01 Ocak 2019’da yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY-2018) ile yapılan değişikliklerin en önemlilerinden biri deprem yer hareketi spektrum hesabının, yapının bulunduğu konuma ve zemin değerlerine göre yapılacak olmasıdır. Bu çalışmanın amacı, spektrum eğrilerinin hesabındaki bu önemli değişikliğin, yapıya gelen kuvvet ve yapıda meydana gelen deplasman değerlerindeki değişime etkisini araştırmaktır. Çalışmanın ilk bölümünde, her iki yönetmeliğe göre (TBDY-2018 ve Türk Deprem Yönetmeliği 2007 (TDY-2007)), taban kesme kuvveti ve maksimum göreli kat ötelemelerinin hesap esasları ile ilgili genel bilgiler verilmiştir. Sayısal analizler için öncelikle 1996 tarihli deprem tehlike haritasında sırasıyla 1., 2., 3. ve 4. bölgede yer alan Sakarya-Serdivan, Kocaeli-Kandıra, Eskişehir-Sivrihisar ve Ankara-Yenimahalle konumları belirlenmiştir.
Belirlenen her konumda 4 farklı zemin cinsi dikkate alınarak üç adet farklı kat sayılarına sahip (4, 7 ve 10 katlı) yapılar oluşturulmuştur. Tasarım depremi altında İDECAD programı yardımıyla, TBDY-2018 ve TDY-2007 yönetmelikleri hesap esaslarına göre, belirlenen yapıların analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen taban kesme kuvvetleri ve maksimum göreli kat ötelemeleri tablo ve grafiklerle sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre taban kesme kuvvetinin, kat sayısı arttıkça eski yönetmeliğe kıyasla daha düşük değerler verdiği, maksimum etkin göreli kat ötelemelerinin her yükseklikteki binada özellikle zemin değerleri olumsuz şartlara doğru gittikçe eski yönetmeliğe nazaran çok daha büyük değerler verdiği görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Taban kesme kuvveti, Göreli kat ötelemesi, TBDY-2018, Elastik tasarım spektral ivmesi, TDY-2007
The Effect Of Spectrum Curves Defined By The Turkish Building Code 2018 On
Multi-Storey Reinforced Concrete Buildings
*1Yusuf Sümer, 2Mehtap Hamsici 1Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, ysumer@subu.edu.tr
2mehtaphmsc@gmail.com
Abstract
New Turkish Building Earthquake Code (TBDY-2018) has come into force on 01 January 2019 and one of the most important innovation brought by the regulation is the calculation of earthquake ground spectra, according to location of the building and its ground parameters. Purpose of this study is to investigate the effects of this important modification on the forces acting on the structure and the change in the displacement values occurring in the structure. In the first part of the study, according to both regulations (TDBY-2018 and Turkish Earthquke Code 2007 (TDY-2007)), principles of base shear force and the maximum relative storey drifts of buildings are given. For numerical analysis, Sakarya-Serdivan, Kocaeli-Kandıra, Eskişehir-Sivrihisar and Ankara-Yenimahalle locations were determined in the earthquake hazard map of 1996, respectively in the 1st, 2nd, 3rd and 4th earthquake regions. Considering 4 different soil types in each designated location, three different storey buildings (4, 7 and 10
floors) have been created. Analyses were performed according to TBDY-2018 and TDY-2007 for the design earthquake with the help of IDECAD structural analysis program. Thus obtained structure base shear forces and relative storey drift values presented with tables and graphs. According to the results, it was observed that the base shear forces gives lower values compared to the old building code as the number of storey increases, and the maximum relative storey drift gives much higher values than the old building code, especially when the soil types changes from hard to soft conditions.
Keywords: Base shear force, Relative storey drift, TBDY-2018, Earthquake ground spectra, TDY-2007.
