ETABS'DE DEPREM SPEKTRUMU VE YÜK KOMBİNASYONLARI KURGULAMAK

Pek çok yapı mühendisinin ETABS'e dair yaygın bir yanılgısı var: "Auto Generate Combos butonuna basarsam program TBDY'ye uygun kombinasyonları kendi kurar." Bu cümle yarı doğru, ama yarı yanlış olduğu için kritik. Program iskelet kombinasyonları üretir, ancak deprem spektrumunun ölçek katsayısı, modal birleştirme yöntemi ve doğrultu birleştirmesi seçimleri kullanıcının elindedir. Bu seçimler yanlış olduğunda kombinasyonlar nominal görünür ama içleri yanlış sayılarla doludur.

1999 Düzce depremi sonrası Türkiye yönetmelikleri ardı ardına revize edildi; 2018'de yürürlüğe giren TBDY ile spektrum tabanlı dinamik analiz pratik olarak zorunlu hale geldi. 2023 Kahramanmaraş depreminin saha gözlemleri de doğru ölçeklendirilmemiş spektrum ve eksik kombinasyon kurgusunun ne kadar büyük bir risk olduğunu gösterdi. ETABS bir kara kutu değil; içine ne girdiyse onu sayar. Bu yazı, modeli kurmaktan kombinasyon ailesini doğrulamaya kadar olan akışı pratik bir yol haritası olarak veriyor. CSI'ın resmi ürün sayfasında teorik temelleri ayrıntılı anlatılır; burada saha pratiği konuşulacak.

SPEKTRUM EĞRİSİNİN ANLAMI NEDİR?

Deprem spektrumu, basitçe, farklı periyotlardaki tek serbestlik dereceli sistemlerin maksimum ivme tepkisini gösteren bir eğridir. ETABS dinamik analizde bu eğriyi modal kombinasyon mantığıyla bina geneline yayar. Türkiye'de pratik akış AFAD'ın Türkiye Deprem Tehlike Haritaları portalından başlar: koordinat girilir, DD2 (50 yılda %10 aşılma) ve zemin sınıfı seçilir, Ss ve S1 değerleri okunur. Sonra TBDY 2018 Bölüm 2'deki formüller üzerinden Sae(T) tablosu üretilir.

ETABS tarafında yol şudur:

• Define > Functions > Response Spectrum altında User Defined veya From File seçilir.
• Eğri elle giriliyorsa T (sn) - Sae (g) çiftleri tabloya yazılır; harici hesap aracından geliyorsa .txt formatında import edilir.
• Damping (sönüm) oranı varsayılan 0.05'tir; betonarme yapılarda bu değer korunur, çelikte 0.02 girilebilir.
• Eğrinin g birimi ile mi yoksa mm/sn² ile mi tanımlandığı dikkatle seçilir; karışırsa ölçek katsayısında 9806.65 kat hata bekler.

Bina Yükseklik Sınıfı (BYS) ile Bina Performans Hedefi (Normal Performans, Sürekli Kullanım) seçimi spektrumdan bağımsız değildir. BYS 1-3 için DTS (Deprem Tasarım Sınıfı) belirlenir ve süneklik düzeyine (R, D katsayıları) göre indirgenmiş spektrum kullanılır. Pratikte ETABS'e tam Sae(T) yüklenir, Scale Factor üzerinden R/I ölçeği uygulanır.

MODEL HAZIRLIĞI NASIL DOĞRU OTURUR?

Spektrum tanımından önce model temiz oturmazsa, dinamik analiz çıktıları yorumlanmaz hale gelir. EMO/İMO vizesi alacak bir projede iyi bir model, denetimden geçen modeldir. Ankara veya İstanbul gibi büyükşehir denetim ofislerinden geri dönen raporların büyük kısmı kombinasyon hatasından değil, model temizliği eksikliğinden geçemez.

Modelde dikkat edilecek başlıklar:

• Story Data: Bodrum, zemin ve tipik kat farklı yüksekliklerdeyse Master Story ve Similar To sütunlarıyla gruplama. Tipik kat 280-300 cm; bodrum 320-350 cm.
• Rigid Diaphragm: Her döşemeye Define > Diaphragms üzerinden rijit diyafram atanır. Aksi halde dinamik analizde kütle dağılımı yanlış toplanır.
• Perde modellemesi: Shell-Thick veya Layered Shell tercih edilir; ince formülasyon kayma deformasyonunu ihmal eder, kalın perdede rijitliği fazla gösterir. Pier Label ataması atlanırsa içsel kuvvetler hesaplanmaz.
• Mass Source: Define > Mass Source altında G + n×Q karışımı tanımlanır. TBDY 2018'e göre konutta n=0.30, depo veya endüstri yapısında n=0.60 alınır.

