ÖNSÖZ
2019 yılında yürürlüğe giren Deprem Yönetmeliğinde köklü değişikliklere gidilmiştir. Bu nedenle yapı tasarımıyla uğraşan akademisyen ve teknik elemanların bilgilerini güncellemeleri gerekli olmuştur. Aynı zamanda yapı analizlerinde kullanılan yazılımların da güncellenmesini zorunlu kılmıştır. Ancak yönetmelik birçok bina türünü ilgilendirdiğinden ve neredeyse tamamen yenilendiğinden tüm hususları kavramak ve mükemmel bir şekilde sunmak şahsım için imkansız kadar zordur. Ancak yine de belki bir katkı olur umuduyla, betonarme yapıların depreme göre tasarımı için temel konuları, mühendislik ve mimarlık camiasına sunmak amacıyla bu kitap hazırlanmıştır. Daha önce, öğrencilerimize derslerde anlattığımız notları ve meslektaşlarımıza verdiğimiz seminer sunumlarını KORONA günlerinde toparlama ve kitap haline getirme imkanımız oldu. Şahsım adına bu kitap ileride Korona günlerini hatırlatacaktır.
Betonarme Yapıların Hesap ve Tasarımı kitabımız mühendislik camiasının teveccühü ile onyedinci baskıyı yapmıştır. Elinizdeki bu kitapta deprem-zemin-yapı kapsamı diğer disiplinleri de içerecek şekilde genişletilmiştir. Jeoloji ve Jeofizik mühendisleri ile ortak olan deprem konusu bir inşaat mühendisi gözüyle açıklanmaya çalışılmıştır. İnşaat mühendisliğinin geoteknik dalında çalışanları ve yerbilimcileri yakından ilgilendiren zemin konusu yapı disiplininde çalışan bir akademisyen tarafından irdelenmiştir. Buradaki niyet, sadece bir yapı mühendisi olarak tasarımda kullanılan parametrelerin nasıl belirlendiği ve davranış açısından neler ifade ettiğini açıklamaya çalışmaktır. Bu konularda kitapta bulunan hata ve eksiklerin tarafıma bildirilmesi durumunda kendilerine minnettar kalacağımı belirtmek isterim.
Yetişmemde emeği geçen tüm hocalarımı saygıyla anar, halen aynı anabilim dalında görev yaptığım ve görüşlerinden yararlandığım Doç.Dr. Hakan T. TÜRKER ve Dr. Öğr.Üyesi Serkan SAĞIROĞLU’na teşekkür ederim.
Her akademisyenin mutlaka birlikte çalışarak yol aldığı öğrencileri olmaktadır. Lisansüstü öğrencilerimin çalışmalarından edindiğim bilgi ve deneyimler bu konudaki bilgi birikimimin artmasına çok önemli katkıda bulunmuştur. Bu bağlamda lisansüstü öğrencilerimin hepsine teşekkürlerimi sunmak isterim. Bu kitap sürecinde de birçok öğrencimin katkısı olmuştur. Ancak kitabın hazırlanmasında desteklerini ve katkılarını hiç esirgemeyen, başta M.Ömer Timurağaoğlu, Fikrat Elmahdi ve Waheed Rasekh olmak üzere tüm çalışma arkadaşlarıma ve öğrencilerime teşekkür ederim.
Bilimsel çalışmalarım ve zaruri işlerim dışındaki vaktimi aileme ayırmaya çalıştım. Ancak yine de zaman zaman onların vakitlerinden harcadığımın bilincindeyim. Bu kitabın hazırlanması Korona günlerinin neredeyse tamamını kapsayan tempolu çalışmayı gerekli kılmıştır. Bu süre içinde beni sabırla destekleyen ve çalışmam için en uygun ortamı sağlayan, eşim Şule’ye ve oğlum Fatih’e, uzaktan moral destek veren kızlarım Ayşegül ve Esra’ya ve çok sevdiğim torunlarım Zeynep ve Ahmet Emir’e müteşekkir olduğumu belirtmek isterim.
Kitabın, depremle ilgili olan inşaat, jeoloji ve jeofizik mühendisliği bölümleri ile mimarlık bölümü öğrencilerine ve uygulamada çalışan mezunlarına yardımcı olmasını gönülden dilerim.