GİRİŞ
18.03.2018 tarihinde Resmi Gazetede yayınlanan ve 01.01.2019 tarihinde yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem
Yönetmeliği ile Türkiye'nin deprem tehlike haritası tamamen yenilenmiş, deprem bölgeleri sınıflandırması kaldırılmıştır. [1]. Deprem yönetmeliğindeki bu değişikliklerle birlikte zemin cinsinden kaynaklanan ivme katsayıları değişmiştir. Bundan dolayı kat ötelemelerini belirleyen, spektrum karakteristik periyotları ve dolayısıyla spektrum
eğrilerindeki değişiklikler beraberinde gelmiştir. Bunun sonucunda yapıya gelen deprem kuvvetleri ve ötelemeler de
değişmiştir. Bu konu üzerine yapılan çalışmalar henüz çok yetersizdir. Yapılan çalışmaların bazılarında TBDY-2018
yönetmeliği, spektral ivme değerleri, taban kesme kuvveti, bazılarında ise maksimum göreli kat ötelemesi açısından
farklı il ve zemin cinsleri bazında eski yönetmelik ile karşılaştırılmıştır [2-9]. Yapısal analiz programlarının çok
yakın bir zamanda yeni yönetmeliğin esaslarına göre analize imkan tanımasıyla birlikte bu değerlerin hepsinin birden farklı bina yüksekliklerinde, eski yönetmeliğe nazaran nasıl bir değişime uğrayacağını karşılaştırmak ve daha sağlıklı sonuçlar elde edebilmek, çalışmamızın amacını oluşturmuştur. Bu çalışmada öncelikle süneklik düzeyi yüksek kolon ve perdelerden oluşan taşıyıcı sisteme sahip, her iki yönde simetrik, dört dairenin bulunduğu örnek bir kat planı tasarlanmıştır. Bu plan 4, 7 ve 10 katlı olarak düşünülerek taşıyıcı sistem elemanları buna göre 3 farklı şekilde belirlenmiştir. Bütün binalar için radye temel sistemi kullanılmıştır. 1996 Türkiye deprem bölgeleri haritasına
göre [10] sırasıyla 1., 2., 3. ve 4. deprem bölgesinde yer alan Sakarya-Serdivan, Kocaeli-Kandıra, Eskişehir-Sivrihisar, Ankara-Yenimahalle ilçelerinde, TDY-2007’de tanımlanan [11] ve TBDY-2018’de de DD-2 tasarım depremi olarak yerini koruyan, 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan şiddetli deprem etkisi için, 4 farklı konum ve her konumda 4 farklı zemin sınıfı dikkate alınarak binaların her iki yönetmeliğe göre spektrum eğrileri elde edilmiştir. İDECAD [12] programı yardımı ile yapılan deprem analizleri sonucunda yapı doğal titreşim periyotları, spektrum katsayıları, taban kesme kuvvetleri ve kat içindeki en büyük etkin göreli kat ötelemesi değerleri karşılaştırılmıştır.
2. BİNA ANALİZLERİNDE KULLANILAN
PARAMETRELER
2.1. Spektrum Eğrilerinin Elde Edilmesi TDY-2007’de spektrum eğrisinin apsisi periyodu (T) ordinatı spektrum katsayısını (S(T)) göstermektedir (Şekil 1a). Burada S(T) yerel zemin koşullarına (TA ve TB) ve bina doğal
titreşim periyodu T’ye bağlı olarak Denklem 1, 2 veya 3 ile hesaplanmaktadır.
TBDY-2018’e göre oluşturulan yatay elastik spektrum eğrisinin ordinatı (Sae(T)) yatay elastik tasarım spektral
ivmesini göstermektedir (Şekil 1b). “Sae(T)”, doğal titreşim periyoduna ve tasarım spektral ivme katsayılarına (SDS ve SD1) bağlı olarak yerçekimi ivmesi (g) cinsinden tanımlanmıştır. Tasarım spektral ivme katsayıları ise harita
spektral ivme katsayıları (SS ve S1) ile yerel zemin etki katsayılarının (FS ve F1) çarpımıyla elde edilmektedir.
Burada harita spektral ivme katsayıları “SS” ve “S1” dört farklı deprem yer hareketi düzeyi için konum koordinatlarına bağlı olarak Türkiye Deprem Tehlike Haritalarında tanımlanmıştır. Yerel zemin etki katsayıları “FS” ve “F1” ise yerel zemin sınıfına bağlı olarak tablo halinde yönetmelikte verilmiştir [1].
