ETABS ile Deprem Analizi: TBDY 2018 Adım Adım Rehber

ETABS, Türkiye'de deprem yönetmeliği (TBDY 2018) kapsamında en yaygın kullanılan yapısal analiz yazılımlarından biridir. Ancak yazılımın varsayılan ayarları doğrudan TBDY 2018'e uygun değildir; spektrumdan etkin rijitliğe, mod sayısından ölçeklemeye kadar birçok parametreyi yönetmeliğe göre elle ayarlamanız gerekir. Bu rehber, betonarme bir binanın azaltılmış tepki spektrumu (mod birleştirme / Modal Hesap) yöntemiyle çözümünün doğru iş akışını adım adım özetler.

Önemli not: Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır. Gerçek bir projenin analiz, tasarım ve onayı, sahaya ve zemine özgü verilerle çalışan yetkili bir inşaat mühendisinin sorumluluğundadır.

1. Hesap Yöntemini ve Modeli Belirleme

İlk adım, binanız için hangi hesap yönteminin uygun olduğunu belirlemektir. TBDY 2018, bina yükseklik sınıfına (BYS) ve düzensizlik durumuna göre Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ile Modal Hesap Yöntemleri (Mod Birleştirme veya Modların Birleştirilmesiyle Zaman Tanım Alanı) arasında seçim/kısıt getirir. Çok katlı ve/veya düzensiz binalarda Mod Birleştirme Yöntemi (Response Spectrum Analysis) esas alınır.

Model kurulurken dikkat edilecekler:

• Döşemeleri rijit diyafram olarak tanımlayın (uygun olmayan A2 düzensizliği durumlarında yarı rijit/membran kullanın).
• Kat kütlelerini ve kütle merkezi konumlarını doğru tanımlayın; ek dışmerkezlik (%5) yönetmelik gereğidir.
• Perdeleri kabuk (shell) eleman olarak modelleyin, bağ kirişleri ve perde sınır elemanlarını ihmal etmeyin.

2. Tepki Spektrumunu Kullanıcı Tanımlı Girme (AFAD TDTH)

TBDY 2018'in temel girdisi, bina koordinatına ve yerel zemin sınıfına bağlı tasarım spektrumudur.

1. AFAD Türkiye Deprem Tehlike Haritası (TDTH) üzerinden bina koordinatını ve DD-2 deprem yer hareketi düzeyini seçin.
2. Yerel zemin sınıfına göre kısa periyot (SS) ve 1.0 s periyot (S1) harita spektral ivmelerini, ardından zemin katsayıları FS ve F1 ile tasarım spektral ivmelerini hesaplayın:
   • SDS = SS · FS
   • SD1 = S1 · F1
3. Köşe periyotlarını belirleyin: TA = 0.2 · SD1/SDS ve TB = SD1/SDS.
4. Yatay elastik tasarım spektral ivmesini Sae(T) TBDY Denklem 4.1 ailesine göre T'ye bağlı olarak üretin ve bu (T, Sae) çiftlerini ETABS'te Define > Functions > Response Spectrum altında "User Defined" olarak girin.

ETABS'in hazır spektrum kütüphanelerini kullanmayın; TBDY köşe periyotları ve uzun periyot bölgesindeki azalma formatı farklıdır.

3. Etkin Kesit Rijitliklerini Atama (Tablo 4.2)

Betonarme elemanlar deprem etkisi altında çatlamış davrandığından, brüt kesit yerine TBDY 2018 Tablo 4.2'deki çarpanlarla azaltılmış (etkin) rijitlik kullanılır. Yaygın kullanılan çarpan değerleri:

Not: Tablo 4.2 değerleri eleman tipi ve eksenel yük seviyesine göre değişir; uygulamada yönetmeliğin güncel tablosundan teyit edilmelidir. Çarpanları ETABS'te Frame/Shell Property Modifiers altında ilgili atalet/alan terimlerine girin.

