Investigation of the Effects of Shear Wall Type and Shear Wall Member on Performance in Plane Steel Frame with Monotonic Loading

Abstract

Nowadays steel structures have a wide range of applications. Therefore, they need to be carefully designed. With this study, suggestions were made as to which steel shear wall types and their members should be used in structure design. The structure under consideration consists of a plane steel frame. All frames are designed according to ASD approach in AISC 360-10 standard. The plane steel frame has three spans and four stories. Four steel shear wall types and three shear wall members are used. Steel shear walls are in the middle span. As monotonic load template, mode shapes obtained by linear dynamic analysis are used. Using the nonlinear static analysis method, structure performance curves are drawn with monotonic loads. The effects of shear wall types and shear wall members on frame performance were investigated. Comparison was made with performance curves and similar studies in the literature. As a result of study, it is recommended to use as shear wall types of K and X also as shear wall members of pipe and box sections.

Keywords

• Steel shear wall
• Nonlinear static analysis
• Steel shear wall member
• Performance curve

Düzlem Çelik Çerçevede Perde Tipinin ve Perde Elemanının Performansa Olan Etkilerinin Monotonik Yüklemeyle İncelenmesi

Abstract

Günümüzde çelik yapılar, geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bu nedenle, dikkatli bir şekilde tasarlanmaları gerekmektedir. Bu çalışma ile yapı tasarımında hangi çelik perde tipinin ve elemanının kullanılması gerektiği yönünde önerilerde bulunulmuştur. Ele alınan yapı, düzlem çelik çerçeveden oluşmaktadır. Tüm çerçeveler, AISC 360-10 standardındaki ASD yaklaşımına göre tasarlanmıştır. Düzlem çelik çerçeve, üç açıklıklı ve dört katlıdır. Dört çelik perde tipi ve üç perde elemanı kullanılmıştır. Çelik perdeler, orta açıklıktadır. Monotonik yük şablonu olarak doğrusal dinamik analiz ile elde edilen mod şekilleri kullanılmıştır. Doğrusal olmayan statik analiz yöntemi kullanılarak çerçeve performans eğrileri monotonik yükleme ile çizilmiştir. Perde tiplerinin ve perde elamanlarının çerçeve performansına olan etkileri araştırılmıştır. Performans eğrileri ve literatürdeki benzer çalışmalar ile karşılaştırma yapılmıştır. Çalışma sonucunda, perde tipi olarak K ve X çapraz perde tiplerinin perde elemanı olarak boru ve kutu kesitlerin kullanılması önerilmektedir.

Keywords

• Çelik perde
• doğrusal olmayan statik analiz
• çelik perde elemanı
• performans eğrisi

References

1. E. Kantar, R.T. Erdem, E. Gücüyen ve M.B. Alıcıoğlu, "Kusurlu çelik birleşimlerin darbe etkisi altında incelenmesi", Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projesi, Proje No: 2018-019, (2019).
2. M. Ferraioli, A.M. Avossa, A. Lavino, and A. Mandara, ''Accuracy of advanced methods for nonlinear static analysis of steel moment-resisting frames,'', The Open Construction and Building Technology Journal, Vol. 8, pp. 310-323, 2014.
3. Mustafa Berker Alıcıoğlu, ''Merkezi çelik çaprazlı yapılarda uygun çapraz kesiti geometrisinin ve çapraz türünün belirlenmesi'', Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, 2011.
4. B. Alıcıoğlu, M. Aktaş, M. Elmas ve Z. Yaman, ''Düzensiz geometriye sahip çerçevelerde dairesel kesite sahip merkezi çelik çaprazların performans analizi'', III. International Science, Technology And Engineering Conference ISTEC 2012, (December 13-15, Dubai, United Arab Emirates, 2012), 405- 412, (2012).
5. E. Ağcakoca, B. Alıcıoğlu, M. Aktaş, ve Z. Yaman, ''Simetrik geometriye sahip çerçevelerde dairesel kesite sahip merkezi çelik çaprazların performans analizi'', III. International Science, Technology And Engineering Conference ISTEC 2012, (December 13-15, Dubai, United Arab Emirates, 2012), 1090- 1095, (2012).
6. Bayındırlık ve İskân Bakanlığı, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Ankara, 2007.
7. W.A. Attia and M.M.M. Irheem, ''Boundary condition effect on response modification factor of X-braced steel frames,'', Housing and Building National Research Centre, vol.14, no 1, pp.104 -121, 2018.
8. F. Barbagallo, M. Bosco, A. Ghersi, E.M. Marino, and P.P. Rossi, '' Seismic assessment of steel MRFs by cyclic pushover analysis,'', The Open Construction and Building Technology Journal, vol. 13, pp. 12- 26, 2019.

