Content uploaded by Şenol Gürsoy
Author content
All content in this area was uploaded by Şenol Gürsoy on Oct 18, 2023
Content may be subject to copyright.
Uluslararası Mühendislik
Araştırma ve Geliştirme Dergisi
International Journal of
Engineering Research and
Development
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688.
10.29137/umagd.1253099
Cilt/Volume:15 Sayı/Issue:2 Haziran/June 2023
Araştırma Makalesi / Research Article .
*Sorumlu Yazar: sgursoy@karabuk.edu.tr
Zemin Kat Yüksekliği ve Kat Adedi Farklı Olan Betonarme Binalarda
Sismik İzolatör Kullanımının Bina Davranışına Etkisinin İncelenmesi
Investigation of the Effect of Seismic Isolator Use on Building Behaviour in
Reinforced Concrete Buildings with Different Ground Storey Height and Number of
Storey
Ali Mert ÖZKAN1, Şenol GÜRSOY2* , Zehra Şule GARİP2
1Karabük Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği ABD, 78050 Karabük, TÜRKİYE
2Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 78050 Karabük, TÜRKİYE
Başvuru/Received: 19/02/2023 Kabul/Accepted: 05/02/2023 Son Versiyon/Final Version: 30/06/2023
Son Versiyon/Final Version: 30/06/2023
Öz
Türkiye’de binaların zemin katları genellikle dükkân, otopark, otomobil galerisi, banka, otel lobileri, depo vb. gibi amaçlarla
kullanılmaktadır. Bu durumda da zemin katların yükseklikleri, normal katlara göre daha yüksek olmakta dolayısıyla zemin katın
rijitliği üst katlara göre azalmaktadır. Rijitliği zayıf olan bu katlarda depremler sırasında ağır hasarlar oluşmaktadır. Bu
çalışmada üç farklı bina formuna sahip ankastre mesnetli ve kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlü betonarme binaların zemin kat
yüksekliğindeki artışın yapısal davranışlarına etkileri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu amaçla önce toplam kat alanları
sabit tutularak üç farklı bina formuna ve farklı kat adedine sahip ankastre mesnetli betonarme bina modelleri oluşturulmuş ve
söz konusu modellerin zemin kat yüksekliğinin farklı oranlardaki artışının yapısal davranışlarına etkileri araştırılmıştır. Daha
sonra söz konusu bina modellerinin temeli ile kolonları arasına kurşun çekirdekli kauçuk izolatör yerleştirilerek sismik
izolasyonlu bina modellerinin davranışları ankastre mesnetli bina modelleri ile karşılaştırmaktadır. Yapısal çözümlemelerden
elde edilen bulgular sismik izolatörlü bina modellerinde zemin kat yüksekliğinin artması ile taban kesme kuvveti değerlerinin
ve üst katlardaki göreli kat ötelenmelerinin ankastre mesnetli bina modellerine göre önemli ölçüde azaldığını ve periyot
değerlerinin ve kat yer değiştirmelerinin önemli ölçüde arttırmadığını ortaya koymaktadır. Bu bulgular deprem tehlikesinin
yüksek olduğu bölgelerde inşa edilecek betonarme binaların emniyeti ve deprem performansı bakımından sismik izolatörlerin
alternatif olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
Anahtar Kelimeler
“Betonarme yapılar, bina periyodu, sismik izolasyon, yumuşak kat düzensizliği, zemin kat yüksekliği”
Abstract
Ground storeys of buildings in Turkey are usually used for purposes such as shops, car parks, car dealerships, banks, hotel
lobbies, warehouses, etc. In this case, the heights of the ground storeys are higher than the normal storeys, so the stiffness of the
ground storey decreases compared to the upper storeys. These storeys, which have weak rigidity, are heavily damaged during
earthquakes. This study investigated the effects of the increase in ground storey height on the structural behaviours of reinforced
concrete buildings with fixed support and lead core rubber insulators with three different building forms. To that end, firstly
fixed support reinforced concrete building models with three different building forms and three different number of storeys by
keeping the total storey areas constant was created. The effects on the structural behaviours of the increase at different rates of
the ground storey height of these models were researched. Then, a lead-core rubber insulator is placed between the foundation
and the columns of the aforementioned building models, and the behaviours of the seismic isolated building models is compared
with the fixed support building models. The findings from the structural analyses reveal that with the increase in the ground
storey height in seismic isolator building models, the base shear force values and the relative storey drifts on the upper storeys
decreased significantly compared to the fixed support building models and, the period values and storey displacements did not
increase significantly. These findings show that seismic isolators can be used as an alternative in terms of the safety and
earthquake performance of reinforced concrete buildings to be constructed in areas with high earthquake hazard.
Key Words
“Reinforced concrete structures, building period, seismic isolation, soft storey irregularity, ground storey height”
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
672
1. Giriş
Depreme dayanıklı yapı tasarımında taşıyıcı sistemi oluşturan yapısal elemanların, deprem yüklerini temel zeminine kesintisiz ve
güvenli olarak aktaracak yeterli rijitlik, dayanım ve süneklik koşullarına sahip olmaları gerekmektedir. Ancak Türkiye’deki mevcut
yapı stoğunu oluşturan az ve orta katlı betonarme binalarda, ticari ve estetik kaygılar, imar durumu, mal sahibinin istekleri ve alan
yetersizliği vb. gibi etmenler nedeniyle zemin katların yüksekliği genellikle normal katlara göre daha fazla olabilmektedir. Bu
husus da komşu katlar arasında düzensiz bir rijitlik dağılımına neden olmaktadır (Korkmaz ve Uçar, 2006; Kirac, et al. 2011; İnan
et al. 2014; Gürsoy et al. 2015; Gürsoy ve Öz, 2016; Çağlar et al. 2016; Garip ve Dibekoğlu, 2023). Diğer bir ifadeyle zemin kat
düşey taşıyıcı elemanlarının, üst katlara göre daha düşük rijitliğe sahip olması nedeniyle depremler sırasında zemin katlar, üst
katlara göre daha fazla yerdeğiştirme yapmaktadır. Bu durum Ocak 2019’da yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde
(TBDY) yumuşak kat (rijitlik) düzensizliği olarak ifade edilmektedir (TBDY, 2019).
Günümüzde depreme dayanıklı tasarım yaklaşımında yapının, zeminden gelen dinamik etkileri dolayısıyla şekil değiştirme
enerjisini, elastik ötesi davranış göstererek sönümlediği kabul edilmektedir. Buna göre, taşıyıcı sistemde plastik mafsallar
oluşmakta dolayısıyla da söz konusu yapıda kalıcı hasarların oluşmasına izin verilmektedir (Komodromos, 2000). Ancak depremler
sonrası kesintisiz hizmet vermesi gereken yapıların tasarımında (hastaneler, telekominasyon merkezleri, nükleer santraller, afet
koordinasyon merkezleri vb. gibi) plastik mafsalların oluşumuna izin verilmemektedir. Bu durum söz konusu yapıların
ekonomiklikten uzaklaşılmasına neden olmaktadır. Diğer taraftan teknolojinin gelişimiyle birlikte geleneksel depreme dayanıklı
yapı tasarımına alternatif olarak sismik izolasyon sistemleri geliştirilmiştir. Günümüzde dünyanın birçok bölgesinde sismik
izolasyon sistemleri dolayısıyla da bunlara ilişkin tasarım yöntemleri başarıyla uygulanmaktadır (bkz. Çizelge 1). Bunlardan
kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler, yüksek sönümlü kauçuk izolatörler ve sürtünmeli sarkaç izolatörler en yaygın olarak
kullanılanlardır. 1994 Ocak ayı itibariyle ABD’de kullanılan izolatörlerin %69’u kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerden, %23’u
yüksek sönümlü kauçuk izolatörlerden ve %8’i de sürtünmeli sarkaç izolatörlerden oluşmaktadır (Komodromos, 2000). Sismik
izolasyon uygulamasında LRB’nin kullanıldığı binalar, 1994 Northridge ve 1995 Kobe depremlerinde iyi performans gösterdikleri
ifade edilmiştir (Özpalanlar, 2004). Deprem performansı, kolay montajı ve yapım maliyetleri göz önüne alındığında bu çalışma
kapsamında sismik izolasyonlu oluşturulan bina modellerinde kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler kullanılmıştır.