Model kurulumu bittiğinde Analyze > Check Model çalıştırılır. Overlapping joints, zero-length frames, duplicate frames raporu temizlenmeden bir adım öteye geçilmez. Modal analiz sonuçlarında düşey periyot çıkıyorsa veya bir doğrultuda kütle katılımı %50 altında kalıyorsa, kütle ataması veya rijit diyafram tanımı kontrol edilir.

RESPONSE SPECTRUM YÜK DURUMUNUN TANIMLANMASI

Eğri ve model hazırsa sıra dinamik yük durumunun (load case) kurulmasına gelir. Define > Load Cases > Add New Case yolundan Response Spectrum tipi seçilir. Tipik isimlendirme ExRS ve EyRS şeklindedir; X ve Y doğrultusu için iki ayrı case açılır.

Adım adım akış:

1. Load Type: Acceleration, Load Name: U1 (X doğrultusu için) veya U2 (Y için).
2. Function: Önceden tanımlanan TBDY spektrumu seçilir.
3. Scale Factor: Başlangıç değeri g/(R×I) formülünden hesaplanır. g birimi mm/sn² alınırsa formül 9806.65/(R×I) verir; örneğin R=8, I=1.0 için yaklaşık 1226 mm/sn².
4. Modal Load Case: Önceden çözülmüş Eigen modal case seçilir; Ritz vektörü değil, Eigen tercih edilir çünkü periyot bilgisi daha doğru çıkar.
5. Modal Combination: CQC seçilir. Periyotları birbirine yakın modlar varsa (ki çoğu binada vardır) CQC zorunludur; SRSS yalnızca tüm modlar arasındaki periyot farkı %10'dan büyükse anlamlı.
6. Directional Combination: SRSS veya 100/30 kuralı seçilir; ETABS arayüzünde Absolute olarak görünür ve Scale Factor < 1.0 ile (örneğin 0.3) iki yöne dağılır.

Mod sayısı, kümülatif kütle katılımı her iki doğrultuda da %95'i aşana kadar arttırılır. 5-10 katlı düzenli bir bina için 12 mod tipik olarak yeter; düzensiz veya 70 m üzeri yüksek katlı binalarda mod sayısı 30-50'ye çıkar. Kütle katılımı %95'in altında bırakılırsa dinamik taban kesmesi olduğundan az okunur ve sonraki ölçeklendirme yanlış zemine oturur.

ÖLÇEK KATSAYISI VE TABAN KESMESİ NASIL DÜZELTİLİR?

Dinamik analizden gelen taban kesme kuvveti Vt, eşdeğer yöntemle hesaplanan Ve'nin %90'ının altında çıkıyorsa TBDY 2018 gereği ölçeklenir. ASCE 7'de bu eşik %85, TBDY 2018'de %90'dır; iki yönetmelik karıştırılmaz.

Pratik akış:

1. Önce eşdeğer deprem yükü ile statik Ve hesaplanır. Bunun için Define > Load Patterns altında User Coefficient veya TBDY seçeneği ile EX-ELF ve EY-ELF patternleri açılır.
2. Analiz çalıştırılır. Display > Story Response Plots üzerinden statik ve dinamik taban kesme değerleri okunur.
3. Oran 0.90'ın altındaysa düzeltme katsayısı k = 0.90 × Ve / Vt hesaplanır.
4. Response Spectrum case'ine geri dönülür, Scale Factor başlangıç değeri × k ile güncellenir.
5. Tekrar koşulur; oran 0.90 üzerine çıktığında ölçek sabitlenir.

Bu ölçeklemenin kombinasyona değil, dinamik load case'inin kendisine uygulanması önemlidir. Kombinasyon seviyesinde düzeltme yapılırsa hem perde tasarımındaki Convert to Linear Combinations çıktıları hem de Drift kontrolleri tutarsızlaşır. Düzce 1999 sonrası incelenen pek çok mevcut binada bu hata "kâğıtta uygun model, sahada eksik kapasite" olarak ortaya çıkmıştı.

YÜK KOMBİNASYONLARI AİLESİNİN KURULMASI

Define > Load Combinations > Add Default Design Combos seçeneği TBDY ve TS 500 için iskelet kombinasyonları üretir. Ancak Auto Generate menüsü her zaman bina özelliğini bilmez (mass source tanımı, perdeli/perdesiz vb.); manuel tarama şart.

