Çok katlı çelik çerçeve sistemde deprem performansının belirlenmesi üzerinde sayısal bir inceleme
A numerical study on performance-based seismic evaluation of multistorey steel buildings
- Tez No: 166423
- Danışmanlar: PROF.DR. ERKAN ÖZER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
ÇOK KATLI ÇELİK ÇERÇEVE SİSTEMLERDE DEPREM PERFORMANSININ BELİRLENMESİ ÜZERİNDE SAYISAL BİR İNCELEME ÖZET Yapılar kullanım amaçlarına, yapımları için ayrılan bütçeye, tasarımda uygulanacak kriterlere, inşaat alanının konumuna ve estetik görüşlere bağlı olarak farklı özellikte malzemeler kullanılarak tasarlanabilirler. Bu malzemelerden biri olan çelik, çekmeye ve basınca karşı aynı dayanım özelliklerine sahip, homojen ve izotrop, yük taşıma kapasitesi kendi öz ağırlığına oranla fazla olan, sünek bir malzemedir. Deprem etkilerinin yön değiştiren etkiler olduğu ve binanın ağırlığı ile orantılı olarak arttığı düşünülürse, yukarıda açıklanan özelliklerden dolayı, deprem bölgelerinde yapı malzemesi olarak çeliğin tercih edilmesi daha iyi anlaşılır. Özellikle çok katlı binalarda kat kullanım alanlarının fazla olmasını sağlaması çeliğin diğer bir tercih nedenidir. Yapı sistemlerinin deprem etkileri altında hesabı, doğrusal ve doğrusal olmayan hesap olarak iki grupta incelenebilir. Doğrusal hesapta, malzemenin doğrusal-elastik ve yerdeğiştirmelerin çok küçük olduğu varsayılmakta, yönetmeliklerde yer alan doğrusal hesap yöntemleri uygulanarak yapı sisteminin analizi ve boyutlandırması yapılmaktadır. Doğrusal olmayan hesapta ise, malzemedeki gerilmelerin doğrusal- elastik bölgeyi aştığı ve yerdeğiştirmelerin çok küçük olmadığı gözönünde tutulmaktadır. Doğrusal olmayan hesap yöntemlerinin doğrusal hesap yöntemlerine göre daha karmaşık olması ve bu yöntemlerle analizin daha çok zaman alması nedeniyle, yönetmeliklerde yapı sisteminin doğrusal olmayan davranışı dolaylı olarak göz önüne alınmaya çalışılmaktadır. Örneğin, doğrusal olmayan şekildeğiştirmeler nedeniyle iç kuvvet dağılımının değişmesi yeniden dağılım ilkesi yardımı ile göz önüne alınmaktadır. Son zamanlarda bilgisayarların hızlanması, bilgisayar hesap yöntemlerinin ve programlarının gelişmesinden dolayı doğrusal olmayan hesap daha kolay yapılabilmektedir. Bu çalışmada, çok katlı çelik çerçeve sistemlerde deprem performansının belirlenmesi üzerinde parametrik incelemeler yapılmıştır. Seçilen sistemlerin 1998 Türk Deprem Yönetmeliği (TDY-98) ve TS 648 Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları standardına göre analizi ve boyutlandırması yapılmıştır. Boyutlandırma yapılırken TDY-98' de tanımlanan Z2, Z3 ve Z4 zemin sınıfları için, güçlü kolon tasarımı dikkate alınarak ve alınmayarak altı adet sistem incelenmiştir. Ayrıca Z4 zemin sınıfını için, yerdeğiştirme etkin ve gerilme etkin tasarıma göre ayrı ayrı hesap yapılmıştır. Hesaplanan bu sistemler içinden Z2 zemin sınıfı için ve güçlü kolon tasarımı dikkate alınan sistem seçilerek, kompakt olmayan (yerel burkulma xvıkoşullarını sağlamayan) yapma enkesit profillerine göre boyutlandırılmıştır. Bu sistemlerin performans noktalarının bulunmasında Kapasite Spektrumu Yöntemi (ATC 40) ve TDY-05 Yöntemi (TDY-05) kullanılmış, FEMA 356' ya göre eleman performans seviyeleri belirlenmiş, ATC 40' a göre ise yerdeğiştirme performans değerlendirmesi yapılmıştır. Ayrıca performans noktası bulunan sistemler üzerinde kapasite spektrumu yöntemi ile TDY-05 yöntemi sonuçlan karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın amacı, ülkemizde yürürlükte olan yönetmelik ve standartlara göre boyutlandırılan çelik yapıların deprem performanslarının değerlendirilmesi ve elde edilen sonuçlara dayanarak, yönetmeliklerde yer alan doğrusal davranış esaslı yöntemlerin, doğrusal olmayan teori çerçevesinde irdelenmesidir. Tez çalışması beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm konunun tanıtılmasına, konu ile ilgili çalışmaların gözden geçirilmesine, çalışmanın