Betonarme Binalarda Rijitlik Merkezi Problemi

Year 2022, Volume: 11 Issue: 2, 383 - 404, 30.12.2022

Enes Aksoy , Fuat Korkut , Barış Erdil

https://doi.org/10.55007/dufed.1183321

Cited By: 2

Abstract

Yatay yük altındaki bir betonarme bina rijitlik merkezi etrafında burulma momentlerine maruz kaldığında düşey taşıyıcı elemanlarda ilave kesme kuvveti zorlamalarının meydana geldiği bilinmektedir. Rijitlik merkezi hesabının yaklaşımı bu kesit zorlamalarını önemli ölçüde değiştirecek farklılıklar içermekte midir? Bu sorunun cevabının arandığı bu çalışmada öncelikle 5 kattan oluşan iki adet simetrik (tamamen çerçeveli, çerçeveli ve perdeli)bina ile altı adet asimetrik bina ele alınarak halihazırda yapısal analizler için kullanılan ETABS, Sta4CAD, İdeCAD ve ProtaStructure programları ile 3B modellenmiş ve analizler yapılarak rijitlik merkezleri karşılaştırılmıştır. İlgili binaların rijitlik merkezi TBDY2018 kuralları çerçevesinde atalet momenti referans alınacak şekilde bir kez daha bulunmuş, daha sonra ise düşey taşıyıcı elemanların alanlarını referans alan bir yaklaşım ile rijitlik merkezi (alan merkezi) hesaplanmıştır. Hesaplar sonucunda bütün yaklaşımların farklı sonuçlar verdiği, rijitlik merkezi konumları arasında çok büyük farklar olduğu gözlendiğinden, binalar SAP2000 ile bir kez daha 3B olarak modellenmiş ve programların ön gördüğü rijitlik merkezine her iki asal yönde ayrı ayrı yatay kuvvet verilerek kat dönmesinin miktarı hesaplanmıştır. Minimum kat dönmesine sebep olan rijitlik merkezi hesabının en doğru sonuç verdiği kabul edilerek yapılan analizlerde çoğunlukla ETABS yaklaşımının daha doğru sonuçlar verdiği belirlenmiştir.

Keywords

Rijitlik merkezi, Burulma, Kütle merkezi, Betonarme bina

Supporting Institution

Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

FYL-2022-9987

Rigidity Center Problem in Reinforced Concrete Buildings

Abstract

It is known that when a reinforced concrete building under horizontal load is subjected to torsional moments around its center of rigidity, additional shear stresses occur on vertical load-carrying elements. Does the approach to calculate the rigidity center include differences that significantly change these section stresses? The answer to this question is sought in this study. First of all, two symmetrical (fully framed, frames+shear walls) buildings and six asymmetrical buildings were handled and 3D models were created with ETABS, Sta4CAD, İdeCAD and ProtaStructure software, which are currently used for structural analysis, and after the analysis the calculated rigidity centers were compared. Rigidity center of those buildings was found once again using the rules given in TBDY2018, and then rigidity center was found using a modified approach in which the areas of the vertical load-carrying elements were utilized. As a result of the calculations, since it was observed that all approaches gave different results and there were great differences between the rigidity centers, all the buildings were once again 3D modeled with SAP2000 and the amount of floor rotation was calculated by applying horizontal force in both principal directions to the rigidity centers predicted by the software. From the analysis by assuming that the rigidity center calculation leading the minimum floor rotation finds the most accurate result, it has been determined that the ETABS approach gives more accurate results.

Keywords

Rigidity center, Torsion, Reinforced concrete building

Project Number

FYL-2022-9987

References

• TBDY2018, “Deprem etkisi altında binaların tasarımı için esaslar”, Çevre Şehircilik Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 2018.
• I. N. Doudoumis, N. I. Doudoumis, “Centres of rigidity in multi-storey asymmetric diaphragm systems for general lateral static loading”, Engineering Structures, vol. 150, pp. 39-51, 2017. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.06.072
• V. W. T. Cheung, W. K. Tso, “Eccentricity in irregular multistory buildings”, Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 13, no. 1, pp. 46–52, 1986. https://doi.org/10.1139/l86-007
• R. Hejal, A. K. Chopra, “ Earthquake response of torsionally-coupled buildings”, Report No. UCB/EERC-87/20, Berkeley, CA, USA, 1987.
• M. Bosco, E. M. Marino, P. P. Rossi, “An analytical method for the evaluation of the in-plan irregularity of non-regularly asymmetric buildings”, Bulletin of Earthquake Engineering, vol. 11, no. 5, pp. 1423-1445, 2013. https://doi.org/10.1007/s10518-013-9438-3
• R. K. Goel, A. K. Chopra, “Seismic code analysis of buildings without locating centers of rigidity”, Journal of Structural Engineering, vol. 119, pp. 3039–3055, 1993. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1993)119:10(3039)
• E. M. Marino, P. P. Rossi, “Exact evaluation of the location of the optimum torsion axis”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, vol. 13, no. 4, pp. 277-290, 2004. https://doi.org/10.1002/tal.252
• A. M. Athanatopoulou, I. N. Doudoumis, “Principal directions under lateral loading in multistorey asymmetric buildings”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, vol. 17, no. 4, pp. 773-794, 2008. https://doi.org/10.1002/tal.385
• G. K. Georgoussis, “Modal rigidity center: it's use for assessing elastic torsion in asymmetric buildings”, Earthquakes and Structures, vol. 1, no. 2, pp. 163-175, 2010. https://doi.org/10.12989/eas.2010.1.2.163
• ProtaStructure (Sürüm 5. 1. 290), Prota Yazılım, Ankara, Türkiye.
• D. Basu, S. K. Jain, “Alternative method to locate centre of rigidity in asymmetric buildings”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 36, pp. 965–73, 2006. https://doi.org/10.1002/eqe.658
• Sta4CAD (Sürüm v14.1), Sta Bilgisayar Mühendislik Müşavirlik Ltd. Şt., İstanbul, Türkiye.
• İdeCAD (Sürüm 10.20), İde Yapı, Bursa, Türkiye.
• ETABS (Sürüm v.19.1.0), Computers and Structures Inc., Kaliforniya, ABD.
• B. Acun, “Yatay yük altında bina döşemeleri için rijit diyafram modelinin uygunluğunun incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul, 2002.
• A. E. İdemen, “Bina ağırlık merkezi-rijitlik merkezi ilişkisini mimari tasarım aşamasında kuran bir uzman sistem”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul, 2003.
• Autodesk Inc. (1982), AutoCAD (Sürüm 2022), Kaliforniya, ABD.
• E. Sezer, “Yapı sistemlerinde burulma düzensizliğini etkileyen parametrelerin incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Zonguldak, 2006.
• H. Yener Demirci, “Asimetrik betonarme yapıların deprem davranışı”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Atatürk Üniversitesi, Erzurum, 2016.
• K. E. Kınık, “Betonarme binaların taşıyıcı sistem seçiminde perde yerleşiminin davranışa etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İTÜ, İstanbul, 2019.
• B. Erdil, Y. Gündüz, “Betonarme binalar için perde duvar etkinliğinin belirlenmesi”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 10, no. 2, pp. 655-669, 2021. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.898353
• SAP2000 (Sürüm v.20.0.0), Computers and Structures Inc., Kaliforniya, ABD.
• TS 498, “Yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerleri”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye. 1987.