Betonarme bir yapının Türk, Avrupa ve Amerikan yönetmeliklerine göre tasarımı

Günümüz dünyasında depreme dayanıklı yapı tasarımının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle deprem kuşağında bulunan ülkelerde depreme dayanıklı yapılar tasarlanmaktadır. Günümüz teknolojileri ile birlikte yapısal analiz programları ile depreme dayanıklı yapı tasarımı geçmişe kıyasla daha kolaydır. Programlar yardımı ile kısa zamanda hızlı ve doğru sonuçlara ulaşılmaktadır. İnşaat mühendisleri olarak depreme dayanıklı yapı tasarımını iyi bir şekilde anlamak ve uygulamak en önemli mesleki sorumluluklarımızdandır. Deprem anında yapının toptan göçmesini önlemek, kalıcı hasar oluşumunu sınırlandırmak ve can kaybını engellemek için uygun yapı tasarımında yapılacak kontroller, ülkelerin yayınladıkları standartları anlayabilme ve uygulayabilme ile mümkündür. Yüksek lisans tezi olarak yapılan bu çalışmada yapısal analiz programları kullanılarak ele alınan zemin ve 10 normal kattan oluşan betonarme bir yapının Türk yönetmeliklerinden DBYBHY ve TS500, Amerikan yönetmeliklerinden ACI 318-11 ve deprem yükleri için referans gösterilen ASCE/SEI 7-10, ve Avrupa yönetmeliklerinden Eurocode 2 ve Eurocode 8 kullanılarak farklı yönetmeliklerin gerektirdiği koşullar incelenerek depreme dayanıklı bir yapı tasarlanarak sonuçları karşılaştırılmıştır. Tasarımı yapılan bina birinci deprem bölgesinde bulunan, zemin ve 10 normal kattan oluşan bir yapıdır. Kat yüksekliği 3 m olup taşıyıcı sistemi çerçeve ve perdeli taşıyıcı sistem olup, konut amacı ile kullanılacak bir yapıdır. Malzeme olarak C25 kalitesinde beton ile S420 nervürlü çelik sınıfı kullanılmıştır. Çalışma kapsamında birinci bölümde çalışmada kullanılan yönetmeliklerden ve çalışmanın amacından bahsedilmektedir. Türk Yönetmelikleri olarak 2000 yılında yayımlanmış olan "Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları (TS500)" ile 2007 yılında Bayındırlık ve İskan Bakanlığı tarafından yayımlanan "Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY)" ve 1997 yılında yayımlanan "Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri (TS498)" yönetmeliklerinden faydalanılmıştır. Avrupa yönetmelikleri olarak betonarme yapıların tasarımı düzenlenirken "Eurocode 2" ve depreme dayanıklı yapı tasarımında "Eurocode 8" kuralları dikkate alınmıştır. Amerikan Yönetmelikleri olarak ise betonarme yapıların tasarımı konusunda kuralları düzenleyen mevcut yönetmelik "American Concrete Instute (ACI)" tarafından 2011 yılında düzenlenmiş olan "Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary (ACI 318-11)" kullanılmıştır. Depreme dayanıklı yapıların tasarımında 2012 tarihinde güncellenen "International Building Code (IBC)" ve 2010 tarihli yayımlanan "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE/SEI 7-10)" kullanılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde ilgili yönetmeliklerde açıklanan yapısal düzensizlikler açıklanmıştır. Deprem hesapları detaylı bir şekilde açıklanıp ilgili hesap yöntemleri, eşdeğer deprem yükü ve mod birleştirme yöntemlerinin sınır şartlara göre hangisinin kullanılacağına karar verilmesi ve deprem hesabında kullanılacak tüm parametreler açıklanmıştır. Ayrıca yönetmeliklerin taşıma gücü hesap yöntemi gereklilikleri bu bölümde karşılıklı olarak ifade edilmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde tasarlanacak olan yapıya ait bilgiler verilmiştir. Yapı Merkezi İnşaat A.