Farklı ara kat düzenine sahip önüretimli betonarme binaların davranışının incelenmesi - Hassan, Khalıd Yusuf (Bursa Teknik Üniversitesi, 2025)
Önüretimli betonarme yapılar modern inşaatta yaygın olarak kullanılır ve sadece kalite kontrolünü iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda maliyet, zaman ve çevresel sürdürülebilirlik açısından da birçok avantaja sahiptir. Ülkemizde önüretimli betonarme sistemler çoğunlukla sanayi tipi yapılarda kullanılmaktadır. Sanayi yapılarında, genellikle ofis, depo ya da teknik alanlar için bir ara kat gereksinimi bulunmaktadır. Şubat 2023'de gerçekleşen Kahramanmaraş depremlerinde özellikle kısmi ara kat barındıran binalarda hasarların daha çok kısmi ara kat dışında kalan kolonlarda oluştuğu gözlenmiştir. Bu tür binaların tasarımında halen önemli derecede bilgi ve tecrübe eksikliği olduğu anlaşılmaktadır. Sunulan tez çalışmasında, farklı ara kat düzenine sahip önüretimli iki katlı betonarme üç binanın deprem performansları incelenmiş, farklı arakat düzeninin davranışa olan etkisi karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında incelenen binalar, kısa doğrultuda 20 m uzunluğunda tek açıklık ve uzun doğrultuda ise çerçeve aralığı 8 m olan 10 açıklık olmak üzere toplamda 80 m uzunluğa sahip tipik iki katlı sanayi türü binalardır. Birinci binada planda uzun doğrultudaki açıklığın yarısı mertebesinde bir alanı kaplayan ara kat (20x40 m), ikinci binada binanın oturum alanının tamamını kaplayan ara kat (20x80 m), üçünçü binada ise plan genişliğinin yarısı mertebesinde ara kat (10x80 m) oluşturulmuştur. Tüm binalarda, kolon serbest yüksekliği 8 m ve ara kat yüksekliği ise 4 m olarak seçilmiştir. Ara katın kolon-kiriş birleşimleri için önüretimli yapı sektöründe sıklıkla tercih edilen birleşim tipi olan ıslak birleşim (MAB3) kullanılırken, çatı kat için ise pimli bağlantı (MFB1) kullanılmıştır. Söz konusu binaların tasarımı, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY, 2018) hesap esaslarına göre SAP2000 yazılımı kullanılarak tamamlanmıştır. Ara kat ve çatı katta iki farklı bağlantı kullanıldığı için, farklı bina davranış katsayısı (R) ve dayanım fazlalığı katsayıları (D) dikkate alınarak alt kata ait deprem yükü azaltma ve dayanım fazlalığı katsayıları hesaplanmıştır. Analizlerde eşdeğer deprem yükü yöntemi kullanılarak, her iki doğrultudaki deprem etkileri göz önünde bulundurulmuştur. Ek dışmerkezlik etkileri TBDY-2018'de belirtilen eşdeğer kat burulma momenleri olarak modele dahil edilmiş ve bu kapsamda sekiz farklı deprem yükü kombinasyonu oluşturulmuştur. Doğrusal deprem analizi yapıldıktan sonra binaların düzensizlik kontrolleri gerçekleştirilmiştir. Çerçeve elemanlarının betonarme tasarımı yapılmış ve dayanıma göre tasarım tamamlanmıştır. Doğrusal analiz sonuçlarına göre üç binanın göreli kat ötelemeleri, kat kesme kuvvetleri, kolon boyut ve donatı oranları açısından karşılaştırılmıştır. Kısmi ara katlı binalar (Bina 1, Bina 3) ile kısmi ara katı bulunmayan Bina 2 ile kıyaslandığında kısmi ara katlı binalarda göreli kat ötelemeleri ve boyuna donatı oranlarında kayda değer bir artış olduğu gözlenmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen binanın doğrusal olmayan davranışı içeren sayısal modeli yapılmıştır. Kolonlarda sargılı ve sargısız beton özelliklerine göre kesit hücresi (lif) modeli ile yayılı plastik davranış modeli uygulanmıştır. Kirişlerde ise yığılı plastisite modeli tercih edilmiştir. Zaman tanım alanında yapılan doğrusal olmayan analizlerde kullanılan on bir deprem kaydı takımı, DD-2 deprem seviyesine ait ivme spektrumuna uygun şekilde ölçeklendirilmiştir. Tez çalışmasının diğer önemli bir amacı ise artımsal dinamik analiz (ADA) yöntemini uygulayarak dayanıma göre tasarımda kullanılan farklı R ve D katsayılarının doğruluğunu tespit etmektir. Bu kapsamda TBDY-2018'e uygun olarak 11 ivme çifti seçilerek 10 farklı deprem seviyesi için zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz gerçekleşmiştir. Ölçekleme faktörü 0,2g artışlarla 0,2g ile 2,0g arasında olacak şekilde seçilmiştir. Ayrıca ADA eğrilerinden yararlanılarak kırılganlık eğrileri de oluşturulmuştur. Bu kapsamda artırılan deprem ivmeleri etkisinde binaların nasıl tepki verdiği; hangi yer ivme seviyesinde ne kadar hasar göreceğini olasılıksal olarak belirlenmiştir. Hasar sınırları TBDY 2018'e göre Sınırlı Hasar (SH), Kontrollü Hasar (KH) ve Göçmenin Önlenmesi (GÖ) performans seviyeleri için belirlenmiş ve bu seviyelere göre kırılganlık eğrileri oluşturulmuştur. Yapılan ADA sonuçları değerlendirildiğinde binalar için dayanıma göre tasarımda alt katlar için elde edilen R ve D katsayılarına benzer değerlerin hesaplandığı; dolayısıyla TBDY-2018'de yer alan katsayıların uygun olabileceği anlaşılmıştır. Kısmi ara kat barındıran binalarda oluşan olumsuz etkileri önleyebilmek adına bu binalarda kısmi ara kat yapılmasının önlenmesi ya da bu tür bir uygulamaya ihtiyaç duyulması halinde deprem derzleri ile binanın iki parçaya ayrılmasının yararlı olacağı sonucuna ulaşılmıştır.

