PERFORMANCE-BASED DESIGN of RC TALL BUILDINGS BASED on the TURKISH SEISMIC BUILDING CODE 2018 - A CASE STUDY

Abstract

This study includes a detailed review of the performance-based design methodology for tall buildings according to TBEC 2018 based on a model application. The 26-story residential/office building selected for this research is located in İstanbul and is classified as “tall building”. The lateral load resisting system consists of mainly reinforced concrete shear walls in both directions. The design was completed in three stages, namely: (I) preliminary design, (II) improved design, and (III) final design, whereas performance criteria were based on TBEC 2018. The preliminary design was completed at the Design Basis Earthquake (DBE) level in stage I, the design was revised at the Service Level Earthquake (SLE) level in stage II, and was finalized in stage III by checking the nonlinear behavior at the Maximum Considered Earthquake (MCE) level. The first two stages consisting of linear elastic analyses based on force-based design concept were performed in ETABS, whereas the nonlinear Response History Analyses (RHA) were conducted in Perform3D. Basement walls were asymmetrically placed due to architectural reasons had a significant adverse effect on the torsional behavior and played a significant role in selection of the seismic design method. This study will contribute to the literature in terms of investigation and implementation of the new design procedures of tall buildings by means of a case study practice.

Keywords

• Performance Based Design
• Tall Building Design
• Nonlinear Response History Analyses
• Effects of Basement Walls on Design of Tall Buildings

BETONARME YÜKSEK BİNALARIN TBDY 2018’E GÖRE PERFORMANSA DAYALI TASARIMI – ÖRNEK UYGULAMA

Abstract

Bu çalışmada, TBDY 2018’e göre yüksek binaların performansa dayalı tasarım esasları incelenmiş ve örnek bir uygulamayla detaylı bir şekilde irdelenmiştir. Örnek uygulama için İstanbul’da yer alan ve yüksek bina sınıfına giren 26 katlı bir binanın tasarımı ele alınmıştır. Bina, konut ve işyeri amacıyla tasarlanmış olup, taşıyıcı sistemi yoğunlukla betonarme perdelerden oluşmaktadır. Binanın tasarımı (I) ön tasarım, (II) iyileştirme aşaması ve (III) iyileştirilmiş son tasarım olmak üzere üç aşamada tamamlanmış, performans hedefleri TBDY 2018’e uygun olarak belirlenmiştir. Binanın ön tasarımı tasarım depremi altında gerçekleştirilmiş, servis depremi seviyesinde gerekli iyileştirilmeler yapılmış ve maksimum deprem seviyesinde binanın davranışı kontrol edilerek tasarım sonlandırılmıştır. Doğrusal hesap yöntemiyle ve dayanıma göre tasarım felsefesiyle gerçekleştirilen ilk iki tasarım aşaması ETABS programında, zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler içeren ve şekildeğiştirmeye göre tasarım felsefesiyle yapılan üçüncü tasarım aşaması ise Perform3D programında tamamlanmıştır. Binada mimari sebeplerle asimetrik yerleştirilen bodrum perdeleri, binanın tasarım yönteminin belirlenmesinde önemli bir rol oynamış, ayrıca binanın burulma davranışını belirgin şekilde olumsuz etkilemiştir. Taşıyıcı sistemin burulma etkilerini azaltacak şekilde planlanması çalışmanın belirleyici unsurlarından biri olmuştur. Bu çalışmada bir vaka çalışması aracılığıyla özetlenen tasarım adımlarının ve analiz modellerinin oluşturulma esaslarının TBDY 2018’e göre yüksek bina tasarımı konusunda örnek teşkil ederek literatüre katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Performansa Dayalı Tasarım
• Yüksek Bina Tasarımı
• Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Analiz
• Bodrum Perdelerin Yüksek Bina Tasarımına Etkisi

