Çok katlı çelik binaların tasarımına ilişkinparametrik bir çalışma
A parametric study on the design of multi-storey steel building
- Tez No: 941161
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLİZ BAYRAMOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL GÜREL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Yüksek lisans tezi kapsamında yürütülen bu çalışmada, Bursa/Osmangazi bölgesinde yapılması planlanan, 11 katlı ve 41.8 metre tepe yüksekliğine sahip, ana taşıyıcı sistemi çelik yapı elemanlarından oluşan bir binanın farklı yatay yük taşıyıcı sistemler seçilerek tasarımı yapılmıştır. Farklı yatay yük taşıyıcı sistemler seçilmesi sonucunda oluşan 7 adet sistemin yatay deplasman sınırlama performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Tez kapsamında, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) ve Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar (ÇYTHYE) yönetmeliğinde açıklanan tasarım ve hesap yöntemleri açıklanmıştır. Tez çalışması toplamda 8 bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde, çelik yapıların tarihsel gelişimine ve yapısal sistemlerde yatay deplasman sınırlamalarının önemine değinilmiştir. İkinci bölümde, tasarımı yapılan yapılar hakkında genel bilgilere yer verilmiştir. Bu bölümde, tasarım yaklaşımında kullanılan yöntemler, deprem tasarım parametreleri, yapının performans hedefleri ve yapıda düzensizlik kontrolleri detaylıca açıklanmıştır. Binanın bulunduğu lokasyon ve zemin sınıfı göz önünde bulundurularak, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı'nın (AFAD) web sitesindeki Türkiye Deprem Tehlike Haritası (TDTH) aracılığı ile her bir deprem düzeyi için harita spektral ivme katsayıları belirlenmiştir. Farklı deprem düzeyleri için belirlenen katsayılar aracılığıyla tasarım spektrum grafikleri oluşturulmuştur. Üçüncü bölümde, yapıya etkiyen düşey ve yatay yükler incelenmiştir. Bu kapsamda, sabit yükler için malzeme katalogları; hareketli yükler için TS-498; kar yükleri için TS-EN-1-3, rüzgâr yükleri için ise TS-EN-1-4 referans olarak alınmıştır. TBDY- 2018'e göre belirlenen deprem tasarım parametreleri, yatay elastik tasarım spektrumları ve tasarıma ilişkin yük kombinasyonları da bu bölümde açıklanmıştır. Dördüncü bölümde, süneklik düzeyi yüksek yapıların yatay yükler altında davranışı incelenmiştir. TBDY-2018'e göre, süneklik düzeyi yüksek sistemlerin boyutlandırılmasına ilişkin esaslar anlatılmıştır. Beşinci bölümde, süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçeveli sistemin tasarımına ilişkin hesaplar detaylıca anlatılmıştır. Tasarıma ilişkin hesapların paylaşılmasının ardından, boyutlandırılan model üzerinde düşey ve yatay taşıyıcı elemanların rijitliklerindeki değişimin, sistemin oluşturduğu yatay deplasmanlara etkisi incelenmiştir. Bu bölümde, deplasman şartlarının sağlanmasında yatay taşıyıcı sistemde stabilite çaprazı kullanımının önemine vurgu yapılmıştır. Altıncı bölümde, tasarımı yapılan altı adet süneklik düzeyi yüksek merkezi çaprazlı sistemden örnek bir model seçilerek, tasarıma ilişkin konroller paylaşılmıştır. Ardından, seçilen model üzerinden merkezi çaprazlı çerçevelerin yatay yükler altında beklenen elastik ötesi davranışı açıklanmıştır. Sistem özelinde mekanizma durumu ve dayanım fazlalığı katsayısı ile arttırılmış deprem yüklerinden elde edilen kesit tesirleri kullanılarak, düşey ve yatay taşıyıcı elemanlar boyutlandırılmıştır. Ardından, seçilen sistemin ürettiği yatay deplasman değerlerinin yönetmelik şartlarına göre uygunluğu kontrol edilmiştir. Yedinci bölümde, tez kapsamında tasarımı yapılan yedi adet sistemde deprem yükleri altında göreli kat ötelemesi-kütle ve rüzgâr yükleri altında tepe deplasmanı-kütle ilişkisi kurularak, sistemlerin yatay yükler altında deplasman sınırlama performansı değerlendirilmiştir. Yapılan inceleme kapsamında, yapılarda depremli yüklerin tasarımda belirleyici rol oynadığı ve yatay yükler altında deplasman hedeflerinin, süneklik düzeyi yüksek merkezi çaprazlı çelik çerçeveli modellerin tamamında karşılandığı görülmüştür. Karşılaştırma sonucunda düşey stabilite çaprazlarının yapının dış ekseninde ve dış akslarda tasarlanması durumunda, iç akslarda tasarlanmasına oranla belirgin bir kütle artışı olmamasına karşın sismik yükleme altında %14.6 daha az göreli kat ötelemesi değeri ürettiği belirlenmiştir. Yatay yük taşıyıcı sistemlerin iç ekseninde ve iç akslarında bulunduğu modellerde, yatay yük taşıyıcı sistemin düşey yükler altında göreli olarak daha çok zorlanması sebebiyle sistem kütlesinde belirgin bir artış gözlenmiştir. Bu sistemlerde, tali elemanların yatay yük taşıyan akslara yük aktarmasının önüne geçmek kaydıyla farklı bir tasarım yapılması durumdan, yatay