Precast reinforced concrete structures are widely adopted in modern construction, offering improved quality control along with significant advantages in terms of cost efficiency, construction time, and environmental sustainability. In Turkey, these systems are predominantly used in industrial buildings, where mezzanine floors are often required to accommodate offices, storage areas, or technical spaces. Following the February 2023 Kahramanmaraş earthquakes, it was observed that in buildings with partial mezzanine floors, damage was concentrated primarily in the columns located outside the mezzanine zone. This revealed a notable gap in both knowledge and practical experience regarding the design of such buildings. The present thesis investigates the seismic performance of three two-story precast reinforced concrete buildings with varying mezzanine layouts, providing a comparative evaluation of how mezzanine configuration influences structural behavior. The buildings analyzed in this study are typical two-story industrial structures. Each building has a single 20 m span in the short direction and ten spans of 8 m in the long direction, making the total length 80 m. In the first building, the mezzanine covers half of the building's length (20x40 m). In the second, it covers the entire floor area (20x80 m). In the third, it covers half of the building's width (10x80 m). For all buildings, the clear column height is 8 m, and the mezzanine height is 4 m. The mezzanine joints use wet connections (MAB3), which are common in precast structures, while the roof joints use pin connections (MFB1). The design of the buildings was completed using SAP2000 according to the Turkish Building Earthquake Code (TBDY, 2018). Since two different connection types were used on the mezzanine and roof floors, the response modification factor (R) and overstrength factor (D) for the lower floor were calculated by considering the differing building response coefficients. The equivalent lateral force method was applied to account for earthquake effects in both directions. Additional eccentricity effects were included in the model as equivalent floor torsional moments specified in TBDY-2018, and eight different earthquake load combinations were generated. After the linear earthquake analyses, irregularity checks were performed on the buildings. The reinforced concrete design of the frame elements was carried out using a strength-based design approach. Based on the linear analysis results, the three buildings were compared in terms of interstory drifts, story shear forces, column dimensions, and reinforcement ratios. When comparing buildings with partial mezzanines (Building 1 and Building 3) to Building 2, which lacks a partial mezzanine, a noticeable increase was observed in both interstory drifts and longitudinal reinforcement ratios in the buildings with partial mezzanines. A numerical model of the designed building, including its nonlinear behavior, was developed. For the columns, a fiber section model with distributed plasticity was applied, considering both confined and unconfined concrete properties. For the beams, a lumped plasticity model was used. In the nonlinear time-history analyses, eleven earthquake record sets were scaled to match the acceleration spectrum corresponding to the DD-2 earthquake level. Another important aim of this thesis is to verify the accuracy of the different R and D factors used in strength-based design by applying the Incremental Dynamic Analysis (IDA) method. For this purpose, 11 earthquake record pairs were selected in accordance with TBDY-2018, and nonlinear time-history analyses were carried out for 10 different earthquake intensity levels. The scaling factor was chosen to increase in steps of 0.2g, ranging from 0.2g to 2.0g. Additionally, fragility curves were generated based on the results of the IDA. These curves probabilistically show how the buildings respond to increasing earthquake intensities and indicate the likely damage at each ground acceleration level. Damage limits were defined according to TBDY 2018 for the performance levels of Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), and Collapse Prevention (CP) performance levels, and fragility curves were created based on these levels. Evaluation of the IDA results indicates that the R and D factors calculated for the lower floors of the buildings are similar to those used in strength-based design. This suggests that the coefficients provided in TBDY-2018 are appropriate. To prevent the adverse effects observed in buildings with partial mezzanes, it is recommended to either avoid partial mezzane construction or, if such a layout is necessary, to separate the building into two parts using seismic joints.
Investigati·on of the behavior of prefabricated reinforced concrete buildings with different interstory layouts
Keywords: İnşaat Mühendisliği; Civil Engineering