Çizelge 1. Sismik izolasyon sistemlerinin sınıflandırılması
Kauçuk Esaslı Sistemler
Kayma Esaslı Sistemler
Yay Esaslı Sistemler
1) Düşük sönümlü kauçuk izolatörler
(LDRB-Low damping rubber bearing)
1) Sürtünmeli sarkaç izolatörler (FPS-Friction pendulum system)
2) Yüksek sönümlü kauçuk izolatörler
(HDRB-High damping rubber bearing)
2) Esnek sürtünmeli taban izolatör sistemi
(R-FBI-Resilient friction base isolation)
3) Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler
(LRB-Lead rubber bearing)
3)Fransız elektrik kurumu sistemi
4) TASS sistemi
5) EERC birleşik sistem
Sismik izolasyon sistemlerinin çalışma mantığı, yapıların dinamik davranışlarını değiştirerek depremler sırasında yapıya etkiyen
yüklerin, özellikle spektral ivmelerin, azaltılması ilkesine dayanmaktadır. Bu sistemlerle yapıların periyod, yer değiştirme ve
sönüm gibi dinamik özellikleri değiştirilerek depremlerin yıkıcı etkileri azaltılabilmektedir (Yücesoy, 2005; Şengel et al. 2009).
Bu çalışmada, farklı kat adedi ve kat alanları dikkate alınarak oluşturulan üç farklı forma sahip ankastre mesnetli ve sismik
izolasyonlu betonarme binalarda, zemin kat yüksekliğindeki artış miktarının yapısal davranışa etkisi karşılaştırmalı olarak
incelenmektedir.
2. Sismik İzolasyon Sistemleri
Artan nüfusun, yaşam ve barınma ihtiyaçlarını karşılayabilmek amacıyla çok katlı komplike yapılara talep her geçen gün
artmaktadır. Bu durum yapı mühendisliği açısından bazı problemlerin oluşmasına sebebiyet vermektedir. Çünkü geleneksel
depreme dayanıklı yapı tasarımının en büyük problemi, katlar arası ötelenmelerin ve kat ivmelerinin nasıl azaltılacağıdır. Bu
amaçla geleneksel yöntemlerde yapının rijitliğinin artırılmasıyla göreli kat ötelenmelerinin azaltılması sağlanmaktadır. Ancak bu
durum depremlerin yapılar üzerindeki etkilerini daha da artırmakta dolayısıyla buna bağlı olarak kat ivmelerinin artmasına neden
olmaktadır (bkz. Şekil 1). Diğer taraftan yapının sünek tasarlanmasıyla kat ivmeleri azaltılabilmekte, ancak bu durum da söz konusu
yapıdaki göreli kat ötelenmelerini arttırmaktadır (Naeim and Kelly, 1999).
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte geleneksel depreme dayanıklı yapı tasarımına alternatif olarak hem göreli kat ötelenmelerini
hem de kat ivmelerini eş zamanlı olarak azaltmayı amaçlayan yapısal kontrol sistemleri olarak adlandırılan mekanizmalar
geliştirilmiştir. Teknik literatürde yapısal kontrol sistemleri, aktif ve pasif kontrol sistemleri olarak ikiye ayrılmaktadır. Bunlardan
pasif kontrol sistemlerinden biri olan sismik izolasyon sistemleri, genellikle yapı ile temel arasına yerleştirilmektedir. Bunlar, düşey
doğrultudaki rijitliği yüksek ve yatay doğrultuda ise yer değiştirme yapmasına izin verilen sismik izolatörler vasıtasıyla yapı ile
zemin arasındaki etkileşimi sınırlandıran yapısal sistemlerdir. İzolatörler, yapının temeline yerleştirilebileceği gibi yapının farklı
bölgelerine de (katlar arası, kolon ortası, çatı vb.) yerleştirilebilmektedir. Sismik izolasyon sistemleri, yapının depreme karşı koyma
kapasitesini arttırmak yerine izolatörler vasıtasıyla yapının doğal periyodunu arttırmayı dolayısıyla üst yapıya gelen deprem
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
673
yüklerini azaltmayı amaçlayan yapısal sistemlerdir. Diğer bir ifadeyle sismik izolasyon sistemleri, yapıların titreşim frekansını
aynı taşıyıcı sistem özelliklerine sahip ankastre mesnetli yapıların titreşim frekansına ve depremin hakim frekansına göre
azaltmaktadırlar. Ayrıca ankastre mesnetli yapılarda hakim periyot düşük olduğundan, söz konusu yapının yüksek frekanslı yer
hareketi sırasında rezonansa girme olasılığı da yüksek olmaktadır. Diğer bir ifadeyle bu tür yapılar genellikle deprem sırasında
zeminden aktarılan ivmeleri yükseklikleri boyunca arttırmaktadır. Bu durum, göreli kat ötelenmelerinin ve kat ivmelerinin
artmasına neden olmaktadır. Diğer taraftan sismik izolasyonlu yapıların toplam kütle katılım modunda (hakim modlarda) söz
konusu yapı salınım yaparken hemen hemen tüm yer değiştirmeler izolasyon seviyesinde gerçekleşmekte ve üst yapı rijit bir kütle
olarak hareket etmektedir. Böylece ankastre mesnetli yapılarda karşılaşılan problemler ortadan kaldırılmış olmaktadır (Zayas et al.
1999; Ryan ve Chopra, 2004; Soyluk ve Tuna, 2011; Toprak, 2012; Çavdar ve Özdemir, 2018; Güneş ve Ulucan, 2020; Özer ve
İnel, 2021; Alasaf ve Öztürk, 2022; Öztürk, 2022;).
Şekil 1. Rijit ve esnek yapıların deprem yükleri altında davranışları (Özpalanlar, 2004)
Sismik izolasyon uygulanan yapılarda, katlar arası yer değiştirme oranı minimum seviyelere düştüğünden yapısal ve yapısal
olmayan elemanlardaki şekil değişimlerin minimum seviyede kaldığı dolayısıyla da yapısal elemanların depremlerin yatay
kuvvetinden ve ivmelenmeden minimum seviyede etkilendikleri gözlenmiştir (Yücesoy, 2005). Sonuç olarak yapının periyodunun
artması nedeniyle yüksek titreşim periyotlarında söz konusu yapıya etkiyen ivmeler azalmaktadır (bkz. Şekil 2). Böylece yapı daha
fazla yer değiştirme yapabilmekte dolayısıyla yapının enerji yutma kapasitesini arttırmaktadır.
a) Yapının periyot-ivme ilişkisi
b) Yapının periyot-yer değiştirme ilişkisi
Şekil 2. Sönüme bağlı olarak yapının periyot-ivme ve periyot-yer değiştirme ilişkileri (Batur, 2005).
