Deprem etkisindeki yüksek binalarda çoklu dıştan destek (outrigger) kirişlerinin konumunun tasarıma etkisi

Dıştan destekli sistemler; merkezde bulunan çekirdeğin bir veya iki kat yüksekliğindeki rijit elemanlar (destek kirişi, outrigger kirişi) vasıtasıyla çevre kolonlara bağlandığı taşıyıcı sistemler olarak tanımlanırlar. Bu sistemlerin çalışma prensibi yatay yükler (rüzgâr veya deprem) altında dönmeye çalışan çekirdek perdenin hareketinin rijit elemanlar ve çevre kolonları yardımıyla kısıtlanması üzerine kuruludur. Çekirdek perdenin dönmesiyle beraber rijit elemanlar çevre kolonlarını, üstlerinde basınç ve çekme kuvveti oluşturarak, mobilize ederler. Kuvvet çifti şeklinde oluşan bu eksenel kuvvetler sistemde; çekirdek perde devrilme momentinin azaltılması, sistem tepe deplasmanının azaltılması şeklindeki iki önemli etkiyi meydana getirirler. Literatürde yapılan çalışmalarda dıştan destekli sistemler; üzerinde dönme yayı bulunan konsol bir çubuk ile idealleştirilmişlerdir. Sistemde konsol çubuk çekirdek perdeyi temsil ederken, dönme yayı destek sisteminin eşdeğeri olarak kabul edilmiştir. Ayrıca çalışmalarda bu eşdeğer yayın rijitliğinin destek kirişlerinin altında bulunan çevre kolonlarının eksenel rijitlikleriyle (EA) doğru, kolon yüksekliği ile ters orantılı olarak değiştiği sonucu elde edilmiştir. Birinci dereceden hiperstatik olan bu sistem üzerinde yapılan hesaplar sonucu perde devrilme momentinin azaltılması açısından destek kirişinin sistemin tabanına yakın yerleştirilmesi, tepe deplasmanı açısından ise sistem ortasına yerleştirilmesi gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında dıştan destekli sistemlerin deprem yükleri altındaki davranışı iki destek kirişine sahip 40 katlı binalar kullanılarak incelenmiştir. Literatürdeki çalışmaların azlığı göz önünde bulundurularak destek kirişleri betonarme yapı elemanı olarak seçilmiş, betonarme hesabı araştırma konusuna dâhil edilmiştir. Günümüz yönetmeliklerinde dıştan destekli sistemlerin tasarım ve boyutlandırılması ile ilgili kurallar bulunmamaktadır. Bunun yerine, 2019 yılı itibarıyla yürürlüğe girecek olan TBDY ve PEER-TBI dokümanında tavsiye niteliğinde; destek kirişlerinin dayanım fazlalıklarının sınırlandırılmasının gerekliliğine dikkat çeken maddeler bulunmaktadır. Yönetmeliklerimizde tasarıma yönelik maddelerin bulunmamasından dolayı bu çalışma kapsamında dıştan destekli sistemlerin davranışı doğrusal ve doğrusal olmayan olmak üzere iki aşamada incelenmiştir. Çalışma altı ana bölüm altında toplanmıştır. Birinci bölümde yüksek binalar ile ilgili genel bilgiler verilmiş, taşıyıcı sistemlerin oluşturulma süreci üzerinde durulmuştur. Bölüm sonunda, yapılan çalışmanın amacından kısaca bahsedilmiştir. İkinci bölümde literatürde yapılan çalışmalara yer verilmiştir. Özellikle dıştan destekli sistemler ile ilgili yapılan ilk çalışmalar olan destek kirişinin konumunun etkisi ve bu sistemlerin deprem davranışının incelendiği çalışmaların özetlerine yer verilmiştir. Üçüncü bölümde dıştan destekli sistemlerin davranışı literatürdeki çalışmalar kullanılarak basitleştirilmiş sistemler üzerinde incelenmiş, en uygun destek kirişi konumu üzerinde durulmuştur. Dördüncü bölümde, bina yüksekliği H olmak üzere, 0.33H-0.66H konumunda bulunan iki destek kirişine sahip betonarme bir binanın doğrusal ve doğrusal olmayan davranışı incelenmiştir. Destek kirişinin betonarme hesabı için elemanın yükleme durumu ve boyutları itibarıyla Bernoulli-Navier hipotezinin dışına çıkması göz önünde bulundurularak çubuk model yöntemi (strut-and-tie model) kullanılmıştır. Yöntemde kullanılan çubuk modelin teşkilinde destek kirişinin sık sonlu elemanlar ile idealleştirilmesi sonucu elde edilen gerilme yörüngelerinden yararlanılmıştır. Sistemin doğrusal olmayan davranışı için yapı kapasitesinin deprem yer hareketinden bağımsız olarak elde edilebildiği itme analizi yöntemlerinden olan; Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi kullanılmıştır. Beşinci bölümde, dördüncü bölümdeki taşıyıcı sistemde bulunan destek kirişlerinin konumlarının değiştirilmesiyle elde edilen dört farklı sistemin (0.25H-0.75H, H-0.25H, H-0.50H, H-0.75H) analizleri yapılmıştır. Sistemler için elde edilen sonuçlar doğrusal ve doğrusal olmayan hesaba göre iki kısımda karşılaştırılmıştır. Son bölümde, tez çalışmasında elde edilen tüm sonuçlar aktarılmıştır.