ÖNSÖZ
Depreme dayanıklı yapıların tasarımı İnşaat Mühendisliğinin önemli çalışma alanlarından biridir. Elinizdeki kitap “Depreme Dayanıklı Binaların Tasarımına Giriş” başlığı altında yazarın çalışma notlarının bir araya getirilmesi ile oluşturulmuştur. Kitap inşaat mühendisliği öğrencilerine ve uygulamadaki mühendislere, depreme dayanıklı sistemlerin tasarımı konusunda temel kavramların yönetmelik kuralları da esas alınarak açıklanmasını ve hatırlatılmasını amaçlamaktadır. Günümüzde yapı sistemlerinin çözümünde çoğunlukla bilgisayar programları kullanıldığından kitaptaki bazı örnekler ülkemizde yaygın olarak kullanılan SAP2000 genel amaçlı yapı analiz programı ile de çözülmüştür. Ayrıca yapı dinamiği konuları ile ilgili bazı örneklerde okuyucuların da kendi çalışmalarında kullanabilmeleri amacıyla Phyton program kodları verilmiştir. Kitap, yazım ve çizim işlerinin tamamı yazar tarafından yapılarak yoğun bir çalışma süreci sonucu oluşturulmuştur. Bunu göz önüne alarak okuyucuların olası eksiklikleri hoşgörü ile karşılayacağı ümit edilmektedir. Okuyucuların yazara iletecekleri her türlü eleştiri ve görüş, yazar tarafından memnuniyetle karşılanacak ve ileriki baskılar için önemli katkılar olarak değerlendirilecektir. Kitabın hazırlanmasında yazar pek çok kaynaktan yararlanmıştır. Yazar bu değerli eserleri hazırlayanlara teşekkürü bir borç bilmektedir. Yazar, kitabın İnşaat Mühendisliği öğrencilerine ve konu ile ilgili çalışan İnşaat Mühendislerine yararlı olacağını umut etmektedir.
Kutlu Darılmaz, 2023
İÇİNDEKİLER
1. GİRİŞ .............................................................................................................................................. 1
2. TEMEL KAVRAMLAR VE DEPREM DEĞİŞKENLERİ ........................................................... 2
2.1. Depremlerin Oluşumu ............................................................................................................. 2
2.2. Depremin Büyüklüğü ve Şiddeti ............................................................................................. 4
2.3. Deprem Olma Olasılığı ve Dönüş Periyodu ............................................................................ 6
2.4. Yapıya Etkiyen Deprem Kuvvetleri ........................................................................................ 7
2.5. Deprem ve Rüzgar Yüklerinin Karşılaştırılması ..................................................................... 7
2.6. Deprem Kayıtları ..................................................................................................................... 8
2.7. En Büyük Yer İvmesi ve Düşey İvme ..................................................................................... 9
2.8. Depremden dolayı oluşan hasarların nedenleri ....................................................................... 9
3. DEPREM HESABINDA KULLANILAN YAPI DİNAMİĞİ TEMEL İLKELERİ ...................... 11
3.1. Dinamik ve Statik Etkiler Altında Çözüm .............................................................................. 11
3.2. Serbestlik derecesi ................................................................................................................... 11
3.3. Periyot, Frekans ve Açısal Frekans ......................................................................................... 13
3.4. Kütle, Rijitlik .......................................................................................................................... 14
3.5. Hareket Denklemi, Newton’un Hareket Yasası, D’Alembert Prensibi ................................... 14
3.6. Periyot, kütle ve rijitlik ilişkisi ................................................................................................ 20
3.7. Sönüm ..................................................................................................................................... 23
3.8. Titreşim Hareketinin Sınıflandırılması.................................................................................... 24
3.9. Tek Serbestlik Dereceli Sönümsüz Sistemin Serbest Titreşimi .............................................. 24
3.10. Tek Serbestlik Dereceli Sönümlü Sistemin Serbest Titreşimi ................................................ 27
3.11. Tek Serbestlik Dereceli Sönümsüz Sistemin Harmonik Yük Etkisinde Zorlanmış Titreşimi . 32
3.12. Tek Serbestlik Dereceli Sönümlü Sistemin Harmonik Yük Etkisinde Zorlanmış Titreşimi ... 45
3.13. Yer Hareketi Etkisindeki Tek Serbestlik Dereceli Sönümlü Sistemin Titreşimi .................... 53
3.14. Newmark Sayısal İntegrasyonYöntemi ile Çözüm ................................................................. 58
3.15. Çok Serbestlik Dereceli Sistemler........................................................................................... 76
3.15.1. Mod Şekilleri ve Açısal Frekanslar .................................................................................... 77
3.15.2. Mod Birleştirme Yöntemi .................................................................................................. 79
3.15.3. Sönüm Matrisi .................................................................................................................. 107
3.16. Tepki Spektrumları.................................................................................................................. 108