Ş'nin Kadıköy Acıbadem'deki tarihi sokullu konağı projesinin kat planlarının belirli revizyonlarının ardından kat adedinin arttırılarak zemin ve 10 normal kattan oluşan, taşıyıcı sistemi perde ve çerçeve sistemlerden oluşan betonarme bir yapı olup ve kullanım amacı konut olarak tasarlanacaktır. Binanın x doğrultusundaki uzunluğu 23m, y doğrultusundaki uzunluğu 16,50 m olup kat alanı 380 m2'dir. Kat döşemeleri çift doğrultuda çalışan döşemelerdir. Temel sistemi 1 m kalınlığında radye temel seçilip kat planından her doğrultuda 1m genişleyerek x doğrultusunda 25 m, y doğrultusunda 18,50 m olarak hesaplanmış ve toplam temel alanı 462,5 m2 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca bu bölümde kullanılan yapısal analiz programı ile ilgili bilgiler yer almaktadır. Çalışmanın dördüncü bölümünde yapının analiz işlemleri başlamıştır. Öncelikle döşemelerin çalışma prensibi hakkında bilgiler verilip TS 500' e göre döşeme kalınlığının seçim hesapları gösterilmiştir. Yük analizleri yapılarak hesap yükleri belirlenmiştir. Son olarak analizler sonucu elde edilen farklı modlara ait frekans periyot ve açısal frekans değerleri gösterilmiştir. Çalışmanın beşinci bölümünde farklı yönetmeliklere göre deprem hesabı ayrıntı bir şekilde yapılmıştır. Yönetmeliklerin gerektirdiği yük kombinasyonları belirtilerek farkları açıklanmıştır. ASCE/SEI 7-10'a göre deprem hareketinin düşey bileşeni de deprem kombinasyonlarında dikkate alınırken, eurocode 8'e göre tasarımda düşey bileşenin kullanım durumlarının dışında tasarlanan bir bina türü olması sebebi ile ve DBYBHY'de depremin sadece yatay birleşeni incelenmesinden dolayı düşey deprem kuvvetleri ele alınmamıştır. Tasarımı yapılan binada analizler sonucunda deprem yükleri altında yapıda oluşabilecek olası düzensizlikler kontrol edilmiştir. İlgili yönetmeliklerin süneklilik düzeyi yüksek betonarme bir yapı tasarımında yapılacak kontroller eğilme ve kesme hesabı için ayrı ayrı gösterilmiştir. Yapıda B-B aksına ait S04 ve S02 kolonları ile K109 ve K110 kirişleri ile 4-4 aksında bulunan P02 perdesinin betonarme hesapları yapılıp enine ve boyuna donatıları hesaplanarak yönetmeliklere uygunluğu gösterilmiştir. Donatı çizimleri hesapların ardından ayrıntılı bir şekilde gösterilmiştir. Burada ASCE/SEI 7-10' a göre tasarımda diğer yönetmeliklerden farklı olarak spektral ivme katsayısının hesabına dikkat edilmelidir. Genel olarak yapıların süneklilik ve önem sınıflarına göre belirlenir. ASCE/SEI 7-10'da tüm ülkenin ivme değerlerini gösteren MCER haritaları belirlenmiştir. B zemin sınıfına göre hazırlanan haritalar ilgili zemin katsayısı ile çarpılarak ve belirli oranlarda azaltılması ile spektral ivme katsayıları hesaplanır. Altıncı bölümde ise farklı yönetmeliklere deprem hesabı ile betonarme hesaplar özetlenerek sonuçlar tablolar halinde gösterilmiştir. TS 500 ve Eurocode 2'ye göre yapılan hesaplarda malzeme dayanım değerleri malzeme güvenlik katsayılarına bölünerek tasarım dayanımları hesaplanır. ACI 318'de ise hesabı yapılan elemanın türüne ve etkiyen kuvvete göre belirlenen dayanım azaltma katsayısı Φ kullanılarak tasarım dayanım momenti, kesme kuvveti ve normal kuvveti elde edilir. Eşdeğer deprem yükü hesabında efektif deprem ağırlığı hesaplanırken Türk ve Avrupa yönetmeliklerinde yapısal yükler, ilave sabit yüklerin tamamının ve hareketli yüklerin belirli oranlarda azaltılarak alınmasına karşın, Amerikan yönetmeliklerinde bazı özel durumlar dışında hareketli yüklerin alınmasına izin verilmemiştir. Türk ve Amerikan yönetmelikleri ile yapılan kabuller kontroller konusunda benzerlik göstermiştir. Ayrıca Eurocode 8 ve DBYBHY' e göre tasarımında yer değiştirmeler yapı davranış katsayısı q ile çarpılırken ASCE/SEI 7-10'da yapı davranış katsayısından bağımsız olarak yer değiştirmeler yer değiştirme arttırma katsayısı Cd ile çarpılıp bina önem katsayısına bölünerek etkin göreli yer değiştirmeler hesaplanmıştır. Betonarme hesaplar konusunda perde uç bölge tasarımında ASCE/SEI 7-10 ve Eurocode 8 yönetmeliklerinde perde uç bölgesi tasarımı yapılmasına karar verilmesinde perde üzerine etkiyen normal kuvvete bağlı basınç gerilmesi dikkate alınırken, DBYBHY'de perde elemanının geometrik özelliklerine bağlı olduğu çıkarılan önemli bir sonuçtur. Çalışma kapsamında incelen bina analizlerinde en elverişsiz sonuçlar Eurocode yönetmeliklerine göre yapılan tasarımda elde edilirken en güvenli tarafta kalınmış fakat ekonomiklikten uzaklaşılmıştır.