2.1. Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör
Kurşun çekirdekli kauçuk izolatörler, ilk olarak 1975 yılında Yeni Zelanda’da icat edilmiş olup, günümüzde birçok ülkede yaygın
olarak kullanılmaktadır (Naeim and Kelly, 1999). Bu izolatörler kauçuk ve çelik tabakaların birbirleri ile birleştirilmesiyle
üretilmektedir. Ayrıca bu izolatörlerde, enerji dağılımında ek rijitlik sağlanması amacıyla merkezinde en az bir adet kurşun
çekirdek bulunmaktadır (bkz. Şekil 3). Söz konusu kurşun çekirdeğin çapı da, taşıyıcı sistemin sismik ihtiyaçlarına göre
belirlenmektedir. LRB’lerde sönüm gereksinimi büyük oranda kurşun çekirdekle karşılandığından, kauçuğun kayma modülü düşük
tutulmaktadır. Bu sayede yatay doğrultuda oldukça sünek ve doğrusal bir davranış elde edilebilmektedir (Komodromos, 2000).
Diğer taraftan merkezde bulunan kurşun çekirdek, söz konusu izolatör sistemine yaklaşık 10 MPa’lık bir akma dayanımı
kazandırmaktadır. Ancak bu değerin aşılması durumunda kurşun çekirdekte akma meydana gelmekte ve plastik şekil değiştirmeler
başlamaktadır (bkz. Şekil 4). Ayrıca kurşun ve kauçuğun birlikte çalışmasından dolayı, başlangıçta küçük bir bölgede elastik
davranış görülmekte, daha sonra pekleşen plastik davranış durumu gösteren şekil değiştirmeler ortaya çıkmaktadır (Celep, 2019;
Komodromos, 2000).
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
674
Şekil 3. Tipik LRB kesitinden bir görünüm (Özpalanlar, 2004)
Şekil 4. LRB kuvvet-yer değiştirme eğrisi (TBDY, 2019)
Şekil 4’te
Q
F
LRB’nin karakteristik dayanımını,
1
k
LRB’nin başlangıç (elastik) rijitliğini,
2
k
LRB’nin elastik ötesi rijitlik
rijitliğini,
e
k
D yer değiştirmesine karşılık gelen etkin rijitliği,
F
D yer değiştirmesine karşılık gelen yatay kuvveti,
y
F
etkin
akma dayanımını ve
y
D
LRB’nin etkin akma yer değiştirmesini göstermektedir.
3. Yapısal Modeller ve Analiz
Bu çalışmada, farklı bina formuna sahip betonarme binalarda zemin kat yüksekliğindeki çeşitli oranlarda artış miktarının yapısal
davranışa etkileri, ankastre mesnetli ve sismik izolasyonlu bina modelleri çerçevesinde karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Bu
kapsamda, önce toplam kat alanları sabit tutularak elde edilen üç farklı bina formuna sahip betonarme bina modelleri
oluşturulmuştur. Daha sonra söz konusu betonarme bina modellerinin temeli ile zemin kat kolonları arasına kurşun çekirdekli
kauçuk izolatörler yerleştirilerek, binaların yapısal davranışları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu incelemede, izolatörlerin
mekanik tasarımında TBDY-2019’da önerilen tasarım koşulları dikkate alınmıştır. Oluşturulan bina modellerinin yapısal
çözümlemeleri ise TBDY-2019’daki kurallara uygun olarak mod birleştime yöntemine göre Sta4-Cad programı yardımıyla
gerçekleştirilmiştir (Sta4-Cad, 2021).
3.1. Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu Bina Modellerinin Oluşturulması
Çalışma kapsamında, toplam kat alanları sabit tutularak farklı yapı formları elde edilmiştir. Bu amaçla 4, 8 ve 12 kattan oluşan ve
kat alanları sırasıyla 1800, 900 ve 600 m² (toplam kat alanları 7200 m²) olan betonarme bina modelleri oluşturulmuştur. Oluşturulan
bina modellerinin yapısal davranışa etkilerini ortaya koyabilmek amacıyla tüm bina modellerinde taşıyıcı sistem elemanlarının
boyutları aynı seçilmiştir. Söz konusu bina modellerinde, beton sınıfı C30, çelik sınıfı B420C, kolon boyutları 50x50 cm, kiriş
boyutları 30x50 cm ve döşeme kalınlıkları 15 cm ve döşeme kaplama yükü 5,87 kN/m2 olarak dikkate alınmıştır. Ayrıca bina
modellerinin bulunduğu (41.2060˚ enlem ve 32.6598˚ boylam) bölgenin zemin sınıfı (ZA), zemin yatak katsayısı 1000000 kN/m3
ve zemin taşıma gücü gerilmesi ise 2800 kN/m2 seçilmiştir (Özkan, 2022). Diğer taraftan bina modellerinin yumuşak kat
düzensizliği etkilerini ortaya koymak amacıyla, normal katlarında kat yükseklikliği 3m olan modellerin, zemin kat yükseklikleri
sırasıyla 3m’den 4, 5 ve 6m’ye kadar artırılmıştır. Bugün yürürlükteki TBDY, betonarme yapıların yapım ve yük yönetmelikleri
de dikkate alınarak (TS498, 1997; TS500, 2000) oluşturulan bina modellerin özellikleri Çizelge 2’de özetlenmektedir. Bu çizelgede
bina modelleri isimlerindeki ilk harf, binanın hangi kat planına sahip olduğunu, harf sonrasında gelen sayı binanın kat adedini,
ondan sonraki sayı zemin kat yüksekliğini ifade etmektedir. Ayrıca bina model isimlerinde bulunan ‘İ’ harfi ise binanın sismik
izolasyonlu olduğunu göstermektedir. Söz konusu bina modellerine ilişkin kalıp planları ve 3 boyutlu görünüşleri sırasıyla Şekil
5~Şekil 7’de verilmektedir.
Burada az katlı, orta yükseklikli ve çok katlı farklı bina formlarını ortak payda da buluşturabilmek amacıyla toplam kat alanlarının
sabit tutulduğunu ve kat adetlerinin buna göre belirlendiğini belirtmek yararlı olacaktır.