4. TASARIM İLKELERİ VE DEPREM ETKİLERİ ......................................................................... 118
4.1. Giriş ......................................................................................................................................... 118
4.2. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde Tanımlanan Deprem Yer Hareketi Düzeyleri ve Bina
Performans Düzeyleri ......................................................................................................................... 118
4.2.1. Deprem Yer Hareketi Düzeyleri ........................................................................................ 118
4.2.2. Bina Performans Düzeyleri................................................................................................ 119
4.3. Taşıyıcı Sistemler .................................................................................................................... 119
4.3.1. Betonarme Taşıyıcı Sistem Türleri..................................................................................... 119
4.3.2. Taşıyıcı Sistemin Oluşturulması ........................................................................................ 120
4.3.3. Kütle ve Rijitlik Merkezi Kavramları ................................................................................. 120
4.4. Kapasite Tasarımı İlkesi .......................................................................................................... 121
4.5. İç Kuvvetlerin Hesabında Yapılan Kabuller ........................................................................... 122
4.5.1. Eşit yerdeğiştirme ve eşit enerji kavramları ........................................................................ 122
4.6. Türkiye Deprem Tehlike Haritaları ......................................................................................... 123
4.7. Deprem Tepki Spektrumları .................................................................................................... 123
4.7.1. Elastik Tepki Spektrumu ve Tasarım Spektrumu ................................................................ 126
4.7.2. TBDY Deprem Yer Hareketi Spektrumları ........................................................................ 127
4.7.3. Sahaya Özel Deprem Yer Hareketi Spektrumu ................................................................... 132
4.7.4. Zaman Tanım Alanında Deprem Yer Hareketi ................................................................... 133
4.8. TBDY’de Bina Kullanım, Deprem Tasarım ve Bina Yükseklik Sınıfları ............................... 136
4.8.1. Bina Kullanım Sınıfları (BKS) .......................................................................................... 136
4.8.2. Deprem Tasarım Sınıfları (DTS) ....................................................................................... 137
4.8.3. Bina Yüksekliği ve Bina Yükseklik Sınıfları (BYS) ........................................................... 138
4.9. Depreme Dayanıklı Bina Tasarımında Kullanılan Yaklaşımlar .............................................. 139
4.10. Performans Hedefleri ve Uygulanacak Tasarım Yaklaşımları ................................................ 140
4.11. Deprem Etkisi Altında Uygun Tasarım İçin Bina Taşıyıcı Sistemlerinin Düzenlenmesi ....... 141
4.11.1. Taşıyıcı Sistem Seçimi ve Düzensizlikler........................................................................... 142
4.11.2. Taşıyıcı Sistemde Fazla Bağlılık Özelliğinin Sağlanması ................................................... 142
4.11.3. Dayanım ve Rijitlik ........................................................................................................... 142
4.11.4. Süneklik............................................................................................................................ 143
4.11.5. Katlarda ve Geçiş Katlarında Yeterli Döşeme Rijitliği ve Dayanımı ................................... 169
4.11.6. Taşıyıcı Sistemin Düzenli ve Simetrik Olarak Düzenlenmesi ............................................. 170
4.11.7. Düzensizlikler ................................................................................................................... 170
4.12. Dayanıma Göre Tasarım ......................................................................................................... 175
4.13. Elastik Ötesi Doğrusal Olmayan Davranış .............................................................................. 176
4.13.1. Doğrusal Olmayan Davranış ve Hesaplarda Kullanım Amacıyla İdealleştirme.................... 178
4.13.2. Akma Dayanımı, Tasarım Dayanımı ve Deprem Yükü Katsayıları ..................................... 179
4.13.3. Dayanım Fazlalığı Katsayısı .............................................................................................. 180
4.13.4. Deprem Yükü Azaltma Katsayısı Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı................................. 181
4.13.5. TBDY’de Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı ve Dayanım Fazlalığı Katsayısı ................... 183
4.14. Betonarme Sistemlerin süneklik düzeyine bağlı olarak sınıflandırılması ............................... 184
4.14.1. Binaların Üst ve Alt Bölümlerinde Farklı R Katsayılarının Kullanılması ............................ 185