amacının ve kapsamının açıklanmasına ayrılmıştır. İkinci bölümde, yapı sistemlerinin doğrusal olmayan davranışı incelenmekte ve doğrusal olmayan sistemlerin hesap yöntemleri gözden geçirilmektedir. Üçüncü bölümde, mevcut yapıların deprem performanslarının belirlenmesi ve yeni inşa edilecek olan yapıların depreme dayanıklı olarak tasarımı amacıyla geliştirilen performansa dayalı tasarım ve değerlendirme kavramının açıklanmasına ayrılmıştır. Dördüncü bölümde sayısal parametrik incelemeler yer almaktadır. Bu bölümde, çok katlı çelik yapı sistemlerini temsil etmek üzere seçilen taşıyıcı sistem modelleri ülkemizde yürürlükte olan yönetmeliklere göre boyutlandırılmış, seçilen sistemlerin elastoplastik davranışları incelenerek deprem performansları, göçme güvenlikleri ve süneklik oranlan belirlenmiştir. Beşinci bölümde, bu çalışmada varılan sonuçlar açıklanmıştır. Çalışmanın başlıca özellikleri, sayısal sonuçların değerlendirilmesi ve konunun olası genişleme alanları bu bölümde sunulmuştur. Çalışmanın sayısal incelemelerinde elde edilen sonuçların başlıcaları aşağıda özetlenmiştir:. Ülkemizde yürürlükte olan yönetmeliklere uygun olarak boyutlandırılan yapı sistemlerinin performans seviyeleri, bazı özel haller dışında, hedeflenen düzeydedir.. Yerdeğiştirme kriterlerine bağlı olarak belirlenen yapı performansı, plastik mafsallardaki plastik dönmeler esas alınarak belirlenen performansa oranla daha elverişsiz sonuç vermektedir.. Zemin sınıfı Z2 den Z4 e doğru gittikçe, zemin sınıfının özelliklerini göz önüne alacak şekilde boyutlandırma yapılmasına karşılık, yapı performansında azalma meydana gelmektedir. xvıı. 2005 Türk Deprem Yönetmeliği taslağındaki yaklaşım ile elde edilen performans noktalarına ait yatay yerdeğiştirmeler, Kapasite Spektrum Yöntemi ile bulunan performans noktası yerdeğiştirmelerinden daha büyük değerler almaktadır. Her iki yöntem arasındaki fark, zemin sınıfı Z4 e doğru ilerledikçe daha belirgin olmaktadır. Yerdeğiştirme sınırlandırması gözönüne alınmaksızın boyutlandırılan yapı sistemlerinde, özellikle yerdeğiştirmeler cinsinden belirlenen performans değerleri daha elverişsiz sonuçlar vermektedir. Kapasite eğrisinde göçme noktası esas alınarak hesaplanan R taşıyıcı sistem davranış katsayısı değerleri, güçlü kolon tasarımı dikkate alman yapılarda 7-8 arasında, güçlü kolon tasarımı dikkate alınmayan yapılarda ise 6-7 arasında değişmektedir. Yapı sisteminin yatay yük taşıma kapasitesinin tasarım yatay yüklerine oram olarak tanımlanan ek dayanım katsayısının değerleri, zemin sınıfına ve güçlü kolon tasarımına bağlı olarak, 3-4 arasında değişmektedir. Toplam şekildeğiştirmelerin doğrusal şekildeğiştirmelere oram olarak tanımlanan süneklik oranı, 1.8-2.7 arasında değişmektedir. Güçlü kolon tasarımı dikkate alınan yapılarda süneklik oram azalmakta, ek dayanım katsayısı artmaktadır. Sonuç olarak, süneklik oranı ile ek dayanım katsayısının çarpımı olarak tanımlanan R taşıyıcı sistem davranış katsayısı artmaktadır. Kompakt olmayan kesit tasarımına göre boyutlandırılan binalar için bulunan kapasite eğrisi, kompakt kesit tasarımına göre boyutlandırılan binalarınla ile üst üste çakışmaktadır. Buna karşılık kapasite eğrisi daha kısa kalmakta, kesitin göçmesi daha erken olmaktadır. Ayrıca kompakt olmayan tasarımda kapasite eğrisi yataylaşmadan önce göçme meydana geldiği için, süneklik oram ve ek dayanım katsayısı değerleri daha küçük olmaktadır. xvın
Özet (Çeviri)