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
675
Çizelge 2. Oluşturulan Bina Modellerinin Listesi
Model Adı
Kat Adedi
Hzemin (m)
Hnormal (m)
Kat Alanı (m²)
Toplam Kat Alanı (m²)
Mesnet Tipi
A4-3
4
3
3
1800
7200
Ankastre
A4-4
4
4
3
1800
7200
A4-5
4
5
3
1800
7200
A4-6
4
6
3
1800
7200
A4-3-İ
4
3
3
1800
7200
İzolatörlü
A4-4-İ
4
4
3
1800
7200
A4-5-İ
4
5
3
1800
7200
A4-6-İ
4
6
3
1800
7200
B8-3
8
3
3
900
7200
Ankastre
B8-4
8
4
3
900
7200
B8-5
8
5
3
900
7200
B8-6
8
6
3
900
7200
B8-3-İ
8
3
3
900
7200
İzolatörlü
B8-4-İ
8
4
3
900
7200
B8-5-İ
8
5
3
900
7200
B8-6-İ
8
6
3
900
7200
C12-3
12
3
3
600
7200
Ankastre
C12-4
12
4
3
600
7200
C12-5
12
5
3
600
7200
C12-6
12
6
3
600
7200
C12-3-İ
12
3
3
600
7200
İzolatörlü
C12-4-İ
12
4
3
600
7200
C12-5-İ
12
5
3
600
7200
C12-6-İ
12
6
3
600
7200
Şekil 5. A4 Bina Modellerine İlişkin Kalıp Planı ve 3 Boyutlu Görünüm
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
676
Şekil 6. B8 Bina Modellerine İlişkin Kalıp Planı ve 3 Boyutlu Görünüm
Şekil 7. C12 Bina Modellerine İlişkin Kalıp Planı ve 3 Boyutlu Görünüm
Ankastre mesnetli olarak modellenen 4, 8 ve 12 katlı bina modellerinde kullanılacak sismik izolatörlerin tasarımı TBDY’de ve
uluslararası standartlarda belirtilen tasarım esasları dikkate alınarak yapılmıştır (bkz. Çizelge 3). İzolatörlerin tasarımları,
izolasyonlu binaların hedeflenen periyot değerlerine göre gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda, 4 katlı bina modelleri için hedeflenen
izolasyon periyodu 2s, 8 katlı bina modelleri için hedeflenen izolasyon periyodu 3s ve 12 katlı bina modelleri için hedeflenen
izolasyon periyodu ise 4s alınarak sayısal işlemler gerçekleştirilmiş ve söz konusu bina modellerinde kullanılacak kurşun çekirdekli
izolatörlerin tasarımları yapılmıştır (Özkan, 2022). Ön tasarımı yapılan bina modellerinde kullanılacak izolatörlerin üzerine gelen
eksenel yük olarak bina ağırlığı (G+0,3Q) dikkate alınmıştır. Ayrıca DD1 deprem düzeyi etkileri dikkate alınarak tasarlanan
izolatörlerin depremli ve depremsiz durumlar için kararlılık hesapları da yapılmıştır. Oluşturulan bina modellerinde izolatörler söz
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
677
konusu binaların temeli ile zemin kat kolonları arasına yerleştirilmiş ve DD1 ve DD2 deprem düzeyleri etkileri dikkate alınarak
mod birleştirme yöntemine göre yapısal çözümlemeleri gerçekleştirilmiştir.
Çizelge 3. Tasarımı Yapılan İzolatörlere İlişkin Mekanik Özellikleri
Bina Modelleri
İzolatör Özellikleri
Sembol
Birim
A4
B8
C12
İzolatör adedi
n
-
64
36
25
Hedeflenen etkin titreşim periyodu (DD1)
TM
s
2
3
4
Hedeflenen etkin sönüm oranı
βe
-
0,2
0,2
0,2
Maksimum izolatör yer değiştirmesi (DD1)
DM
m
0,1467
0,2188
0,2942
Kurşun çekirdek çapı
BL
m
0,08
0,087
0,09
Kauçuk kayma modülü
Gv
kN/m2
500
500
500
Çelik plaka ile yapışmış kauçuğun çapı
B
m
0,42
0,46
0,48
Tek bir kauçuk katmanının yüzey alanı toplamı
Ar
m2
0,1335
0,16025
0,174594
Toplam kauçuk tabaka kalınlığı
Tr
m
0,1
0,15
0,2
Bir adet kauçuk tabaka kalınlığı
t
m
0,005
0,005
0,005
İzolatör karakteristik dayanım
FQ
kN
50,266
59,444
63,616
Etkin akma yer değiştirmesi
Dy
m
0,00821
0,0123
0,01641
İzolatör etkin akma dayanımı
Fy
kN
55,747
66,014
70,779
İzolatör elastik ötesi rijitliği
k2
kN/m
667,588
534,167
436,485
Elastik ötesi rijitlik / elastik rijitlik
k2/k1
-
0,1
0,1
0,1
Elastik rijitlik
k1
kN/m
6675,88
5341,67
4364,85
Etkin rijitlik
ke
kN/m
1010,23
805,849
652,719
Toplam etkin rijitlik
∑ke
kN/m
64654,74
29010,56
16317,971
Şekil faktörü
S
-
20,238
22,177
23,156
Düşey rijitlik
Kv
kN/m
881045,66
793850,407
684217,121
Toplam düşey rijitlik
∑Kv
kN/m
56386922,2
28578614,7
17105428,03
4. Bulgular ve İrdelemeler
4.1. Periyot Değerleri
Toplam kat alanları sabit tutularak oluşturulan sismik izolatörlü ve ankastre mesnetli bina modellerinin gerçekleştirilen yap ısal
çözümlemelerinden elde edilen 1. doğal titreşim periyodu değerleri Çizelge 4’te verilmektedir. Bu çizelgeden ankastre mesnetli
bina modellerinde zemin kat yüksekliği arttıkça söz konusu binanın periyodunun da arttığı görülmektedir. Sismik izolatörlü bina
modellerinde ise zemin kat yüksekliğindeki artış miktarının yapı periyodunu çok etkilemediği görülmüştür. Kurşun çekirdekli
kauçuk izolatör kullanılarak oluşturulan A4 ve B8 bina modellerine ilişkin doğal titreşim periyodu değerlerinin, hedeflenen tasarım
periyot değerlerine ulaştığı, ancak 12 katlı olan C12 bina modellerine ilişkin doğal titreşim periyodu değerinin hedeflenen periyot
değeri olan 4 s’yi az da olsa aştığı görülmektedir. Diğer bir ifadeyle sismik izolasyonlu bina modellerinde kat adedinin artmasıyla
taşıyıcı sistemin periyodu hedeflenen periyot değerinden uzaklaşmaktadır.
Çizelge 4. Toplam Kat Alanı Sabit Tutularak Oluşturulan Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolatörlü Bina Modellerine İlişkin Periyot
Değerleri
Ankastre mesnetli bina modelleri periyotları (s)
Sismik izolatörlü bina modelleri periyotları (s)
Bina modelleri
x doğrultusu
y doğrultusu
Bina modelleri
x doğrultusu
y doğrultusu
A4-3
0,7881
0,7393
A4-3-İ
1,957
1,9406
A4-4
0,894
0,843
A4-4-İ
1,9621
1,9459
A4-5
1,029
0,977
A4-5-İ
1,9673
1,9511
A4-6
1,1922
1,1398
A4-6-İ
1,9724
1,9563
B8-3
1,5481
1,5481
B8-3-İ
3,0788
3,0788
B8-4
1,6516
1,6516
B8-4-İ
3,0825
3,0825
B8-5
1,7872
1,7872
B8-5-İ
3,0861
3,0861
B8-6
1,9584
1,9584
B8-6-İ
3,0898
3,0898
C12-3
2,3898
2,3646
C12-3-İ
4,2843
4,2712
C12-4
2,4931
2,4674
C12-4-İ
4,2873
4,2742
C12-5
2,6283
2,6024
C12-5-İ
4,2903
4,2772
C12-6
2,8007
2,7749
C12-6-İ
4,2933
4,2802
4.2. Kat Yer Değiştirmeleri
Bu makalede dikkate alınan deprem düzeyleri için söz konusu bina modellerinin etkin kat yer değiştirmeleri sırasıyla Şekil 8~Şekil
13’te verilmektedir. Bu şekillerden 3 farklı bina formuna sahip ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yüksekliğinin
artmasıyla oluşan etkin kat yer değiştirmelerinin arttırdığı görülmektedir. Buna karşın sismik izolasyonlu bina modellerinde ise,
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
678
söz konusu bina modelleri rijit olarak hareket ettiğinden, katlar arası yer değişme farkı ankstre mesnetli bina modellerine göre
önemli ölçüde azalmaktadır. Ayrıca sismik izolasyonlu bina modellerinde tepe noktası yer değiştirmeleri, özellikle zemin kat
yüksekliğinin artmasıyla, ankastre bina modellerine kıyasla daha az olmaktadır. Diğer taraftan kat adedinin arttığı sismik
izolasyonlu bina modellerinde tepe noktası yer değiştirmeleri daha az olduğu görülmektedir. Kat yer değiştirmeleri bakımından
elde edilen bu bulgu artan kat adetlerinde sismik izolasyonlu bina modellerinin daha iyi davranış gösterdiğini ortaya koymaktadır.
