ty(ASİMKİZ) 0,2 Ty(SAZ) 0 Ty(SİZ) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Süre(sn) Ty(SİMKİZ) Şekil 4.1. Zemin sınıflarına göre tepki spektrumları ve model periyotları 50 İvme İvme Yapı kat kesmeleri karşılaştırıldığında kat kesmeler arasındaki farklılıkların periyotlar arasındaki farklılıklarla aynı oranda olduğu görülmüştür. Kat kesmeleri yapının simetrik ya da asimetrik oluşuyla bağlantılı değil yapının periyodu ve kütlesi ile bağlantılı olduğu tekrardan görülmüştür. Mesnetlenme farklılıklarında da yine yapı periyodundaki artış ile orantılı bir azalma görülmüştür (Şekil4.2). Yapıdaki asimetriklik kat kesme kuvvetlerini değiştirmezken kat içindeki elemanların iç kuvvetlerinde büyük değişikliklere yol açacağı ön görülmektedir. Bunun nedeni rijit tarafta bulunan noktalarda burulmanın hareketi kısıtlamasıdır. ASAZE_X ASİMKİZE_X ASİZE_X ASAZA_X ASAZC_X ASAZE_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 5000 10000 15000 20000 25000 FX (KN) FX (KN) a) Mesnetlenmeye göre b) Zemin sınıfına göre ASAZE_X SAZE_X ASİZE_X SİZE_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 FX (KN) FX (KN) c) Ankastre modeller simetriye göre d) Sürtünme tip izolatörlü modeller simetriye göre Şekil 4.2. Çeşitli kat kesme kuvveti karşılaştırmaları 51 KAT KAT 4.1. Yapı Simetrisinin Davranış Üzerindeki Etkilerinin Karşılaştırılması Bu karşılaştırmada zemin sınıfı ve deprem doğrultuları sabit kabul edilmiştir ve model analiz sonuçları bu sabitlere göre gruplandırılmıştır. Karşılaştırmalar sırasında izolatördeki büyük yer değiştirmelerin karşılaştırmayı zorlaştırmaması için izolatörlü modellerde izolatör seviyesine göre rölatif yer değiştirmeler karşılaştırmaya dahil edilmiştir. ZA zemin sınıfı, X doğrultusu deprem kuvvetlerinden kısaca ZA-X benzer şekilde Y doğrultusu için ise ZA-Y olarak bahsedilecektir. ZA-X için ankastre model yer değiştirmelerinde simetriden dolayı ortalama 8 kat artış görülebilmektedir. Her iki izolatör tipi için yapılan değerlendirmelerde ise benzer etkiler gözlemlenmektedir. Modeller asimetrik yapıda simetrik yapıya göre üst katlara doğru göreli kat ötelenmesinin artmasına neden olmaktadır. Y yönü için ise ankastre modelde RİTA da fark 12 kat iken ROTA da fark 2 kata kadar inmiştir. Taban izolasyonlu modellerde ise RİTA da fark 3 kat, ROTA’da fark 4 kattır. Örnek karşılaştırma grafikleri Şekil 4.3’de verilmiştir. Simetrik ve asimetrik yapılarda ankastre modelde kesme kuvveti artış %40 oranındadır. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde %30, sürtünme tip izolatörlü modelde ise 3 kata kadar bu oran ulaşmaktadır. Kesme kuvvetleri Y doğrultusu için irdelendiğinde RİTA bölgesinde %15, ROTA bölgesinde ortalama 2,5 kat artmıştır. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde ise RİTA’da %10, ROTA’da ise ortalama 2,5 kat artmıştır. Örnek grafik Şekil 4.4’te verilmiştir. Sürtünme tip izolatörlü modelde ROTA bölgesindeki A-2 kolonunda en alt katta asimetrik modelin simetrik modelden daha düşük moment tepkilerine sahip olduğu görülmüştür. (Şekil 4.3) Ankastre modelde moment artış oranı ortalama %30 olarak gerçekleşirken, RİTA da oran %10 olarak gerçekleşmektedir. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde moment artış oranı ROTA da zemin katta %94 azalmış, en üst katta ise fark %5 olarak gerçekleşmektedir. RİTA’da ise ortalama fark %30 oranındadır. Sürtünme tip izolatörlü modelde RİTA da 2 kat, ROTA’da ise 3 kat artış görülmüştür. Moment değerleri için örnekler Şekil. 4.5’te verilmiştir. ZA zemin sınıfı, X doğrultusunda hem ankastre hem de taban izolasyonlu modelde simetrik yapılarda göreli kat ötelenmeleri asimetrik yapıya göre daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapmıştır (Şekil 4.6). Ancak özellikle taban izolasyonlu modellerde göreli 52 kat ötelenmelerinin katlar arasında çok ufak değerlerde değiştiği gözlenmektedir. Bu simetrik modellerin çok daha küçük burulma değerlerine maruz kaldığını göstermektedir. Y doğrultusunda ROTA’da simetrik model 3 kat daha küçük göreli kat ötelenmeleri yaptığı gözlemlenmiştir. RİTA’da ise burulmanın etkisi ile simetrik modeller ortalama 4 kat daha büyük göreli kat ötelenmesi yapmıştır. Burada burulma etkisi ile asimetrik modelde RİTA’da bulunan noktaların hareketinin kısıtlandığı ve daha büyük iç kuvvetler oluşturacakları sonucuna ulaşılmıştır. 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 ASAZA_j1 u1 2 ASİZA_j1 u1 2 ASİMKİZA_j1 u1 SAZA_j1 u1 SİZA_j1 u1 0 0 0 SİMKİZA_j1_U1 0 10 20U1 3(M0 M)40 50 0 10 20U1(3M0M) 40 50 0 10 20U1(3M0M) 40 50 (a) X doğrultusu 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 ASAZA_j1 u2 2 ASİZA_j1 u2 2 ASİMKİZA_j1 u2 SAZA_j1_u2 SİZA_j1 u2 SİMKİZA_J1_U2 0 0 0 0 10 20U2(3M0M) 40 50 0 10 20U2(3M0M) 40 50 0 10 20U2(3M0M) 40 50 (b) Y doğrultusu Şekil 4.3. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu deprem kuvvetleri altında yer değiştirme değerleri 53 KAT KAT ASAZA_A2_max ASİMKİZA_A2_max ASİZA_A2_max SAZA_A2_max SİMKİZA_A2_max SİZA_A2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Fx/Fmax Fx/Fmax Fx/Fmax (a) X doğrultusu ASAZ A_A2_max ASİMKİZA_A2_max ASİZA_A2_max SAZA_A2_max 12 SİMKİZA_A2_max SİZA_A2_max 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 Fy/Fmax -0,5 0 0,5 1 -0,5 0 0,5 1Fy/Fmax Fy/Fmax (b) Y doğrultusu Şekil 4.4. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu için normalleştirilmiş kesme kuvvetleri değerleri 54 KAT KAT ASAZA_A2_max ASİMKİZA_A2_max ASİZA_A2_max SAZA_A2_max SİMKİZA_A2_max 12 12 SİZA_A2_max12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Mx/Mmax Mx/Mmax Mx/Mmax (a) X doğrultusu ASAZA_A2_max ASİMKİZA_A2_max ASİZA_A2_max SAZA_A2_max SİMKİZA_A2_max ASİZA_A2_min 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 My/Mmax My/Mmax My/Mmax (b) Y doğrultusu Şekil 4.5. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu moment tepkileri 55 KAT KAT SAZA_A2_X ASAZA_A2_X SİZA_A2_X ASİZA_A2_X SİMKİZA_J2_X ASİMKİZA_J2_X 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 10-3 0 0,1 0,2 0 0,05 0,1 0,15 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 Di(mm/m) Di(m/m) Di(m/m) (a) X doğrultusu SAZA_A2_Y ASAZA_A2_Y SAZA_J2_Y ASAZA_J2_Y SİZA_J2_Y ASİZA_J2_Y 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 10-3 0 0,5 1 0 0,1 0,2 0 0,05 0,1 Di(m/m) Di(m/m) Di(m/m) (b) Y doğrultusu Şekil 4.6. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu göreli kat ötelenmeleri Y doğrultusu için ankastre modellerde momentlerin değişimi ortalama %25 oranında olmuştur. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde zemin katlarda %80 en üst katta ise %5’lik bir artış olmuştur. Sürtünme tip izolatörlü modelde zemin katlarda %60 en üst katta ise %20’lik artış görülmüştür (Şekil 4.4). 