Evaluation of Finite Element Programs Used in the Design of Reinforced Concrete Frame Buildings in the Context of Period, Base Shear Force and Relative story drift in TBEC-2019

Year 2022, Volume: 14 Issue: 2, 941 - 957, 31.07.2022

Yusuf Uysal , Ceyhun Aksoylu , Musa Hakan Arslan

https://doi.org/10.29137/umagd.1102613

Abstract

With the developing software technology, the designer can quickly analyze the structure according to the chosen earthquake code with the help of package programs. The most critical step in determining the earthquake load is to determine the natural vibration period of the structure. Regulations require the designer to calculate according to methods accepted in the literature based on simple period relations (empirical) and displacements under fictitious forces. In this study, the natural vibration period of the structure was determined using the SAP2000 and ETABS analysis programs and the obtained period values were compared with the approaches given in TBEC-2019. In the study, the period, base shear force and relative story drifts obtained from the ETABS and SAP2000 analysis for the ZA and ZC soil classes of the 2-9 story frame type RC buildings to be built in Istanbul/Avcılar were compared. Due to the calculation assumptions made by the analysis programs when choosing the period, the period found in ETABS in 4-9-story buildings yielded 9.5-40% fewer results than the period found in SAP2000. Therefore, the base shear force on the structure also changed at the same rate. In addition, at the end of the analyzes made for only two soil classes in SAP2000, it was seen that the base shear force obtained in the ZC soil class was 50-80% higher than in the ZA soil class. Relative story drifts were obtained as 49.2-92% higher when ZC soil class was chosen instead of the ZA soil class. As a result, the analysis programs' calculations are explained to guide the designers.

Keywords

ETABS, SAP2000, “RC building, ETABS, SAP2000, Period, Base shear force, TBEC-2019”, “RC building, ETABS, SAP2000, Period, Base shear force, TBEC-2019”

Betonarme Çerçeveli Binaların Tasarımında Kullanılan Sonlu Eleman Programlarının TBDY-2019’da Yer Alan Periyod, Taban Kesme Kuvveti ve Göreli Kat Ötelemesi Bağlamında Değerlendirilmesi

Abstract

Gelişen yazılım teknolojisi ile birlikte tasarımcı, seçilen deprem yönetmeliğine göre yapının analizini paket programlar yardımıyla kolaylıkla yapabilmektedir. Deprem yükünün tespitinde en önemli aşama yapının doğal titreşim periyodunun belirlenmesidir. Yönetmelikler tasarımcının, basit periyod bağıntıları (amprik) ve fiktif kuvvetler altındaki deplasmanalara bağlı literatürde kabul görmüş yöntemlere göre hesap yapmasını istemektedir. Bu çalışmada SAP2000 ve ETABS analiz programları kullanılarak yapının doğal titreşim periyodu tespit edilmiş ve elde edilen periyod değerleri TBDY-2019’da verilen yaklaşımlarla kıyaslanmıştır. Çalışmada İstanbul/Avcılar’da yapılacak olan 2-9 katlı çerçeve tipi betonarme binaların, ZA ve ZC zemin sınıfları için ETABS ve SAP2000 analizinden elde edilen periyot, taban kesme kuvveti ve göreli kat ötelemeleri karşılaştırılmıştır. Analiz programlarının periyot seçerken yaptığı hesap kabullerinden dolayı 4-9 katlı binalarda ETABS’da bulunan periyot SAP2000’de bulunan periyottan %9,5-40 kadar daha az sonuç vermiştir. Dolayısıyla yapıya gelen taban kesme kuvveti de aynı oranda değişmiştir. Ayrıca yalnızca SAP2000’de iki zemin sınıfı için yapılan analizler sonunda ZC zemin sınıfında elde edilen taban kesme kuvveti ZA zemin sınıfına göre %50-80 daha fazla olduğu görülmüştür. Göreli kat ötelemeleri ise ZA zemin sınıfı yerine ZC zemin sınıfı seçilmesi durumunda %49,2-92 kadar daha fazla elde edilmiştir. Sonuç olarak tasarımcılara yol gösterici olması amacıyla analiz programlarında yapılan hesap kabulleri açıklanmıştır.

Keywords

“ Betonarme bina, ETABS, SAP2000, Periyod, Taban kesme kuvveti, TBDY-2019”, “ Betonarme bina, ETABS, SAP2000, Periyod, Taban kesme kuvveti, TBDY-2019”

