Tüp taşıyıcı sistemlerin yatay yükler etkisindeki davranışı 60 katlı betonarme tüp sistem bir yapının statik ve dinamik analiz, tasarım ve incelenmesi
Behavior of tubular buildings under lateral loads and the static and dynamic analyses, design and evaluation of a 60-story reinforced concrete building
- Tez No: 151543
- Danışmanlar: DOÇ.DR. NECMETTİN GÜNDÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2004
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 208
Özet
TÜP TAŞIYICI SİSTEMLERİN YATAY YÜKLER ETKİSİNDEKİ DAVRANIŞI VE 60 KATLI BETONARME TÜP SİSTEM BİR YAPININ STATİK VE DİNAMİK ANALİZ, TASARIM VE İNCELENMESİ ÖZET Toplam altı bölümden oluşan bu tez çalışmasının ilk dört bölümünde, yüksek yapıların tarihi gelişimi, yüksek yapılara etkiyen yükler (düşey yükler, deprem ve rüzgar yükleri) ve tüp sistem yapılarda yatay yük taşıyıcı sistemler hakkında bilgi verilmiştir. Yatay yük taşıyıcı sistemler başlığı altodaki bölümde, tüp sistem yapıların yatay yükler etkisi altodaki davranışı, tüp sistem yapılarda kayma gecikme etkileri, tüp sistem yapılarda kolon transferleri, betonarme, çelik ve kompozit tüp taşıyıcı sistemlerin sınıflandırılması, yatay yükler etkisi altındaki davranışları ve uygulanabilirlikleri detaylı olarak incelenmiştir. Bu tez çalışmasının beşinci bölümünde, 60 katlı betonarme tüp sistem bir yapının yatay ve düşey yükler etkisi altoda analiz, tasarım ve gerekli yönetmelik kontrolleri yapılmıştır. Bu tasarım ve analizler, önceki bölümlerde tüp taşıyıcı sistemlerle ilgili olarak değinilen kavramların daha iyi anlaşılabilmesi için kuramsal olarak yapılmıştır. Söz konusu yapı, zeminden itibaren 228 m yüksekliğinde ve planda 41,0 m x 41,0 m boyutundadır. Yapı 3,80 m kat yüksekliklerine ve iç perdelerle çevre çerçeveler arasında 13,0 m serbest açıklıklara sahiptir. Yatay yük taşıyıcı sistem olarak, eksenden eksene 2,70 m açıklıklı 60 adet kolondan oluşan küçük açıklıklı çerçeve tüp ve yapının içinde 8 adet perde bulunmaktadır. Yapının kolonları 0,50 m x 1,00 m kesitindeki çevre kirişleriyle bağlanmıştır. Döşeme sistemi olarak 7 cm kalınlığında bir plak ve eksenden eksene 90 cm aralıklarla yerleştirilmiş 20 cm x 50 cm kesitinde dişlere sahip bir kaset döşeme sistemi kullanılmıştır. Tüm taşıyıcı sistemde malzeme olarak C100 betonu ve S420 çeliği kullanılmıştır. Söz konusu yapının ilk olarak tek katı düşey yükler etkisi altında statik olarak analiz edilmiş ve kiriş kesitleri için gerekli kontroller yapılmıştır. Daha sonra, aynı sistemde bulunan kaset döşeme sistemi kaldırılarak, yapılan tek kat analizi tekrarlanmıştır. Bu çözümlerden sonra, her kat seviyesinde rijit diyaframların tanımlandığı 60 katlı taşıyıcı sistemin düşey ve rüzgar yükleri etkisi altında statik, deprem yükleri etkisi altında ise dinamik analizleri yapılmıştır. Yapılan tüm analizlerde SAP2000® v8.01 Cahrans yapısal analiz paket programı kullanılmıştır. Birinci derece deprem bölgesinde ve Zl sınırındaki zeminde bulunduğu varsayılan yapının deprem analizi için modal spektral analiz yöntemi kullanılmıştır. Bu yönteme göre yapılan dinamik analizde, ABYYHY 1998' de verilen 0,4g büyüklüğünde maksimum yer ivmesine sahip tasarım depremi kullanılmıştır. Yapılan modal spektral analiz, kaydırılmış kütle merkezlerine sahip taşıyıcı sistem için de tekrarlanmıştır. Her iki analizde de, aynı yönetmelikte öngörüldüğü şekilde, gerekli iç kuvvet ve yer değiştirme büyütmeleri ile göreli kat ötelemelerinin kontrolü yapılmıştır. xviuYapının rüzgar yükleri etkisi altındaki analizi ise TS498' de tanımlanan statik yönteme göre yapılarak, göreli kat ötelemeleri kontrol edilmiştir. Beşinci bölüm kapsamında son olarak, tüm analiz sonuçlan kullanılarak elde edilen 13 yükleme kombinasyonuna göre, taşıyıcı sistemin en çok zorlanan kolon ve perdeleri için gerekli kesit kontrolleri yapılmıştır. Altıncı bölüm kapsamında, bir önceki bölümde tasarlanarak çeşitli yükler etkisi altında analizleri yapılan yapının taşıyıcı sisteminde çeşitli değişiklikler yapılarak veya farklı çözüm modelleri kullanılarak elde edilen sonuçlar değerlendirilmiş ve ortaya çıkan durumlarla ilgili çeşitli öneriler sunulmuştur. İlk olarak, yapıda kullanılan 50/100 cm kesitli çevre kirişlerinin yükseklikleri 80 ve 120 cm olarak değiştirilerek bu değişimin, deprem ve rüzgar yüklemeleri durumunda, hem kayma gecikme etkileri hem de yapının yanal rijitliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan inceleme sonucunda, her iki yükleme durumu da göz önüne alındığında, gerek kayma gecikme etkilerini azaltmak gerekse yapının yanal rijitliğini arttırarak yatay yer değiştirmelerini sınırlandırmak amacıyla yapılacak çevre çerçeve kiriş kesitlerinin büyütülmesinin, küçük açıklıklı çevre çerçeve kolonlarına sahip tüp taşıyıcı sistemlerin tasarımda statik