The Effects of Shear Wall Location on Building Performance in Reinforced Concrete Buildings

Abstract

The use of a shear wall in reinforced concrete buildings is of great importance against earthquake effect. At the design stage, the application engineers decide the amount and location of the shear wall to be used in the plan. Therefore, first of all, it is should be understood the effects of the shear wall quantity and layout parameters on the building behavior and seismic safety. In this study; the variation of shear wall layout in the plan of a reinforced concrete building is investigated on the effects of building capacity and seismic performance. For this purpose, a residential type, eight-storeyed, two and four-span shear wall frame, and only frame reinforced concrete buildings are selected as models. The model buildings have a regular formwork plan. The shear walls have been placed in such a way that they will be symmetrical in the x-direction of the building neglecting the effect of the shear walls that will be placed in the other direction on the results of the analysis of the building. The shear wall section used in the model buildings has been considered as 200 × 1400 mm in such a way that it will ensure the minimum dimensions given in DBYBHY (2007). Within the scope of the study, the shear walls, also known as wide column analogy, have been modeled in SAP2000 program by using a plastic hinged mid-strut rod model. The seismic performance evaluations of all model buildings were made by using "Incremental Equivalent Seismic Load Method" of nonlinear elastic methods. Capacity curves, performance levels, and graphs of shear force and bending moment that occurred on the shear wall were obtained for the model buildings. From the results obtained in this study, it has been observed that the placement of the shear walls on the inner or outer axis caused a change in shear capacity of the building by 2%. In the analyzes made, it was seen that none of the building models, which were formed as an eight-storeyed and purely framed system, ensured the target performance level. Placing the shear wall symmetrically on the building plan has ensured the performance level to be increased to the target performance level. Therefore, "Life Safety" performance level is obtained in all building analyzes where shear wall quantity and location is changed.

Keywords

• Reinforced concrete building
• performance
• shear wall
• nonlinear analysis

Betonarme Binalarda Perde Yeri Değişiminin Bina Performansına Etkisi

Öz

Betonarme binalarda deprem etkisine karşı perde duvar kullanımının önemi büyüktür. Tasarım aşamasında uygulamacı mühendisler, planda yerleştirilecek olan perde duvar miktarına ve yerleşimine karar verir. Bunun için öncelikle, perde duvar miktarı ve yerleşimi parametrelerinin, bina davranışı ve deprem güvenliği üzerindeki etkilerinin anlaşılması gerekmektedir. Bu çalışmada; betonarme bir binanın planındaki perde duvar yerleşimi farklılığının binanın kapasitesi ve deprem performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, konut türü, sekiz katlı, iki ve dört açıklıklı, farklı perde duvar miktar ve yerleşimlerine sahip perdeli çerçeveli ve sadece çerçeveli betonarme binalar model olarak seçilmiştir. Model binalar düzenli bir kalıp planına sahiptir. Perde duvarlar, diğer yönde yerleştirilecek perdelerin binanın çözümleme sonuçlarına olan etkisi ihmal edilerek, binanın sadece x doğrultusunda simetrik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Model binalarda kullanılan perde kesiti DBYBHY (2007)’de verilen minimum boyutları sağlayacak şekilde 200×1400 mm olarak dikkate alınmıştır. Çalışma kapsamında perde duvarlar, geniş kolon analojisi olarak da bilinen plastik mafsallı orta-dikme çubuk modeli kullanılarak SAP 2000 programı ile modellenmiştir. Tüm model binaların deprem performans değerlendirmeleri doğrusal elastik olmayan yöntemlerden “Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi” kullanılarak yapılmıştır. Model binalar için kapasite eğrileri, performans seviyeleri ve perde duvarda meydana gelen kesme kuvveti ve moment grafikleri elde edilmiştir. Çalışma kapsamında elde edilen sonuçlardan, perde duvarların iç ya da dış aksa yerleştirilmesinin, binanın kesme kapasitesinde %2 oranında bir değişime neden olduğu görülmüştür. Yapılan çözümlemelerde sekiz katlı ve taşıyıcı sistemi salt çerçeveli olarak oluşturulan bina modellerinin hiçbirinin hedef performans seviyesini sağlamadığı görülmüştür. Bina planına simetrik olarak perde duvar yerleştirilmesi, performans seviyesinin hedef performans seviyesine yükseltilmesini sağlamıştır. Dolayısıyla perde miktarı ve yerleşimi değiştirilen tüm bina çözümlemelerinde, “Can Güvenliği” performans seviyesi elde edilmiştir.  

