Effects of Building Slenderness on the Behaviour of Shear Wall-Frame System Buildings for Various Soil Classes

Abstract

In this study, the effect of structural slenderness on both linear and non-linear structural behaviour in buildings with reinforced concrete shear-frame systems was examined. For this purpose, 3 building models with square storey plans were created, with equal total building heights and ratios of height to plan size of 0.67, 1.0, and 2.0, respectively. Additionally, the ratio of shear wall areas to storey areas was kept equal in both directions for each model. The 3 building models created were examined under 15 different scenarios, considering 5 different soil classes recommended in the Turkish Building Earthquake Code. Through linear and non-linear structural analyses, the effects of building slenderness on various parameters were compared. It was observed that although the effect of structural slenderness is relatively small on hard soils, it becomes significantly more pronounced with increasing earthquake load as soil conditions worsen. The effect of building slenderness on structural behaviour is particularly crucial, especially concerning relative storey drifts and second order effects. Additionally, from the non-linear analysis results, it was observed that the damage levels in the structural elements decreased as the structure slenderness decreased.

Keywords

• Non-Linear Analysis
• Reinforced Concrete Structures
• Slenderness Effect
• Soil Class
• Wall Frame Systems

Farklı Zemin Sınıfları İçin Perde Çerçeve Sistemli Binalarda Yapı Narinliğinin Davranışa Etkisi

Abstract

Bu çalışmada betonarme perde-çerçeve sisteme sahip binalarda yapı narinliğinin doğrusal ve doğrusal olmayan yapısal davranışa etkisi incelenmiştir. Bu amaçla toplam bina yükseklikleri eşit ve yüksekliğinin plan boyutuna oranları sırasıyla 0.67, 1.0, 2.0 olan kare kat planına sahip 3 adet bina modeli oluşturulmuştur. Ayrıca perde duvar alanlarının kat alanlarına oranları her model için her iki doğrultuda eşit alınmıştır. Oluşturulan 3 bina modeli, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’nde önerilen 5 farklı zemin sınıfı dikkate alınarak 15 duruma göre irdelenmiştir. Doğrusal ve doğrusal olmayan yapısal analizler sonucunda yapı narinliğinin yapısal davranış üzerindeki etkileri karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgulardan yapısal narinliğin etkisi sağlam zeminlerde nispeten az olsa da zemin koşulları kötüleştikçe artan deprem yükü ile önemli derecede arttığı görülmüştür. Özellikle göreli kat ötelenmeleri ve ikincil mertebe etkileri açısından yapı narinliğinin yapısal davranışta etkisi oldukça önemli olmaktadır. Ayrıca doğrusal olmayan analiz sonuçlarından yapı narinliğinin azalmasıyla yapısal elemanlardaki hasar seviyelerinin azaldığı görülmüştür.

Keywords

• Doğrusal Olmayan Analiz
• Betonarme Yapılar
• Narinlik Etkisi
• Zemin Sınıfı
• Perde Çerçeve Sistemler

References

1. Kasap, H., & Kolay, İ. (2003). Perdeli-çerçeveli sekiz katlı bir sistemde perde kalınlığının değişmesinin perdeler ve kolonlar arasındaki kesme kuvveti dağılımına etkisi. Sakarya University Journal of Science, 7(2), 132-138.
2. Beyer, K., Dazio, A., & Priestley, N. (2011). Shear deformations of slender reinforced concrete walls under seismic loading. ACI Structural Journal, 108(2), 167-177.
3. Tang, Y., & Zhang, J. (2011). Probabilistic seismic demand analysis of a slender RC shear wall considering soil-structure interaction effects. Engineering Structures, 33(1), 218-229.
4. Sağlıyan, S., Sayın, E., & Yön, B. (2012). Sürekli tablalı kirişsiz döşemeli betonarme binalarda perde oranının göreli kat ötelemelerine etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(3), 209-220.
5. Uçar, T., & Merter, O. (2012). Narinlik oranının yanal ötelenmeli betonarme çerçevelerin göçme davranışına etkisinin doğrusal olmayan ve enerji esaslı yöntemlerle araştırılması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 2(1).
6. Şahin, H., Alyamaç, K.E., & Erdoğan, A.S. (2013). Perdeli çerçeveli yapılarda zemin sınıfı ve kat adedi dikkate alınarak gerekli perde oranının tespiti. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 5(1), 74-86.
7. Garip, Z.Ş., & Eren, E. (2022). Perde duvarlı ve çerçeveli betonarme binalarda deprem tasarım sınıflarının bina maliyetine etkisi. Düzce University Journal of Science and Technology, 10(2), 700-715.
8. Hube, M.A., Marihuén, A., de la Llera, J.C., & Stojadinovic, B. (2014). Seismic behavior of slender reinforced concrete walls. Engineering Structures, 80, 377-388.

9. Ulutaş, H., Dilmac, H., Tekeli, H., & Demir, F. (2019). Okul binalarında bulunması gereken perde duvar oranı üzerine bir çalışma. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10(1), 1-10.
10. Tunç, G., & Al-Ageedi, M. (2020). A parametric study of the optimum shear wall area for mid-to high-rise RC buildings. Konya Journal of Engineering Sciences, 8(3), 601-617.
11. Erdil, B., & Gündüz, Y. (2021). Betonarme binalar için perde duvar etkinliğinin belirlenmesi. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(2), 655-669.
12. Onat, Ö., & Usta, P. (2021). 20 katlı betonarme yapının farklı perde duvar yerleşimlerine göre deprem analizi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (25), 363-369.
13. Atmani, A., Boudaoud, Z., & Djebbar, N. (2021). Slenderness ratio and influencing parameters on the NL behaviour of RC shear wall. Civil Engineering Journal, 7(12), 2043-2067.
14. TBEC, (2019). Türkiye Building Earthquake Code, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, 30364 Sayılı Resmi Gazete.
15. Sta4-CAD (2021). Structural analysis for computer aided design”, ver.14.1. http://www.sta4.net/, (20.03.2024)
16. Tozlu, İ., & Gürsoy, Ş. (2024). Farklı yüksekliğe sahip betonarme binalarda perde duvar yerleşiminin bina davranışına etkisinin doğrusal ve doğrusal olmayan yöntemlerle incelenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 14(2), 493-509.