56 KAT KAT Burulma düzensizlik katsayısı taban izolasyonlu modellerin her ikisinde de simetrik modelde asimetriğe göre daha düşük sonuçlar vermiştir. Ankastre model ZA zemin sınıfında asimetrik ve simetrik yapılarda X doğrultuşumda herhangi bir dış merkezliliğin olmaması nedeniyle benzer sonuçlar verirken Y için dış merkezliğin varlığı nedeniyle birbirinden farklı sonuçlar üretmektedir. Diğer taraftan taban izolasyonlu her iki modelde de X doğrultusunda burulma düzensizliğinin etkileri ankastre modelden farklı olarak gözlemlenmektedir. Bu durum söz konusu sistemlerde yer değiştirmelerin önemli miktarda azalmalarına bağlı olarak katlar arası farklıklarda oranın aynı oranda azalması ile ilişkilendirilebilir. Y yönündeki deprem kuvvetleri etkisindeki tepki incelendiğinde, simetrik modellerin 1 değerine çok yakınsadığı görülürken, asimetrik durumda ise her üç modelde burulma düzensizliği sınır değerleri üzerinde sonuçlar birbirlerine oldukça yakın gerçekleşmektedir. Burulma düzensizliği katsayıları karşılaştırma grafikleri Şekil 4.7’te verilmiştir. ZE-X için yer değiştirmeler incelendiğinde asimetrik ankastre modelde RİTA bölgesinde 2 kat, ROTA bölgesinde %60 oranında artış oranı görülmüştür. Bu durum ZA-X ile karşılaştırıldığında oranların birbirinden oldukça farklı oldukları görülmektedir. Her iki taban izolasyonlu modelde de kolonlarda sadece orta katlarda ortalama %20’lik bir artış gözlemlenmektedir. Perdelerde ise artış oranı ortalama %25’tir. ZE-Y’de ankastre model için simetrik modeller ile asimetrik modeller arasındaki yer değiştirme oranı ortalama olarak %70 dolaylarında gerçekleşmektedir. Sürtünme tipi modelde ROTA’da artış oranı %60 iken RİTA’da 7 kat olmuştur. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde ise ROTA’da artış oranı 2,5 kat, RİTA’da artış oranı %50’dir. Örnek yer değiştirme karşılaştırma grafikleri Şekil 4.8’te verilmiştir. Göreli kat ötelenmeleri ZE zemin sınıfı, X doğrultusunda karşılaştırıldığında özellikle üst katlara doğru simetrik ve asimetrik modeller arasındaki farkın azaldığı, taban izolasyonlu modellerde ise asimetrik durumun daha küçük göreli kat ötelenmeleri yaptığı görülmüştür. Taban izolasyonlu modellerin ankastre modele göre ortalama %50 daha az göreli kat ötelenmeleri yaptığı görülmektedir. (Şekil.4.5) Y doğrultusunda asimetrik ankastre modelin ROTA orta katlarında çok büyük göreli kat ötelenmesi değişimleri gösterdiği gözlemlenmiştir. Ancak ZA zemin sınıfında gözlemlenen ROTA’da simetrik modelin daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapması durumu ZE zemin sınıfında oluşmamıştır. Bunun nedeni spektrumlar ve ilk mod katılım oranları arasındaki ilişkidir. 57 ASAZA_eqX nbi SAZA_eqX nbi ASİZA_eqX nbi SİZA_eqX nbi ASİMKİZA_X nbi SİMKİZA_X nbi 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 1,00 1,50 2,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 1,00 1,50 2,00 2,50ƞbi (a)X doğrultusu ASAZA_eqY nbi SAZA_eqY nbi ASİZA_eqY nbi SİZA_eqY nbi ASİMKİZA_Y nbi SİMKİZA_Y nbi 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 ƞbi 1,00 1,50 2,00 2,50 1,00 1,50 2,00 2,50 1,00 1,50 2,00 2,50 (b) Y do ğrultusu Şekil 4.7. ZA zemin sınıfına göre X ve Y doğrultusu için burulma düzensizliği kat sayıları 58 KAT KAT 12 1 12 2 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 ASAZE_j1 u1 2 ASİZE_J1_U1 2 ASİMKİZE_j1 u1 SAZE_j1 u1 SİZE_j1 u1 SİMKİZE_j1_U1 0 0 0 0 100 200 300 0 100 200 0 100 200 U1(MM) U1(MM) U1(MM) 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 SAZE_j1 u2 2 ASİZE_A1_U2 2 ASİMKİZE_j1 u2 ASAZE_j1 u2 SİZE_A1 u2 SİMKİZE_J1_U2 0 0 0 0 100 200 300 0 100 200 0 100 200 U2(MM) U2(MM) U2(MM) Şekil 4.8. ZE zemin sınıfı, X ve Y doğrultusu deprem kuvvetleri altında yer değiştirme değerleri ZE-X çözümlemesi için kesme kuvvetleri ankastre modelde ROTA da orta katlarda 2 kat artış, RİTA’da ise artış oranı ortalama %15 düzeyinde kalmaktadır. Her iki izolatör tipli modelde de artış oranları ankastre model ile aynı olmuştur. Sürtünme tip sarkaç izolatörlü modelde ROTA’da artış oranı %60 iken RİTA’da 7 kat olmuştur. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde ise ROTA’da artış oranı 2,5 kat, RİTA’da artış oranı %50dir.(Şekil 4.9) 59 (b) Y doğrultusu (a) X doğrultusu KAT KAT Kesme kuvvetleri Y yönü deprem kuvvetleri altında ankastre modellerde ROTA’da 2kat artış RİTA da %20’lik artış olmuştur. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde de ankastre model ile aynı sonuçlara ulaşılmıştır. Örnek karşılaştırma grafikleri Şekil. 4.9’de verilmiştir. ASAZE_A2_max ASİMKİZE_A2_max ASİZe_A2_max SAZE_A2_max SİMKİZE_A2_max SİZe_A2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Fx/Fmax Fx/Fmax Fx/Fmax ASAZE_A2_max ASİMKİZE_A2_max ASİZE_A2_min SAZE_A2_max 12 SİMKİZE_A2_max SİZE_A2_min12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 -1 -0,5 0 0,5 Fy/Fmax Fy/Fmax Fy/Fmax Şekil 4.9. ZE zemin sınıfı X ve Y doğrultusu için kesme kuvveti karşılaştırmaları Moment karşılaştırmasında her üç durumda da ROTA’da ortalama 2 kat arttığı söylenebilir. RİTA’da ise artış oranı ortalama %10 mertebesindedir. Moment değerleri Y yönü deprem kuvvetleri altında her üç tip model içinde RİTA da ortalama %15’lik bir değişim göstermiştir. ROTA’da ise oran ortalama 2 kattır. Sadece sürtünme tip izolatörlü modelin ROTA’da %20 oranında gerçekleştiği görülmektedir. Örnek karşılaştırma grafikleri Şekil.4.10’da verilmiştir. 60 (b) Y doğrultusu (a) X doğrultusu KAT KAT ASAZE_A2_max ASAZE_J2_min ASİZE_A2_max SAZE _A2_max SAZ E_J2_MİN12 12 12 SİZE _A2_max 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 -1 -0,5 0 0 0,5 1 Mx/Mmax Mx/Mmax Mx/Mmax ASAZE_A2_max ASİMKİZE_A2_max ASİZE_A2_max 12 SAZE_A2_max SİMKİZE_A2_max SİZE_A2_max12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 My/Mmax My/Mmax My/Mmax Şekil 4.10. ZE zemin sınıfı, X ve Y doğrultusu deprem kuvvetleri altında moment değerleri Burulma düzensizliği bulunan tek model kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modeldir. Simetrik ve izolatörlü modeller düşük burulma katsayılarına sahiptir. Asimetrik ve izolatörlü modellerde ise oranlar unlineerdir. ZE-Y’de simetrik yapı burulma düzensizliği katsayısında her iki izolatörlü model de burulmaya hiç maruz kalmamıştır. Asimetrik ve izolatörlü modeller ise ilk katları dışında bütün katlarda burulma düzensizliği katsayısı ƞbi sınır değerini geçmiştir. Ankastre yapı ise hem simetrik hem de asimetrik modelde 61 (b) Y doğrultusu (a) X doğrultusu KAT KAT bütün katlarda burulma düzensizliği katsayısı ƞbi sınırı olan 1,2’nin üzerinde kalmıştır. Karşılaştırma grafikleri Şekil 4.11’da verilmiştir. Göreli kat ötelenmeleri ZE zemin sınıfı, X doğrultusunda karşılaştırıldığında özellikle üst katlara doğru simetrik ve asimetrik modeller arasındaki farkın azaldığı, taban izolasyonlu