yük taşıma performansı daha yüksek bir sistem tasarlanabileceği öngörülmektedir. Düşey yönde sürekli olarak tasarlanan merkezi stabilite çaprazlı çerçevelerin, belirli katlarda yatay eksende birbirlerine rijit elemanlarla bağlanması sonucunda %4'lük bir kütle artışı olmasına karşın, en büyük göreli kat ötelemesi değerinde %43 civarında bir azalma olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, tez kapsamında incelenen sistemde yatay yük taşıyıcı çerçevelerin yapının dış ekseninde ve dış akslarında konumlandırılmasının daha avantajlı olduğu sonucunda varılmıştır. Ayrıca düşey stabilite çaprazlarının yatay eksende kafes davranışı göstererek beraber çalıştırılmasının pozitif etkisi vurgulanmasına karşın, yapı yüksekliğinin yeterince fazla olmaması ve yapının planda narin olmaması sebebiyle tez çalışması kapsamında yapılan çalışma özelinde gerekli olmadığı belirlenmiştir. Sekizinci bölümde, çalışmada elde edilen sonuçlar irdelenmiş ve ilerideki araştırmalarda ele alınabilecek konulara yönelik öneriler sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
In this study conducted within the scope of the master's thesis, structural design of a 11-floor building which has 41.8-meter top high is evaluated. Structure that planned to be built in Bursa/Osmangazi has 8 axes that each has 7-meter width as plan dimensions. The objective of the thesis is to investigate the horizontal displacement resisting performance of the structure as a function of the selection and placement of different horizontal lateral load resisting systems. To investigate the impact of different horizontal load-resisting systems while vertical load resisting system is kept constant, the inter storey drift under seismic load and the top displacement under wind load are analyzed for seven distinct horizontal load resisting systems. The analysis of structures is performed applying same seismic parameter and capacity limits for all. The design procedure is conducted in accordance with current regulations of“Design, Calculation and Construction of Steel Structures-2016”and“Turkish Building Earthquake Code-2018”. Fundamental model designed as moment resistant frames in both principal directions. Subsequently, vertical concentric braces are then added in six different configurations, varying in stiffness and layout, to explain their effect on lateral displacements. All models are designed as high ductile according to linear capacity-based analysis method. In this way, progress in horizontal displacement performances of the building under seismic and wind loads are examined using different vertical bracing systems and locations. The thesis consists of eight chapters. The first chapter examines the historical development and improvement of steel structures as the primary load-bearing system in buildings, then emphasizes the importance of limiting horizontal displacement in structural systems. The second chapter of the study provides general information on all designed structures. In this section, the methods used in the design approach, the seismic design parameters, the performance targets of the structure, and the irregularities are explained. Considering the location and soil classification of the building, spectral acceleration coefficients for each earthquake level are determined using the Turkish Earthquake Hazard Map (TDTH) on the website of the Disaster and Emergency Management Authority (AFAD). These coefficients formed the basis for generating the design spectral curves used in the seismic analysis. The third chapter of the study examines the vertical and horizontal loads acting on the structure The design loads are determined using the following standards and resources: material catalogs for dead loads, TS-498 for live loads, TS-EN-1-3 for snow loads, and TS-EN-1-4 for wind loads. Seismic design parameters are determined according to TBDY-2018 (Turkish Building Earthquake Code), horizontal elastic design spectra and load combinations for design are also provided in this section. The fourth chapter describes the behavior of high ductility structures under horizontal loads. The conditions required for highly ductile systems to be met in order for the structural system to exhibit the expected degree of ductility and to prevent early strength losses are generally explained in accordance with TBDY-2018. The fifth chapter provides a detailed explanation of the design calculations for the highly ductile moment resisting frame systems. The calculations that carried out for highly ductile moment resisting frames within the scope of the thesis study are explained in detail. After explaining the design calculations, effect of increasing