Şekil 8. DD2 Deprem Düzeyinde A4 Bina Modellerinin Maksimum Kat Yer Değiştirmeleri
Şekil 9. DD1 Deprem Düzeyinde A4 Bina Modellerinin Maksimum Kat Yer Değiştirmeleri
0
1
2
3
4
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
Kat No
Etkin kat yer değiştirmeleri, δ (cm)
A4-3
A4-4
A4-5
A4-6
A4-3-İ
A4-4-İ
A4-5-İ
A4-6-İ
0
1
2
3
4
0.00 0.19 0.38 0.57 0.76 0.95 1.14 1.33 1.52 1.71
Kat No
Etkin kat yer değiştirmeleri, δ (cm)
A4-3
A4-4
A4-5
A4-6
A4-3-İ
A4-4-İ
A4-5-İ
A4-6-İ
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
679
Şekil 10. DD2 Deprem Düzeyinde B8 Bina Modellerinin Maksimum Kat Yer Değiştirmeleri
Şekil 11. DD1 Deprem Düzeyinde B8 Bina Modellerinin Maksimum Kat Yer Değiştirmeleri
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
Kat No
Etkin kat yer değiştirmeleri, δ (cm)
B8-3
B8-4
B8-5
B8-6
B8-3-İ
B8-4-İ
B8-5-İ
B8-6-İ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.6 3.1 3.6 4.1 4.6 5.1
Kat No
Etkin kat yer değiştirmeleri, δ (cm)
B8-3
B8-4
B8-5
B8-6
B8-3-İ
B8-4-İ
B8-5-İ
B8-6-İ
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
680
Şekil 12. DD2 Deprem Düzeyinde C12 Bina Modellerinin Maksimum Kat Yer Değiştirmeleri
Şekil 13. DD1 Deprem Düzeyinde C12 Bina Modellerinin Maksimum Kat Yer Değiştirmeleri
4.3. Göreli Kat Ötelenmeleri ve Yumuşak Kat Düzensizlik Katsayıları
Yapısal çözümlemeler sonucu ankastre mesnetli ve sismik izolasyonlu betonarme bina modellerinin, ±%5 ek dışmerkezlik etkileri
de hesaba katılarak, her iki doğrultudaki göreli kat ötelemeleri zemin kat yüksekliğindeki artışa bağlı olarak sırasıyla Şekil 14~Şekil
16’da verilmektedir. Bu şekillerden, ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yüksekliğinin artmasıyla zemin kattaki göreli
kat ötelenmelerinin arttığı ve üst katlardaki göreli kat ötelenmelerinin ise bir miktar azaldığı görülmektedir. Buna karşın sismik
izolasyonlu bina modellerinde en büyük göreli kat ötelenmesi, izolatör yer değiştirmesinde dolayı söz konusu binanın tabanında
görülürken, üst katlardaki göreli kat ötelenmelerinin değerleri, ankastre mesnetli bina modellerine göre önemli ölçüde
azalmaktadır. Diğer bir ifadeyle DD2 deprem düzeyinde ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yüksekliğinin 3m’den
6m’ye artmasıyla 1. kattaki göreli kat ötelenmesi değeri 4 katlı bina modelinde % 241.8, 8 katlı bina modelinde % 375.48 ve 12
katlı bina modelinde ise % 368.92 artmakta, buna karşın izolasyonlu bina modellerinde 1. kattaki göreli kat ötelenmesi değeri 4
katlı bina modelinde yaklaşık % 1.35, 8 katlı bina modelinde yaklaşık % 1.26 ve 12 katlı bina modelinde ise % 1,28 kadar
artmaktadır. Ayrıca ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yükseliğinin artmasıyla yumuşak kat düzensizliği katsayısı
( )
ki
artmakta buna karşın sismik izolasyonlu bina modellerinde ise zemin kat yükseliği değişiminin
ki
’yi çok fazla etkilemediği
görülmektedir (bkz. Çizelge 5~Çizelge 7). Diğer taraftan kat adedinin artmasıyla hem ankastre mesnetli bina modellerinde hem de
sismik izolasyonlu bina modellerinde zemin kattaki
ki
değerleri azalmaktadır.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
Kat No
Etkin kat yer değiştirmeleri, δ (cm)
C12-3
C12-4
C12-5
C12-6
C12-3-İ
C12-4-İ
C12-5-İ
C12-6-İ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Kat No
Etkin kat yer değiştirmeleri, δ (cm)
C12-3
C12-4
C12-5
C12-6
C12-3-İ
C12-4-İ
C12-5-İ
C12-6-İ
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
681
Şekil 14. DD2 Deprem Düzeyinde Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu 4 Katlı Bina Modellerinin Maksimum Göreli Kat
Ötelenmeleri
Şekil 15. DD2 Deprem Düzeyinde Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu 8 Katlı Bina Modellerinin Maksimum Göreli Kat
Ötelenme Değerleri.
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
A4-3 A4-4 A4-5 A4-6 A4-3-İ A4-4-İ A4-5-İ A4-6-İ
Maksimum Göreli Kat Ötelenmesi (m)
Bina Modelleri
1.kat
2.kat
3.kat
4.kat
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
B8-3 B8-4 B8-5 B8-6 B8-3-İ B8-4-İ B8-5-İ B8-6-İ
Maksimum Göreli Kat Ötelenmesi (m)
Bina Modelleri
1.kat
2.kat
3.kat
4.kat
5.kat
6.kat
7.kat
8.kat
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
682
Şekil 16. DD2 Deprem Düzeyinde Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu 12 Katlı Bina Modellerinin Maksimum Göreli Kat
Ötelenmeleri
Çizelge 5. DD-1 ve DD-2 Deprem Düzeylerinde 4 Katlı Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu Bina Modellerinin
ki
Düzensizlik Katsayıları
Katlar
Ankastre mesnetli bina modeli
Sismik izolasyonlu bina modeli
A4-3
A4-4
A4-5
A4-6
A4-3-İ
A4-4-İ
A4-5-İ
A4-6-İ
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
Depremin
X
doğrultusu
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
1,39
1,39
1,45
1,45
1,52
1,52
1,58
1,58
1,64
1,64
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
2
1,09
1,09
1,19
1,19
1,28
1,28
1,38
1,38
1,27
1,27
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1
0,67
0,67
0,84
0,84
1,05
1,05
1,27
1,27
-
-
-
-
-
-
-
-
Y
doğrultusu
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
1,41
1,41
1,48
1,48
1,55
1,55
1,61
1,61
1,68
1,68
1,68
1,68
1,68
1,68
1,68
1,68
2
1,13
1,13
1,23
1,23
1,33
1,33
1,44
1,44
1,31
1,31
1,31
1,31
1,31
1,31
1,31
1,31
1
0,68
0,68
0,88
0,88
1,12
1,12
1,38
1,38
-
-
-
-
-
-
-
-
Çizelge 6. DD1 ve DD-2 Deprem Düzeylerinde 8 Katlı Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu Bina Modellerinin
ki
Düzensizlik Katsayıları
Katlar
Ankastre mesnetli bina modeli
Sismik izolasyonlu bina modeli
B8-3
B8-4
B8-5
B8-6
B8-3-İ
B8-4-İ
B8-5-İ
B8-6-İ
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
x ve y deprem
doğrultusu
8
0
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
7
1,4
1,4
1,44
1,44
1,49
1,49
1,52
1,52
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
6
1,23
1,23
1,25
1,25
1,28
1,28
1,31
1,31
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
1,42
5
1,15
1,15
1,16
1,16
1,18
1,18
1,20
1,20
1,29
1,29
1,29
1,29
1,29
1,29
1,29
1,29
4
1,11
1,11
1,12
1,12
1,13
1,13
1,15
1,15
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
3
1,07
1,07
1,09
1,09
1,11
1,11
1,13
1,13
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
2
0,98
0,98
1,04
1,04
1,11
1,11
1,17
1,17
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1,06
1
0,62
0,62
0,75
0,75
0,95
0,95
1,14
1,14
-
-
-
-
-
-
-
-
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
