Dynamic behavior of a walled 15-storey building in one direction

Year 2020, Ejosat Special Issue 2020 (ISMSIT), 369 - 380, 30.11.2020

Muhammet Zeki Özyurt , Abdullah Hayvalı

https://doi.org/10.31590/ejosat.824708

Abstract

Determination of the earthquake behavior of buildings has an important place in the field of earthquake engineering today. The behavior of the whole structural system and/or structural elements during an earthquake can be determined in advance by appropriate experimental methods. There are many experimental methods used for this purpose. One of them is shake table experiments. Shake table experiments; are real dynamic loads. In this study, a 15-storey building model with curtains in only one direction at the corners was examined. The rest of the carrier elements of the building, which is planned as a workplace for the purpose of use, consist of columns and frame beams. In model structure; The material of column and beam elements is poplar wood, and the material of curtain elements is birch. Elements are constructed using laths and plates made of these materials. A 1/100 scale model of the building was made and placed on the shaking table. The building model placed on the shaking table was subjected to harmonic motion. By gradually increasing the frequency of the harmonic motion, three different ground motions were given, and the acceleration per second was recorded in the multi-storey building model. By applying the current recorded acceleration values for three different earthquakes, the dynamic characteristics of the structure were tried to be obtained, weighted and unweighted. In order to obtain the natural frequency of the model structure, free vibration was applied, and the acceleration time records determined by using the SiesmoSignal program were filtered. In addition to the experimental study, the structure was modeled in the Sap2000 program and dynamic analysis was performed using the Time Domain Calculation Method. Shake table test results were compared with dynamic analysis results made with Sap2000 program. As a result, it was determined that there is approximately 25% difference between the results obtained from the shaking table tests and the results of the dynamic analysis made in the Sap2000 program in the result comparison of the unweighted structure. In the weighted structure, this difference was found to be approximately 50%. On the other hand, when we look at the experimental study and Sap2000 analysis results in both cases, it is understood that the period values are very close.

Keywords

Shake table, Dynamic analysis, Harmonic motion, Period, Multi-storey structure, Shear-walled structure

Bir yönde perdeli 15 katlı yapının dinamik davranışının incelenmesi

Abstract

Yapıların deprem davranışlarının belirlenmesi, deprem mühendisliği alanında günümüzde oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Yapı sisteminin bütününün ve/veya yapısal elemanların deprem sırasında nasıl davranacağı uygun deneysel yöntemler ile önceden belirlenebilir. Bu amaçla kullanılan pek çok deneysel yöntem mevcuttur. Bunlardan biri sarsma tablası deneyleridir. Sarsma tablası deneyleri; gerçek dinamik yüklemelerdir. Bu çalışmada, 15 katlı olan ve köşelerinde sadece bir yönde perde bulunan bir yapı modeli incelenmiştir. Kullanım amacı işyeri olarak planlanan yapının geriye kalan taşıyıcı elemanları kolonlardan ve çerçeve kirişlerinden oluşmaktadır. Maket yapıda; kolon ve kiriş elemanlarının malzemesi kavak ağacından, perde elemanlarının malzemesi ise huş ağacından oluşmaktadır. Elemanlar bu malzemelerden üretilmiş olan çıtalar ve levhalar kullanılarak inşa edilmiştir. Yapının 1/100 ölçekli bir maketi yapılarak sarsma tablasına yerleştirilmiştir. Sarsma tablasına yerleştirilen yapı maketi, harmonik harekete maruz bırakılmıştır. Harmonik hareketinin frekansı kademeli olarak artırılarak üç farklı yer hareketi verilmiş, çok katlı yapı maketinde saniyelik ivme kaydı alınmıştır. Üç farklı depreme ait mevcut kayıtlı ivme değerleri uygulanarak, ağırlıklı ve ağırlıksız olarak yapının dinamik karakteristikleri elde edilmeye çalışılmıştır. Maket yapının doğal frekansını elde etmek için serbest titreşim uygulanmış olup, SiesmoSignal programı kullanılmak suretiyle belirlenen ivme zaman kayıtları filtrelenmiştir. Deneysel çalışmanın yanı sıra, yapı Sap2000 programında modellenmiş ve Zaman Tanım Alanında Hesap Yöntemi kullanılarak dinamik analizleri yapılmıştır. Sarsma tablası deney sonuçları, Sap2000 programı ile yapılan dinamik analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak ağırlıksız yapının sonuç kıyaslamasında sarsma tablası deneylerinden elde edilen sonuçlar ile Sap2000 programında yapılan dinamik analiz sonuçları arasında yaklaşık %25’lik fark olduğu belirlenmiştir. Ağırlıklı yapıda ise bu farkın yaklaşık %50 olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, her iki durumda da, deneysel çalışma ve Sap2000 analiz sonuçlarına bakılınca, periyot değerlerinin çok yakın çıktığı anlaşılmaktadır.

Keywords

Sarsma tablası, Dinamik Analiz, Harmonik hareket, Periyot, Çok katlı yapı, Perdeli yapı

References

• Özmen, B., 17 Ağustos 1999 İzmit Körfezi Depreminin hasar durumu (rakamsal verilerle), TDV/DR 010-53, 2000, Türkiye Deprem Vakfı, 132 sayfa.
• Ağcakoca, E., Yüksek katlı yapının sarsma tablası üzerinde deprem performansının incelenmesi, ALKÜ Fen Bilimleri Dergisi 2019, 1(3): 132-143.
• Bahçecioğlu, A. Ş., Planda düzensiz yapıların deprem etkileri altındaki davranışı, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2015)
• Polat, G., Betonarme yüksek yapılarda kullanılabilecek taşıyıcı sistemler ve perde-çerçeveli bir yapının statik ve dinamik hesabı, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2015), İstanbul
• Demir, A. ve Dönmez, D. (2008). Çok katlı yapılarda burulma düzensizliğine etki eden faktörler, Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri Dergisi, 2008, 4(1)
• Qiu, C., Zhu, S., Shake table test and numerical study of self‐centering steel frame with SMA braces, (2017), Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 46(1), 117-137.
• Goggins, J., Broderick, B. M., Elghazouli, A. Y., Salawdeh, S., Hunt, A., Mongabure, P., English, J., Shake table testing of concentrically braced steel structures with realistic connection details subjected to earthquakes, (2018), In Structures (Vol. 13, pp. 102-118). Elsevier.
• Fiorino, L., Macillo, V., Landolfo, R., Shake table tests of a full-scale two-story sheathing-braced cold-formed steel building, (2017), Engineering Structures, 151, 633-647.
• Fiorino, L., Bucciero, B., Landolfo, R., Shake table tests of three storey cold-formed steel structures with strap-braced walls, (2019, Bulletin of Earthquake Engineering, 17(7), 4217-4245.