Kritik kural: Bu azaltma yalnızca deprem etkisi içeren yük durumlarında geçerlidir. Düşey yük (G+Q) analizinde brüt kesit kullanılmalıdır. Pratikte bu, deprem ve düşey yükler için iki ayrı rijitlik durumu yönetmeyi gerektirir; tek bir azaltılmış modelle tüm yükleri çözmek düşey deplasmanları olduğundan büyük gösterir.

4. R, D ve I Katsayılarını Spektruma Uygulama

Elastik spektrum, taşıyıcı sistemin süneklik ve dayanım fazlalığına göre azaltılır. ETABS'te bu, tepki spektrumu yük durumunun ölçek faktörü (scale factor) içinde yönetilir:

• Spektrumu deprem yönünde tanımlarken temel ölçek faktörü g (yer çekimi ivmesi) ile çarpılır (kN-m birimlerinde 9.81). ETABS spektrum fonksiyonunu ivme/g olarak okur.
• TBDY'nin Deprem Yükü Azaltma Katsayısı Ra(T), R (taşıyıcı sistem davranış katsayısı), D (dayanım fazlalığı) ve I (bina önem katsayısı) ile periyoda bağlı kurulur. Tasarım (azaltılmış) iç kuvvetleri için spektrum I/Ra(T) ile ölçeklenir.

Bu sayede aynı modelden hem azaltılmış tasarım kuvvetleri (dayanım için) hem de yer değiştirme hesabı için gereken büyütülmüş değerler ayrı yük durumlarıyla elde edilir.

5. Modal Analiz ve Yeterli Mod Sayısı (%95 Kütle Katılımı)

Mod Birleştirme Yöntemi öz değer (Eigen) modal analizine dayanır.

• Modal load case'i Ritz yerine genellikle Eigen vektörlerle tanımlayın (her ikisi de kabul edilir, ancak yeterli mod yakınsaması için mod sayısını yeterince yüksek tutun).
• TBDY 2018'e göre hesaba katılan modların modal etkin kütleleri toplamı, her iki yatay deprem doğrultusunda da bina toplam kütlesinin %95'inden az olamaz.
• ETABS'in "Modal Participating Mass Ratios" tablosunda kümülatif Sum UX ve Sum UY sütunlarının 0.95'i aştığını doğrulayın. Aşmıyorsa mod sayısını artırın. Burulma açısından Sum RZ değerini de kontrol edin.

Bodrumlu binalarda rijit bodrum perdelerinin ve toprak itkisinin etkisiyle alt katların kütleleri %95 kontrolüne yönetmelikteki kurallara göre dahil edilir/edilmez; bodrum kütlesini gözden kaçırmayın.

6. Mod Birleştirme (CQC) ve İç Kuvvetlerin Elde Edilmesi

Modal sonuçlar Tam Karesel Birleştirme (CQC) yöntemiyle birleştirilir. Periyotları birbirine yakın modlarda (özellikle burulmalı sistemlerde) CQC, SRSS'e göre daha doğrudur ve TBDY pratiğinde tercih edilir. ETABS'te response spectrum load case'inde Modal Combination > CQC seçin ve modal sönüm oranını (genelde %5) doğru girin. Yönsel birleştirme için %100 + %30 kuralını (veya SRSS yönsel birleştirme) yönetmeliğe uygun tanımlayın.

7. Taban Kesme Kuvveti Ölçeklemesi

Mod birleştirme yöntemiyle bulunan dinamik taban kesme kuvveti (VtB), çoğu durumda eşdeğer deprem yükü yöntemiyle hesaplanan taban kesme kuvvetinden (VtE) küçük çıkar. TBDY 2018, dinamik taban kesmenin eşdeğer yöntem değerinin belirli bir oranının (yönetmelikte tanımlı β oranı; düzensizlik durumuna göre değişir) altına düşmesi halinde, tüm modal büyüklüklerin bu alt sınıra getirilecek şekilde bir ölçek faktörüyle büyütülmesini ister.

Pratik adımlar:

1. Eşdeğer deprem yükü yöntemiyle VtE'yi ayrı bir statik durumda hesaplayın.
2. ETABS çıktısından dinamik VtB'yi okuyun.
3. Gerekli oran sağlanmıyorsa düzeltme faktörünü (β·VtE / VtB) response spectrum load case'inin scale factor'üne çarpan olarak ekleyin.

