Sürtünmeye dayalı sönümleyiciler ile bağlı betonarme perde duvarlı yüksek binaların tasarımı

Günümüzde, yüksek yapılarda en yaygın kullanılan sistemlerden bir tanesi birbirlerine bağ kirişleri ile bağlı betonarme perde duvarlı sistemlerdir. Bağ kirişleri, bu kirişler ile bağlı perde duvarların rijitliğini, bağlı olmayan duvarlara göre önemli miktarda artırırlar. Deprem bölgelerinde sünek bağ kirişleri kullanılarak, yapının bu kirişler ile enerji sönümlemesi de hedeflenir. Bağ kirişlerinde, perde duvarların arasındaki etkileşime bağlı olarak düşük seviyelerdeki yanal kuvvetler altında bile doğrusal olmayan kesme ve buna bağlı olarak eğilme şekil değiştirmeleri beklenebilir. Bu yüzden tipik betonarme yüksek yapılarda bağ kirişlerindeki enerji sönümleme genelde perde duvarlardan daha fazla olması ve şiddetli bir deprem sonrası bu kirişlerdeki hasarın kalıcı olması beklenebilir. Bununla beraber, bağ kirişlerin davranışı perde duvarların davranışını da etkileyecek ve bundan dolayı tüm yapı davranışı yönlendirecektir. Yapı davranışını etkileyen önemli elemanlar olmalarına rağmen, bağ kirişlerinin tasarımı birçok nedenden dolayı istenildiği gibi olmayabilir. Tasarım aşamasında mimari, mekanik ve değişik yapısal veya yapısal olmayan zorunluluklardan dolayı bağ kirişlerin tasarımı (boyutlandırılması, kapasitesi v.b.) mühendisin kontrolünden çıkmakta ve bu zorunluluklar çerçevesinde belirlenmektedir. Bazı araştırmacılar, tasarım zorlukları, hasarın kalıcı olması gibi nedenlerden dolayı konvansiyonel betonarme ve çelik bağ kirişi kullanılması yerine yapı içerisinde istenilen bağıl davranışı elde edebilmek için sönümleyici kullanımını önermişlerdir. Sönümleyici olarak kullanılacak bağ kirişleri ile bağlı perde duvarlı yapı sistemlerinin tasarımı ise ayrı bir araştırma konusu olarak karşımıza çıkmaktadır. Yüksek lisans tezi olarak yapılan bu çalışmada, birbirlerine dönme sürtünmesine dayalı sönümleyicilerle bağlı betonarme perde duvarlı yüksek binaların tasarımını kolaylaştırıcı yöntemler incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda ilk aşamada Türkiye'de inşası yakın dönemde tamamlanmış, 43 katlı ve birbirlerine çelik bağ kirişleri ile bağlı iki adet C şeklinde betonarme perde duvarlı bir yapı incelenmiş, araştırma için kat planları basitleştirilmiştir. Yapı tasarımı, ulusal ve uluslararası yönetmelikler ve tasarım kılavuzları göz önüne alınarak tekrarlanmış ve matematiksel model elde edilmiştir. İkinci aşamada yapısal analizleri kolaylaştıracak eşdeğer çerçeve yöntemleri incelenmiştir. Yüksek yapılarda döşemelerin çubuk elemanlar ile modellendiği eşdeğer çerçeve sistemler, kabuk elemanlı sistemlere göre daha hızlı çözüldüklerinden dolayı sıklıkla kullanılmaktadır. İncelemelerin yapılacağı doğrusal olmayan model oluşturulmadan önce orijinal yapı içerisindeki kabuk elemanlar literatürde önerilen yöntemler ile elde edilen eşdeğer kirişler ile modellenmiştir. Orijinal matematiksel model ile eşdeğer çerçeve modellerinin yapısal davranışı eşdeğer statik, modal ve modal birleştirme yöntemleri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Üçüncü aşamada, orijinal yapının alternatifi olarak çelik bağ kirişleri yerine, uygun tasarımı ve detaylandırılması yapıldığı takdirde hasar almayacak elemanlar olan sürtünmeye dayalı sönümleyiciler kullanıldığı düşünülmüştür. Sönümleyicilerin doğrusal olmayan tasarımı üreticiden alınan bilgiler doğrultusunda gerçekleştirilmiştir. Üç farklı senaryo araştırılmıştır: Birinci senaryoda çelik bağ kirişlerin kesme akma kapasitesine bağlı olarak değişik kapasitelerde sönümleyici kullanılması durumu araştırılmıştır. İkinci senaryoda sönümleyicilerin yapı içerisine değişik konfigürasyonlar halinde yerleştirilme durumu incelenmiştir. Üçüncü ve son senaryoda performans değerlendirmesi sonucu ilk 20 katta önemli derecede hasar alan çelik bağ kirişleri yerine bu kirişlerin başlangıç ve güçlendirme maliyetine denk gelecek maliyette sönümleyici elemanlar kullanarak hasarı azaltmaya yönelik yerleşim incelemesi yapılmıştır. Yukarıda özetlenen sönümleyici yapı senaryoları doğrusal olmayan analiz modelinin verilen bir tasarım spektrumuna ölçeklendirilmiş yedi deprem çifti için çözümlenmesi ile incelenmiş ve bu senaryolarda sönümleyicilerin yapının doğrusal olmayan davranışı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Orijinal sistem ve önerilen sistemler arasında enerji sönümleme, göreli kat öteleme, perde duvar kuvvetleri, plastik dönmeler ve değişik yapısal özellikler temel alınarak karşılaştırmalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar grafik ve şekiller halinde sunulmuştur. Nümerik verilerden elde edilen bilgilere göre sürtünmeye dayalı kullanılan sönümleyicinin yapı rijitliğini azaltarak önemli miktarda enerji sönümlediği ve bağ kirişlerinde oluşacak hasar düşünüldüğü zaman, konvansiyonel bağ kirişleri yerine alternatif olarak uygun bir maliyetle kullanılabilecekleri gözlemlenmiştir.