Comparison of Different Types of Steel Structures Under Earthquake Forces Using StaSTEEL and SAP2000

Abstract

Within the scope of the study, three-story, ten-story and fifteen-story steel structures with symmetrical and L-shaped asymmetrical story shapes and a single-story industrial building model structures were analyzed with the SAP2000 software as a reference with StaSTEEL, which is frequently used in the market. There are no studies in the literature with StaSTEEL at the time of this research. There are 7 types of buildings examined in the study. The results of the software were compared in terms of floor weights, natural vibration periods and axial, shear and moment stresses on the elements. In addition, by examining the interfaces of the programs, data entry for the user, examining the results and how and to what extent the needs are met for outputs. The rules stated in Turkish Seismic Code-2018 and Turkish Steel Structures Regulation-2016 were used for structural analysis. It has been observed that the analysis outputs of the two package programs are similar. The most differences for N, V and M in the internal forces that occur regardless of whether they are symmetrical or asymmetrical, low-rise or multi-story are 3%, 3.5% and 2.7% respectively. However, it was observed that the StaSTEEL software was easier for both data entry and examining of the analysis results. In addition, it was concluded that the prepared calculation reports were more detailed and highly visual.

Keywords

• SAP2000
• StaSTEEL
• Dynamic analysis
• steel Structures
• industrial buildings.

Deprem Etkileri Altındaki Farklı Tiplerde Çelik Yapıların StaSTEEL ve SAP2000 Kullanılarak Karşılaştırılması

Abstract

Çalışma kapsamında uygulamada sıkça kullanılan StaSTEEL ile referans olarak SAP2000 paket programları kullanılarak, simetrik ve L formunda asimetrik kat şekline sahip üç katlı, on katlı ve on beş katlı çelik yapılar ile bu yapılardan farklı tek katlı bir sanayi yapısı modeli, iki paket program ile çözümlenmiştir. Literatürde, StaSTEEL ile yapılmış çalışma bu araştırma yapıldığı sırada hiç bulunmamaktadır. Çalışma içerisinde incelenen bina tipi toplam 7 adettir. Analiz sonucu elde edilen kat ağırlıkları, doğal titreşim periyotları ve elemanlar üzerinde oluşan eksenel, kesme ve moment gerilmeleri bakımından paket programların sonuçlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Ayrıca programların ara yüzleri incelenerek kullanıcı için veri girişi, sonuçların irdelenmesi ve çıktılar konusunda ihtiyacın nasıl ve ne kadar karşılandığı araştırılmıştır. Yapı çözümlemeleri için 2019 yılında yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’nde belirtilen kurallar kullanılmıştır. İki paket programın çözümleme sonuçlarının birbirine benzer olduğu gözlenmiştir. Simetrik ya da asimetrik, az katlı veya çok katlı fark etmeksizin oluşan iç kuvvetlerde N, V ve M için en büyük farklar sırasıyla %3, %3,5 ve %2,7 mertebelerindedir. Bununla birlikte StaSTEEL programının gerek veri girişi gerekse sonuçların irdelenmesi konusunda daha kolay olduğu gözlenmiştir. Ayrıca hazırlanan hesap raporlarının daha detaylı ve görselliği yüksek olduğu sonucuna varılmıştır.