9. Z. Putra, and J. Tarigan, '' Performance analysis of steel portal structures with braces designed on allowable interstory drift limits,'', Simetrikal Journal of Engineering and Technology, vol. 2, no 1, pp.87- 102, 2019.
10. F. Yu, R. Huang, and T.J. Sullivan, ''Estimating deformation demands on steel EBF systems'', New Zealand Society For Earthquake Engineering, Annual Conference 2020, paper 115, (2020).
11. O. Sarhan, and M. Raslan, ''Study of the elastic stiffness factor of steel structures with different lateral load resisting systems,'', International Journal of Advanced Engineering, Sciences and Applications, vol. 1, no 2, pp. 6- 11, 2020.
12. V.L. Hoang, H.N. Dang, J.P. Jaspart, and J.F. Demonceau, ''An overview of the plastic-hinge analysis of 3D steel frames,'' Asian Pasific Journal on Computational Engineering, 2:4, 2015.
13. B. Bayram, S. Sancıoğlu ve S. Çarbaş, ''Çelik bir yapıda dışmerkez diyagonal çaprazların etkisi,'', KMÜ Mühendislik ve Doğa Bilimleri Dergisi, 1(1), 128-145, 2019.
14. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar, Ankara, 2018.
15. İç İşleri Bakanlığı, Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Ankara, 2018.
16. S. Sancıoğlu, S. Arıbaş, B. Bayram, M. Şimşek ve S. Çarbaş, ''Çelik bir binada kullanılan çapraz tiplerinin deprem etkisi altında analizi '', 8. Uluslararası Çelik Yapılar Sempozyumu, KTO Karatay Üniversitesi, Konya, 422-430, (2019).
17. S. Arıbaş, S. Sancıoğlu ve S. Çarbaş, ''Dışmerkez V çaprazların çelik bir yapı üzerinde incelenmesi, '', KMÜ Mühendislik ve Doğa Bilimleri Dergisi, 1(1), 79-97, 2019.
18. B. Bayram, S. Sancıoğlu ve S. Çarbaş, '' Dışmerkez diyagonal çaprazların sismik yükler altında çelik yapılara etkisi'', 1. Ulusal Mühendislik ve Teknoloji Kongresi, Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Karaman, 8-8, (2019).
19. S. Arıbaş, S. Sancıoğlu ve S. Çarbaş, ''Moment aktaran çelik çerçeveli yapılarda dışmerkez çaprazların TBDY-2018’e göre incelenmesi'', 1. Ulusal Mühendislik ve Teknoloji Kongresi, Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Karaman, 10-10, (2019).
20. CSI Analysis Reference Manual, For SAP2000®, Etabs®, and Safe® Berkeley, California, USA, 2009.
21. A. Çakıroğlu ve E. Özer, Malzeme Ve Geometri Bakımından Lineer Olmayan Sistemler, Cilt 1, Matbaa Teknisyenleri Basım Evi, İstanbul, 1980.
22. FEMA, Prestandard and Commentary for Seismic Rehabilitation of Buldings, Prepared by the American Society of Civil Engineers for the Federal Emergency Management Agency, (Report No. FEMA-356), Washington, D.C., (2000).
23. H. Krawinker, and G.D.P.K. Seneviratna, ''Pushover analysis of seismic performance evaluation,'', Engineering Structures, vol. 20, nos 4-6, pp. 452- 464, 1998.
24. J. He, and Z.F. Fu, Modal Analysis, Butterworth-Heinemann publications, 2001.
25. Sap 2000 V.12, Education Version, Berkeley, California, USA, 2008.
26. X. Yun, and L. Garner, ''Stress-strain curves for hot-rolled steels, '', Journal of Constructional Steel Research, 133, pp. 36-46, 2017.
27. American Institute Of Steel Construction, Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-10, Chicago, Illinois, USA, 2010.