2.2. Yapı Konumlarının Belirlenmesi
Bu çalışmada, deprem analizi yapılan binalar için, TDY- 2007’ye göre sırasıyla 1., 2., 3. ve 4. deprem bölgesinde yer alan Sakarya-Serdivan, Kocaeli-Kandıra, Eskişehir-Sivrihisar, Ankara-Yenimahalle konumları tercih edilmiştir.
Bu konumların deprem haritalarındaki yerleri Şekil 2’de, 1996 ve 2018 Deprem Haritalarında gösterilmiştir.
Zemin Cinsi
Zeminler, TDY-2007’de 4 farklı zemin grubuna ve bunların en üst zemin tabakası kalınlığına göre Z1, Z2, Z3 ve Z4
olmak üzere 4 yerel zemin sınıfına ayrılmıştır. TBDY- 2018’de ise bu sınıflandırma, zeminin üst 30 m ortalaması
alınarak ZA, ZB, ZC, ZD, ZE ve ZF olmak üzere 6 sınıf olacak şekilde tanımlanmıştır. Bu çalışmada, TDY-2007 ve
TBDY-2018’e göre deprem analizini yapılan binalarda aynı zamanda zemin cinsindeki değişimin de spektrum katsayısı,taban kesme kuvveti ve en büyük kat ötelemelerine etkisini görebilmek için 4 farklı zemin sınıfı kullanılmıştır. Bunlar her iki yönetmelikte karşılıklı olarak ZA ve Z1 (sağlam kaya ve kayaçlar), ZC ve Z2 (çok çatlaklı zayıf kaya, çakıl), ZD ve Z3 (orta sıkı kum, katı kil), ZE ve Z4 (gevşek kum, yumuşak kil) zemin sınıflarıdır.
Yapı Özellikleri
Normal kat kalıp planı Şekil 3’te gösterilen binalar, zemin kat yüksekliği 3,00 m ve normal kat yüksekliği 2,80 m olarak tasarlanmıştır. Binaların toplam kat yüksekliği; 4 katlı binalarda 11,40 m, 7 katlı binalarda 19,80 m ve 10 katlı
olarak 28,20 m olmuştur. Normal kat alanı brüt 610 m2, net 565 m2 olup, iki yönde simetrik olan binanın her bir katında 4 daire bulunmaktadır.
Binaların taşıyıcı eleman boyutları kat sayısıyla orantılı şekilde arttırılmış olup yaygın olarak kullanılan süneklik
düzeyi yüksek betonarme çerçeve ile süneklik düzeyi yüksek boşluksuz betonarme perdelerden oluşan taşıyıcı sistem tercih edilmiştir. 3 farklı bina yüksekliğinde kullanılan taşıyıcı eleman özellikleri Tablo 1’de verilmiştir.
Analizlerde Kullanılan Parametreler
Analizlerde beton sınıfı C30/37, çelik sınıfı B420C (S420) seçilmiştir. Deprem yer hareketi düzeyi olarak, TBDY-
2018’e göre yapılan bütün analizlerde standart tasarım deprem yer hareketi olarak da adlandırılan DD-2 Deprem
Yer Hareketi seçilmiştir. Bina önem katsayısı (I) yapı türü konut olduğu için her iki yönetmeliğe göre yapılan bütün
analizlerde 1 alınmıştır. Dayanım fazlalığı katsayısı (D) TBDY-2018’e göre yapılan bütün analizlerde her iki yönde
2,5 alınmıştır. TBDY-2018’e göre yapılacak olan analizlerde, Deprem Tasarım Sınıfı (DTS), Bina Kullanım
Sınıflarına (BKS) ve Kısa Periyot Tasarım Spektral İvme katsayısına bağlı olarak yönetmelikteki tablodan alınmıştır.
TBDY-2018’e göre Bina Yükseklik Sınıfı (BYS), bina yüksekliğine ve Deprem Tasarım Sınıfına bağlı olarak yönetmelikteki tablodan alınmıştır.