C12-3 C12-4 C12-5 C12-6 C12-3-İ C12-4-İ C12-5-İ C12-6-İ
Maksimum Göreli Kat Ötelenmesi (m)
Bina Modelleri
1.kat
2.kat
3.kat
4.kat
5.kat
6.kat
7.kat
8.kat
9.kat
10.kat
11.kat
12.kat
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
683
Çizelge 7. DD1 ve DD-2 Deprem Düzeylerinde 12 Katlı Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu Bina Modellerinin
ki
Düzensizlik Katsayıları
Katlar
Ankastre mesnetli bina modeli
Sismik izolasyonlu bina modeli
C12-3
C12-4
C12-5
A4-6
C12-3-İ
C12-4-İ
C12-5-İ
A4-6-İ
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
DD1
DD2
Depremin Doğrultusu
x doğrultusu
12
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
11
1,37
1,37
1,41
1,41
1,44
1,44
1,48
1,48
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
10
1,22
1,22
1,24
1,24
1,26
1,26
1,29
1,29
1,39
1,39
1,40
1,40
1,39
1,39
1,40
1,40
9
1,15
1,15
1,16
1,16
1,17
1,17
1,19
1,19
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
8
1,11
1,11
1,12
1,12
1,13
1,13
1,14
1,14
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
7
1,09
1,09
1,09
1,09
1,10
1,10
1,11
1,11
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
6
1,08
1,08
1,08
1,08
1,08
1,08
1,09
1,09
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
5
1,06
1,06
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
4
1,05
1,05
1,06
1,06
1,06
1,06
1,07
1,07
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
3
1,02
1,02
1,04
1,04
1,06
1,06
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
2
0,94
0,94
1,00
1,00
1,06
1,06
1,12
1,12
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1
0,59
0,59
0,73
0,73
0,89
0,89
1,06
1,06
-
-
-
-
-
-
-
-
y doğrultusu
12
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
11
1,38
1,38
1,41
1,41
1,45
1,45
1,48
1,48
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
1,57
10
1,22
1,22
1,24
1,24
1,27
1,27
1,29
1,29
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
1,40
9
1,15
1,15
1,16
1,16
1,17
1,17
1,19
1,19
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
1,28
8
1,11
1,11
1,12
1,12
1,13
1,13
1,14
1,14
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
1,21
7
1,09
1,09
1,09
1,09
1,10
1,10
1,11
1,11
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
1,17
6
1,08
1,08
1,08
1,08
1,08
1,08
1,09
1,09
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
1,14
5
1,06
1,06
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
1,11
4
1,05
1,05
1,06
1,06
1,06
1,06
1,07
1,07
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
1,09
3
1,02
1,02
1,04
1,04
1,06
1,06
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
1,07
2
0,94
0,94
1,01
1,01
1,06
1,06
1,12
1,12
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1,01
1
0,59
0,59
0,74
0,74
0,90
0,90
1,06
1,06
-
-
-
-
-
-
-
-
4.4. Taban Kesme Kuvvetleri
Bu çalışmada dikkate alınan ankastre mesnetli ve sismik izolasyonlu bina modellerinin DD1 ve DD2 deprem düzeylerine göre ve
zemin kat yüksekliğinin artmasına bağlı olarak gerçekleştirilen yapısal çözümlemeleri sonucunda elde edilen taban kesme kuvveti
değerlerinin karşılaştırmalı değişimleri sırasıyla Şekil 17~Şekil 22’de verilmektedir. Bu şekillerden hem sismik izolasyonlu hem
de ankastre mesnetli bina modellerinin eşdeğer deprem yükü yöntemiyle elde edilen taban kesme kuvveti değerlerinin modal analiz
yöntemiyle elde edilenlerden daha büyük olduğu görülmektedir. Ayrıca sismik izolatörlü bina modellerinden elde edilen taban
kesme kuvveti değerlerinin ankastre mesnetli bina modellerine göre büyük ölçüde azaldığı görülmektedir. Elde edilen bu bulgu
sismik izolatör uygulamasının avantajını belirgin bir şekilde ortaya koymaktadır.
Şekil 17. DD2 Deprem Etkisi İçin Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu A4 Bina Modellerinin Modal Analiz ve Eşdeğer
Deprem Yükü Yöntemlerine Göre Taban Kesme Kuvveti Değerleri
0
500
1000
1500
2000
Vtx Vty Vtx Vty
Modal Analiz Eşdeğer Deprem Yükü
Taban Kesme Kuvveti (kN)
Bina Modelleri
A4-3 A4-4 A4-5 A4-6 A4-3-İ A4-4-İ A4-5-İ A4-6-İ
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
684
Şekil 18. DD1 Deprem Etkisi İçin Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu A4 Bina Modellerinin Modal Analiz ve Eşdeğer
Deprem Yükü Yöntemlerine Göre Taban Kesme Kuvveti Değerleri
Şekil 19. DD2 Deprem Etkisi İçin Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu B8 Bina Modellerinin Modal Analiz ve Eşdeğer
Deprem Yükü Yöntemlerine Göre Taban Kesme Kuvveti Değerleri
Şekil 20. DD1 Deprem Etkisi İçin Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu B8 Bina Modellerinin Modal Analiz ve Eşdeğer
Deprem Yükü Yöntemlerine Göre Taban Kesme Kuvveti Değerleri
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Vtx Vty Vtx Vty
Modal Analiz Eşdeğer Deprem Yükü
Taban Kesme Kuvveti (kN)
Bina Modelleri
A4-3 A4-4 A4-5 A4-6
0
250
500
750
1000
1250
1500
Vtx Vty Vtx Vty
Modal Analiz Eşdeğer Deprem Yükü
Taban Kesme Kuvveti (kN)
Bina Modelleri
B8-3 B8-4 B8-5 B8-6 B8-3-İ B8-4-İ B8-5-İ B8-6-İ
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Vtx Vty Vtx Vty
Modal Analiz Eşdeğer Deprem Yükü
Taban Kesme Kuvveti (kN)
Bina Modelleri
B8-3 B8-4 B8-5 B8-6
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
685
Şekil 21. DD2 Deprem Etkisi İçin Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu C12 Bina Modellerinin Modal Analiz ve Eşdeğer
Deprem Yükü Yöntemlerine Göre Taban Kesme Kuvveti Değerleri
Şekil 22. DD1 Deprem Etkisi İçin Ankastre Mesnetli ve Sismik İzolasyonlu C12 Bina Modellerinin Modal Analiz ve Eşdeğer
Deprem Yükü Yöntemlerine Göre Taban Kesme Kuvveti Değerleri
DD2 deprem etkisi için kat adedinin yumuşak kat düzensizliğine etkisini incelemek amacıyla B tipi kalıp planına sahip 4, 8 ve 12
kattan oluşan ankastre mesnetli bina modellerinin, ±%5 ek dışmerkezlik etkileri de hesaba katılarak, zemin kat yüksekliğinin ve
kat adedinin artışına bağlı olarak her iki doğrultudaki göreli kat ötelemeleri ve düzensizlik katsayıları Çizelge 8 ve Çizelge 9’da
verilmektedir. Bu çizelgelerden ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yüksekliği ve kat adedinin artmasıyla zemin kattaki
göreli kat ötelenmesinin arttığı görülmektedir. Ayrıca
ki
zemin kat yükseliğinin artmasıyla artmakta buna karşın kat adedinin
artmasıyla azalmaktadır. Ancak kat adedinin artırıldığı bina modellerinde de zemin kat yüksekliğinin artmasıyla
ki
artmaktadır.