A NUMERICAL STUDY ON PERFORMANCE-BASED SEISMIC EVALUATION OF MULTISTOREY STEEL BUILDINGS SUMMARY Buildings are designed by using different kinds of materials depending on using purposes, construction budget, design criteria, the location of construction area, and aesthetics point of view. Steel, being one of these materials, has same strength properties for tension and compression, is homogeneous and isotropic, has high strength to weight ratio and is a ductile material. By thinking that the earthquake forces have cyclic nature and are proportional to building weight, it can be easily understood why steel is preferred in earthquake active areas, as construction material. Especially, in multistorey buildings, providing large floor areas, makes another preference reason for use of steel. Building systems under earthquake forces can be investigated by two approaches as linear and nonlinear analysis. In linear analysis, it is assumed that the material is linear-elastic and the displacements are very small. Analysis and design of building is done by linear analysis methods which is takes part in building codes. In nonlinear analysis, the stresses in material exceeds the linear-elastic limit and the displacements are not small. Because nonlinear analysis methods are more complex than linear analysis methods and analysis is time comsuming, in building codes nonlinear behaviour of building structures are tried to be taken into consideration indirectly. For example, change of interior force distribution due to nonlinear deformations is taken into account through redistribution rule. Recently, nonlinear analysis become easier and more practical, regarding to speed of computers, development of computer analysis methods and programs. In this study, parametric investigations have been carried out to determine the earthquake performance of multistorey steel frame systems. Selected systems are designed and analysed regarding to the 1998 Turkish Seismic Code (TDY-98) and TS 648 Building Code for Steel Structures. By design for Z2, Z3 and Z4 soil profile types defined at TDY-98, six different systems are investigated by considering and omitting strong column design. Furthermore, for soil profile type Z4, different analyses have been done for displacement active and stress active design. The system for Z2 soil profile type and strong column design is selected and designed for built- up section profiles which are not compact (which do not satisfy local buckling criteria). To find the performance points of these systems, Capacity Spectrum Method (ATC 40) and TDY-05 Method (TDY-05) are used, performance levels are determined by FEMA 356, and displacement performance appraisal is done by ATC 40. Furthermore, the results of capacity spectrum method and TDY-05 method on systems having performance point, are compared. xixThe aim of this study is to evaluate the seismic performance of steel structures designed according to the current codes and standards, and using the results obtained, to criticize the linear theory based codes, in the frame of nonlinear behaviour The thesis consists of five chapters. The first chapter of the thesis, covers the description of the subject, examination of the related studies, and the aim and scope of the study. In the second chapter, the non-linear behaviour of steel framed sructures are studied and the analysis methods of non-linear structural systems are examined in detail. The third chapter is devoted to the seismic performance evaluation of existing structures and to the explanation of the performance-based design and evaluation concept that is developed for the earthquake resistant design of structures. Numerical parametric investigations are given in the fourth chapter. In this section, the sample steel frame models selected to represent the multistorey steel buildings that are designed in compliance with the code regulations existing in our country, and after investigating the elastic-plastic behaviour of these structures, the performance points, collapse safety and ductility ratios are determined. The fifth section covers the explanation of the conclusions accomplished in this study. The main chracteristics of the study, the evaluation of the numerical results of the investigations and possible extensions of the subject are presented in this section. The basic conclusions of the numerical analyses of the study are summarized