Nicel araştırma makalesi incelemesi
DOI: 10.17798/bitlisfen.1665236Betonarme Bina Yapılarının Uygulamalı Eleman Yöntemi ile Progresif Çökme Analizi
Progresif çökme, ekstrem olayların tetiklediği yerel bir hasarın yapı geneline yayılarak orantısız yıkıma yol açtığı kritik bir yapısal güvenlik sorunudur. Literatürde 1968 Ronan Point ve 2023 Kahramanmaraş depremleri gibi vakalar bu olgunun vahametini ortaya koymuştur.
Makalenin anahtar kelimeleri
- Yazar
- Jülide Yüzbaşı
- Yayın
- Tarih
- 2025-06-27
Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği
Progresif çökme, mühendislik literatüründe yerel bir hasarın domino etkisiyle tüm taşıyıcı sistemi işlevsiz hale getirmesi olarak tanımlanan ve yapısal tasarımda mutlaka öncelenmesi gereken bir risk faktörüdür. Özellikle 2023 Kahramanmaraş depremleri sonrasında Türkiye'deki betonarme yapı stoğunun bu tür ani yük değişimlerine karşı dayanımı, akademik camiada daha derinlemesine incelenmeye başlanmıştır. Geleneksel hesaplama yöntemlerinin malzeme kopması ve eleman bazlı ayrışmaları temsil etmedeki kısıtlı kapasitesi, araştırmacıları Uygulamalı Eleman Yöntemi (AEM) gibi daha karmaşık ve gerçekçi simülasyon araçlarına yöneltmektedir. Bu bağlamda ele alınan makale, modern yapıların çökme mekanizmalarını sayısal bir perspektifle irdeleyerek literatürdeki boşluğu doldurmayı hedeflemektedir.
Yazıda sunulan ampirik çalışma, 4, 7 ve 10 katlı olmak üzere üç farklı yükseklikte tasarlanan 3x3 açıklıklı betonarme çerçeve modelleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Extreme Loading for Structures (ELS) yazılımı aracılığıyla yürütülen analizlerde, zemin kat köşe kolonunun ve ara kenar kolonunun ani şekilde kaldırıldığı toplam altı farklı senaryo test edilmiştir. Sayısal modellerde TBEC 2018 standartlarına uygun donatı bindirme ekleri, plastik mafsal bölgelerinde hassas ağ (mesh) sıkılaştırması ve döşeme etkileri dikkate alınmıştır. 3 saniyelik zaman tanım alanında gerçekleştirilen doğrusal olmayan dinamik analizler, yapının kolon kaybı sonrası sergilediği sönümlü serbest titreşim davranışını ve yük transfer mekanizmalarını detaylıca ortaya koymaktadır.
Araştırmanın bulguları, bina yüksekliğinin artmasıyla birlikte progresif çökme esnasında meydana gelen yer değiştirmelerin de belirgin şekilde arttığını göstermektedir. Özellikle 10 katlı binada kaydedilen deplasman değerlerinin, 4 katlı binadaki değerlerin yaklaşık iki katına ulaştığı saptanmıştır. Senaryo bazlı karşılaştırmalarda ise ara kenar kolonun kaldırılmasının, köşe kolon kaybına kıyasla daha yüksek geçici ve kalıcı yer değiştirmelere yol açtığı tespit edilmiştir. Bu durum, ara akslardaki kolonların daha merkezi bir yük yolu üzerinde bulunması ve kaybı durumunda komşu elemanlara aktarılan yükün şiddetiyle açıklanmaktadır. Sayısal veriler, yapının rijitliği ve kat sayısı arttıkça dinamik etkilerin ve atalet kuvvetlerinin çökme şiddetini doğrudan etkilediğini kanıtlamaktadır.