Betonarme tasarım için temel kombinasyon ailesi:

• 1.4G
• 1.2G + 1.6Q
• 1.2G + Q + Ex (±)
• 1.2G + Q − Ex (±)
• 1.2G + Q + Ey (±)
• 1.2G + Q − Ey (±)
• 0.9G + Ex (±)
• 0.9G − Ex (±)
• 0.9G + Ey (±)
• 0.9G − Ey (±)

0.9G içeren kombinasyonlar devrilme ve temel uplift kontrolü içindir; özellikle deniz kıyısı zayıf zeminde inşa edilen yapılarda kritiktir. ±Ex/±Ey çiftleri zorunlu, çünkü doğrultu birleştirmede her iki yön de tasarıma girer.

Çelik yapılarda ise LRFD ve ASD ayrımı yapılır; LRFD kullanılıyorsa 1.2G + 1.0Q ± E ve 0.9G ± E ailesi tercih edilir, ASD'de katsayılar düşer (1.0G + 0.7Q ± 0.7E gibi). Beton ve çelik kombinasyonları aynı modelde karıştırılmaz. Daha derin çalışmak isteyenler için ETABS eğitimi ile SAP2000 eğitimi içeriği, kombinasyon mantığını model üzerinde uygulayarak kavratır; bu, kitap üzerinden tablo doldurmaktan çok daha hızlıdır.

BETON VE ÇELİK TASARIM KOMBİNASYONLARI FARKI

Beton ve çelik tasarım modülleri ayrı kombinasyon setleri ister. Aşağıdaki tablo iki tasarımdaki temel farkı özetler.

Tablo basit görünür ancak yanlış kombinasyonla çalıştırılan bir tasarım modülü neredeyse her zaman yanıltıcı sonuç verir. Beton kombinasyonunu çelik elemana uygulamak burkulma kontrolünü atlatır; çelik kombinasyonunu betonarme elemana uygulamak donatı oranını az gösterir. Design > Concrete Frame Design > Select Design Combos üzerinden kombinasyon seti her tasarım koşusu öncesi tek tek doğrulanır.

MOD KATILIMI VE DRIFT KONTROLÜ

Spektrum ve kombinasyon kurulduktan sonra iş bitmemiştir. Dinamik analiz çıktısı iki kontrolden daha geçer: modal kütle katılımı ve göreli kat ötelemesi (drift).

Modal kütle katılımı raporu Display > Show Tables > Modal Information > Modal Participating Mass Ratios altında okunur. Her iki yönde toplam %95 sağlanıyorsa mod sayısı yeterli. Eğer bir doğrultuda ilk modun katılımı %60'ın altındaysa düzensizlik olasılığı yüksek; rijit perdelerin asimetrik yerleşimi veya kat planında geometrik düzensizlik bunun en yaygın sebebidir.

TBDY 2018 Tablo 4.3'e göre göreli kat ötelemesi sınırı δi/hi ≤ λ × 0.008/R formülü ile kontrol edilir. λ deprem yer hareketi düzeyine göre değişen katsayı, R taşıyıcı sistem davranış katsayısıdır. Drift değeri Display > Story Response Plots üzerinden okunur; aşıldığı katlarda kesit büyütme veya perde ekleme yapılır. 2023 Kahramanmaraş depremi sonrası saha incelemelerinde gözlemlenen yumuşak kat hasarlarının önemli bir kısmı, projede drift kontrolünün eksik tutulmasıyla ilişkilendirildi.

ANALİZ SONRASI HANGİ DOĞRULAMA YAPILIR?

İyi bir yapı mühendisi ETABS çıktısına körü körüne güvenmez. Üç hızlı sağlama testi alışkanlık haline getirilir:

• Taban kesmesi mantık testi: Vt/W oranı düşük katlı yapıda yaklaşık 0.10-0.20 g civarında bekleniyor. Çok düşükse kütle eksik, çok yüksekse spektrum birimi yanlış.
• İlk periyot ölçeği: 5-15 katlı yapılarda T1 doğrultuya göre 0.3-1.5 sn arası beklenir. 3 katlı binada 2 sn çıkıyorsa rijitlik atanmamış demektir.
• Eksenel kuvvet dengesi: Tüm kolon eksenel kuvvetlerinin toplamı W (G+Q kombinasyonunda) bina ağırlığına eşit olmalı. %5'ten büyük sapma kütle veya yük eksikliğine işaret eder.

Bu üç test 5 dakika sürer ama kâğıda dökülmüş projeyi sahada doğrular. Yapı denetim sürecinde EMO veya İMO incelemesi sırasında bu sağlamalar zaten istenir; modeli teslim etmeden önce yapmak tashih süresini ciddi şekilde kısaltır.