BİNA ANALİZ SONUÇLARI
TDY-2007’ye göre 4 farklı deprem bölgesinden seçilen konumlar üzerinde (Ankara-Yenimahalle, Sivrihisar-
Eskişehir, Kandıra-Kocaeli, Sakarya-Serdivan) 4 farklı zemin cinsinde (Z1-ZA, Z2-ZC, Z3-ZD, Z4-ZE) tasarlanan
4 katlı, 7 katlı ve 10 katlı konut türündeki yapıların, TBDY- 2018 ve TDY-2007’ye göre İDECAD programıyla yapılan
deprem analizleri sonucunda, binalara gelen taban kesme kuvvetlerini belirleyen spektrum karakteristik periyotları,
yapı doğal titreşim periyotları, spektrum katsayıları Tablo 2’ de gösterilmiştir. Tablo 2’de, Yenimahalle=YM,
Sivrihisar=SH, Kandıra=K ve Serdivan=S olarak kısaltılmıştır. Tablo 2’de ayrıca spektrum katsayılarının karşılaştırmasını yapabilmek için TDY-2007’ye göre hesaplanan spektrum katsayıları, yerel zemin etki katsayısı (Ao) ile çarpılmıştır. Bina her iki yönden simetrik olmasına rağmen TBDY- 2018’e göre yapılan analizlerde A1 düzensizliği oluştuğundan göreli kat ötelemelerinin hesabı ±%5 ek dış merkezlik etkileri de göz önüne alınarak kat döşemeleri kendi düzlemleri içinde rijit kabul edilip modal analiz yapılmıştır. TDY-2007’ye göre yapılan analizde hiçbir düzensizlik oluşmamış ve modal analiz yapılmıştır. Tabloda, yapı doğal titreşim periyodu değeri, spektrum
karakteristik periyotları (TA ve TB) arasında ise yani rezonans durumu oluşuyorsa kırmızıya, TB’den büyük ise
yeşile boyanmıştır. Yeni yönetmelikte binalar için olumsuz bu durumun azaldığı görülmüştür.
Yeni yönetmelikte spektrum karakteristik periyotlarının ve spektrum katsayılarının hesabındaki değişim, binaların taban kesme kuvvetlerinin aldığı değerlerde farklı etkilere sebep olmuştur (Şekil 4-5-6).
Şekil 4’te dört katlı binaların taban kesme kuvvetlerine bakıldığında TDY-2007’ye göre aynı konumda, zemin sınıfı,
güçlüden zayıfa doğru gittiği halde değerlerde kayda değer bir artış olmadığı, artışın sadece deprem bölgesi
değişimlerinde yaşandığı, buna karşın 2018 yönetmeliğine göre yapılan analiz sonuçlarında zemin sınıfının aynı şekildeki değişimlerinde taban kesme kuvvetinin önemli artışlar gösterdiği görülmektedir. Ayrıca 2018
yönetmeliğinin taban kesme kuvveti sonuçlarına bakıldığında ZA-Z1 cinsinde 2007 yönetmeliğinden daha
düşük değerler verdiği ZD-Z3, ZE-Z4 zemin sınıflarında ise daha yüksek değerlere ulaştığı görülmüştür.
Yedi katlı binalarda bütün konumlarda, ZE-Z4 zemin sınıflarında, 2018 yönetmeliğiyle bulunan taban kesme
kuvvetleri, 2007 yönetmeliğinden daha büyük, ZA-Z1 zemin sınıflarında ise daha küçük olduğu görülmektedir (Şekil 5)
10 katlı binaların taban kesme kuvveti değerlerini karşılaştırdığımızda ise Yenimahalle (YM) konumunda ZC-
Z2, ZD-Z3 ve ZE-Z4 zemin sınıflarında 2007 yönetmeliğine göre bulunan taban kesme kuvvetlerinin, 2018 yönetmeliği değerlerinden daha düşük, diğer bütün konum ve zemin cinslerinde daha yüksek değerler aldığı görülmüştür (Şekil 6). TBDY-2018’de çok büyük olmayan depremlerde, dolgu duvarı veya cephe hasarının azaltılması amacıyla, gevrek malzemeden yapılmış dolgu duvarları ile bunların bağlandığı çerçeve elemanları arasında esnek derz yapılması koşuluyla, izin verilen etkin göreli kat ötelemesi iki katına çıkarılmıştır.
Bu çalışmada yaptığımız analizlerde de duvar ve çerçeve arasını esnek derzli kabul edildiğinden maksimum etkin
göreli kat ötelemesi sınır şartını daha rahat sağladığı tespit edilmiştir.