stiffness in vertical load bearing components and then lateral load bearing components are examined in terms of interstorey drift under seismic and top displacements under wind loads. The comparison yielded the observation that the increase in stiffness within the horizontal load-bearing system exhibited superior performance in limiting displacements when compared to the increase in stiffness within the vertical load bearing system. In the sixth chapter, an example model is selected from the six highly ductile concentrically braced systems that designed previously and the system characteristics associated with the design are discussed. Then, the expected inelastic behavior of concentrically braced frames under horizontal loads are explained based on the selected model. The section forces obtained from the mechanism state and the increased seismic loads are determined specifically for the system. The design calculations for the vertical and horizontal members are then explained. Subsequently, an examination of the horizontal displacement values produced by the selected system is conducted. The seventh chapter is an evaluation of the performance of the seven high ductility structural systems in terms of displacement limitation under horizontal loads. This evaluation is carried out by establishing the relationship between relative story drift and mass under earthquake loads, as well as top displacement and mass under wind loads. The study revealed that seismic forces govern design over wind forces, with all models featuring highly ductile concentrically braced steel frames met expected displacement targets under lateral loads. In models where the lateral load-bearing system was positioned on the inner axes of the exterior of the building, despite structural mass nearly remained same, positioning the lateral load-bearing system on the outer axes of the exterior of the building resulted in a %14.6 percent degradation in inter-story drifts. In models where the horizontal load bearing systems are located on the inner axes of the interior of the building, a significant increase in system mass was observed due to the horizontal load bearing system being relatively more stressed under vertical loads. It is hypothesized that the efficiency of these systems would be enhanced if a different design were implemented to prevent secondary elements from transferring load to these axes. Connecting vertical concentrically braced frames with rigid elements on certain floors increases mass by about %4. However, this technique significantly reduces relative story drift values by approximately %43, improving the stability of the building. Although the positive effect of connecting the vertical stability braces are emphasized, it is observed that there is no necessity for the integration of the vertical bracing with the horizontal axis, as the structure lacks sufficient height and is not slender enough in plan. The findings suggest that positioning the lateral load-resisting frames on the outer axes of the exterior of the structure is more beneficial in terms of drift limitation and structural mass relation. Finally, the eighth chapter presents the findings and propose recommendations for future research.
Benzer Tezler
- Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkındaki yeni yönetmelik ile eski yönetmeliğin çok katlı çelik bir bina üzerinde proje uygulamalı kıyaslanması
Project appliedcomparison of the old and the recent Turkish earthquake codes by the analysis of a high-rise steel building
GONCA BALCIOĞLU
- Çok katlı bir yapının çelik ve kompozit çözümünün karşılaştırılması
The Comparison between the steel and composite analysis of a multistorey building
ÇİĞDEM AVCI
- Yalın trapezoidal bükümlü çelik saçların kullanma ve taşımı sınır durumları üzerine deneysel bir inceleme
An Experimental research on serviceability and ultimate limit states of simple trapezoidal corrugated steel sheets
HALET ALMILA BÜYÜKTAŞKIN
- Yatay yük taşıyıcı sistemi burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçevelerden oluşan bir yüksek binanın deprem etkileri altında performansının değerlendirilmesi
Seismic performance evaluation of a high-rise steel building with buckling-restrained braced steel frames under earthquake effects
ERAY KAYATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FETHİ KADIOĞLU
- Investigation of alternative strategies for optimum reliability in condition assessment of existing RC buildings using NDT methods
Mevcut binaların NDT yöntemleri kullanılarak durum tespitinde optimum güvenilirlik sağlanması için alternatif yöntemlerin incelenmesi
HADI ABBASZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ GÜNEŞ