References

• ABYYHY, (1998). Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara.
• Aksoylu, C., & Arslan, M. H. (2019a). Çerçeve türü betonarme binaların periyod hesaplarının farklı ampirik bağıntılara göre irdelenmesi. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(2), 569-581.
• Aksoylu, C., & Arslan, M. H. (2019b). Çerçeve+ Perde Türü Betonarme Binalarin Periyod Hesaplarinin TBDY-2019 Yönetmeliğine Göre Ampirik Olarak Değerlendirilmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 24(3), 365-382. doi:10.17482/uumfd.603437
• Aksoylu, C., & Arslan, M. H. (2021). 2007 ve 2019 Deprem Yönetmeliklerinde Betonarme Binalar İçin Yer Alan Farklı Deprem Kuvveti Hesaplama Yöntemlerinin Karşılaştırılmalı Olarak İrdelenmesi. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 13(2), 359-374. doi:10.29137/umagd.844186
• Aksoylu, C., Mobark, A., Hakan Arslan, M., & Hakkı Erkan, İ. (2020). A comparative study on ASCE 7-16, TBEC-2018 and TEC-2007 for reinforced concrete buildings. Revista de la Construcción, 19(2), 282-305.
• Aninthaneni, P. K., & Dhakal, R. P. (2016). Prediction of fundamental period of regular frame buildings. Bulletin of the new zealand society for earthquake engineering, 49(2), 175-189.
• Arslan, M., & Korkmaz, H. H. (2007). What is to be learned from damage and failure of reinforced concrete structures during recent earthquakes in Turkey? Engineering Failure Analysis, 14(1), 1-22.
• ASCE7-16 (2017). Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures Seismic Design Requirements for Building Structures Structural Engineering Institute.
• Börekçi, M. (2019). Dolgu duvarlı betonarme binaların hakim periyodunun doğrudan formüller ile elde edilmesi. Haliç Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 2(2), 161-178. Cansız, S. (2022). Türkiye’de Kullanılan Deprem Yönetmeliklerinin Özellikleri ve Deprem Hesabının Değişimi. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 14(1), 58-71. doi:10.29137/umagd.948025
• Chopra, A. K., & Goel, R. K. (2000). Evaluation of NSP to estimate seismic deformation: SDF systems. Journal of Structural Engineering, 126(4), 482-490.
• Çolak, H., Türker, H., & Coşkun, H. (2019). Az Katlı Düzenli Çerçeveli Yapıların Periyot Hesabı İçin Bir Yaklaşım Önerisi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2(1), 117-125.
• Ditommaso, R., Vona, M., Gallipoli, M., & Mucciarelli, M. (2013). Evaluation and considerations about fundamental periods of damaged reinforced concrete buildings. Natural Hazards Earth System Sciences, 13(7), 1903-1912. doi:10.5194/nhess-13-1903-2013
• EC8, (2004). Design of structures for earthquake resistance - Part 1 : General rules, seismic actions and rules for buildings. ETABS Version 18.1.1, Computers and Structures, Inc. Berkeley, California, 2020.
• Hatzigeorgiou, G. D., & Kanapitsas, G. (2013). Evaluation of fundamental period of low‐rise and mid‐rise reinforced concrete buildings. Earthquake Engineering Structural Dynamics, 42(11), 1599-1616. doi:10.1002/eqe.2289
• Hsiao, J. K. (2009). Computation of fundamental periods for moment frames using a hand-calculated approach. Electronic journal of structural engineering, 9, 16-28.
• Indian-Code, (2002). Criteria for Earthquake Resistant Design of Structures. Design of Structures, Indian.
• KBC-2016, (2016). Architectural Institute of Korea. AIK Korean Building Code.
• Koçer, M., Nakipoğlu, A., Öztürk, B., Al-Hagri, M., & Arslan, M. (2018). Deprem Kuvvetine Esas Spektral İvme Değerlerinin Tbdy 2018 Ve Tdy 2007’ye Göre Karşilaştirilmasi. Selçuk-Teknik Dergisi, 17(2), 43-58
• Leissa, A. W. (2005). The historical bases of the Rayleigh and Ritz methods. Journal of Sound Vibration, 287(4-5), 961-978.
• Mirrashid, M., & Naderpour, H. (2022). Computational intelligence-based models for estimating the fundamental period of infilled reinforced concrete frames. Journal of Building Engineering, 46, 103456. doi:doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103456
• NTC-2018, (2018). Seismic Reliability of Code-Conforming Italian Buildings.
• Özkat, S. ve Kuruşcu, A.O. (2019) Deprem Bölgelerinde yapılacak Yığma Yapıların Tasarımı Hakkında 2007 ve 2018 Deprem Yönetmeliklerinin Karşılaştırılması, 4. Uluslararası Bilimsel Araştırmalar Kongresi, Yalova. 117-129.
• Özmen, A., & Sayın, E. (2021). Deprem Etkisinde Çok Katlı Betonarme Bir Binanın TDY-2007 ve TBDY-2018 Deprem Yönetmeliklerine Göre Eşdeğer Deprem Yüklerinin Karşılaştırılması. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4(2), 124-133.
• Öztürk, M. (2018). 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği Ve Türkiye Deprem Tehlike Haritası İle İlgili İç Anadolu Bölgesi Bazında Bir Değerlendirme. Selçuk-Teknik Dergisi, 17(2), 31-42.
• Salama, M. I. (2015). Estimation of period of vibration for concrete moment-resisting frame buildings. HBRC Journal, 11(1), 16-21.
• Sangamnerkar, P., & Dubey, S. (2017). Equations to evaluate fundamental period of vibration of buildings in seismic analysis. Structural Monitoring Maintenance, 4(4), 351-364.
• SAP2000 v23, Integrated Finite Elements Analysis and Design of Structures. Computers and Structures, Inc, Berkeley, CA, 2021.
• TBDY-2019, (2019). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı için Esaslar. http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2-1.pdf. (Erişim Tarihi: 09.03.2022). In.
• TCVN-9386, (2012). Design of Structures for Earthquake Resistances. Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings.
• TDY-2007, (2007). Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik. TC Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü, Deprem Araştırma Dairesi, Ankara. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2007/03/20070306-3-1.pdf. (Erişim Tarihi: 09.03.2022).