modellerde ise asimetrik durumun daha küçük göreli kat ötelenmeleri yaptığı görülmüştür. Taban izolasyonlu modellerin ankastre modele göre ortalama %50 daha az göreli kat ötelenmeleri yaptığı görülmektedir. (Şekil.4.12) Y doğrultusunda asimetrik ankastre modelin ROTA orta katlarında çok büyük göreli kat ötelenmesi değişimleri gösterdiği gözlemlenmiştir. Ancak ZA zemin sınıfında gözlemlenen ROTA’da simetrik modelin daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapması durumu ZE zemin sınıfında oluşmamıştır. Bunun nedeni spektrumlar ve ilk mod katılım oranları arasındaki ilişkidir. ASAZE_X nbi SAZE_X nbi ASİZE_eqX nbi SİZE_eqX nbi ASİMKİZE_X nbi SİMKİZE_X nbi 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 ƞbi 0 0 0 0,00 1,00 2,00 0,00 1,00 2,00 0,00 1,00 2,00 SAZE_X nbi ASAZE_Y nbi ASİZE_eqY nbi SİZE_eqY nbi ASİMKİZE_Y nbi SİMKİZE_Y nbi 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 ƞbi 0,00 1,00 2,00 0,00 1,00 2,00 0,00 1,00 2,00 Şekil 4.11. ZE zemin sınıfı, X doğrultusu deprem kuvvetleri altında burulma düzensizliği katsayısı ƞbi 62 (b) Y doğrultusu (a) X doğrultusu KAT KAT SAZE_A2_X ASAZE_A2_X SİZE_A2_X ASİZE_A2_X SİMKİZE_J2_X ASİMKİZE_J2_X 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 10-3 0 0 0 0 0,5 1 1,5 0 0,2 0,4 0,6 0 0,2 0,4 0,6 Di(mm/m) Di(m/m) Di(m/m) (a) X doğrultusu SAZE_J2_Y ASAZE_J2_Y SİZE_J2_Y ASİZE_J2_Y SİMKİZE_A2_Y ASİMKİZE_A2_Y 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 -3 0 0 0 10 0 1 2 0 0,2 0,4 0,6 0 0,5 1 1,5 Di(mm/m) Di(m/m) Di(m/m) (b) Y doğrultusu Şekil 4.12. ZE zemin sınıfı, X doğrultusu deprem kuvvetleri altında göreli kat ötelenme değerleri 4.2. Taban İzolasyonlu Sistemler ile Ankastre Durumun Karşılaştırılması Bu çalışmada dikkate alınan 2 farklı taban izolasyon sistemi ile ankastre model arasındaki karşılaştırmalar bu başlık altında sunulmaktadır. 4.2.1. Asimetrik modellerde taban izolasyon sistemi tipinin etkisi Asimetrik ve ZA zemin sınıfında analiz edilen modeller X yönündeki deprem etkileri altında yer değiştirmeler açısından karşılaştırıldığında RİTA’da izolatörlü modellerin 63 KAT KAT aynı sonuçları verdiği, ankastre modelin ise ortalama 2 kat daha büyük tepkiler ürettiği söylenebilir (Şekil 4.13). ROTA’da ise izolatörlü iki modelde de ilk katlarda ankastre modele göre daha büyük yer değiştirme değerleri hesaplanırken üst katlara doğru negatif göreli kat ötelenmesi yaparak en üst katta ankastre modele göre daha düşük yer değiştirmeler hesaplanmaktadır. 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 ASAZA_J1 U1 2 ASAZA_J34 U1 ASİZA_j1 u1 ASİZA_j34 u1 ASİMKİZA_j1 u1 0 0 ASİMKİZA_j34 u1 0 10 20 30 0 10 20 30 U1(MM) U1(MM) Şekil 4.13. RİTA için yer değiştirme değişimleri Y yönündeki deprem etkileri altında ROTA’da yer değiştirme farkları %10 oranında olmuştur. RİTA’da ise ankastre sistem izolatörlü sistemlere göre en üst katta ortalama 3 kat daha fazla yer değiştirme yaptığı görülmektedir (Şekil4.14). İzolatörlü sistemler kendi içinde karşılaştırıldığında ise sürtünme tip izolatörün diğer izolatör sistemine göre ortalama %10 daha az yer değiştirme yaptığı, bu sistemler için söylenebilir. ZE zemin sınıfı X doğrultusu deprem kuvvetleri altındaki yer değiştirmeler karşılaştırıldığında ankastre model beklendiği gibi en büyük yer değiştirmeleri yapan modeldir. İzolatörlü modeller arasındaki yer değiştirme farkları %1 düzeyindedir. Ankastre model ile izolatörlü modeller arasındaki fark ise %15 oranındadır. Y yönündeki deprem etkileri altında Sürtünme tip izolatörlü model kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modele göre RİTA’da %80 daha az yer değiştirmeler yapmıştır. Ankastre modele göre ise %85 daha düşük yer değiştirme değerleri elde edilmiştir. Diğer taraftan ankastre model, kurşun 64 KAT çekirdekli kauçuk izolatörlü model ile karşılaştırıldığında %40 daha büyük yer değiştirme değerleri elde edilmektedir. ROTA’da en büyük yer değiştirmeleri kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde elde edilirken, ankastre modelden ortalama %20, sürtünmeli tip izolatörlü modelden 4kat daha büyük yer değiştirmeler yapmıştır. 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 ASİZE_J1_U2 2 ASAZA_A4 U2 ASAZE_j1 u2 ASİZA_A4 u2 ASİMKİZE_j1 u2 0 0 ASİMKİZA_A4 u2 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 U2(MM) U2(MM) Şekil 4.14. Y doğrultusu için ROTA ve RİTA için karşılaştırmalar Kesme kuvvetleri incelendiğinde ZA zemin sınıfı X yönündeki deprem kuvvetleri altında ilk katta ankastre sistemin daha küçük tepkiler aldığı gözlemlenirken üst katlarda ise izolatörlü sistemlerin kesmelerinin azaldığı görülmektedir. Diğer taraftan kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü sistem, sürtünme tip izolatörlü sisteme göre %10 daha düşük değerler vermiştir. Y yönündeki deprem etkileri altında ise en düşük değerleri sürtünme tip izolatörlü sistemde elde edilmektedir. Ankastre sistem ile arasındaki fark oranı %45’tir. ZE zemin sınıfı X yönündeki deprem kuvvetleri altında izolatörlü modeller arasında %5’lik bir fark olmuştur. Ankastre modelde izolatörlü sistemlere göre ortalama %20 oranında artış görülmüştür. Y yönündeki deprem kuvvetleri altında en yüksek kesme kuvveti değerleri her durumda ankastre modelde gerçekleşmiştir. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modelde ankastre modele göre %15, sürünme tip izolatörlü modelde %50 daha az kesme kuvveti tepkileri elde edilmektedir. Kesme kuvvetleri örnek grafikleri Şekil 4.15’te verilmiştir. 65 KAT ASAZA_A1_max ASAZA_A2_max ASAZA_A2_max ASİMKİZA_A1_max ASİMKİZA_A2_max ASİMKİZA_A2_max ASİZA_A1_max ASİZA_A2_max ASİZA_A2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Fx/Fmax Fx/Fmax Fy/Fmax (a) ZA z emin sınıfı ASAZE_A1_max ASAZE_A2_max ASAZE_J2_max ASİMKİZE_A1_max ASİMKİZE_A2_max ASİMKİZE_J2_max ASİZE_A1_max ASİZE_A2_max ASİZE_J2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Fy/Fmax Fy/Fmax Fy/Fmax (b) ZE zemin sınıfı Şekil 4.15. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarındaki kesme kuvveti değerleri Moment değerlerinin de ZA zemin sınıfı X yönünde deprem etkileri altında ilk katlarda en büyük moment tepkileri izolatörlü sistemlerde elde edilmektedir. En üst katlarda sistemler arasındaki moment farkları %10’dan daha düşük gerçekleşmektedir. ZE zemin sınıfı X yönündeki deprem kuvvetleri altında ilk katlarda ankastre modelde en küçük değeri üretmektedir. Üst katlarda ise ankastre modelde izolatörlü modellere göre %35 daha büyük moment değerleri elde edilmektedir. Y yönündeki deprem kuvvetleri altında 66 KAT KAT en düşük değerleri sürtünme tip izolatörlü model vermektedir. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü model %25, ankastre modelde %40 daha büyük moment değerleri elde edilmektedir. Örnek moment değerleri karşılaştırma grafikleri Şekil 4.16’da verilmektedir. ASAZA_A1_max ASAZA_A2_max ASAZA_A1_max ASİMKİZA_A1_max ASİMKİZA_A2_max ASİMKİZA_A1_max 12 ASİZA_A1_max ASİZA_A2_max ASİZA_A1_max 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 M0x,/5Mmax 1 0 0 0,5 1Mx0/,M5max 1 My/Mmax (a) ZA zemin sınıfı ASAZE_A1_max ASAZE_A1_max ASAZE_A2_max ASİMKİZE_A1_max ASİMKİZE_A1_max ASİMKİZE_A2_max ASİZE_A1_max ASİZE_A1_max ASİZE_A2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 My0/,M5max 1 0 My0/,5 1Mx/Mmax Mmax (b) ZE zemin sınıfı Şekil 4.16. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarına göre moment değerleri Burulma düzensizliği katsayıları karşılaştırıldığında ZA zemin sınıfı X doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında en iyi değerleri ankastre sistem üretirken, sürtünmeli sarkaç izolatörlü modelde ise üst katlarda oldukça büyük değerlerin elde edildiği görülmektedir (Şekil 4.17). Y doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında da ankastre sistemin değerleri 67 KAT KAT yine benzer şekilde daha düşük gerçekleşmektedir. İstisnasız tüm modeller oldukça büyük burulma düzensizliklerine maruz kalırken, en yüksek değerler sürtünmeli sarkaç izolatörlü modelde gözlemlenmekte ve kabul edilebilir sınırların ötesine geçilmektedir. ZE zemin sınıfı X yönündeki deprem kuvvetleri altında sadece ASİMKİZE modelinin 1. Katı burulma düzensizliği katsayısı ƞbi sınır değeri 1,2’yi aşmıştır. Y yönündeki deprem kuvvetleri altında bütün modellerin bütün katları burulma düzensizliği katsayısı ƞbi sınır değerini aşmıştır. 12 ASAZA_eqX nbi ASİZA_eqX nbi 12 ASAZA_eqY nbi ASİZA_eqY nbi 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0,00 2,00 4,00 6,00 0,00 1,00 2,00 3,00 (a) ZA zemin sınıfı ASAZE_X nbi ASİZE_eqX nbi ASİMKİZE_X nbi 12ASAZE_Y nbi ASİZE_eqY nbi ASİMKİZE_Y nbi12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 1,00 1,50 2,00 1,00 1,50 2,00 (b) ZE zemin sınıfı Şekil 4.17. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarında burulma düzensizliği kat sayıları Göreli kat ötelenmeleri asimetrik modellerde ZA zemin sınıfında karşılaştırıldığında hem X hem de Y doğrultusunda ilk katlarda ankastre model taban izolasyonlu modellere göre daha düşük değerler verse de ikinci katlardan sonra taban izolasyonlu modellere göre 68 KAT KAT daha büyük göreli kat ötelenmleri yapmıştır. Aynı durumda ZE zemin sınıfında ise ankastre modelin değerlerinde ortalama 10 kat artış görülmektedir. Ancak ankstre ve taban izolasyonlu modeller arasındaki davranış farkı ZA zemin sınıfı ile aynıdır (Şekil4.18). ASAZA_J2_X ASİZA_J2_X ASİMKİZA_J2_X ASAZA_J2_Y ASİZA_J2_Y ASİMKİZA_J2_Y 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 10-3 2 2 0 0 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Di(m/m) Di(m/m) (a) ZA zem in sınıfı ASAZE_J2_X ASİZE_J2_X ASİMKİZE_J2_X ASAZE_J2_Y ASİZE_J2_Y ASİMKİZE_J2_Y 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 10-3 2 2 0 0 -0,5 0 0,5 1 1,5 0 0,5 1 1,5 2 Di(m/m) Di(m/m) (b) ZE ze min sınıfı Şekil 4.18. Asimetrik modellerin farklı zemin sınıflarında göreli kat ötelenmeleri 69 KAT KAT 4.2.2. Simetrik modellerde mesnetlenmenin etkisi ZA zemin sınıfı X doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında bütün noktalarda en düşük değer veren sistem kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü sistemdir ve oransal olarak bakıldığında değerler arasında ortalama %10’luk bir fark hesaplanmaktadır. Y doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında ise izolatörlü iki sistem aynı hareketi gösterirken ankastre sistem %80 daha büyük yer değiştirmelere maruz kalmaktadır. ZE zemin için ise yer değiştirme karşılaştırması yapıldığında X doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında SAZE modeli her noktada izolatörlü diğer iki modelden daha az yer değiştirme yaptığı görülmektedir. SİZE modeli SİMKİZE modeline oranla %10 daha çok yer değiştirme yapmıştır. Y doğrultusundaki deprem kuvvetleri dikkate alındığında SİZE ve SİMKİZE modelleri arasındaki fark %1 ortalamasındadır. SAZE modeli ise en üst katta ortalama %35 daha büyük yer değiştirmeler yapmıştır. Yer değiştirmelerin karşılaştırma grafikleri Şekil 4.19’de verilmiştir. Kesme kuvvetleri ZA zemin sınıfında karşılaştırıldığı zaman X ve Y yönündeki deprem kuvvetleri altında en küçük değerleri SİZA vermiştir. SİMKİZA ve SAZA modelleri üst katlarda fark %1’dir ZE zemin sınıfında X ve Y yönündeki deprem kuvvetleri altında SİZE modeli en düşük kesme kuvvetlerini vermiştir. En yüksek değerler ise SAZE modelinde oluşmuştur. Artış oranı X yönündeki deprem kuvvetleri altında %15, Y yönündeki deprem kuvvetleri altında ise 3 kat olmuştur. Kesme kuvvetleri karşılaştırma grafikleri Şekil 4.20’da verilmiştir. 70 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 SAZA_A1 u1 2 SAZA_j1 u2 2 SAZA_j34 u2 SİZA_j1 u1 SİZA_j1 u2 SİZA_j34 u2 SİMKİZA_j1 u1 SİMKİZA_J1 u2 0 0 0 SİMKİZA_J34 u2 0 20 40 60 0 20 40 60 0 20 40 60 U1(MM) U2(MM) U2(MM) (a) ZA zemin sınıfı 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 SAZE_j1 u1 SAZE_A1 u1 2 SİZE_j1 u1 2 2 SAZE_A1 u2SİZE_A1 u1 SİMKİZE_j1_u1 SİZE_A1 u2 SİMKİE_A1 u1 SİMKİZE_A1 u2 0 0 0 0 100 200 0 100 200 0 100 200 300 U1(MM) U1(MM) U2(MM) (b) ZE zemin sınıfı Şekil 4.19. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında X ve Y doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında yer değiştirme değerleri 71 KAT KAT KAT KAT SAZA_A2_max SAZA_A2_max SAZA_J2_max SİMKİZA_A2_max SİMKİZA_A2_max SİMKİZA_J2_max SİZA_A2_max SİZA_A2_max SİZA_J2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Fx/Fmax Fy/Fmax Fy/Fmax (a) ZA zemin sınıfı SAZE_A2_max SAZE_A2_max SAZE_J2_max SİMKİZE_A2_max SİMKİZE_A2_max SİMKİZE_J2_max SİZE_A2_max SİZE_A2_max SİZE_J2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 0 0,5 1 Fx/Fmax Fy/Fmax Fy/Fmax (b) ZE zemin sınıfı Şekil 4.20. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında kesme kuvveti değerleri Moment değerleri ZA zemin sınıfında karşılaştırıldığında X doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında SİZA en küçük değerleri vermiştir. Y yönündeki deprem kuvvetleri altında izolatörlü iki model de ilk katlarda ankastre modele göre daha büyük değerler 72 KAT KAT KAT vermiştir. Üst katlarda ise üç model arasındaki moment değer farkları ortalama %2’dir. X yönündeki deprem kuvvetleri altında en büyük moment değerlerini SAZE modeli vermiştir. En düşük değerleri veren SİZE modeliyle arasındaki fark ortalama %30’dur. Y yönündeki deprem etkileri altında en büyük moment değerini SİZE modeli vermiştir ve en düşük değeri veren SAZE modeliyle aralarında fark oranı %30’dur. Moment değerleri karşılaştırma grafikleri Şekil 4.21’de verilmiştir. Göreli kat ötelenmeleri simetrik modeller arasında karşılaştırıldığında ZA zemimn sınıfında X yönünde taban izolasyonlu modeller birbirlerine çok yakın değerler almıştır. Ankastre model taban izolasyonlu modellere göre ortalama %50 daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapmıştır. Y yönünde SİZA’nın, SİMKİZA’ya oranla %15 daha düğük göreli kat ötelenmeleri yaptığı görülmüştür. Ankastre model ise taban izolasyonlu modellere göre ortalama %90 daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapmıştır. Köşe kolonlarında ise SİMKİZA’nın SİZA’dan %75, SAZA’dan %90 daha küçük göreli kat ötelenmeleri yaptığı görülmektedir. Örnek grafikler Şekil 4. Verilmiştir. ZE zemin sınıfında göreli kat ötelenmeleri karşılaştırıldığında X yönünde ankastre modelin taban izolasyonlu modellere göre ortalama %20 daha düşük göreli kat ötelenmesi yaptığı gözlemlenmiştir. Y yönünde ise ankastre model diğer iki modele oranla 2 kat daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapmıştır. Örnek karşılaştırma grafikleri Şekil 4.22’de verilmiştir. 73 SAZA_A2_max SAZA_J2_max SAZA_A2_max SİMKİZA_A2_max SİMKİZA_A2_max SİZA_A2_max SİMKİZA_J2_max SİZA_A2_max 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 Mx0/,M5 max 1 -1 Mx0/Mmax 1 0 My0/,M5 max 1 (a) ZA zemin sınıfı SAZE_A2_max SAZE_A2_max SAZE_J2_min SİMKİZE_A2_max SİMKİZE_A2_max SİMKİZE_J2_min SİZE_A2_max SİZE_A2_max SİZE_J2_MİN 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 2 2 0 0 0 0 M0x/,5Mmax 1 0 M0y,/5Mmax 1 -1 M-0x,/5Mmax 0 (b) ZE zemin sınıfı Şekil 4.21. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında moment değerleri 74 KAT KAT SAZA_A2_X SİZA_A2_X SİMKİZA_A2_X SAZA_J2_X SİZA_J2_X SİMKİZA_J2_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 10-30 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Di (m/m) Di(m/m) (a) ZA zem in sınıfı SAZE_A2_Y SİZE_A2_Y SİMKİZE_A2_Y SAZE_J2_Y SİZE_J2_Y SİMKİZE_J2_Y 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 10-3 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Di(m/m) Di(m/m) (b) ZE ze min sınıfı Şekil 4.22. Simetrik modellerin farklı zemin sınıflarında göreli kat ötelenmeleri 4.3. Zemine Bağlı Olarak Sistem Tepkilerinin Karşılaştırılması Yapı için oluşturulan her bir model ZA, ZC ve ZE zemin sınıflarında elastik analiz yapılmıştır. ZA, ZC ve ZE sınıfı zemin için ivme değerleri Şekil 3.6’da verilmiştir. Zemin sınıfları için Ss değeri 0.901, S1 değeri 0.237’dir. ZE zemin sınıfı için en büyük ivme değeri TA= 0.139sn ve TB=0.6949sn periyotları arasında gerçekleşmiş ve 1.0625 m/sn2’dir. ZC zemin sınıfı için en büyük ivme değeri TA=0,0658sn ve TB=0.3288sn periyotları arasında gerçekleşmiştir ve 1.0812 m/sn2’dir. ZA zemin sınıfı için en büyük 75 KAT KAT ivme değeri ise TA=0,0526sn ve TB=0,263sn periyotları arasında gerçekleşmiştir ve 0,7208 m/sn2’dir. Zemin sınıfına göre karşılaştırma iki farklı başlık altında ele alınmıştır. 4.3.1. Ankastre Model için Zemin etkisi Asimetrik modelin ankastre hali için ZA, ZC ve ZE zemin sınıflarına göre yapılan bu gruplandırmada noktaların yer değiştirmeleri ZE sınıfı zemin için ZA sınıfı zemine göre ortalama olarak 7 kat artmıştır. Bu durum sünek taraf olan ROTA’daki A-1 ve A-4 kolonları için 8 kat olarak hesaplanmaktadır. Simetrik modelin ankastre durumu için ZA, ZC ve ZE zemin sınıflarına göre yapılan bu karşılaştırmada seçilen noktaların yer değiştirme değerleri ZE sınıfı zemin için ZA sınıfı zemine göre hem X yönündeki deprem doğrultularında 2,5 kat, Y yönündeki deprem kuvvetleri altında 4 kat olmuştur. X yönü ve Y yönü deprem kuvvetlerine göre yer değiştirmelere örnekler Şekil 4.23’de verilmiştir. Kesme kuvvetleri orta katlarda maksimum değerlerini almaktadır. ZA ve ZE zemin sınıfları arasındaki fark oranı ortalama 2 kattır. ZC zemin sınıfındaki kesme kuvvetleri ise ZA zemin sınıfına göre %50 daha fazladır. X ve Y yönü deprem kuvvetlerine göre kesme kuvveti karşılaştırmaları için bazı örnek grafikler Şekil 4.19’te verilmiştir. Simetrik model için X yönündeki deprem kuvvetleri altında ZA ve ZE zemin sınıfları arasındaki artış oranı ortalama %30 iken Y yönündeki deprem kuvvetleri altında artış oranı ortalama 4 kat olmuştur. X ve Y yönü deprem kuvvetlerine göre kesme kuvveti karşılaştırma örnek grafikleri Şekil 4.24’te verilmiştir. 76 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 ASAZA_J1 U1 2 ASAZA_A1 U1 2 ASAZA_J1 U2 ASAZCE_j1 u1 ASAZCE_A1 u1 ASAZCE_j1 u2 ASAZE_j1 u1 ASAZE_A1 u1 ASAZE_j1 u2 0 0 0 0 100 200 0 100 200 0 100 200 U1(MM) U1(MM) U1(MM) (a) Asimetrik 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 SAZCE_j1 u1 2 2 SAZCE_A1 u1 SAZE_j1 u1 2 SAZCE_j1_u2SAZE_A1 u1 SAZA_j1 u1 SAZE_j1_u2SAZA_A1 u1 0 0 SAZA_j1_u20 0 100 200 0 100 200 0 100 200 U1(MM) U1(MM) U2(MM) (b) Sim etrik Şekil 4.23. Ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y yönü deprem etkileri altında yer değiştirme değerleri 77 KAT KAT ASAZA_A1_max ASAZCE_A1_max ASAZE_A1_max ASAZA_A1_max ASAZCE_A1_max ASAZE_A1_max 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,5 1 0 0,5 1 Fy/Fmax Fx/Fmax (a) Asimetrik SAZA_A2_max SAZCE_A2_max SAZE_A2_max SAZA_A2_max SAZCE_A2_max SAZE_A2_max 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 Fx/Fmax0,5 1 0 Fy/Fmax 0,5 1 (b) Sime trik Şekil 4.24. Asimetrik, ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre kesme kuvveti değerleri Burulma düzensizlikleri zemin sınıfındaki değişimle ters orantılı olmuştur. ZE zemin sınıfında burulma düzensizliği katsayısı ƞbi ZA zemin sınıfına göre azalma göstermiştir. ZC zemin sınıfı da her durumda ve her karşılaştırmada iki zemin sınıfına nazaran ortanca değere sahiptir. Simetrik modelde X yönündeki deprem etkileri altında en iyi sonucu ZE zemin sınıfında vermiştir. ZA zemin sınıfında ilk 3 katta ZC zemin sınıfında ilk 2 katta burulma düzensizliği olmuştur. ZE zemin sınıfında ise burulma düzensizliği yoktur. Y yönündeki deprem etkileri altında burulma düzensizliği katsayıları incelendiğinde X 78 KAT KAT yönüne göre azalma gözlemlenmiştir. ZA zemin sınıfındaki modelin 1. Katında burulma düzensizliği görülmüştür. Üst katlara doğru yapı tamamen rijit bir davranış sergilemiştir. Burulma düzensizliği katsayısı ƞbi karşılaştırma grafiği Şekil 4.25’te verilmiştir. ASAZA_eqX nbi ASAZCE_eqX nbi ASAZE_X nbi ASAZA_eqY nbi ASAZCE_eqY nbi ASAZE_Y nbi 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 ƞ 0 0 bi 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 (a) Asimetrik 12 SAZCE_eqX nbi SAZE_eqX nbi SAZA_eqX nbi 12 SAZCE_eqY nbi SAZE_Y nbi SAZA_eqY nbi 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 ƞbi 0 0 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 (b) Simetrik Şekil 4.25. Asimetrik ve simetrik, ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y doğrultusu deprem yükleri altında burulma düzensizliği katsayısı Göreli kat