below:. The performance levels of the structural systems designed according to the criteria imposed by the Turkish Earthquake Code is as expected, except in some special cases.. The structural performance determined according to the lateral displacement criteria gives more unsuitable results when compared to the performance determined according to the plastic rotations criteria in plastic hinges.. As the soil profile type goes from Z2 to Z4, structural performance level decreases although it is taken into consideration while designing the structure. The lateral displacements corresponding to the performance points found by the application of 2005 Turkish Seismic Code, get larger values than the displacements of performance points found by the Capacity Spectrum Method. The difference between the two methods becomes more significant as the soil profile type approaches toward Z4. In structural systems designed without taking the displacement limits into consideration, particularly the performance values determined in terms of displacements, gives more inconvenient results. xxThe R (coefficient for reduction of elastic spectral response for design) values calculated on the basis of the collapse point in capacity curve, change between 7 and 8 for buildings for which strong column design is considered and between 6 and 7 for buildings which do not consider strong column design. The overstrength factor, that is described as the ratio of the lateral load carrying capacity of structural system to the design lateral loads, varies between 3 and 4 according to the soil profile type and strong column design. Ductility ratio, which is defined as the ratio of total deformations to linear deformations, is between 1.8 and 2.7. For buildings designed according to the strong column criteria, the ductility ratio is decreases while the overstrength ratio increases. Finally, R coefficient for reduction of elastic spectral response for design, which is defined as the multiplication of ductility ratio and overstrength ratio, increases. Capacity curve for buildings designed according to the non-compact section design is same as the capacity curve for the buildings designed according to the compact section design. However, capacity curve becomes short and section collapses earlier. Furthermore, for non-compact design, because the collapse occurs before capacity curve becomes horizontal, ductility ratio and overstrength ratio values have lower values. xxi
Benzer Tezler
- Rehabilitation and strengthening of a reinforced concrete building by using different approaches
Betonarme bir binanın farklı yöntemler ile onarım ve güçlendirilmesi
FARNAZ ALINOORI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR GÜLER
- Relationship between the seismic resistance capacity and the expected total life-cycle environmental impact of an RC building
Betonarme bir binanın deprem dayanımı ve kullanım ömrü boyunca ortaya çıkan toplam çevresel etki arasındaki ilişki
MEHMET ORUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UFUK YAZGAN
- Kompozit yüksek bir yapının deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal olmayan yöntem kullanılarak belirlenmesi
Seismic evaluation of a composite high-rise building based on nonlinear dynamic time history analysis
GÖKHAN ŞENOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARLAS ÖZDEN ÇAĞLAYAN
- Kat döşemeleri kompozit, B3 süreksizliğine sahip, karma yüksek yapının deprem etkisinde tasarımı
Under of earthquake effect, design of composite high building that's story floors are composite, has B3 discontinuity
SERPİL BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ HASGÜR
- Mevcut bir yığma yapının sismik performansının belirlenmesi ve güçlendirme yöntemi
The determination of seismic performance and strengthening method of an existing masonry structure
BETÜL ERTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ SAYIN
DR. BARIŞ GÜNEŞ