4.15. Deprem Etkisinin Tanımlanması ve Diğer Etkilerle Birleştirilmesi ....................................... 187
4.15.1. Yatay Deprem Etkisi Altında Azaltılmış Tasarım İvme Spektrumu .................................... 187
4.15.2. Yatayda Birbirine Dik Doğrultulardaki Deprem Etkilerinin Birleştirilmesi ......................... 187
4.15.3. Düşey Deprem Etkisi ........................................................................................................ 187
4.15.4. Deprem Etkilerinin Diğer Etkilerle Birleştirilmesi ............................................................. 188
4.15.5. Doğrusal Hesap İçin Taşıyıcı Sistemin Modellenmesine İlişkin Kurallar ............................ 189
4.15.6. Doğrusal Hesap Yönteminin Seçilmesi .............................................................................. 196
4.16. Etkin Göreli Kat Ötelemelerinin Sınırlandırılması, ................................................................ 239
4.17. İkinci Mertebe Etkileri ............................................................................................................ 242
4.18. Deprem Derzleri ...................................................................................................................... 244
4.19. Şekildeğiştirmeye Göre Değerlendirme ve Tasarım Yaklaşımı .............................................. 246
4.19.1. Tanım ............................................................................................................................... 246
4.19.2. Performans Hedefleri ........................................................................................................ 246
4.19.3. Deprem Etkisinin Tanımlanması ve Diğer Etkilerle Birleştirilmesi ..................................... 247
4.19.4. Doğrusal Olmayan Hesap Yönteminin Seçimi ................................................................... 247
4.19.5. Doğrusal Olmayan Davranış Modelleri .............................................................................. 248
4.19.6. Doğrusal Olmayan Hesap İçin Taşıyıcı Sistemin Modellenmesine İlişkin Kurallar ............. 251
4.19.7. Doğrusal Olmayan İtme Yöntemleri ile Deprem Hesabı ..................................................... 253
4.19.8. Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Hesap Yöntemi İle Deprem Hesabı ................. 261
5. BETONARME BİNALARIN DEPREM DAVRANIŞI................................................................. 265
5.1. Malzeme Özellikleri ................................................................................................................ 265
5.2. Özel Deprem Etriyeleri ve Çirozları ....................................................................................... 265
5.3. Kirişler .................................................................................................................................... 266
5.3.1. Süneklik Düzeyi Yüksek Kirişler ....................................................................................... 266
5.3.2. Süneklik Düzeyi Sınırlı Kirişler ......................................................................................... 279
5.4. Kolonlar .................................................................................................................................. 281
5.4.1. Süneklik Düzeyi Yüksek Kolonlar ..................................................................................... 281
5.4.2. Süneklik Düzeyi Sınırlı Kolonlar ....................................................................................... 295
5.5. Perdeler ................................................................................................................................... 299
5.5.1. Perdelerin Yerleşimi.......................................................................................................... 300
5.5.2. Süneklik düzeyi yüksek perdeler ....................................................................................... 302
5.5.3. Perde Uç Bölgeleri ve Kritik Perde Yüksekliği .................................................................. 303
5.5.4. Gövde Donatısı Koşulları .................................................................................................. 304
5.5.5. Gövde Donatılarının Düzenlenmesi ................................................................................... 306
5.5.6. Perde Uç Bölgelerinde Donatı Koşulları ............................................................................ 306
5.5.7. Farklı Geometriye sahip perdelerde etkili başlık genişliklerinin belirlenmesi ...................... 307
5.5.8. Tasarım Eğilme Momentleri .............................................................................................. 309
5.5.9. Kesme güvenliği ............................................................................................................... 311
5.5.10. Perdelerde Güç Tükenmesi Durumları ............................................................................... 316
5.5.11. Perdelerde Boşluklar ......................................................................................................... 318
5.5.12. Bağ Kirişli (Boşluklu) Perdelere İlişkin Kural ve Koşullar ................................................. 319