Sonuç olarak çalışma, Uygulamalı Eleman Yöntemi'nin betonarme binaların progresif çökme analizinde yüksek bir doğruluk payına sahip olduğunu ve yapısal sönümlenme karakteristiğini başarıyla yansıttığını teyit etmektedir. Yazarlar, özellikle yüksek katlı binaların tasarımında alternatif yük yollarının oluşturulmasının ve birleşim bölgelerindeki donatı detaylandırmalarının hayati önem taşıdığını vurgulamaktadır. Bu makale, yapı mühendislerinin dirençli tasarımlar geliştirmesi için somut bir metodoloji sunarken, gelecek çalışmalar için farklı plan geometrileri ve dolgu duvar etkilerinin incelenmesi yönünde stratejik bir zemin hazırlamaktadır. Bulgular, sadece teorik bir modelleme başarısı değil, aynı zamanda güvenli yapı tasarımı için uygulama odaklı bir rehber niteliği taşımaktadır.
Araştırmanın amacı
Bu çalışma, farklı kat yüksekliklerine sahip betonarme yapıların köşe ve ara kenar kolon kaybı senaryoları altındaki progresif çökme davranışını Uygulamalı Eleman Yöntemi (AEM) kullanarak incelemeyi ve yöntemin yapısal göçme mekanizmalarını yakalamadaki güvenilirliğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır(Yüzbaşı, 2025).
İnceleme ve modelleme yöntemi
Çalışmada, farklı kat yüksekliklerine (4, 7 ve 10 kat) sahip 3x3 açıklıklı betonarme binaların progresif çökme davranışı, Extreme Loading for Structures (ELS) yazılımı kullanılarak Uygulamalı Eleman Yöntemi (AEM) tabanlı doğrusal olmayan dinamik analizlerle incelenmiştir(Yüzbaşı, 2025).
Kuramsal ve kavramsal çerçeve
Çalışma, Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) ve Ayrık Elemanlar Yöntemi'nin (DEM) avantajlarını birleştiren Uygulamalı Eleman Yöntemi (AEM) üzerine inşa edilmiştir. Bu kuramsal çerçevede yapılar, düğüm noktalarındaki yaylarla birbirine bağlanan ayrık elemanlar olarak modellenmekte; normal ve kayma yayı rijitlikleri üzerinden malzemenin eksenel ve yanal deformasyonlara karşı direnci simüle edilmektedir. Bu yaklaşım, elemanların birbirinden ayrılması ve çarpışması gibi klasik yöntemlerle modellenmesi güç olan progresif çökme aşamalarının takip edilmesine olanak tanımaktadır.
Makalenin ele aldığı literatür
Makale, 1968 Ronan Point ve 1995 Alfred P. Murrah binası gibi tarihi progresif çökme vakalarından başlayarak, 2023 Kahramanmaraş depremlerindeki yapısal hasar gözlemlerine kadar uzanan geniş bir literatürü temel almaktadır. Özellikle TBEC 2018 yönetmeliğine uyum, yumuşak kat düzensizlikleri ve betonarme yapıların sismik savunmasızlığı üzerine yapılan güncel saha araştırmalarıyla ilişki kurulmaktadır. Ayrıca AEM ile FEM yöntemlerini kıyaslayan Grunwald ve diğerlerinin (2018) çalışmaları gibi sayısal modelleme literatürü de ele alınmaktadır.
Araştırma Tasarımı
- Evren veya inceleme alanı
- Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) hükümlerine uygun olarak tasarlanmış 3x3 açıklıklı ve 6 metre açıklık uzunluğuna sahip farklı kat yüksekliklerindeki betonarme bina sistemleri.
- Örneklem veya araştırma materyali
- S420 donatı çeliği ve C30 beton sınıfı kullanılarak modellenmiş; 40x40 cm kolon, 30x50 cm kiriş ve 20 cm döşeme kesitlerine sahip 4, 7 ve 10 katlı üç farklı betonarme bina çerçeve modeli.
- Veri toplama süreci
- ELS yazılımı ortamında zemin kattaki köşe ve ara kenar kolonların ani olarak kaldırılması senaryolarında, 3 saniyelik zaman tanım alanında üst uç düğüm noktalarındaki düşey yer değiştirme verilerinin kaydedilmesi.
- Veri analiz yöntemi
- Uygulamalı Eleman Yöntemi (AEM) kapsamında normal ve kayma yay esneklikleri üzerinden eleman ayrışması, sönümlü serbest titreşim ve doğrusal olmayan dinamik çökme analizi.