TBDY-2018’e göre yapılan analizlerde, maksimum etkin göreli kat ötelemesi değerlerinin TDY-2007’ye göre daha
büyük olduğu ve bu farkın her yükseklikteki binada ve her konumda, güçlü zeminden zayıf zemine doğru gittikçe arttığı tespit edilmiştir (Şekil 7-8-9).
SONUÇ VE ÖNERİLER
Dört farklı konumda ve her konumda 4 farklı zemin cinsi olduğu varsayılarak TBDY-2018 ve TDY-2007 esaslarına
göre tasarlanmış 4 katlı, 7 katlı ve 10 katlı konut binalarında spektrum eğrileri, taban kesme kuvvetleri ve maksimum etkin göreli kat ötelemelerinin değerlendirilmesine ilişkin sonuçlar aşağıda verilmiştir;
1. TBDY-2018’e göre yapılan analizlerde bütün binalarda, yapı doğal titreşim periyot değerlerinde, TDY-2007’ye
oranla %41-43 arası bir artış olmuştur. Burada TBDY- 2018’in hesap esaslarına göre yapılan bina
tasarımlarında etkin kesit rijitliklerinin dikkate alınmasının zorunlu hale gelmesiyle, yatay deplasman
değerlerinde önemli artış olduğu gözlemlenmiştir.
2. TDY-2007’ye göre yapılan analizlerden elde edilen taban kesme kuvvetleri incelendiğinde 4 katlı binalarda
aynı konumda, zemin sınıfı, güçlüden zayıfa doğru değiştiğinde değerlerde kayda değer bir artış olmadığı
görülmüştür. Bununla birlikte artışın sadece deprem bölgesi değişimlerinde yaşandığı, buna karşın TBDY-
2018’e göre yapılan analiz sonuçlarında, zemin sınıfının aynı şekildeki değişimlerinde taban kesme kuvvetinin
önemli artışlar gösterdiği görülmektedir. Yedi katlı binalarda, bütün analizlerde ZE-Z4 zemin sınıfında yeni
yönetmeliğin eski yönetmeliğe nazaran daha yüksek değerler verdiği, 10 katlı binalarda ise taban kesme
kuvveti sonuçlarına bakıldığında Yenimahalle hariç bütün konum ve zemin cinslerinde 2018 yönetmeliğinin
eski yönetmeliğe nazaran daha düşük değerler verdiği görülmüştür. Genel olarak yeni yönetmelikte, kat sayısı
arttıkça taban kesme kuvvetinin eski yönetmelikle elde edilen taban kesme kuvvetinden daha düşük değerler
aldığı ve bütün analizlerde yeni yönetmeliğin ZA-Z1 sınıfı zeminlerde 2007 yönetmeliğinden daha düşük
değerler verdiği görülmüştür. Bu yeni yönetmeliğin sert zeminlerde daha düşük ivme değerleri tanımladığını
göstermektedir.
3. TBDY-2018’e göre yapılan analizlerde, maksimum etkin göreli kat ötelemesi değerlerinin TDY-2007’ye
göre çok daha yüksek olduğu ve farkın her yükseklikteki binada, her konumda, güçlü zeminden zayıf zemine
doğru gittikçe arttığı görülmüştür. TBDY-2018’de dolgu duvarları ile bunların bağlandığı çerçeve
elemanları arasında esnek derz yapılması koşuluyla izin verilen etkin göreli kat ötelemesi iki katına çıkarılmıştır.
Bu çalışmada yapılan analizlerde de duvar ve çerçeve arasını esnek derz kabul edildiğinden maksimum etkin
göreli kat ötelemesi sınır şartı daha rahat sağlanmıştır. Ayrıca kat içindeki maksimum etkin göreli kat
ötelemeleri, her iki yönetmelik sonucuna göre 4 ve 7 katlı binalarda 2. katta, 10 katlı binalarda 3. katta
oluşmuştur.
4. Bu çalışmada, 3 farklı bina yüksekliğinde, simetrik süneklik düzeyi yüksek perdeli çerçeveli taşıyıcı sisteme
sahip konut türünde binalar tercih edilmiştir. Perdeli sistem yerine çerçeve sistemli, düzensizlikler içeren,
konut türü dışındaki binalar ya da yüksek binalar sınıfına giren binalar tercih edilerek karşılaştırma
konularına yeni kazanımlar eklenebilir.