Adem DOĞANGÜN
Ocak 2021
İÇİNDEKİLER
1. DEPREM HAKKINDA GENEL BİLGİLER 1
1.1. Depreme İlişkin Başlıca Tanım ve Parametreler 2
1.1.1. Deprem 2
1.1.. Faylar 3
1.1.3. Odak Noktası (Merkez –İç merkez - Hiposantr) 5
1.1.4. Merkez Üstü (Dış merkez- Episantr) 5
1.1.5. Odak Derinliği (Merkez derinliği) 6
1.1.6. Deprem Dalgaları 6
1.1.7. Şiddet 15
1.1.8. Büyüklük (magnitüd-manyitüd-depremin gücü) 18
1.1.9. Depremin Enerjisi
1.1.10. Depremin Süresi
1.1.11. Depremlerin Oluşumu ve Çeşitleri 3
1.1.1. Türkiye ve Depremler 5
1.1.13. Deprem Kayıtları ve Bunların İfade Ettikleri 7
1.. Depremlerin Oluşumu ve Çeşitleri 3
1.3. Türkiye ve Depremler 5
1.4. Deprem Kayıtları ve Bunların İfade Ettikleri 7
1.4.1. Depremin Büyüklüğü 31
1.4.. Odak Noktasının Yeri 3
1.4.3. En büyük (pik) Değerler ( ivme, hız ve yer değiştirme) 3
1.4.4. Depremin Etkin Süresi 37
1.4.5. İmpuls Genliğinin Varlığı 37
1.4.6. Depremin Etkin Olduğu Doğrultu 38
1.4.7. Hareketin Frekans İçeriği 39
1.4.8. Zemin Yapısı 39
1.4.9. Muhtemel Hasar 40
1.5. Deprem Yönetmelikleri 40
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 41
. ZEMİNLER VE DEPREM DAVRANIŞLARI 43
.1. Zemin ve Kayaçların Tanımlanması/Sınıflandırılması 47
.1.1. TS 1500 e göre zemin grupları 5
.1.. Deprem yönetmeliğine göre (018) yerel zemin sınıfları 5
.. Zeminler İçin Bazı Mühendislik Parametreleri ve Depremin Bunlara Etkileri 58
..1. Birim Ağırlık ve Yoğunluk 58
... Kohezyon 64
..3. İçsel Sürtünme Açısı 68
..4. Gerilme-Şekildeğiştirme İlişkisi 73
..5. Elastisite (Young) Modülü 79
..6. Poisson Oranı 82
..7. Kayma Modülü 8
..8. Sönüm 86
..9. Boşluk Suyu Basıncı 87
..10. Zemin Hakim Periyodu (zeminin baskın periyodu) 88
..11. Yatak Katsayısı 91
..1. Taşıma Gücü (Emin Taşıma Gücü-Emniyet Gerilmeleri) 93
.3. Yüzeysel Temeller ve Deprem Hesabı 96
.4. Kazıklı Temeller ve Deprem Hesabı 102
.5. Deprem Etkisi Altında Zeminin Sıvılaşma Riskinin Değerlendirmesi 105
.6. Binaların Bodrum Perdelerine Etkiyen Statik ve Dinamik Zemin Basınçları 117
.7. Deprem Etkisi Altında Dayanma Yapılarının Tasarımı için Esaslar 119
.8. Deprem Etkisi Altında Şevlerin Duraylılığı 138
.9. Deprem Etkisi Altında İlave Oturmalar 141
.10.Deprem Etkisi Altında Sahaya Özel Zemin Davranış Analizleri 142
.11.Zeminin Deprem Hareketine Olan Etkileri 143
.11.1.Zemin Büyütmesi 14
.11..Topografya Etkisi 14
.1.Zemin ve Temel Etüdü Raporları 145
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 147
3. YAPI DİNAMİĞİNİN TEMEL KAVRAMLARI 151
3.1. Statik ve Dinamik Etkiler 152
A-STATİK ETKİLER 153
A1-Kalıcı yük 153
A2-Hareketli yük (geçici yük) 153
A3-Mesnet Çökmesi/Sıcaklık Değişimi 154
B-DİNAMİK ETKİLER 155
B0-Ani yük 158
B1-Çalışan makinaların etkisi 159
B2--Hareket halindeki yük 159
B3-Deprem etkisi 160
B4-Rüzgar etkisi 161
B5-Çarpma yükü 162
B6-Patlama yükü 163
3.. Serbestlik Derecesi 165
3.3. Dinamik Denge Denklemi ve Hareket Denklemi 169
3.4. Kütle 170
3.5. Sönüm 174
3.6. Rijitlik 189