Keywords

• SAP2000
• StaSTEEL
• dinamik analiz
• çelik yapılar
• sanayi yapılar

References

1. Akbari J., 2015. Determination of Seismic Response of Structures based on Spectral Analysis using Elliptic Envelope. Modares Civil Engineering Journal, 15: 213-222.
2. Ateş İ. S, 2010. Mevcut Binaların Depreme Karşı Performans Analizi İçin Kullanılan Alternatif Yöntem ve Paket Programların Karşılaştırılması, Çukurova Üni. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış)
3. Bolander J. C., 2014. Investigation of Torsional Effects on Thirteen-Story Reinforced Concrete Frame-Wall Structure Modeled in ETABS and SAP2000 Using Linear and Nonlinear Static and Dynamic Analyses. University of California, San Diego, Master’s Thesis (Printed)
4. Değertekin S. Ö., Haluk Ş., 2015. Deprem Güvenliği Yetersiz Betonarme Bir Bina İçin Farklı Güçlendirme Önerilerinin Karşılaştırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 6: 121-129.
5. Doğan O., Yunus G., 2019. Türk Bina Deprem Yönetmeliği’ne Göre Düşey Deprem Kuvvetinin İkinci Mertebeden Taban Momentlerine Etkisi. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi (GMBD), 5: 244-249.
6. Gelibolu İ. S., Doğan A., Arslan H. M., 2008. Sta4-CAD Paket Programı ile SAP2000 Analiz Programının Mod Birleştirme Yöntemi Kullanarak Karşılaştırılması. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlik Fakültesi Dergisi, 23: 97-108.
7. Guner S., 2008. Performance assessment of shear-critical reinforced concrete plane frames, University of Toronto, PhD Thesis (Printed)
8. Hu K., Yang Y., Mu S., Qu G., 2012. Study on High-rise Structure with Oblique Columns by ETABS, SAP2000, MIDAS/GEN and SATWE. Procedia engineering, 31: 474-480.

9. Jakayev S., Aydemir M. E., 2019. Düzenli Bir Betonarme Binada Düşey Deprem Bileşeninin Yapısal Davranışa Etkisi. Afet ve Risk Dergisi, 2: 1-13.
10. Jarrah R., Chen C.-R., Kassem M., 2021. Ranking structural analysis software applications using AHP and Shannon’s entropy. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 20:1-8.
11. Karayer A., Severcan M. H., 2018. Farklı Tip Betonarme Yapıların Paket Programlar ile Analizi ve Karşılaştırılması. Black Sea Journal of Engineering and Science, 1: 41-50.
12. Kose M. M., 2009. Parameters affecting the fundamental period of RC buildings with infill walls. Engineering Structures, 31: 93-102.
13. Körlü M. S., Deneme İ. Ö., Yerli H. R. 2004. Betonarme Yapıların Perde Takviyesi ile Güçlendirilmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlik Fakültesi Dergisi, 19: 149-157.
14. Kuyucular A., Kandak Ö. Ö., 2008. Statik-Betonarme Tasarım için Türkiye de Kullanılan Ticari Paket Yazılımların Farklı Sonuçları. Akademik Bilişim pp. 641-654: Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi.
15. Manikanta K. V., Venkateswarlu D. D. 2018. Comparative Study On Design Results Of A Multi-Storied Building Using STAAD Pro And ETABS For Regular And Irregular Plan Configuration. International Journal of Research Sciences and Advanced Engineering, 2: 204-215.
16. Naimi S., ve Hanoun M. O. M. A., 2018. Comparison of Equivalent Static Analysis and Mode Combination Method for Concrete Buildings According to Turkish Standard. HONORARY EDITOR, 1609.
17. Nogueira C. G., Venturini W. S., Coda, H. B., 2013. Material and geometric nonlinear analysis of reinforced concrete frame structures considering the influence of shear strength complementary mechanisms. Latin American Journal of Solids and Structures, 10: 953-980.
18. Odeyemi S. O., Akinpelu M. A., Abdulwahab R., Adeoye B., Ibitoye, A. I. A. 2020. Evaluation of Selected Software Packages for Structural Engineering Works. ABUAD Journal of Engineering Research and Development, 3: 133-141.
19. Olbak M., Naimi S., 2016. Kentsel Dönüşüm Uygulanmış 5 Katlı İki Yapı Örneğinin Deneysel Verileri Kullanılarak Doğrusal Olmayan Analiz Yöntemleri ile Güçlendirme Sonuçlarının İrdelenmesi. İstanbul Aydın Üniversitesi Dergisi, 8: 145-166.
20. Sadeghi K., Ghaboun N., 2019. Significant Guidance to Employ the Software to Analyze and Design the Reinforced Concrete Structures: State-Of-The-Art. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), 8:1160-1169.
21. Salihovic A., Ademovic N., 2017. Nonlinear analysis of reinforced concrete frame under lateral load. Coupled systems mechanics, 6: 523-537.
22. Sırlıbaş C., 2013. Farklı Tipteki Betonarme Yapıların Sta4cad ve Etabs Programları ile Çözümleri ve Sonuçların Karşılaştırılması. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış)
23. Türkiye Cumhuriyeti Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Resmî Gazete Tarih 18/3/2018, No:30364