Araştırmanın Bulguları
4 katlı betonarme bina modelinde köşe kolonunun ani kaldırılması neticesinde maksimum geçici düşey yer değiştirme -4.39 mm, sönümlenme sonrası kalıcı yer değiştirme ise -3.06 mm olarak hesaplanmıştır(Yüzbaşı, 2025).
7 katlı bina modelinde köşe kolon kaybında geçici düşey yer değiştirme -5.92 mm ve kalıcı yer değiştirme -4.36 mm iken; ara kenar kolon kaybında geçici yer değiştirme -6.42 mm, kalıcı yer değiştirme -5.05 mm seviyesine yükselmiştir(Yüzbaşı, 2025).
10 katlı bina modelinde ara kenar kolonunun kaldırılması senaryosu, incelenen tüm durumlar arasında en yüksek değerleri üreterek -8.18 mm geçici ve -7.17 mm kalıcı düşey yer değiştirme ile sonuçlanmıştır(Yüzbaşı, 2025).
Bina kat yüksekliği arttıkça kütle ve eylemsizlik etkilerine bağlı olarak geçici ve kalıcı yer değiştirme genlikleri artmış, 10 katlı yapının yer değiştirmeleri 4 katlı yapının yaklaşık iki katına ulaşmıştır(Yüzbaşı, 2025).
Ara kenar kolonunun kaldırılması senaryoları, yüklerin komşu elemanlara yeniden dağıtılması gereksinimi nedeniyle köşe kolon kaldırılması senaryolarına kıyasla tüm kat yüksekliklerinde daha büyük yer değiştirmelere sebep olmuştur(Yüzbaşı, 2025).
Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu
Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı
Zaman tanım alanında gerçekleştirilen doğrusal olmayan dinamik analizler, ani kolon kaybı sonrası yapılarda sönümlü serbest titreşim davranışının ortaya çıktığını göstermektedir. Düşük katlı binalarda yüksek frekanslı ve hızlı sönümlenen salınımlar gözlenirken, kat sayısı arttıkça titreşim frekansı düşmekte ve genlikler önemli ölçüde büyümektedir.
Yazar, kat yüksekliğiyle birlikte artan kütle ve eylemsizlik kuvvetlerinin dinamik büyütme etkilerini artırdığını ve bu durumun yapının çökme ilerleme riskini derinleştirdiğini vurgulamaktadır. Ayrıca ara kenar kolon kaybında ortaya çıkan yüksek yer değiştirme değerleri, yükün komşu elemanlara aktarılmasındaki bağımlılık ile açıklanmaktadır.
Elde edilen sonuçlar, literatürde AEM'nin yapısal çökme ve ayrışma süreçlerini modellemedeki üstünlüklerine işaret eden çalışmalarla uyumluluk göstermektedir. Özellikle yerel eleman ayrışmalarının ve birleşim yeri davranışlarının yay modelleri ile simüle edilmesi, çökme mekanizmasının hassas biçimde yakalanmasını sağlamıştır.
Sonuç olarak, yüksek yapılarda progresif çökme riskini azaltmak için donatı sürekliliğinin artırılması, birleşim bölgelerinde özel detaylandırmalar yapılması ve yapısal yedeklilik ilkelerinin tasarım süreçlerine entegre edilmesi gerektiği vurgulanmaktadır.
Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması
Yazar, çökme simülasyonlarında Uygulamalı Eleman Yöntemi'nin (AEM) geleneksel Sonlu Elemanlar Yöntemi'ne (FEM) kıyasla elemanların ayrışmasını, etkileşimini ve yerel hasar mekanizmalarını daha gerçekçi modellediğini belirten Grunwald ve arkadaşlarının (2018) bulgularını doğrulamakta ve AEM'nin progresif çökme analizlerindeki güvenilirliğini vurgulamaktadır(Yüzbaşı, 2025).
Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar
Çalışmada elde edilen sayısal bulgular, betonarme yapılarda kat yüksekliği arttıkça progresif çökmeye karşı hassasiyetin arttığını ve hem geçici hem de kalıcı düşey yer değiştirmelerin büyüdüğünü açıkça göstermektedir. Ayrıca, merkezi yük aktarım yolunda yer alan ara kenar kolonlarının kaybı, köşe kolon kaybına kıyasla daha kritik yer değiştirme ve yük yeniden dağıtım etkileri meydana getirmektedir. Yazar, yüksek binalarda çökme direncini artırmak amacıyla birleşim detaylarının iyileştirilmesini, donatı sürekliliğinin sağlanmasını ve alternatif yük yolları oluşturulmasını önermektedir(Yüzbaşı, 2025).
Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve
Bu araştırma, betonarme bina yapılarının ani kolon kaybı sonrasındaki progresif çökme direncini belirlemek üzere Uygulamalı Eleman Yöntemi'nin (AEM) sayısal simülasyon kapasitesini test eden bir işlev görmektedir. Geleneksel Sonlu Elemanlar Yöntemi'nin (FEM) eleman ayrışması ve tam çökme mekanizmalarını modellemedeki zorluklarına karşılık, AEM'nin sunduğu hibrit yaklaşım ve yay bağlantılı katı eleman formülasyonu bu çalışma aracılığıyla somutlaştırılarak literatürde pratik bir modelleme referansı oluşturmaktadır.
Çalışma, progresif çökme mekanizmalarının temellerini atan Ellingwood ve ark. (2007) gibi öncü çalışmaların kuramsal çerçevesine dayanmaktadır. Ayrıca, AEM'nin kuramsal temellerini ve formülasyonunu oluşturan Meguro (2001) ile Meguro ve Tagel-Din (2000) tarafından önerilen yay matrisi denklemlerini doğrudan uygulamaktadır. Bu doğrultuda çalışma, önceki literatürde yer alan teorik AEM altyapısını alıp Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) kurallarıyla bütünleştirerek uygulamalı bir boyuta taşımaktadır.
Çalışma, progresif çökme literatüründeki kat yüksekliği ve hasar alanındaki kolon lokasyonunun etkilerini ampirik ve sayısal verilerle ortaya koyarak derleme çalışmalarına önemli katkılar sunmaktadır. Özellikle 10 katlı gibi yüksek katlı binaların, kütle ve eylemsizlik etkilerine bağlı olarak daha düşük katlı binalara göre iki kata varan geçici ve kalıcı düşey yer değiştirmelere maruz kaldığını niceliksel verilerle belgelendirmekte, böylece yapısal tasarım standartları için zengin bir veri seti sağlamaktadır.
Kaynakça
- Grunwald, C., Garofano, A., & Lestuzzi, P. (2018). Reliability of collapse simulation – Comparing finite and applied element method at different levels. Engineering Structures, 176, 265–278. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.08.068
Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım
Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.
Tez veya makalede kullanım · literatüre-review
Betonarme binalarda progresif çökme mekanizmaları incelenirken kat yüksekliği ve kaldırılan kolonun konumu dinamik davranışları doğrudan belirleyen iki kritik parametredir.
Bu iddia, araştırmanın 4, 7 ve 10 katlı binalarda yaptığı köşe ve ara kenar kolon kaybı senaryolarının yer değiştirme sonuçlarıyla temellendirilecektir(Yüzbaşı, 2025).
Betonarme Çerçeve Sistemlerde Konsol Döşeme Çıkıntılarının Progresif Çökme Direncine Etkisinin AEM ile İncelenmesi
- Araştırma sorusu
- Betonarme binalarda konsol döşeme genişliklerindeki artış, köşe kolon kaybı senaryosunda geçici ve kalıcı düşey yer değiştirmeleri nasıl etkiler?
- Yöntem taslağı
- Araştırma, Extreme Loading for Structures (ELS) yazılımında modellenen 4 ve 7 katlı 3D betonarme çerçeveler üzerinde yürütülecektir. Konsol çıkıntıları 1.0 m, 1.5 m ve 2.0 m olarak değiştirilecek; veri toplama işlemi 3 saniyelik zaman tanım alanında düşey yer değiştirme ölçümleriyle yapılacaktır. Analizler sönümlü dinamik analiz yaklaşımıyla AEM üzerinden gerçekleştirilecektir.
