Seismic energy response of a 42-story reinforced concrete tall building
42 katlı betonarme bir binanın deprem yükleri altındaki enerji davranışı
- Tez No: 982325
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP DEĞER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Deprem, Deprem analizi, Deprem davranışı, Deprem mühendisliği, Depreme dayanıklı binalar, Earthquake, Earthquake analysis, Earthquake behavior, Earthquake engineering, Earthquake resistant buildings
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Enerji esaslı hesap yöntemi, depreme dayanıklı bina tasarımı için araştırılan alternatif bir yöntemdir. Bu çalışmada, enerji kavramı ve yapı sistemlerindeki enerji dengesi göz önüne alınarak, yeni yapılacak yapıların tasarımı için bir hesap yöntemi açıklanmıştır. Mevcut depreme dayanıklı bina tasarımı yöntemleri yerdeğiştirme ve kuvvete dayalı olarak yapıların dayanım ve kapasitesi belirlenmekte, eleman iç kuvvet değerlerinin taşıyıcı sistem elemanlarının taşıma gücünden büyük olmaması ve binanın izin verilen yerdeğiştirme sınırlarını aşmaması istenmektedir. Ancak bu yöntemlerde yer hareketi süresi ve binanın çevrimsel davranış özellikleri gibi önemli parametreleri ihmal edilmektedir. Enerji esaslı hesap yönteminde ise, yapının elastik ve elastik ötesi davranışla tüketebileceği enerjinin, deprem anında yapıya girecek olan deprem enerjisinden büyük olması amaçlanmaktadır. Aynı zamanda yer hareketi süresine bağlı oluşan yapısal hasarlar ve binanın çevrimsel davranış özellikleri dikkate alınmaktadır. Kuvvetli yer hareketiyle birlikte binaya giren enerji, binalarda çeşitli mekanizmalar tarafından tüketilir. Bu mekanizmalara ait bileşenler; kütleye bağlı kinetik enerji, sönüm oranına bağlı sönümlenme enerjisi, elastik şekildeğiştirme ile tüketilen elastik şekildeğiştirme enerjisi, plastik şekildeğiştirme ile tüketilen plastik şekil değiştirme (çevrimsel/histeretik) enerjisidir. Histeretik enerji yapının plastik şekil değiştirebilme kapasitesiyle ilgili talebi belirtir. Enerjinin eşitliği ilkesine dayanan enerji esaslı hesap yönteminde, enerjiyi tüketen tekrarlı plastik şekil değişimi yapıda hasara ve kalıcı şekil değişimine yol açtığından, tasarım aşamasında yapıda bu şekil değiştirme enerjisini tüketecek mekanizma yerlerinin önceden saptanması gerekir. Enerji esaslı hesap yöntemi ile plastik enerji tüketim talebinin yüksek olduğu yapısal eleman ve katlar belirlenerek, deprem sonrasında kolayca değiştirilebilecek aygıtlar/sönümleyiciler yerleştirilerek, plastik şekil değiştirme enerji girdisinin bir kısmının bu aygıtlarca tüketilmesi ve yapısal hasar miktarının azaltılması sağlanabilir. Bu çalışmada, 42 katlı betonarme çekirdek perdeli-çerçeveli (dual sistem) taşıyıcı sisteme sahip olan yüksek bir bina enerjinin korunumu ilkesine göre incelenmiştir. Bu bina, ABD menşeli Englekirk Mühendislik firması tarafından Amerika'da depreme dayanıklı yapı tasarımı için kullanılan Uluslararası Bina Yönetmeliği (IBC 2006)'ya göre 2011 yılında tasarlanmış olup, Pasifik Deprem Mühendisliği Araştırma Merkezi (PEER) tarafından yüksek yapıların sismik performansının belirlenmesinde alternatif yöntemlerin incelendiği bir çalışmada kullanılmıştır. Bu çalışmada, mevcut analiz modeli üzerinde bazı minimal değişiklikler yapılarak, binadaki enerji girdileri, enerji girdisinin diğer enerji bileşenlerine (kinetik, çevrimsel ve yapısal sönüm, plastik şekil değiştirme enerjisi) dağılımı, plastik şekil değiştirme enerjisinin yapısal elemanlara ve bina yüksekliği boyunca dağılım oranları incelenmiştir. Analizler yer hareketi süresince yapıya aktarılan deprem giriş enerjisi bileşenlerinin zamana göre değişimini gözlemleme olanağı veren Perform 3D-V6 programı ile üç farklı tehlike seviyesine (servis, tasarım ve maksimum deprem seviyesi) ait bir dizi yer hareketi kullanılarak yapılmıştır. Aynı zamanda yer hareketlerinin odak mesafesinin ve etkili süresinin, plastik şekil değiştime enerjisinin enerji girdisine oranı ile ilişkisi incelenmiştir. Yapılan analizler neticesinde, servis depremlerinde enerji girdisinin büyük bir kısmının yapısal sönüm mekanizmaları tarafından tüketildiği, tasarım depremlerinde plastik şekil değiştirme enerjisi (histeretik enerji) ile yapısal sönüm mekanizmaları tarafından yaklaşık olarak eşit oranlarda paylaşıldığı, şiddetli depremlerde ise enerji girdisinin büyük bir kısmının plastik şekil değiştirme enerjisi tarafından tüketildiği gözlemlenmiştir. Plastik şekil değiştirme enerjisinin yapısal elemanlara dağılımı incelendiğinde, kuvvetli kolon zayıf kiriş tasarım kriterinin sağlandığı, plastik şekil değiştirmelerin büyük bir çoğunlunun kirişlerde meydana geldiği gözlemlenmiştir. Bu oran kolon, çekirdek perde ve bağ kirişlerinde azalarak devam etmektedir. Histeretik enerjinin katlara dağılımı incelendiğinde enerjinin büyük bir kısmınn alt katlarda tüketildiği, katlar arasındaki rijitlik, malzeme dayanımı gibi faktörlerin bu dağılımı etkilediği görülmüştür. Seçilen deprem kayıtlarının, yer hareketlerinin odak mesafesinin ve etkili