3.7. Serbest ve Zorlanmış Titreşimler 200
3.8. Titreşim Periyodu, Frekans ve Açısal frekans 201
3.9. Mod ve Mod Şekli 206
3.10. Rezonans Olayı 208
3.11. Tepki Spektrumları 10
3.1. Tasarım Spektrumları 14
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 217
4. DEPREME DAYANIKLI TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI
4.1. Taşıyıcı Sistem Bakımından Yapı Güvenliğinin Temel İlkeleri 222
4.1.1. Yeterli Dayanım 225
4.1.2. Yeterli Rijitlik 229
4.1.3. Yeterli Kararlılık (Duraylılık, Stabilite) 235
4.1.4. Yeterli Süneklik 240
4.1.5. Yeterli Uyum (Adaptasyon) 258
4.1.6. Yeterli Sönüm 261
4.1.7. Yeterli Sadelik ve Basitlik 263
4.1.8. Yeterli Düzen ve Simetri 267
4.1.9. Yeterli Yük Aktarım Sistemi 269
4.. Taşıyıcı Sistem Çeşitleri 276
4..1. Geleneksel Çerçeveli Sistemler 279
4... Perde Duvarlı-Çerçeveli Sistemler 281
4..3. Perde Duvarlı (Tünel Kalıp) Sistemler 289
4..4. Boşluklu Perde Duvarlı Sistemler 291
4..5. Eğik Elemanlı Çerçeveli Sistemler 296
4..6. Tüp Sistemler 297
4..7. İzolasyonlu Sistemler 299
4.3. Taşıyıcı Sistemler İçin Deprem Yönetmeliğinde Tanımlanan Düzensizlikler 302
4.3.1. Burulma Düzensizliği (A1-türü düzensizlik) 302
4.3.2. Döşeme Süreksizlikleri (A2-türü düzensizlik) 311
4.3.3. Planda Çıkıntılar Bulunması (A3-türü düzensizlik) 314
4.3.4. Zayıf Kat Durumu (B1-türü düzensizlik) 315
4.3.5. Yumuşak Kat Durumu (B-türü düzensizlik) 317
4.3.6. Düşey Elemanların Süreksizliği (B3-türü düzensizlik) 325
4.4. Düzensizlik Olarak Tanımlanmayan Ancak Performansı Olumsuz Etkileyen Durumlar 328
4.4.1. Kısa Kolon Durumu 328
4.4.. Zayıf Kolon - Kuvvetli Kiriş Durumu 332
4.4.3. Yetersiz Derz Durumu 334
4.4.4. Kötü Perde Yerleşim Durumu 338
4.4.5. Kötü Rijitlik Doğrultusu Durumu 339
4.4.6. Süreksiz Çerçeve Durumu 342
4.4.7. Düzensiz Kütle Dağılımı Durumu 344
4.4.8. Ağır Taşıyıcı Olmayan Eleman Durumu 344
4.4.9. Yetersiz Mesafe Durumu 345
4.4.10. Ortogonal Olmayan Eleman Durumu 346
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 347
5. DEPREM YÖNETMELİĞİNE GÖRE YAPI TASARIM PARAMETRELERİ 353
5.1. Yerel Zemin Sınıfları (ZA, ZB, ZC, ZD, ZE, ZF) 354
5.. Hareketli Yük Kütle Katılım Katsayısı (n) 355
5.3. Bina Kat Kütlesi (mi ) ve Bina Toplam Kütlesi (mt ) 355
5.4. Bina Kullanım Sınıfları ( BKS ) ve Bina Önem Katsayısı ( I ) 356
5.5. Deprem Yer Hareketi Düzeyleri ( DD-1, DD-, DD-3, DD-4 ) 357
5.6. Deprem Tehlike Haritası ve Harita Spektral İvme Katsayıları ( SS , S1 ) 358
5.7. Yerel Zemin Etki Katsayıları ( FS , F1 ) 360
5.8. Tasarım Spektral İvme Katsayıları (SDS , SD1) 361
5.9. Deprem Tasarım Sınıfları ( DTS ) 362
5.10. Bina Yüksekliği (HN) 363
5.11. Bina Yükseklik Sınıfları (BYS) 365
5.1. Binanın Hakim Doğal Titreşim Periyodu ( Tp ) 366
5.13. Dayanım Fazlalığı Katsayısı ( D ) 368
5.14. Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı ( R ) 372
5.15. Deprem Yükü Azaltma Katsayısı ( Ra ) 377
5.16. Yatay Tasarım Spektrumu Köşe Periyotları ( TA , TB ) 379