References

1. AB, SEAONC 083, 2007. Recommended Administrative Bulletin on the Seismic Design and Review of Tall Buildings Using Non-Prescriptive Procedures. Structural Engineers Association of Northern California (SEAONC) AB-083 Tall Buildings Task Group, San Francisco.
2. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, 2020. “Türkiye deprem tehlike haritası”, http://tdth.afad.gov.tr/TDTH [Erişim: Ağustos 1, 2020].
3. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY-2018), Ankara, Türkiye.
4. Aktan A., Bertero V., 1984. Seismic response of R/C frame-wall structures. J. Str. Eng. 110(8): 1803–1821.
5. ATC-72-1, 2010.Modeling and Acceptance Criteria for Seismic Design and Analysis of Tall Buildings, Applied Technology Council, Redwood City, California.
6. Bertero V.V., 1980. Seismic behavior of R/C wall systems, Proc. of the 7th WCEE, Istanbul, Turkey, Vol. 6.
7. Değer Z.T., Wallace J.W., 2016. Seismic performance of reinforced concrete dual‐system buildings designed using two different design methods. Struct. Des. Tall Special Build. Jan;25(1):45-59.
8. Değer Z.T., Yang, T.Y., Wallace J.W., Moehle J., 2015. Seismic performance of reinforced concrete core wall buildings with and without moment resisting frames. Struct. Design Tall Spec. Build., DOI: 10.1002/tal.1175.

9. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, 2007. T. C. Bayındırlık ve Iskan Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü, Deprem Araştırma Dairesi.
10. Eljadei A.A., 2012. Performance based design of coupled wall structures. Doktora Tezi. U of Pittsburgh.
11. ETABS [Bilgisayar Yazılımı] Computers & Structures, Inc., Berkeley, CA.
12. Gökçeoğlu, U., 2020. Betonarme Yüksek Bina Türü Bir Yapının 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’ne Göre Performans Esaslı Tasarımı ve Tasarım Yöntemine Bodrum Perde Duvarlarının Etkisi. Yüksek lisans tezi. İTÜ Afet Yönetimi Enstitüsü.
13. İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği Taslağı, 2008. Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul.
14. İstanbul Yüksek Binalar Rüzgar Yönetmeliği, 2009. Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul.
15. Kaya, G. & Özsoy Özbay, A. E., 2019. Perde Ve Çerçeveli Betonarme Yapılarda Perde Konumunun Planda Düzenlenmesi Ve Yapısal Davranışa Etkisi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 7(1), 7-17.
16. Los Angeles Tall Buildings Structural Design Council (LATBSDC), 2020. An Alternative Procedure for Seismic Analyses and Design of Tall Buildings Located in the Los Angeles Region: A Consensus Document.
17. Özer, Ö. & Yüksel, B., 2022. Deprem Etkilerinin Betonarme Çerçeveler İle Bağ Kirişli Betonarme Perdeler Tarafından Birlikte Karşılandığı Binalarda Bağ Kirişi Modellerinin Yapı Performansına Etkisi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 10 (1) , 161-179.
18. Özgün, E., 2012. İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliğine Göre Betonarme Yüksek Bir Binanın Analizi. Doktora Tezi. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
19. Özuygur, A. R., 2016. Performance-based Seismic Design of an Irregular Tall Building – A Case Study. Structures. Vol. 5. Elsevier.
20. PEER TBI, 2017. Guidelines for performance-based seismic design of tall buildings. Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), Berkeley, CA.
21. Perform 3D [Bilgisayar Yazılımı] Computers & Structures, Inc., Berkeley, CA.
22. SAFE [Bilgisayar Yazılımı] Computers & Structures, Inc., Berkeley, CA.
23. SAP2000 [Bilgisayar Yazılımı] Computers & Structures, Inc., Berkeley, CA.
24. Shin, M., Kang, T., Grossman, J.S., 2010. Practical modelling of high-rise dual-systems with reinforced concrete slab-column frames. Struct. Design Tall Spec. Build. 19 (2010): 728–749.
25. Temiz, G.M., 2014. Betonarme Yüksek Bir Binanın 2007 Türk Deprem Yönetmeliğine Göre Tasarımı ve İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliğine Göre Performansının İncelenmesi. Doktora Tezi. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
26. Topçu, S., 2019. Betonarme yüksek bir binanın Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’ne göre tasarımının irdelenmesi. Yüksek lisans tezi. Bursa Uludağ Üniversitesi.
27. TS498. Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değeri. Türk Standartları Enstitüsü, 2. Baskı, Ankara, Kasım, 1997. [Erişim tarihi: 30.09.2021]
28. XTRACT. (2004). Cross Section Analysis Program of Structural Engineers. Imbsen Software Systems.
29. Yang T.Y., Moehle J., Bozorgnia Y., Zareian F., Wallace J.W., 2012. Performance assessment of tall concrete core-wall building designed using two alternative approaches, Earthquake Eng. Struct. Dyn. 41, (11): 1515–1531.
30. Yang T.Y., Moehle J.P., Hurtato G., 2010. Seismic modeling and behavior of gravity frames in high-rise building. Proceedings, 9th NCEE, Toronto, Canada.