rüzgar yüklerinin hakim olduğu durumlarda daha uygun olacağı görülmüştür. İkinci olarak, beşinci bölümde statik analizleri yapılan, diş kirişlerinin kullanıldığı ve kullanılmadığı taşıyıcı sistemlerin tek katının analiz sonuçlan karşılaştırılarak, diş kirişlerinin esas kirişlerin düşey yüklerden kaynaklanan kesit tesirleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda, esas kirişlerin rijitliklerinin azalması durumunda, diş kirişlerinin bu kirişler üzerinde oluşan iç kuvvetleri çok daha etkili bir şekilde azalttığı açıkça görülmüştür. Bu nedenle, büyük açıklıkları kapatmak için kullanılacak döşemeler için kaset döşeme sisteminin seçilmesinin çok uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Son olarak, bir önceki bölümde statik hesabı yapılan gerçek taşıyıcı sistem ile, kolon ve perdelerin eksenel kısalmalarının engellendiği taşıyıcı sistemin düşey yükler etkisi altında statik analiz sonuçlan karşılaştırılarak, kolon ve perdelerde oluşan düşey yöndeki farklı kısalmalarının, özellikle sistemin üst katlarında bulunan çevre ve iç kirişlerinin iç kuvvetleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda, özellikle yüksek yapıların üst katlarında bulunan, kısa ve oldukça rijit olan kirişlerinin uçlarında bir kaç mm mertebesinde olan rölatif düşey yer değiştirmelerin, bu kirişlerin iç kuvvetlerini ne kadar çok büyüttüğü açıkça görülmüştür. Bu nedenle, özellikle sık kolonlarla kuşatılmış kısa kirişlere sahip yüksek yapıların üst katlarında bulunan kirişlerde düşey yüklerden oluşacak iç kuvvetleri hesaplamak için, yapının bir katı ile bu kat kolonlarının üstte ve altta kat yüksekliği seviyelerinde ankastre mesnetli olarak kabul edildiği tek kat çözümünün kullanılmasının, kolonlarda oluşacak farklı eksenel kısalmaları hesaba katmayarak, gerçekte oluşacak iç kuvvetlerden çok daha küçük değerler verdiği için çok fazla uygun olmadığı görülmüştür. xıx
Özet (Çeviri)
BEHAVIOR OF TUBULAR BUILDINGS UNDER LATERAL LOADS AND THE STATIC AND DYNAMIC ANALYSES, DESIGN AND EVALUATION OF A 60-STORY REINFORCED CONCRETE TUBE BUILDING SUMMARY Of the six chapters that this master's thesis includes, the first four chapters comprise an overview of historical background of high-rise buildings, loads acting on high-rise buildings such as gravity loads, wind loads and seismic loads, and lateral bracing systems for concrete, steel and composite tubular buildings. In the chapter concerning lateral bracing systems, behavior of tubular buildings under lateral loads, shear lag effects in tubular buildings, column transfers in tubular buildings, and classification of concrete, steel and composite structural systems for tubular buildings and their characteristics, behavior and applicability have been covered in detail. In the fifth chapter of this master's thesis, a 60-story reinforced concrete tube building was exclusively analyzed and designed on the basis of gravity, wind and seismic loading conditions and the so-called code check process was performed. This analysis-design process was carried out hypothetically in order to better appreciate the fundamental concepts of tubular buildings touched on in the previous chapters. Rising to a height of 228 m (748 ft) above the ground level, this building is typically 41,0 m (134 ft 6 in.) square in plan. It has 3,80 m (12 ft 6 in.) floor-to-floor heights and 13,0 m (42 ft 8 in.) column-free spans from the perimeter to the core. The structural system for resisting lateral loads is composed of a closely spaced perimeter tube with 60 columns spaced at 2,70 m (8 ft 11 in.) on centers and 8 interior shear walls. The tower's columns are connected by 1,00 m (3 ft 3 in.) deep and 50 cm (1 ft 8 in.) wide spandrel beams. The gravity system for the typical floor is a waffle system consisting of a 7,0 cm (3 in.) thick concrete slab supported on 50 cm (1 ft 8 in.) deep and 20 cm (8 in.) wide two-way joists spaced at 90 cm (2 ft 1 1 in.) on centers. For all structural members, the concrete design strength and the reinforcing steel design yield point used are 67 MPa and 365 MPa, respectively. Firstly, one story of the structural system shortly described above was analyzed for gravity loads and the beam sections were checked accordingly, followed by the same static analysis of one story having no waffle system. Then, the entire structural system with rigid diaphragms at each floor level was analyzed according to vertical and lateral loads. In these analyses, gravity and wind loads were considered static, while seismic loads were considered dynamic. All the analyses were performed through a structural analysis program, SAP2000® v8.01 Caltrans. For the seismic analysis, the response spectrum method was employed for the building, which was assumed to be located in earthquake