Makaleyle bağlantısı: Yazarın çalışmasında kullandığı AEM modelleme altyapısı ve 4 ila 7 katlı çerçeve geometrisi referans alınarak, döşeme geometrisindeki sınırların çökme sönümlenmesine etkisini araştırma ihtiyacından türetilmiştir(Yüzbaşı, 2025).
Tez veya makalede kullanım · Kavramsal çerçeve
Uygulamalı Eleman Yöntemi (AEM), geleneksel Sonlu Elemanlar Yöntemi'ne (FEM) kıyasla elemanların ayrışması ve tam çökme analizlerinde daha gerçekçi sonuçlar sunar.
Tez çalışmasının kuramsal çerçevesinde, AEM'nin yay tabanlı formülasyonu ve katı eleman etkileşimi kuramsal bir üstünlük gerekçesi olarak bu çalışma referans gösterilerek açıklanabilir(Yüzbaşı, 2025).
Yüksek Katlı Betonarme Yapılarda Farklı Donatı Sınıflarının ve Bindirmeli Ek Boylarının Çökme İlerleme Performansı
- Araştırma sorusu
- S420 yerine B500C çeliği kullanımı ve TBDY 2018 standartlarının üzerinde tasarlanan bindirme boyları, 10 katlı binalarda ara kenar kolon kaybı sırasındaki maksimum düşey deplasmanı azaltmada ne ölçüde etkilidir?
- Yöntem taslağı
- Farklı donatı sınıfı (S420 ve B500C) ve bindirme ek boyu çarpanları (1.0L, 1.2L, 1.5L) değişkenleri kullanılarak hazırlanan 10 katlı 3x3 açıklıklı betonarme çerçeveler ELS programında AEM yöntemiyle modellenecektir. Kolon kaldırma sonrasında birleşim bölgelerindeki plastikleşme yayılımı ve düşey deplasman zaman-geçmişi eğrileri sönümlü serbest titreşim analiziyle elde edilecektir.
Makaleyle bağlantısı: Yazarın modelleme parametrelerinde yer alan TBEC 2018 uyumlu bindirmeli ek uzantıları ve plastik mafsal konumlarındaki ağ sıklaştırması kararlarına dayanarak, donatı sürekliliği detaylarının çökme direncine olan katkısını test etmek üzere tasarlanmıştır(Yüzbaşı, 2025).
Tez veya makalede kullanım · Tartışma
Ara kenar kolonlarının kaybı, yük dağıtım yollarında daha geniş bir alanı etkilediğinden köşe kolon kayıplarına kıyasla yapısal kararsızlığı daha fazla tetikler.
Tezde elde edilecek deneysel veya analitik çökme verileri tartışılırken, yazarın ara kenar kolon kaybında elde ettiği daha yüksek yer değiştirme bulgularıyla karşılaştırma yapılarak bulgular doğrulanabilir(Yüzbaşı, 2025).
Asimetrik Plan Geometrisine Sahip Betonarme Binalarda Kolon Konumunun Progresif Çökme Mekanizmaları Üzerindeki Etkisi
- Araştırma sorusu
- L-tipi asimetrik kat planına sahip betonarme binalarda, iç köşe kolonunun ani kaldırılması durumunda oluşan dinamik amplifikasyon faktörü, dış köşe kolon kaybına göre ne ölçüde farklılık gösterir?
- Yöntem taslağı
- L-tipi asimetrik kat planına sahip 4 ve 7 katlı betonarme binalar ELS yazılımında AEM ile üç boyutlu olarak modellenecektir. İç köşe ve dış köşe kolonları ani olarak kaldırılarak, üst birleşim noktalarındaki zamana bağlı düşey ve yanal yer değiştirmeler 3 saniye boyunca kaydedilecek ve elde edilen dalgalanmalar frekans spektrumu analiziyle incelenecektir.
Makaleyle bağlantısı: Yazarın çalışmasında belirtilen tek çerçeve yerleşimi ile sınırlı kalma kısıtı ve gelecekte alternatif plan geometrilerinin çalışılması gerektiği yönündeki açık çağrısı ve önerisinden doğrudan türetilmiştir(Yüzbaşı, 2025).