ötelenmeleri ankastre modelde X yönünde de Y yönünde de ZA ve ZC zemin sınıfları arasında ortalama 2,5 kat artış gösterirken ZA, ZE zemin sınıfları arasında bu oran 10 kata kadar çıkmıştır. Simetrik modellerde ise asimetrik modellere göre %50 oranında azalma olduğu görülmüştür. Her üç zemin sınıfı içinde katlar arasındaki göreli 79 KAT KAT kat ötelenmeleri belirli oranlarla artış göstermiştir. Bu oran X yönünde ZA-ZC zemin sınıfları için %80, ZC-ZE zemin sınıfları içinse %30’dur. Y yönünde ise ZA-ZC zemin sınıfları için 2 kat, ZC-ZE zemin sınıfları içinse 2,5 kattır. Örnek grafikler şekil 4.26’te verilmiştir. ASAZA_A2_X ASAZE_A2_X ASAZA_J2_X ASAZE_J2_X ASAZC_J2_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,5 1 1,5 -0,5 0 0,5 1 1,5 Di(m/m) Di(m/m) (a) Asimetrik 10-3 SAZA_A2_X SAZE_A2_X SAZc_A2_X SAZA_J2_X SAZE_J2_X SAZc_J2_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Di (m/m) Di(m/m) (b) Simetrik 10-3 Şekil 4.26. Asimetrik ve simetrik, ankastre mesnetlenmiş modellerin X ve Y doğrultusu deprem yükleri altında göreli kat ötelenmeler 80 KAT KAT 4.3.2. Sürtünmeli sarkaç taban izolasyonlu model için zemin etkisi Asimetrik modelin izolatörlü hali için ZA, ZC ve ZE zemin sınıflarına göre yapılan bu karşılaştırmada X yönü deprem kuvvetleri altında ZA ve ZE zemin sınıfları arasındaki fark oranı RİTA’da ortalama 8,5 kat, ROTA’da ise kolonlar üst katlara doğru negatif göreli kat ötelenmesi yaptığı için ortalama fark altıncı kattan alınmıştır. Altıncı kattaki fark oranı ortalama 6 kattır. Y yönündeki deprem kuvvetleri altında yer değişmeler diğer yöne göre ~%75 oranında düşmüştür. RİTA bölgesinde ortalama fark 4 kat, ROTA bölgesinde ise 2,5 kat olmuştur. SİZE, SİZC ve SİZA’ da yer değiştirmeleri ZA ve ZE zemin sınıfları arasında X yönündeki deprem etkileri altında hem RİTA hem de ROTA da 4 kat artış göstermiştir. Y yönündeki deprem etkileri altında oran 5,5 kat olmuştur. örnekler Şekil 4.27’ de verilmiştir. X doğrultusundaki deprem kuvvetleri altında ZE ve ZA zemin sınıfları arasındaki fark ortalama 2 kat olmuştur. Y doğrultusundaki deprem kuvvetleri arasında ise Fmax değerleri her üç zemin sınıfında da yakın değerler almışlardır. Fark oranı %30’dur. Simetrik modelde X yönündeki deprem etkileri altında ZA ve ZE zemin sınıflarında karşılaştırıldığında ZE zemin sınıfında 2 kat daha büyük değerler aldığı görülmüştür. Y yönündeki deprem etkileri altında ise en büyük değerler ZC zemin sınıfında görülmüştür ve ZA zemin sınıfına göre ortalama artış %90 oranında olmuştur. X ve Y yönü deprem kuvvetlerine göre kesme kuvveti karşılaştırma grafikleri Şekil 4.28’de verilmiştir. Göreli kat ötelenmeleri incelendiğinde X yönünde zemindeki kötüleşme ile ters orantılı olarak göreli kat ötelenmeleri artış göstermiştir. Ancak Y yönündeki deprem etkileri altında ASİZC modeli ASİZE modelinden ortalama %50 daha büyük göreli kat ötelenmeleri yapmıştır. Bu durum taban izolasyonlu modellerde ilk mod katılım oranının çok yüksek değerler almasından kaynaklanmaktadır. Simetrik model karşılaştırmaları yapıldığında ise hem X hem de Y yönündeki göreli kat ötelenmeleri artışları zemin sınıflarındaki değişim ile ters orantılı olarak artmıştır (Şekil 4.29). 81 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 ASİZA_j1 u1 2 ASİZA_A4 u1 2 ASİZA_A4 u2 ASİZCE_J1_U1 ASİZCE_A4_U1 ASİZCE_A4_U2 ASİZE_J1_U1 ASİZE_A4_U1 ASİZE_A4_U20 0 0 0 100 200 U1(MM) 0 100 200 0 100 200 U1(MM) U2 (MM) 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 SİZA_A1 4 u1 2 SİZA_j1 u1 2 SİZCE_A1 2 SİZA_j1 u2 SİZCE_j1 u1 u1 SİZCE_j1 u2 0 SİZE_j1 u1 SİZE_j1 u20 0 0 100 200 U1(MM) 0 100 200 0 100 200U1(MM) U2(MM) Şekil 4.27. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem etkileri altında yer değiştirme değerleri Burulma düzensizliği X yönündeki deprem kuvvetleri altında ZC ve ZE zemin sınıflarında çok düşük değerler almıştır. ZA zemin sınıfında ise üst katlarda göreli kat ötelenmelerinin çok düşük olması nedeniyle 4 gibi çok büyük burulma düzensizlik kat sayıları olmuştur. Bu değerler dikkate alınmayacaktır. Her iki yöndeki deprem etkileri altında da en olumsuz sonuç ZA zemin sınıfında bulunmuştur. grafikler sonuç kısmında dikkate alınmayacaktır. Simetrik modelde hem X hem de Y yönündeki deprem etkileri altında en iyi sonucu ZE zemin sınıfı vermiştir. Y yönündeki deprem etkileri altında üç zemin sınıfında da 1.01’in altında kalmıştır. Burulma düzensizliği katsayısı ƞbi karşılaştırma grafikleri Şekil 4.30’da verilmiştir. 82 (b) Simetrik (a) Asimetrik KAT KAT ASİZA_A1_max ASİZCE_A1_max ASİZE_A1_max ASİZA_A2_min ASİZCE_A2_min ASİZE_A2_MİN 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 Fx/Fmax Fy/Fmax (a) Asim etrik SİZA_A2_max SİZE_A2_max SİZCE_A2_max SİZA_A2_max SİZCE_A2_max SİZE_A2_max 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Fx/Fmax Fy/Fmax (b) Simetrik Şekil 4.28. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre kesme kuvveti değerleri 83 KAT KAT ASİZA_A2_X ASİZE_A2_X ASİZC_A2_X ASİZA_J2_X ASİZE_J2_X ASİZC_J2_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 10-3 0 0,2 0,4 0,6 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 Di(m/m) Di(m/m) (a) Asimetrik SİZA_A2_X SİZE_A2_X SİZC_A2_X SİZA_J2_X SİZE_J2_X SİZc_J2_X 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 10 -3 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Di (m/m) Di(m/m) (b) Simetrik Şekil 4.29. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre göreli kat ötelenmeleri 84 KAT KAT 12ASİZA_eqX nbi ASİZCE_eqX nbi ASİZE_eqX nbi ASİZA_eqY nbi ASİZCE_eqY nbi ASİZE_eqY nbi12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 1,00 1,50 2,00 ƞbi (a) Asim etrik SİZA_eqX nbi SİZCE_eqX nbi SİZE_eqX nbi SİZA_eqY nbi SİZCE_eqY nbi SİZE_eqY nbi 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20ƞbi (b) Simetrik Şekil 4.30. Sürtünme tip izolatörlü modellerin X ve Y yönü deprem doğrultularına göre burulma düzensizlik katsayıları 4.3.3. Kurşun çekirdekli kauçuk taban izolasyonlu model için zemin etkisi Asimetrik modelin Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellemesinde X yönündeki deprem etkileri altında ZA ve ZE zemin sınıfları arasındaki fark oranı 7 kat olmuştur. Y yönündeki deprem etkileri altında ise RİTA’da 9,5 kat, ROTA’da ise 3 kattır. SİMKİZA, 85 KAT KAT SİMKİZCE ve SİMKİZE’de de rölatif yer değiştirmeler X yönündeki deprem etkileri altında kıyaslandığında ZA ve ZE zemin sınıfları arasında 4,5 kat fark oranı gözlemlenmiştir. Y yönündeki deprem etkileri altında ise bu oran ortalama 5,5 kattır. Yer değiştirme değerleri karşılaştırma örnek grafikleri Şekil 4.31’de verilmiştir. 