5.17. Yatay Elastik Tasarım Spektral İvmeleri [ Sae (T) ] 380
5.18. Düşey Elastik Tasarım Spektral İvmeleri [ SaeD (T) ] 381
5.19. Yatay Elastik Tasarım Spektral Yerdeğiştirmeleri [ Sde (T) ] 282
5.0. Yatay Deprem Etkisi Altında Azaltılmış Tasarım Spektral İvmesi [SaR(T)] 383
5.1.Toplam Eşdeğer Deprem Yükü ( VtE ) ve Kat Deprem Yükleri ( Fi ) 383
5.. Bina Performans Hedefleri ( KK, SH, KH, GÖ ) 384
5..1. Kesit ve Eleman Bazında Performans Durumu 384
5... Bina Bazında Performans Durumu 384
5.3. Deprem Etkisi 389
5.4. Yatayda Birbirine Dik Doğrultulardaki Deprem Etkilerinin Birleştirilmesi 389
5.5. Düşey Deprem Etkisi 390
5.6. Deprem Etkisinin Diğer Etkilerle Birleştirilmesi 392
5.7. Binaların Üst ve Alt Bölümlerinde Farklı R ve D Katsayılarının Kullanılması 394
5.8. Göreli Kat Ötelemelerinin Sınırlandırılması, 396
5.9. İkinci Mertebe Etkileri 398
5.30. Deprem Derzleri 400
5.31. Tasarıma Esas İç Kuvvetler ve Temellere Aktarılan Kuvvetler 401
5.31.1. Bodrumsuz Binalarda Tasarıma Esas İç Kuvvetler... 401
5.31.. Bodrumlu Binalarda Tasarıma Esas İç Kuvvetler 401
5.31.3. Temellere Aktarılan Kuvvetler 403
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 404
6. BİNA TAŞIYICI SİSTEMLERİNİN MODELLENMESİ 409
6.1. Genel Modelleme Kuralları 410
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 411
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 411
6.. Döşemelerin Modellenmesi 414
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 414
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 415
6.3. Kiriş ve Kolonların Modellenmesi 415
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 415
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 415
6.4. Boşluksuz Perdelerin Modellenmesi 416
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 416
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 417
6.5. Bağ Kirişli (Boşluklu) Perdelerin Modellenmesi 418
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 418
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 418
6.6. Betonarme Taşıyıcı Sistem Elemanlarının Etkin Kesit Rijitlikleri 418
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 421
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 421
6.7. Kütlelerin Modellenmesi 422
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 422
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 424
6.8. Ek Dışmerkezlik Etkisinin Modellenmesi 424
A- DOĞRUSAL HESAP İÇİN 424
B- DOĞRUSAL OLMAYAN HESAP İÇİN 426
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 427
7. DEPREME GÖRE YAPI TASARIM YÖNTEMLERİ 429
7.1. Yapı Tasarım Yaklaşımları ile Hesap Yöntemleri Arasındaki İlişki 430
7.. Doğrusal Hesap Yöntemleri 438
7..1. Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi 439
7..1.1. Katlara etkiyen eşdeğer deprem yüklerinin belirlenmesi 442
7..1.. Eşdeğer Deprem Yükü Yönteminde burulma hesabı 443
7..1.3. Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ile bodrumlu binaların hesabı 443