Çizelge 8. DD2 Depreminde 4 ve 8 Katlı Ankastre Mesnetli Bina Modellerinin Göreli Kat Ötelenmeleri ve Düzensizlik
Katsayıları.
x ve y deprem doğrultusu
Katlar
B4 bina modelleri
B8 bina modelleri
B4-3
B4-4
B4-5
B4-6
B8-3
B8-4
B8-5
B8-6
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
8
0,0012748
0
0,0012145
0,00
0,0011184
0,00
0,0010253
0,00
7
0,0017840
1,4
0,0017461
1,44
0,0016624
1,49
0,0015634
1,52
6
0,0021865
1,23
0,0021759
1,25
0,0021239
1,28
0,0020448
1,31
5
0,0025178
1,15
0,0025301
1,16
0,0025089
1,18
0,0024579
1,20
4
0,0013195
0,00
0,0011551
0,00
0,0009819
0,00
0,0008257
0,00
0,0027915
1,11
0,0028307
1,12
0,0028446
1,13
0,0028292
1,15
3
0,0018100
1,37
0,0016543
1,43
0,0014711
1,50
0,0012878
1,56
0,0029770
1,07
0,0030721
1,09
0,0031529
1,11
0,0032053
1,13
2
0,0020052
1,11
0,0019925
1,20
0,0019162
1,30
0,0018041
1,40
0,0029027
0,98
0,0031940
1,04
0,0034901
1,11
0,0037509
1,17
1
0,0013220
0,66
0,0022141
0,83
0,0032955
1,03
0,0045201
1,25
0,0017915
0,62
0,0032128
0,75
0,0055009
0,95
0,0085318
1,14
0
250
500
750
1000
1250
1500
Vtx Vty Vtx Vty
Modal Analiz Eşdeğer Deprem Yükü
Taban Kesme Kuvveti (kN)
Bina Modelleri
C12-3 C12-4 C12-5 C12-6 C12-3-İ C12-4-İ C12-5-İ C12-6-İ
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Vtx Vty Vtx Vty
Modal Analiz Eşdeğer Deprem Yükü
Taban Kesme Kuvveti (kN)
Bina Modelleri
C12-3 C12-4 C12-5 C12-6 C12-3-İ C12-4-İ C12-5-İ C12-6-İ
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
686
Çizelge 9. DD2 Deprem Düzeyinde 12 Katlı Ankastre Mesnetli Bina Modelinin Göreli Kat Ötelenmeleri ve Düzensizlik
Katsayıları.
Katlar
B12 bina modelleri
B12-3
B12-4
B12-5
B12-6
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
(Δi)ort (m)
ki
x ve y deprem doğrultusu
12
0,0016005
0,00
0,0015218
0,00
0,0014020
0,00
0,0012771
0,00
11
0,0022278
1,39
0,0021748
1,43
0,0020629
1,47
0,0019228
1,51
10
0,0027265
1,22
0,0027060
1,24
0,0026264
1,27
0,0025045
1,30
9
0,0031409
1,15
0,0031446
1,16
0,0030950
1,18
0,0030000
1,20
8
0,0035026
1,12
0,0035248
1,12
0,0034989
1,13
0,0034293
1,14
7
0,0038254
1,09
0,0038619
1,10
0,0038551
1,10
0,0038080
1,11
6
0,0041192
1,08
0,0041675
1,08
0,0041767
1,08
0,0041494
1,09
5
0,0043867
1,06
0,0044489
1,07
0,0044746
1,07
0,0044670
1,08
4
0,0046133
1,05
0,0047022
1,06
0,0047570
1,06
0,0047806
1,07
3
0,0047375
1,03
0,0049041
1,04
0,0050393
1,06
0,0051459
1,08
2
0,0044934
0,95
0,0049636
1,01
0,0053964
1,07
0,0058004
1,13
1
0,0027237
0,61
0,0050052
0,76
0,0083126
0,92
0,0128621
1,11
5. Sonuçlar ve Öneriler
Bu çalışmada, farklı kat adedi ve kat alanına sahip üç farklı formdaki ankastre mesnetli ve sismik izolasyonlu betonarme binalarda
zemin kat yüksekliğindeki artışın yapısal davranışa etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu amaçla gerçekleştirilen
çalışmadan elde edilen başlıca sonuçlar ve öneriler aşağıda özetlenmektedir.
• Gerçekleştirilen yapısal çözümlemelerden ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yüksekliği arttıkça söz konusu bina
modellerinin doğal titreşim periyotlarının arttığı görülmektedir. Sismik izolatörlü bina modellerinde ise, hedeflenen izolasyon
periyotlarına bağlı olarak, binaların doğal titreşim periyotlarının ankastre mesnetli bina modellerine göre daha büyük olmaktadır.
Ayrıca sismik izolatörlü bina modellerinde zemin kat yüksekliğinin artmasıyla periyot değerlerinin önemli ölçüde arttırmadığı
görülmektedir.
• Yapısal çözümlemelerden, sismik izolasyonlu A4 ve B8 bina modellerinde hedeflenen etkin periyot değerlerine ulaşılırken, C12
modellerinin titreşim periyodunun hedeflenen periyot değerinden fazla olduğu görülmektedir. Diğer bir ifadeyle sismik
izolasyonlu bina modellerinde kat adedi arttıkça taşıyıcı sistemin titreşim periyodunun hedeflenen periyottan uzaklaştığı
görülmüştür. Bu sonuç çok katlı binaların dinamik davranışını kurşun çekirdekli kauçuk izolatör kullanılarak kontrol altına
alınmasını zorlaştıracağını dolayısıyla kat adedi fazla olan binalarda kurşun çekirdekli kauçuk izolatör kullanımının uygun
olmadığını ortaya koymaktadır.
• Toplam kat alanları sabit tutularak oluşturulan 3 farklı bina formuna sahip ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat
yüksekliğinin artmasıyla kat yer değiştirmelerinin arttığı buna karşın sismik izolasyonlu bina modellerinde ise kat yer değişme
değerlerinin büyük kısmının izolatör seviyesinde gerçekleştiği görülmektedir. Ayrıca sismik izolasyonlu bina modellerinde
zemin kat yüksekliğindeki artış miktarının kat yer değiştirmelerini ankastre mesnetli bina modellerine göre çok etkilemediği
görülmüştür. Bu sonuç sismik izolasyonlu bina modellerinin kat yer değiştirmelerinin ankastre mesnetli bina modellerine göre
önemli ölçüde azaldığını ortaya koymaktadır.
• Toplam kat alanları sabit tutularak oluşturulan 3 farklı bina formuna sahip ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat
yüksekliğinin artmasıyla göreli kat ötelenme değerlerinin arttığı görülmektedir. Sismik izolasyonlu bina modellerinde ise en
büyük göreli kat ötelenmeleri izolatör yer değiştirmesine bağlı olarak zemin katlarda meydana gelmekte, üst katlarda ise göreli
kat ötelenmeleri ankastre mesnetli bina modellerine göre önemli ölçüde azalmaktadır.