süresinin, plastik şekil değiştime enerjisinin enerji girdisine oranı ile ilişkisi incelemek için yeterli nitelikte olmadığına karar verilmiştir. Enerji esaslı hesap yöntemi, binalardaki enerji tüketim taleplerinin hangi elemanlarda veya katlarda oluştuğuna dair bilgi vermektedir. Bu da tasarımcıya enerji tüketen mekanizmaların bina içinde nerelere yerleştirilmesi gerektiğine ve hangi yapısal elemanın enerji tüketim kapasitesinin artırılması gerektiğine dair kolaylık sağlamaktadır. Enerji esaslı hesap yöntemi depreme dayanıklı yapı tasarımında bir ön tasarım aşamasında kullanılabileceği gibi, mevcut yapıların performans değerlendirmesi çalışmalarında da kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Energy based design approach is an alternative way to design earthquake resistant buildings by implementing strength and displacement characteristics of the building together, along with the effect of ground motion duration. Although there have been reasonable number of studies, there are still many unknowns on this concept; therefore, energy balance concept can not be used for design and evaluation of earthquake resistant buildings in current practices and design codes yet. In this study, a 42-story reinforced concrete dual system building was used to investigate energy components, particularly the dissipated inelastic energy as well as its damage potential and distribution among structural members along building height. Beside these relation between event distance, earthquake significant duration, and hysteretic energy to input energy ratio is investigated. The building was designed by a renowned U.S. engineering company, Englekirk Partners, Inc., for a Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) project as a reinforced concrete dual system building, i.e., moment-resisting frame building with central core walls. Analyses were conducted in Perform 3D-V6 for three hazard levels, namely, serviceability level earthquakes (SLE), design basis earthquakes (DBE), and maximum considered earthquakes (MCE). Each hazard level included 15 pairs of ground motion data. Perform 3D is capable of checking the energy balance at each time step during the analysis by calculating the energy imparted to the building due to external (earthquake) loads and energy dissipated by the internal (e.g. damping, hysteretic) components. Total energy absorbed by the building equals to the sum of the internal energy components and assumed to be the input energy. Conclusions that were drawn from the analysis of a 42-story reinforced concrete dual system building showed that amount of hysteretic energy increase as the input energy increase, hysteretic energy demand is maximum at beams (columns, shear walls and coupling beams follow it respectively) and lower stories. Hidden shifts on storywise distribution of hysteretic energy occur in case of stiffness differences between the building floors. Direct relation between the the ratio of hysteretic energy to the input energy, significant duration, and event distance were not observed. This thesis summarizes a preliminary investigation of nonlinear energy response of tall reinforced concrete buildings based on energy balance concept. Energy-based seismic design gives important clues to the designer regarding the location of potential damage along the building members and the stories. The amount and distribution of the dissipated energy can be useful to understand the overall behavior of a building, as it provides a measure for the cyclic behavior in terms of both maximum (ultimate) deformation and cumulative deformation due to several cycles. Use of dissipated inelastic energy (versus maximum deformation only) would give more accurate results in terms of damage, therefore, may be considered to estimate demand-to-capacity ratios in seismic performance assessment of buildings.
Benzer Tezler
- Sismik titreşimler altında betonarme perde ve çerçeve sistemlerin doğrusal olmayan stokastik analizi
Non-linear stochastic analysis of 3D reinforced-concrete shear wall-frame structures under seismic excitation
BEYZA TAŞKIN
- 2007 Türk Deprem Yönetmeliği ve İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliğine göre yüksek bir binanın tasarımı
Analysis of a high-rise reinforced concrete building according to 2007 Turkish Earthquake Code and Istanbul High-Rise Buildings Earthquake Regulations
ERSİN DENİZ ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH NECMETTİN GÜNDÜZ
- Mevcut yüksek katlı betonarme binaların hasar görebilirliğinin kırılganlık eğrileri yardımıyla belirlenmesi
Evaluate damage potential with fragility curves for existing high rise R.C. Building
HÜSEYİN KEMAL DAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL
- Yer hareketi karakteristik özelliklerinin betonarme perdeli binaların yapısal enerji davranışı üzerindeki etkileri
Effects of ground motion characteristics on structural energy response of RC buildings with shear walls
SEMANUR EYLÜL TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH SÜTCÜ