7... Mod Birleştirme Yöntemi 445
7...1. Yeterli titreşim modu sayısı 446
7.... Modal hesap parametreleri 446
7.... Mod Birleştirme Yöntemi ile deprem hesabı 448
7..3. Zaman Tanım Alanında Mod Toplama Yöntemi 449
7..3.1. Deprem kayıtlarının seçimi... 450
7..3.. Deprem kayıtlarının basit ölçeklendirme yöntemi ile ölçeklendirilmesi 451
7..3.3. Deprem kayıtlarının spektral uyuşum sağlanacak şekilde dönüştürülmesi...451
7.2.4. Azaltılmış İç Kuvvetlerin ve Yerdeğiştirmelerin Eşdeğer Taban Kesme Kuvvetine Göre Büyütülmesi 452
7.3. Doğrusal Olmayan Hesap Yöntemleri 453
7.3.1. Tek Modlu İtme Yöntemleri 454
7.3.1.1. Sabit Tek Modlu İtme Yöntemi 455
7.3.1.. Değişken Tek Modlu İtme Yöntemi 458
7.3.1.3. Değişken Tek Modlu İtme Yöntemi İle Modal Kapasite Diyagramının Elde Edil. 458
7.3.. Çok Modlu İtme Yöntemleri 461
7.3.3. Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Hesap Yöntemi 461
7.3.3.1. Deprem kayıtlarının seçimi ve ölçeklendirilmesi 461
7.3.3.. Hesapta gözönüne alınacak hususlar 462
7.3.3.3. Değerlendirmeye esas şekildeğiştirme ve iç kuvvet talepleri 462
7.3.4. Doğrusal Olmayan Yöntemler için Beton ve Donatı Modelleri 462
7.4. Şekildeğiştirmelerin ve İç Kuvvetlerin Değerlendirilmesi 465
7.5. Şekildeğiştirmeye Göre Tasarımının Sonuçlandırılması 468
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 469
8. MEVCUT YAPILARIN DEPREM GÜVENLİĞİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ 471
8.1. Performans Kavramı 472
8.. Binalardan Bilgi Toplanması 474
8..1. Betonarme Binalarda Sınırlı Bilgi Düzeyi 474
8... Betonarme Binalarda Kapsamlı Bilgi Düzeyi 476
8..3. Önüretimli Betonarme Binalarda Sınırlı Bilgi Düzeyi 478
8..4. Önüretimli Betonarme Binalarda Kapsamlı Bilgi Düzeyi 479
8..5. Bilgi Düzeyi Katsayıları 480
8.3. Deprem Hesabına İlişkin Genel İlke ve Kurallar 480
8.4. Yapı Performansının Doğrusal Elastik Yöntemler ile Belirlenmesi 481
8.4.1. Hesap Yöntemleri 482
8.4.. Yapı Elemanlarında Hasar Düzeylerinin Belirlenmesi 482
8.4.3. Birim Şekildeğiştirme ve Plastik Dönme Taleplerinin Belirlenmesi 484
8.5. Yapı Performansının Doğrusal Elastik Olmayan Yöntemler ile Belirlenmesi 486
8.6. Şekildeğiştirme Sınırları 486
8.6.1. Betonarme ve Önüretimli Betonarme Elemanların Kesit Birim Şekildeğiştirme ve Plastik Dönme Sınırları 486
8.6.. Güçlendirilen Bölme Duvarlarının Şekildeğiştirme Sınırları 487
8.7. Mevcut Binaların Deprem Performansının Belirlenmesi 488
8.7.1. Mevcut veya Güçlendirilecek Binalarda Hedeflenen Deprem Performansı 488
8.7.. Mevcut veya Güçlendirilecek Binaların Deprem Performansı 488
8.7.3. Mevcut Binalarda Sınırlı Hasar Performans Düzeyi 488
8.7.4. Mevcut Binalarda Kontrollü Hasar Performans Düzeyi 488
8.7.5. Mevcut Binalarda Göçmenin Önlenmesi Performans Düzeyi 489
8.7.6. Göçme Durumu 489
8.7.7. Betonarme Binalarda Güçlendirilmiş Bölme Duvarların Performans Düzeyleri 490
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR 491
KAYNAKLAR 495
DİZİN 510