zone 1 and on soil type Zl specified in ABYYHY 1998, the earthquake code of Turkey. In this dynamic procedure, an earthquake of 0,4g maximum credible acceleration having the acceleration response spectrum given in the same code was used. The same analysis was carried out for an accidental torsion with an eccentricity of 5 percent of the xxbuilding width. In both analyses, as the code stipulates, the internal forces and deflections of the members were, if necessary, increased and the interstory drifts were checked. The analysis of the building according to wind was performed by a static analysis procedure defined in TS498, the design loads code of Turkey, and the interstory drifts were checked. Finally, the sections of the most stressed columns and shear walls were checked by means of thirteen design load combinations obtained from all the analyses done in the fifth chapter. In the scope of the sixth chapter, several evaluations, judgments, and suggestions were made by altering the structural system or employing different analysis models for the building analyzed and designed in the preceding chapter. First of all, the depth of the 0,50 by 1,00 m (1 ft 8 in. by 3 ft 3 in.) spandrel beams was changed to 0,80 m (2 ft 8 in.) and to 1,20 m (3 ft 1 1 in.) in order to assess the effects of these changes on both the shear lag phenomenon and the lateral stiffness of the building by considering wind and seismic loading conditions. As a result, this assessment revealed that an increase in the section of spandrel beams, especially ones that are used with a closely spaced perimeter tube, is more effective in reducing shear lag effects and total story drifts if static wind loads do dominate the design of tubular buildings, and not dynamic earthquake loads. Then, the static analysis result of one story having the actual waffle system was compared with that having no waffle system so as to investigate the effects of the joists on the gravity-induced internal forces of the main beams. As a consequence, it was noted that joists lessen the internal forces of main beams drastically and that this decrease becomes much more significant as the stiffness of main beams diminishes. Accordingly, the selection of waffle systems to enclose long spans has proved to be very appropriate for optimum results. Finally, the effects of the differential shortening of the columns and shear walls on the internal forces of both the spandrel and interior beams were evaluated by restraining the axial deflections of the vertical members and comparing the analysis result of this system with that of the actual system analyzed in the foregoing chapter. In consequence, this comparison clearly demonstrated that relative vertical deflections, especially undergone by the joints of very stiff beams at the upper floors of a high-rise building, increase stresses of those beams at an indeed alarming rate, even when measuring one or two millimeters. For this reason, it was emphasized that the one story analysis, in which one story of a structural system is taken out and its vertical members are assumed to be fixed above and below the story height, does not appear to be well suited for working out the gravity-induced internal forces of short and, in turn, stiff beams at the upper levels of a taÜ building in that it does not take into consideration differential shortening of vertical members, thereby yielding phenomenally smaller values. xxi
Benzer Tezler
- Tekrarlı yükler etkisindeki bölme duvarların çimento esaslı tekstil kompozitlerle iyileştirme yöntemlerinin geliştirilmesi
Improving retrofitting methods for partition walls under lateral cyclic loading using cement based textile composites
DİDEM DÖNMEZ
Doktora
Türkçe
2021
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA GENÇOĞLU
- Çok katlı bir yapının DBYBHY 2007'ye göre tasarımı ve DBYBHY 2007 ile IBC'un teorik olarak karşılaştırılması
Design of a multistory building according to TEC 2007 and theoretically comprasion of DBYBHY 2007 with IBC
HAKAN PAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KUTLU DARILMAZ
- Taşıyıcı sistemi tüp olan 22 katlı betonarme bir binada çerçeve kirişlerinin boyutun ve beton kalitesinin yapı davranışına etkisi
The Effect of the dimensions of the frame beams and the quality of concrete building which has a tube structural form
ZAHİT GÜNEŞ
- Taşıyıcı sistemi çerçeve-tüp olan bir yapının yatay yükler altındaki davranışı
Başlık çevirisi yok
AYKAN HOŞ
- Çerçeve, perde ve tüp sistemlerin ekonomik olarak karşılaştırılması
Economical comparisons of frame, shear wall and tube structural systems
GAZANFER KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat MühendisliğiKocaeli Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ŞEVKET ÖZDEN