Düşey eleman süreksizliğine sahip betonarme yapıların doğrusal olmayan teori çerçevesinde sayısal araştırılması

Abstract

Taşıyıcı sistemdeki kolon, perde ve kirişlerin yerleşimlerine göre farklı şekillerde ortaya çıkabilen düşey eleman süreksizliği durumu, deprem yüklerinin taşıyıcı elemanlardan temele aktarılması yolunda süreksizlikler yaratması nedeniyle sismik davranış talepleri üzerinde belirsizliklere neden olabilmektedir. Bu tez çalışmasında, TBDY-2018’de B3 türü düşey düzensizlik olarak sınıflandırılan düşeyde kolon süreksizliğine sahip betonarme bina sistemlerinin DD-2 seviyesindeki deprem etkisi altındaki sismik davranışlarının doğrusal-elastik olmayan teori çerçevesinde araştırılması amaçlanmıştır. Bu sayede, yönetmeliğe göre tasarlanmış bu tür binaların öngörülen performans hedeflerini hangi oranda sağladıkları parametrik olarak araştırılmıştır. Çalışmada, orta iki açıklığı değişken olarak seçilen (L=2m, 3m ve 4m) ve toplam dört açıklıktan oluşan 3, 5 ve 7 katlı süneklik düzeyi yüksek çerçeve sistemlerde zemin kat orta aks kolonu kaldırılarak düşey kolon süreksizlikleri oluşturulmuş ve bina tasarımları TBDY 2018’deki esaslar çerçevesinde yapılmıştır. Planda herhangi bir düzensizliği bulunmayan bina sistemlerinde eleman süreksizliğinin bulunduğu düzlem çerçeve çıkarılarak dokuz farklı hesap modeli oluşturulmuştur. 11 adet ölçeklendirilmiş gerçek deprem yer hareketi kaydının yatay ve düşey bileşenleri altında taşıyıcı sistemlerin zaman tanım alanında doğrusal-elastik olmayan analizleri yapılarak şekildeğiştirme bazlı davranış büyüklükleri ile gevrek davranışa ilişkin talepler elde edilmiştir. Eleman ve sistem bazlı ortalama davranış talepleri (kat yerdeğiştirmesi, göreli kat ötelemesi, kiriş ve kolonlardaki plastik şekildeğiştirmeler ve plastik mafsalların sistem üzerindeki dağılımları) TBDY-2018’de verilen sınırlar içerisinde değerlendirilmiştir. Parametrik incelemeler çerçevesinde, yönetmelik esaslarına göre tasarlanmış düşeyde kolon süreksizliğine sahip betonarme sistemlerin yatay ve düşey deprem etkileri altında öngörülen hasar sınırlarını (performans hedeflerini) sağladığı belirlenmiştir. Bu sonuç üzerinde, tasarım düşey ivme spektrumunun kullanımı ile kapasite tasarım ilkelerinin büyük katkı sağladığı düşünülmektedir.

Vertical irregularities in structural systems, such as the discontinuity of columns, walls, or beams, can occur in various configurations depending on the layout of structural members. These irregularities introduce discontinuities in the transmission path of seismic forces from the superstructure to the foundation, creating uncertainties in seismic demand and structural response. This thesis aims to investigate the seismic behavior of reinforced concrete building systems exhibiting vertical column discontinuity, categorized as a Type B3 vertical irregularity in the Turkish Building Earthquake Code 2018 (TBDY-2018), under Design Basis Earthquake (DD-2) level ground motions using nonlinear inelastic analysis methods. The study assesses how well these systems, designed according to code provisions, can meet the intended performance objectives through a detailed parametric investigation. In the study, frame systems with four spans and three different heights (3, 5, and 7 stories) are modeled with varying lengths for the two middle spans (L = 2m, 3m and 4m). Vertical discontinuity is introduced by removing the mid-axis column at the ground story. The structural designs of the buildings comply with the relevant provisions of TBDY-2018. Since the structural systems lack any irregularities in plan, the analysis focuses on the critical elevation frame where the discontinuity occurs, resulting in nine distinct structural models. Nonlinear time history analyses are conducted under the horizontal and vertical components of 11 real ground motion records scaled to the DD-2 hazard level. Displacement-based response parameters and brittle behavior demands are obtained. The mean demand values for both element-level and global response quantities—including story displacements, interstory drift ratios, plastic rotations in beams and columns, and the distribution of plastic hinges—are evaluated against the performance limits specified in TBDY-2018. The parametric evaluation reveals that the vertically irregular reinforced concrete systems, despite the column discontinuity at the ground level, generally meet the target damage limits (performance objectives) under combined horizontal and vertical seismic demands when designed according to the code. It is concluded that the use of vertical design spectra and the application of capacity design principles significantly enhance the favorable seismic performance of these systems.