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 ASİMKİZA_j1 u1 ASİMKİZA_j34 u1 ASİMKİZA_j34 u22 2 2 ASİMKİZCE_j1 u1 ASİMKİZCE_j34 u1 ASİMKİZCE_j34 u2 ASİMKİZE_j1 u1 ASİMKİZE_j34 u1 ASİMKİZE_j34 u2 0 0 0 0 100 200 0 100 200 U1(MM) U1(MM) 0 50 100 150U2(MM) 12 12 12 10 10 10 8 8 8 6 6 6 4 4 4 2 SİMKİZA_j1_U1 2 SİMKİZA_J34_U1 2 SİMKİZA_J34_U2 SİMKİZCE_j1_U1 SİMKİZCE_J34_U1 SİMKİZCE_J34_U2 SİMKİZE_j1_U1 SİMKİZE_J34_U1 0 0 0 0 100 200 0 100 200 0 100 200 U1(MM) U1(MM) U2(MM) (b) Simetrik Şekil 4.31. Asimetrik, kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında yer değiştirme değerleri Kesme kuvvetleri hem X hem de Y yönündeki deprem kuvvetleri altında ZE zemin sınıfında ZA zemin sınıfına göre 2,5 kat artış göstermiştir. Simetrik modellerde X yönündeki deprem kuvvetleri altında ortalama %50 oranında artış göstermiştir. Y yönündeki deprem kuvvetleri altında ise bu oran 3 kat olmuştur. Kesme kuvvetleri karşılaştırma örnek grafikleri Şekil 4.32’de verilmiştir. 86 KAT KAT KAT ASİMKİZA_A2_max ASİMKİZ CE_A2_max ASİMKİZE_A2_max ASİMKİZA_A2_max ASİMK İZCE_A2_max ASİMKİZE_A2_max 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Fx/Fmax Fy/Fmax (a) Asimetrik SİMKİZA_A2_max SİMKİZCE_A2_max SİMKİZE_A2_max SİMKİZAE_A2_max SİMKİZCE_A2_max SİMKİZE_A2_max 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Fx/Fmax Fy/Fmax (b) Simetrik Şekil 4.32. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında kesme kuvveti değerleri Burulma düzensizliği katsayıları X yönündeki deprem etkisi altında ZA zemin sınıfı üst katlara doğru izin verilebilir sınırların üstüne çıkarken Y yönündeki deprem etkilerinin altında ise bütün zemin sınıflarında yapı burulma düzensizliğinin 1.2’den büyük gerçekleştiği görülmektedir. En büyük düzensizlik katsayısı ZA zemin sınıfında iken en düşük değerler ZE zemin sınıfına ait yapıda gözlemlenmiştir. Simetrik modelde burulma düzensizliği katsayıları arasında zemin tipi nedeniyle oluşan değişiklikler çok düşük 87 KAT KAT seviyelerdedir. Ancak her iki düzlemde etkiyen deprem etkilerinde de ZA zemin sınıfına ait olan burulma düzensizliği katsayıları en büyük değerleri almıştır. Burulma düzensizliği katsayısı ƞbi grafikleri Şekil 4.33’te verilmiştir. Göreli kat ötelenmeleri kurşun çekirdekli taban izolasyonlu modellerde tamamen beklendiği gibi ZE zemin sınıfından ZA zemin sınıfına gidildikçe azalmıştır. Bu oran ortalama %75’tir. Simetrik durumda da genel olarak aynı hareket gözlemlenmiştir (Şekil 34). 12 ASİMKİZA_X nbi ASİMKİZCE_X nbi ASİMKİZE_X nbi 12 ASİMKİZA_Y nbi ASİMKİZCE_Y nbi ASİMKİZE_Y nbi 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 ƞbi 1,00 1,50 2,00 1,00 1,50 2,00 SİMKİZA_X nbi SİMKİZCE_X nbi SİMKİZE_X nbi SİMKİZA_Y nbi SİMKİZCE_Y nbi SİMKİZE_Y nbi 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 ƞbi 0 1,00 1,50 2,00 1,00 1,50 2,00 Şekil 4.33. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında burulma düzensizliği katsayısı ƞbi 88 (b) Simetrik (a) Asimetrik KAT KAT ASİMKİZA_A2_X ASİMKİZE_A2_X ASİMKİZA_J2_X ASİMKİZE_J2_X 12 ASİMKİZC_A2_X 12 ASİMKİZC_J2_X 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 -3 0 0 10 0 0,2 0,4 0,6 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 Di(m/m) Di(m/m) (a) Asimetrik SİMKİZA_A2_X SİMKİZE_A2_X SİMKİZA_J2_X SİMKİZE_J2_X 12 SİMKİZC_A2_X 12 SİMKİZC_J2_X 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 -3 0 0 10 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Di (m/m) Di(m/m) (b) Simetrik Şekil 4.34. Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü modellerin X ve Y doğrultusundaki deprem etkileri altında göreli kat ötelenmeleri 89 KAT KAT 5. TARTIŞMA ve SONUÇ Bu çalışmanın temel amacı deprem kuvvetlerinin etkisi altında taban izolasyonuna sahip sistemlerde burulma düzensizliğinin yapı davranışını nasıl etkilediğinin araştırılmasıdır. Söz konusu araştırma kapsamında farklı türde zemin profilleri etkisinde çalışmada dikkate alınmaktadır. Araştırma kapsamında 2 farklı taban izolasyon yaklaşımı gerçek bir uygulama projesi üzerinde hareketle ankastre sistem de dikkate alınarak simetrik ve asimetrik durumlar için 3 farklı zemin sistemi göz önüne alınarak incelenmektedir. Gerçekleştirilmiş olan bu çalışmanın tümünden çıkartılabilecek bazı sonuç ve öneriler aşağıda maddeler halinde sunulmaktadır. 1. Bilindiği üzere taban izolasyon sistemleri yapı periyotlarını uzatarak genellikle ivme tepkilerini düşürmekte ve bu yolla yapı periyodunun artması ile birçok depremin hakim periyot aralığından çıkmasını sağlayarak yapının söz konusu hakim periyot bölgesinin dışında kalmasına olanak sağlamaktadır. Söz konusu bu durum bu çalışmada dikkate alınan modeller için de benzer şekilde gerçekleşmektedir. Ancak taban izolasyon sistemli yapılarda yüksek modların etkisinin azaldığı bu çalışmada elde edilen sonuçlardan anlaşılmaktadır. Diğer bir ifadeyle 1. Modun etkinliğinin artması ankastre modele göre bu çalışmada %30 gibi ilgi çekici oranlardadır (Bkz. Çizelge4.2). Bu nedenle ankastre modelde yüksek modların etkisi nedeniyle yüksek modaları (x veya y) periyodlarının hakim bölge dışında kalması nedeniyle tepkilerin de nispeten azalacağı söylenebilir. 2. Bu çalışmada ele alınan modellerde taban izolasyon sistemlerinin ankastre mesnetli sistemlere göre; hemen her durumda burulma düzensizliği katsayısını arttırdığı, bazı durumlarda ankastre durumda olmamasına karşın burulma düzensizliği katsayısını eski yönetmeliğe göre kabul edilebilir sınırların üzerine çıkartarak taşıyıcı sistemin yeniden düzenlenmesini zorunlu hale getirdiği görülmektedir. Ancak TBDY- 2019’da taşıyıcı sistem değiştirilmesi zorunluluğu kalkmıştır. Bunun yerine yönetmelik mühendisleri, hesap yöntemi değiştirerek dinamik 90 hesap yöntemlerine yönlendirilmektedir. Bu nedenle asimetrik yapılarda da zemin sınıfından bağımsız olarak taban izolasyon sistemleri her ne kadar göreli kat ötelenmelerini çok düşük değerlere çekseler de burulma düzensizliği üzerinde negatif etkileri hesap yöntemlerinin karmaşıklaşmasına sebep olmaktadır. 3. Madde 2.de de belirtildiği üzere, TBDY-2018 kapsamında burulma düzensizliği katsayısı ƞbi maksimum 2,00 değerini alabilir. Daha büyük değerler oluştuğunda taşıyıcı sistemin yenilenerek katsayının azaltılması gerekmektedir. Bu çalışmada kullanılan modellerde özellikle ZA zemin sınıfında asimetrik modelin ƞbi değerine bakıldığında taban izolasyonlu sistemlerin taşıyıcı sistemlerinin burulma düzensizliğinin azaltılması için yenilenmesi gerektiği gibi bir sonuç ortaya çıkmaktadır. Taban izolasyon sistemlerinin bu çalışmadaki modellerde burulma etkisini arttırıcı yönde etkilediği gözlemlenmiştir. 4. Bu çalışmada kullanılan modellerde sürtünme tip taban izolasyon sistemlerinin yapı periyotlarının kurşun çekirdekli kauçuk taban izolasyon sistemlerine göre %40 daha fazla uzamasına sebep olduğu bu nedenle de bazı dezavantajlarına karşın, genel manada bir sonuç çıkartmak mümkün olmamakla birlikte, 1. Maddede ifade edilen hakim periyot bölgesinden uzaklaşma durumunun bu tür taban izolasyon sistemlerinde daha etkin bir şekilde gerçekleştiği ifade edilebilir. 