• Toplam kat alanları sabit tutularak oluşturulan 3 farklı bina formuna sahip ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat
yüksekliğinin artmasıyla modal analizle elde edilen taban kesme kuvveti değerleri azalırken, eşdeğer deprem yükü yöntemiyle
elde edilen taban kesme kuvvet değerleri B8 ve C12 bina modellerinde bir miktar artış göstermektedir. Buna karşın sismik
izolasyonlu bina modellerinde ise taban kesme kuvveti değerleri ankastre mesnetli bina modellerine göre önemli ölçüde
azalmakta ve zemin kat yüksekliğinin artmasıyla taban kesme kuvvet değerleri çok fazla değişmemektedir. Elde edilen bu sonuç
sismik izolatörlerin söz konusu binanın davranışına olumlu katkı sağladığını göstermektedir.
• Yapısal çözümlemelerinden elde edilen bulgular ankastre mesnetli bina modellerinde zemin kat yüksekliğinin artmasıyla oluşan
yumuşak kat düzensizliğinin kurşun çekirdekli kauçuk izolatör kullanılarak oluşturulan bina modellerinde oluşmadığını ortaya
koymaktadır. Elde edilen bu sonuç çeşitli nedenlerle binaların özellikle zemin katında oluşan yumuşak kat düzensizliğinin sismik
izolatörlerin kullanılarak ortadan kaldırabileceğini göstermektedir.
• Bu çalışmanın bulguları irdelendiğinde Türkiye’de özellikle deprem tehlikesi yüksek olan bölgelerde inşa edilecek betonarme
binaların emniyeti ve performansı bakımından sismik izolatörlerin alternatif olarak kullanılabileceği kanaatine ulaşılmıştır.
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
687
Referanslar
Alasaf, E. & Öztürk, H. (2022). Sismik izolatörlü yapıların tasarımına etki eden faktörlerin incelenmesi, Düzce Üniversitesi Bilim
ve Teknoloji Dergisi, 10 (4): 2155-2164. doi: 10.29130/dubited.1089421
Batur, M. E. (2005). Standart yapılarda sismik izolasyon, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Mühendislik
ve Fen Bilimleri Enstitüsü, Gebze/Türkiye.
Celep, Z. (2019). Deprem mühendisliğine giriş ve depreme dayanıklı yapı tasarımı, 7. Baskı, Beta Basım Yayın, 506-538,
İstanbul/Türkiye.
Çağlar, N., Garip, Z.Ş. & Ala, N.T. (2016). Investigation of the contribution of soil conditions to damage and failure of RC
structures in Adapazarı, Academic Platform Journal of Engineering and Science, 4(2), 1-12.
Çavdar, E. & Özdemir, G. (2018). Change in maximum isolator displacements due to change in orientation of scaled near field
ground motion records, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33 (2): 585-598. doi:
10.17341/gazimmfd.416367
Garip, Z.Ş. & Dibekoğlu, Ş. (2023). Deprem etkisindeki betonarme binalarda dolgu duvarların davranışa etkilerinin incelenmesi,
Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi (UMAGD), 15(2): 344-360. doi.org/10.29137/umagd.1178219
Güneş, N. & Ulucan, Z.Ç. (2020). Farklı tasarlanmış iki sismik yalıtımlı binanın karşılaştırılması, Fırat Üniversitesi Mühendislik
Bilimleri Dergisi, 32 (1): 37-46. doi: 10.35234/fumbd.569792
Gürsoy, Ş. & Öz, R., (2016). Yumuşak kat düzensizliğinin betonarme binaların deprem davranışına ve kaba inşaat maliyetine
etkisinin incelenmesi, Uluslararası Doğal Afet ve Afet Yönetimi Sempozyumu (DAAYS’16), 2-4 Mart, Karabük Üniversitesi,
Bildiriler CD’si, 243-250, Karabük/TÜRKİYE.
Gürsoy, Ş., Öz, R. & Baş, S. (2015). Investigation of the effect of weak-story on earthquake behavior and rough construction costs
of RC buildings, Computers and Concrete, 16(1), 141-161. doi:10.12989/cac.2015.16.1.141
İnan, T., Korkmaz, K. and Cagatay, I.H. (2014). The effect of architectural form on the earthquake behavior of symmetric RC
frame systems, Computers and Concrete, 13(2), 271-290. doi:10.12989/cac.2014.13.2.271
Kirac, N., Dogan, M. & Ozbasaran, H. (2011). Failure of weak-storey during earthquakes, Engineering Failure Analysis, 18(2),
572-581. doi:10.1016/j.engfailanal.2010.09.021
Komodromos, P. (2000). Seismic isolation for earthquake resistant structures, WIT Press, Southampton, UK.
Korkmaz, A. & Uçar, T. (2006). Yumuşak kat düzensı zlı ğı nı n betonarme bı naların deprem davranışında etkı sı , Uludağ Üniversitesi
Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 11(2): 65-76.
Naeim, F. & Kelly, J. M. (1999). Design of seismic isolated structures: From theory to practice, John Wiley And Sons, Inc, New
York.
Özer, E. & İnel, M. (2021). Sismik izolatörlerin betonarme konut binasının performansı üzerindeki etkileri, Pamukkale Üniversitesi
Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27 (3): 303-311.
Özkan, A.M. (2022). Farklı zemin kat yüksekliğine sahip betonarme binalarda sismik izolatör kullanımının bina davranışına ve
kaba inşaat maliyetine etkisinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü,
Karabük/Türkiye.
Özpalanlar, C. G. (2004). Depreme dayanıklı yapı tasarımında sismik izolasyon ve enerji sönümleyici sistemler, Yüksek Lisans
Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul/Türkiye.
Öztürk, H. (2022). Sismik izolasyonlu yapıların tasarımında kullanılan analiz yöntemlerinin karşılaştırılması, Erciyes Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 38 (1): 117-127.
Ryan, K. L. & Chopra, A. K. (2004). Estimation of seismic demands on isolators in asymmetric buildings using non-linear analysis,
Earthquake Engineering and Structural Dynamics, (33): 395-418. doi.org/10.1002/eqe.355
Soyluk, A. & Tuna, M. E. (2011). Düzensiz binalarda sismik taban izolatörü uygulamasının mimari tasarıma etkisi, Gazi
Üniversitesi Mühendislik & Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26 (3): 635-642.
UMAGD, (2023) 15(2), 671-688, Gürsoy et al.
688
Sta4-Cad, (2021). Structural analysis for computer aided design, ver.14.1. www.sta.com.tr
Şengel, H. S., Erol, H. & Yavuz, E. (2009). Sismik izolasyon tekniği ve kullanılışına ilişkin örnek uygulama, Eskişehir Osmangazi
Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22 (2): 165-178.
TBDY, (2019). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, 30364 Sayılı Resmi Gazete, Türkiye.
Toprak, T. (2012). Burulma düzensizliği olan yapılarda sismik izolasyon kullanımının deprem yükleri altındaki davranışa olan
etkisi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul/Türkiye.
TS 498, (1997). Yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerleri, Türk Standartları Enstitüsü,
Ankara/Türkiye.
TS-500, (2000). Betonarme yapıların tasarım ve yapım kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara/Türkiye.
Yücesoy, A. (2005). Sismik izolatörler ile depreme dayanıklı yapı tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Mustafa KemaL Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Antakya/Türkiye.
Zayas, V.A., Low, S.S., & Mahin, S.A. (1990). A simple pendulum technique for achieving seismic isolation, Earthquake Spectra,
6(2): 317-333. https://doi.org/10.1193/1.1585573
