An Investigation of Torsional Behaviour of Reinforced Concrete Buildings by using Fiber Element Method

Abstract

In this study, nonlinear time history analyses of three type high reinforced concrete building (Type-1, Type-2, Type-3) that has 15x15m dimensions and 24 stories, are obtained. Shear walls are located in the core of the building for the Type-1, at the corners of the building for the Type-2, and in the middle of the exterior edges of the building for the Type-3. Four different shear wall areas are selected for whole building types. The cross-sections of the reinforced concrete elements are modeled by using the Force-Based Fiber Element Method. In the nonlinear dynamic analyses , the floor of each story is assumed as a rigid diaphragm. 11 artificial earthquake acceleration records are used according to TBDY-2018 for the earthquake loading and, are applied to both directions of each type of buildings. Comparisons are obtained for the damage region of buildings, the maximum of absolute maximum values of the torsional angle, angular velocity, and angular acceleration responses of the top of the building. When the ratios of column and shear wall elements that have different damage regions are compared, it has been determined that the least damaged building is Type-2. At the same time, when the absolute maximum values of torsional angle, angular velocity, and angular acceleration responses are taken into account, it has been concluded that the building giving the lowest responses is Type-2. As a result, it has been determined that the most applicable building type is Type-2 with regard to torsional behavior.

Keywords

• Reinforced Concrete Building
• Nonlinear Time History Analysis
• Fiber Element Method and Torsional Behavior

Betonarme Binaların Fiber Eleman Yöntemiyle Burulma Davranışının İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, 15×15 m boyutlarına sahip 24 katlı betonarme üç tip yüksek binanın (Tip-1, Tip-2, Tip-3) zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizleri yapılmıştır. Perdeler, Tip-1 binasında çekirdekte, Tip-2 binasında köşelerde ve Tip-3 binasında ise dış kenarların ortalarında konumlandırılmıştır. Tüm binalarda dört farklı perde alanı seçilmiştir. Betonarme taşıyıcı elemanların kesitleri Kuvvete Dayalı Fiber Eleman Yöntemi ile modellenmiştir. Dinamik analizlerde her katın döşemesi rijit diyafram kabul edilmiştir. Deprem yükü için TBDY-2018’ e göre yapay olarak üretilmiş 11 adet ivme kaydı kullanılmış olup bu ivme kayıtları tüm binaların her iki doğrultusunda etki ettirilmiştir. Karşılaştırmalar, binalardaki hasar bölgesi, bina tepesinin burulma açısı, açısal hız ve açısal ivme tepkilerinin mutlak maksimumlarının maksimum değerleri için yapılmıştır. Kolon ve perde elemanların farklı hasar bölgelerine geçen oranları karşılaştırıldığında en az hasara sahip olan binanın Tip-2 olduğu belirlenmiştir. Aynı zamanda, burulma açısı, açısal hız ve açısal ivme tepkilerinin mutlak maksimumlarının maksimum değerleri dikkate alındığında en düşük değerleri veren bina tipinin Tip-2 olduğu görülmüştür. Sonuç olarak burulma davranışı açısından en uygun bina tipinin Tip-2 olduğu belirlenmiştir.

Keywords

• Betonarme Bina
• Doğrusal Olmayan Sismik Analiz
• Fiber Eleman Yöntemi ve Burulma Davranışı

References

1. [1] Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Resmi Gazete No.: 26454, 2007.
2. [2] Demir, A., Dönmez, D. 2008. Çok Katlı Yapılarda Burulma Düzensizliğine Etki Eden Faktörler, C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, Cilt. 4, s. 31 – 36.
3. [3] Uçar, T., Merter, O. 2009. Planda Perde Yerleşiminin Betonarme Perde-Çerçeveli Binaların Deprem Davranışına Etkisi, DEÜ Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt. 11, s. 11-18.
4. [4] Aktan, S., Kıraç, N. 2010. Betonarme Binalarda Perdelerin Davranışa Etkileri, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt. 23, s. 15-32.
5. [5] Başlı, D., Çağatay, İ. H. 2011. 2007 Deprem Yönetmeliği’ne göre Yapı Düzensizliklerinin Betonarme Binaların Deprem Davranışlarına Olan Etkilerinin İncelenmesi, Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt. 26, s. 163-172.
6. [6] Urtimür, S. 2012. Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi Kullanılarak Binalarda Deprem Perdesi Etkilerinin DBYBHY-2007’ye Göre İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 176s, Adana.
7. [7] Eswaramoorthi, P., Sylviya, B. 2018. Analysis of RCC Building with Shear Walls at Various Locations and in Different Seismic Zones, International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, Cilt. 8, s. 336-339.
8. [8] Sherkhane, V. B., Manjunath, G. S. 2020. Parametric Analysis of Multistory RC Buildings with Columns Replaced by Shear Walls Using ETABS, International Research Journal of Engineering and Technology, Cilt. 7, s. 7471-7475.

9. [9] Demirci, H. Y. 2016. Asimetrik Betonarme Yapıların Deprem Davranışı. Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 122s, Erzurum.
10. [10] Kınık, K. E. 2019. Betonarme Binaların Taşıyıcı Sistem Seçiminde Perde Yerleşiminin Davranışa Etkisi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 157s, İstanbul.
11. [11] Hussain, S. M., Tengli, S. K. 2018. Study on Torsional Effects of Irregular Buildings under Seismic Loads, International Journal of Applied Engineering Research, Cilt. 13, s. 55-60.
12. [12] Ahamad, S. A., Pratap, K. V. 2020. Dynamic Analysis of G + 20 Multi Storied Building by Using Shear Walls in Various Locations for Different Seismic Zones by Using ETABS, Materials Today: Proceedings, Cilt. 43, s. 1043-1048.
13. [13] Behera, S., Parhi, P. K. 2017. Studies on Location of Shear Wall in Buildings for Structural Stability, International Journal of Research in Engineering and Technology, Cilt. 6, s. 116-122.
14. [14] Mallika, K., Nagesh Kumar, G. 2016. Analysis of Shear Wall in High Rise Unsymmetrical Building Using ETABS, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Cilt. 5, s. 19951-19960. DOI:10.15680/IJIRSET.2016.0511056.
15. [15] Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, T.C. İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Resmi Gazete No.: 30364, 2018.
16. [16] Yorulmaz, A., M. 2018. Betonarme Yapılarda A1 Düzensizlik Durumunu Değişik Deprem Bölgelerinde Araştırılması. KTO Karatay Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 67s, Konya.
17. [17] Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI318-95) and Commentary (ACI318R-95), American Concrete Institute Committee 318, 1995.
18. [18] Mander, J. B., Priestley, M. J. N., Park, R. (1984). Seismic Design of Bridge Piers, Research Report No. 84-2, University of Canterbury, New Zealand.
19. [19] Menegotto, M., Pinto, P. E., Method of analysis for cyclically loaded reinforced concrete plane frames including changes in geometry and non-elastic behavior, Symposium on the Resistance and Ultimate Deformability of Structures Acted on by Well Defined Repeated Loads, International Association for Bridge and Structural Engineering, 1973, pp. 15–22. Zurich, Switzerland.
20. [20] SeismoStruct 2018. version 2018 Earthquake Engineering Software Solutions, Seismosoft Ltd., Pavia, Italy.
21. [21] SeismoArtif 2018. versiyon 2018 Earthquake Engineering Software Solutions, Seismosoft Ltd., Pavia, Italy.