Retrofit of reinforced concrete frames with buckling-restrained braces

Abstract

6 Şubat'ta ülkemizde meydana gelen yıkıcı deprem, mevcut yapı stokumuzda var olan zayıflıkları açık bir şekilde gözler önüne sermiştir. Türkiye gibi deprem riski yüksek bölgelerdeki yapıların büyük çoğunluğu betonarme sistemlerden oluşmakta olup; bu yapılar, yaşlanma, yetersiz detaylandırma ve eski tasarım yönetmelikleri nedeniyle şiddetli yer hareketlerine karşı koymakta yetersiz kalmaktadır. Bu bağlamda, güçlendirme uygulamaları, yıkım ve yeniden inşaya kıyasla daha pratik ve gerekli bir çözüm haline gelmiştir. Dünya genelinde birçok yenilikçi güçlendirme yöntemi uygulanmaktadır. BÖÇ'ler (Burkulması Önlenmiş Çaprazlar), ülkemiz için yenilikçi bir sistem olarak kabul edilmektedir. Bu sistemi diğer yöntemlerden ayıran en önemli özelliği, deprem sonrasında sökülüp yeniden takılabilmesi sayesinde yapının kesintisiz kullanımına izin vermesidir. Buna ek olarak, yapının rijitliğini önemli ölçüde artırmakta ve enerji sönümleme kapasitesini geliştirmektedir. Ayrıca, bu sistemin yekpare uygulanması gerekmediğinden yalnızca kritik bölgelere yerleştirilerek ekonomik bir çözüm sunmaktadır. Bu çalışma kapsamında, yüksek sismik risk bölgesinde yer alan toplam 23.2 metre yüksekliğe sahip yedi katlı mevcut bir betonarme hastane binasının güçlendirilmesi amaçlanmıştır. Yapının Y yönünde deprem yüklerine karşı direnç sağlayan perdeler bulunmaktadır. BÖÇ'ler, yapının kesintisiz kullanımı sağlamak amacıyla dış akslara uygulanmıştır. Ayrıca, bu çapraz elemanların yerleşimi yekpare şekilde değil, bu tez kapsamında optimize edilerek belirlenmiştir. BÖÇ ile yapılan güçlendirme sonrası, ilk üç katta kat ötelemelerinde önemli azalmalar gözlemlenmiştir. Birinci katta ötelenme %2.4'ten %1.3'e; ikinci katta %2.6'dan %1'e; üçüncü katta ise %1.8'den %0.7'ye düşmüştür. Çatı ötelenmesi ise 0.29 metreden 0.16 metreye düşerek %55 oranında azalmıştır. Kolonlara gelen eksenel yüklerde belirgin bir artış gözlenmemiştir; çünkü BÖÇ yerleşimleri, kolonlara olan etkilerini en aza indirecek şekilde optimize edilmiştir. PUSH-X sonuçlarına göre, tüm kolonlar DD-1 deprem senaryosu altında TBDY-2018 tarafından tanımlanan performans sınırlarını sağlamıştır. Başlangıçta, birinci kat kolonlarının %32'si göçme, %61'i ileri hasar ve %7'si belirgin hasar bölgelerinde yer almaktaydı. Güçlendirme sonrasında, birinci kat kolonlarının tamamı sınırlı hasar bölgesine geçmiş, diğer tüm yapısal elemanlar ise TBDY-2018 ve AISC (2016) standartları kapsamında kalmıştır. Analizler ETABS (v21.2.1, CSI, ABD) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, 6 Şubat'ta Türkiye'de meydana gelen yıkıcı Pazarcık ve Elbistan depremlerinin etkileri de bu çalışma kapsamında tartışılmıştır.The devastating earthquake of February 6th in our country served as a stark reminder of the vulnerabilities inherent in our built environment. The majority of structures in seismic regions like Türkiye consist of reinforced concrete (RC) systems, which are often inadequate to resist strong ground motions due to aging, poor detailing, or outdated design codes. In such a context, retrofitting has become a more practical and necessary approach than demolition and reconstruction. Worldwide, many innovative retrofitting techniques are being implemented. BRBs (Buckling-Restrained Braces) are considered an innovative system for our country. What distinguishes this system from other retrofitting methods is its ability to be removed and reinstalled after an earthquake, allowing the building to maintain post-earthquake operability. Additionally, it significantly increases structural stiffness and enhances the energy dissipation capacity of the building. Moreover, since it does not require full coverage, it can be applied only in critical areas, offering a cost-effective solution. This study aims to retrofit an existing seven-story reinforced concrete hospital building, located in a high seismic risk region, with a total height of 23.2 meters. The structure includes shear walls in the Y-direction that provide resistance against seismic loads. BRBs were applied to the outermost axes to ensure uninterrupted use of the building. In addition, the placement of the braces was not uniform but was optimized within the scope of this thesis After BRB retrofitting, significant reductions in story drift ratios were observed in the first three stories. At the first story, drift was reduced from 2.4% to 1.3%; at the second story, from 2.6% to 1%; and at the third story, from 1.8% to 0.7%. Roof displacement also decreased from 0.29 m to 0.16 m, indicating a 55% reduction. No significant increase in axial loads was observed, as the placement of BRBs was optimized to minimize their impact on the columns. According to PUSH-X results, all columns met the performance limits defined by TBDY-2018 under the DD-1 earthquake scenario. Initially, 32% of first-story columns were in collapse, 61% in advanced damage, and 7% in significant damage zones. After retrofitting, all first-story columns shifted to the limited damage zone, and all other structural elements remained within the TBDY-2018 and AISC (2016) standards. The analyses were carried out using ETABS (v21.2.1, CSI, USA). Additionally, the effects of the Pazarcık and Elbistan earthquakes, which struck Türkiye on February 6, were discussed within the scope of the study.