Not: Ölçekleme yalnızca tasarım iç kuvvetlerine uygulanır; göreli kat ötelemesi (drift) hesabında bu büyütme kullanılmaz. ASCE 7'deki "%85 statik taban kesme" kuralıyla TBDY'nin β oranını karıştırmayın; TBDY kendi oranını esas alır.

8. Göreli Kat Ötelemesi (Drift) Kontrolü

Göreli kat ötelemesi, deprem güvenliğinin en kritik servis-düzeyi kontrolüdür.

• Her katta etkin göreli kat ötelemesi δi, azaltılmış yer değiştirmenin R/I ile büyütülmesiyle bulunur (mod birleştirmeden gelen yer değiştirmeler I/Ra ile azaltılmış olduğundan, gerçek beklenen yer değiştirmeye geri ölçeklenir).
• Sınır kontrolü: λ · (δi,max / hi) değerinin yönetmelik sınırını aşmaması gerekir. Taşıyıcı sisteme yapışık (esnek derzsiz) gevrek dolgu duvarlarda izin verilen sınır daha düşüktür; dolgu duvarlar esnek derzlerle ayrılırsa sınır artırılabilir. (Burada λ, bina performans/spektrum oranına bağlı katsayıdır.)
• ETABS'te bunu Story Drifts tablosundan veya tanımlı drift kontrol kombinasyonlarından okuyun; her iki doğrultuda ve dışmerkezlik durumlarında kontrol edin.

Drift kontrolünün doğru etkin rijitlik (çatlamış kesit) ile yapılması şarttır; brüt kesitle drift olduğundan küçük çıkar ve güvensiz tarafta kalırsınız.

9. İkinci Mertebe (P-Delta) Etkileri

Yatay yer değiştirmeler altında düşey yüklerin oluşturduğu ek momentler (P-Delta), narin yapılarda dayanımı ve ötelemeyi olumsuz etkiler.

• Her katta İkinci Mertebe Gösterge Değeri θII,i hesaplanır; bu, ilgili katın eksenel yükü, göreli ötelemesi, kat kesme kuvveti ve kat yüksekliğinin oranına dayanır.
• θII,i yönetmelik sınırını (yaygın olarak ~0.12 mertebesi) aşıyorsa, ikinci mertebe etkileri açıkça hesaba katılmalı veya sistem rijitleştirilmelidir.
• ETABS'te P-Delta'yı bir nonlinear "P-Delta" load case'i olarak tanımlayıp düşey yük kombinasyonu (örn. G + nQ) altında çalıştırın ve modal/spektrum analizini bu P-Delta durumundan başlayacak şekilde kurun. Yalnızca geometrik P-Delta yeterli olup olmadığını yönetmelik koşullarına göre değerlendirin.

10. Sonuç Kontrol Listesi

Analizi tamamlamadan önce şu adımların hepsinin sağlandığını doğrulayın:

Bu iş akışı, ETABS'in genel yeteneklerini TBDY 2018'in özel kurallarıyla uyumlu hale getirir. Her projede zemin etüdü, malzeme dayanımları ve mimari kısıtlar farklı olduğundan, parametre değerleri ve sınır kontrolleri mutlaka yönetmeliğin güncel metninden ve yetkili mühendisin değerlendirmesiyle teyit edilmelidir.

Kaynaklar

• Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) — AFAD resmi PDF: https://www.afad.gov.tr/kurumlar/afad.gov.tr/2309/files/TBDY_2018.pdf
• Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) — Resmî Gazete metni: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2-1.pdf
• ideCAD Teknik Dokümantasyon — Etkin Kesit Rijitlikleri (Tablo 4.2) ve Göreli Kat Ötelemeleri: https://help.idecad.com.tr/ideCAD/tasiyici-sistem-elemanlarinin-etkin-kesit-rijitlik
• CSI Knowledge Base — Response-Spectrum Scaling (ETABS): https://wiki.csiamerica.com/display/etabs/Scale+factor+in+RSA