5. Elde edilen bulguların karşılaştırılmasından ve yapılan literatür çalışmamasından taban izolasyonlu sistemlerin her durumda ankastre durumdan belirli bir oranda daha küçük tepkilere sahip olacağı sonucunu çıkartmanın mümkün olmadığı, çoğu durumda etkilerin önemli oranda azalmasına karşın, düzensizlik durumu, zemin özellikleri ve yapı dinamik karakteristiğindeki değişimlerin fayda/zarar oranları üzerinde etkili olacağı anlaşılmaktadır. 91 6. ZA zemin sınıfında ele alınan bütün noktalarda ve ZE zemin sınıfı için ise ele alınan bazı noktalarda asimetrik modeldeki yer değiştirmeler hem X hem de Y doğrultusunda, simetrik modele göre daha küçük olmuştur. Ancak göreli kat ötelenmeleri asimetrik modellerde daha büyük elde edilmektedir. Bu sebeple simetrik modeldeki yer değiştirmeler asimetrik modele göre daha büyük olsa da iç kuvvetler asimetrik modele göre daha düşük değerler alabilmektedir. Bu durum burulma düzensizliğinin genel karakteri nedeniyle bu çalışmada da ortaya koyulmaktadır. 7. Bu çalışmadaki modellerde taban izolasyonlu sistemlerin ankastre sisteme göre ilk katlarda bazı özel durumlarda daha büyük moment değerleri verdiği gözlemlenmiştir. Bunun nedeni ilk modların katılım oranlarından dolayı izolatörlü sistemlere etkiyen dış kuvvetlerin bazı durumlarda daha büyük olmasındır. 8. Zemin sınıflarına göre yapılan karşılaştırmalar sonucunda bilinen bir gerçek olan zemin sınıfındaki kötüleşmelerin iç kuvetlerde doğru orantılı olarak artışa sebep olduğu bu çalışmanın sonucunda da görülmektedir. 9. İzolatör sistemlerinin simetrik yapılarda kesme ve moment değerlerini ankastre mesnetli sisteme göre daha düşük değerlere çektiği görülürken, asimetrik hal ve ZA zemin sınıfında ankastre mesnetlenmiş modele göre daha büyük kesme ve moment değerlerine maruz kalabileceğini göstermektedir. Bu nedenle taban izolasyon sitemlerinin asimetrik yapılarda negatif etkiler doğurabileceği bu çalışmada incelenen yapılar için görülmektedir. 92 KAYNAKLAR Akyüz, U., Caner, A., Özkaya, C. 2007. Ekonomik Metodlar ve Sismik İzolasyon Kullanımı ile Standart Karayolu Köprülerinde Deprem Riskinin Azaltılması. Proje, TÜBİTAK, Ankara. Alhan, C., Öncü-Davas, S., 2016. Performance Limits of Seismically İsolated Buildings Under Near-Field Earthquakes. Engineering Structures, 116(2016):83-94. Cheng, C., Chao, C., 2017. Seismic Behavior of Rocking Base-Isolated Structures. Engineering Structures, 39(2017): 46-58. Demircan, Ş. 2003. Düşeyde Düzensiz Binalarda Temel Yalıtım Uygulaması. SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(2): 93-99. Derdiman, M. 2006. Düzensiz Çok Katlı Betonarme Yapıların Davranışının Taban İzolatörleri, Enerji Sönümleyici ve Dağıtıcılarla İyileştirilmesi. Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Isparta. Freddi, F., Dimopoulos, C. A., Karavasilis, T.L., 2017. Rocking Damage-Free Steel Column Base with Friction Devices: Design Procedure and Numerical Evaluation. Earthquake Engng Struct. Dyn., 46:2281–2300 Gök, S. G. 2013. A3 Düzensizliği Olan Çok Katlı Betonarme Bir Yapının Türk, Eurocode ve Aci318 Yönetmeliklerine Göre Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul. Hoşbaş, A.B. 2006. Çok Katlı Betonarme Yapının Sismik İzolatörlerle Modellenmesi ve Yapının Perdelerle Güçlendirilmiş Durumu ile Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul. Jangid, R.S., Kelly, J.M., 2001. Base Isolation for Near-Fault Motions. Earthquake Engng. Struct. Dyn., 30:691-707. Kilar, V., Koren, D. 2009. Seismic Behaviour Of Asymmetric Base İsolated Structures with Various Distributions Of İsolators. Engineering Structures, 31(2009):910-921. Kelly, J. M., Beucke, K. E. ve Skinner, M. S. (1980). Experimental Testing of an Energy-Absorbing Base Isolation System. California: University of California, Berkeley. Earthquake Engineering Research Center. Livaoğlu, R. 2001. Yapıların Deprem Hesabında Burulma Düzensizliğinin ve Hesap Yöntemlerinin Etkinliğinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, KATÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Trabzon. Matsagar, V. A., Jangid, R. S. 2005. Base-isolated Building with Asymmetries Due to the Isolator Parameters. Advances in Structural Engineering, 8(6): 603-621. Matsagar, V. A., Jangid, R. S. 2010. Impact Response of Torsionally Coupled Base- isolated Structures. Journal of Vibration and Control, 16(11): 1623-1649. Mengi, Y., Kıral, E., Dündar, C. 1986. Nükleer Santrallar için Temel Yalıtım Sistemlerinin Tasarımı. Proje: MAG-634/A, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu Mühendislik Araştırma Grubu, Adana. 93 Murat, E. 2007. Binaların Tabanlarına Elastomer Mesnetler Yerleştirerek Sismik Yalıtım Uygulaması. Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul. Öcal, C., Yıldız, A., Soykan, O. 2015. Deprem Yalıtım Sistemleri. Uluslararası Burdur Deprem ve Çevre Sempozyumu, 7-9 Mayıs 2015, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, Burdur. Öncü, M.E., Yön, B., Ulucan, Z. Ç. 2009. Zaman Tanım Alanında Analiz Yöntemi Kullanılarak Binalardaki A3 Düzensizliğinin İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13(2): 147-155. Samali, B., Wu, Y. M., Li, J. 2007. Shake table tests on a Mass Eccentric Model with Base Isolation. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 32:1353-1372. Saraçoğlu, G. Sismik Yalıtım Kavramı ve Taban Yalıtımı Uygulanmış Betonarme Bir Yapının Zaman Tanım Alanında Analizi. Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul. Şengel, H. S., Erol, H., Yavuz, E. 2009. Sismik İzolasyon Tekniği ve Kullanılışına İlişkin Örnek Uygulama. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(2): 166-178. Türker, H., 2005. Sismik İzolasyon Sistemlerinin Kullanış Tipleri Örnek Bir Maliyet Analizi. Deprem Sempozyumu, 23-25 Mart 2005, İMO, Kocaeli. Anonim, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Resmi Gazete, Sayı:30364, 2018. Yazıcı, G. 2008. Sismik Yalıtımlı Düşey Silindirik Sıvı Depolarının Deprem Yükleri Altında Davranışlarının İncelenmesi. Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul. 94 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı : Alper Tolga DÖKER Doğum Yeri ve Tarihi : 01.01.1990 Yabancı Dil : İngilizce Eğitim Durumu Lise : Şükrü Şankaya Anadolu Lisesi Lisans : Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Çalıştığı Kurum/Kurumlar : Oğuzlar İnşaat Eylül 2011- Nisan 2012 MAK İnşaat Nisan 2012- Ağustos 2013 Koru Yapı Denetim Eylül 2013- Nisan 2014 Yetim İnşaat Temmuz 2014- Eylül 2015 Meşe İnşaat Kasım 2014-Eylül 2016 Kafka Yapı Ağustos 2017- Halen İletişim (e-posta) : alpertolgadoker@gmail.com 95