5.6. Bağ kirişleri ............................................................................................................................. 319
5.7. Süneklik Düzeyi Sınırlı Perdeler ............................................................................................. 333
5.8. Birleşim Bölgeleri ................................................................................................................... 333
5.8.1. Süneklik Düzeyi Yüksek Çerçeve Sistemlerde Kolon-Kiriş Birleşim Bölgeleri ................... 333
5.8.2. Süneklik Düzeyi Sınırlı Çerçeve Sistemlerde Kolon-Kiriş Birleşim Bölgeleri ..................... 338
5.9. Döşemeler ............................................................................................................................... 341
5.9.1. Döşemelerin Düzlem İçindeki Davranışları ........................................................................ 341
5.9.2. Döşemeler ile ilgili TBDY Koşulları ................................................................................. 345
5.10. Temeller .................................................................................................................................. 356
5.10.1. Yüzeysel temellerin Taşıma Gücü ..................................................................................... 358
5.10.2. Temel Bağ Kirişleri ........................................................................................................... 360
5.10.3. Kazıklı Temeller ............................................................................................................... 360
6. ÇELİK BİNALARIN DEPREM DAVRANIŞI .............................................................................. 364
6.1. Kullanılabilecek Tasarım Yöntemleri ..................................................................................... 365
6.1.1. Güvenlik Katsayıları ile Tasarım ....................................................................................... 366
6.1.2. Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT) ............................................................. 366
6.2. Malzeme .................................................................................................................................. 366
6.3. Enkesit Koşulları ..................................................................................................................... 367
6.4. Kapasite Tasarımı ve Olası Malzeme Dayanımları ................................................................. 368
6.5. Kapasitesi Korunmuş Bölgeler................................................................................................ 369
6.6. Kolon ve Kiriş Ekleri .............................................................................................................. 370
6.7. Yük Birleşimleri ...................................................................................................................... 370
6.8. Moment Aktaran Çelik Çerçeveli Sistemler ........................................................................... 371
6.8.1. Moment Aktaran Süneklik Düzeyi Yüksek Çelik Çerçeveli Sistemler ................................ 371
6.8.2. Kiriş-Kolon Birleşim Bölgeleri .......................................................................................... 376
6.8.3. Moment Aktaran Çerçevelerde Kiriş-Kolon Birleşim Detayları .......................................... 380
6.8.4. Moment Aktaran Süneklik Düzeyi Sınırlı Çelik Çerçeveli Sistemler .................................. 396
6.9. Merkezi Çelik Çaprazlı Sistemler ........................................................................................... 397
6.9.1. Süneklik düzeyi yüksek merkezi çaprazlı çelik çerçeveler .................................................. 397
6.9.2. Süneklik düzeyi sınırlı merkezi çaprazlı çelik çerçeveler .................................................... 406
6.10. Süneklik Düzeyi Yüksek Dışmerkez Çelik Çaprazlı Sistemler .............................................. 408
6.10.1. Bağ Kirişleri ..................................................................................................................... 409
6.10.2. Rijitlik (Berkitme) Levhaları ............................................................................................. 413
6.10.3. Çaprazlar, Kat Kirişleri ve Kolonlar .................................................................................. 414
6.10.4. Bağ Kirişi-Kolon Birleşimi................................................................................................ 414
6.10.5. Çapraz-Kiriş-Kolon Birleşimi ............................................................................................ 415
6.11. Çapraz-Kiriş-Kolon Birleşim Detayları .................................................................................. 415
6.12. Burkulması Önlenmiş Çaprazlı Çelik Çerçeveler ................................................................... 423
6.13. Diyafram Tasarımı .................................................................................................................. 428
KAYNAKLAR ................................................................................................................................... 430
DİZİN 432