Anahtar Kelimeler

• Betonarme bina
• performans
• perde duvar
• doğrusal elastik olmayan yöntem

Kaynakça

1. Aktan, S., & Kıraç, N. (2010). Betonarme Binalarda Perdelerin Davranışa Etkileri. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi , 15-32.Aracı, E. (2012). Yüksek Lisans Tezi. Betonarme Perde Konumlarının Bina Deprem Performansına Olan Etkisinin Bilgisayar Destekli İrdelenmesi. Antalya: Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
2. Atımtay, E. (2000). Açıklamalar ve Örneklerle Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik (Betonarme Yapılar) (Cilt 1 ve 2). Ankara: Bizim Büro Basımevi Yayın Dağıtım San. Tic. Ltd. Şti.
3. Atımtay, E. (2001). Çerçeveli Ve Perdeli Betonarme Sistemlerin Tasarımı ,Temel Kavramlar Ve Hesap Yöntemleri (Cilt 1 ve 2). Ankara: METU Press.
4. BESAM, Betonarme Elemanlarda Sargı ve Modelleme (2013). Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Grubu, Proje No, 111M119.
5. DBYBHY. (2007). Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik. ANKARA: Bayındırlık ve İskan Bakanlığı.
6. DELOP, Doğrusal Elastik Olmayan Değerlendirme (2013). Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Grubu, Proje No, 111M119.
7. Fahjan, Y. M., Başak, K., Kubin, J., & Tan, M. T. (2011). Perdeli Betonarme Yapılar İçin Doğrusal Olmayan Analiz Metodları. Yedinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı. İstanbul.
8. Firoozabad, E., Rao, K., & Bagheri, B. (2012). Proc. of Int. Conf. on Advances in Civil Engineering. Effect of Shear Wall Configuration on Seismic Performance of Building, (s. 121-125).

9. Günel, A. O. (2013). Yüksek Lisans Tezi. Influence of the Shear Wall Area to Floor Area Ratio on the Seismic Performance of Existing Reinforced Concrete Buildings. Ankara: Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
10. Halkude, S., Konapure, C., & Birajdar, S. (2015). Effect of Location of Shear Walls on Seismic Performance of Buildings. International Journal of Current Engineering and Technology , 826-833.
11. Kasap, H., & Varol, C. (2003). Perdeli-Çerçeveli Sistemlerde Planda Perde Yerinin Değişmesinin Perdeler ve Çerçeveler Arasındaki Kesme Kuvveti Dağılımına Etkisi. SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7((1)), 190-197.
12. Kasap, H., Mert, N., Sevim, E., & Şeber, B. (2015). Perdeli-Çerçeveli Taşıyıcı Sistemli Binalarda Taşıyıcı Sistem Seçiminin Yapı Davranışı Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi. APJES III-I, 3(1), 48-55 .
13. Öztürk, A., Çağlar, N., Dok, G., & Yüksel, M. (2017). Fifth International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science. Betonarme Perdelerin Betonarme Yüksek Yapıların Deprem Performansına Etkisi, (s. 1883-1892). Bakü-Azerbaycan.
14. Öztürk, T. (2005, Nisan). İMO İstanbul Şubesi 2005 İlkbahar-Yaz Dönemi Meslekiçi Eğitim Kursları. Betonarme Binalarda Deprem Perdelerinin Yerleşimi ve Tasarımı.
15. Paulay, T., & Priestley, M. (1992). Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Structures. United States of America: John Wiley & Sons Inc.
16. Rokanuzzaman, M., Khanam, F., Das, A., & Chowdhury, S. (2017). Effective Location of Shear Wall on Performance of Building Frame Subjected to Lateral Loading. International Journal of Advances in Mechanical and Civil Engineering, 51-54.
17. Sakcalı, G. B., Tekeli, H., & Demir, F. (2017). Betonarme Binalardaki Perde Duvar Miktarının Bina Performansına Etkisi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 157-167.
18. SAP 2000, Structural Analysis Program, (2011). Computers and Structures, Inc., v.17.0.0., Berkeley, CA, United States of America.
19. Sayın, E., Yön, B., & Calayır, Y. (2010). Perde Konumunun ve Zemin Sınıfının Betonarme Yapılardaki Hasar Oranına Etkisi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 26(1), 1-6.
20. Şahin, H., Alyamaç, K., & Erdoğan, A. (2013). Perdeli Çerçeveli Yapılarda Zemin Sınıfı ve Kat Adedi Dikkate Alınarak Gerekli Perde Oranının Tespiti. SDU International Technologic Science, 74-86.
21. Uçar, T., & Merter, O. (2009). Planda Perde Yerleşiminin Betonarme Perde-Çerçeveli Binaların Deprem Davranışına Etkisi. DEÜ
22. Yaman, S. (2018). Yüksek Lisans Tezi. Perde Duvarlı Betonarme Binaların Deprem Güvenliği. Isparta: Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
23. Yüksel, M., Çağlar, N., Dok, G., & Demir, A. (2017). Fifth International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science. Betonarme Yüksek Yapıların Deprem Performansına Betonarme Perde Oranın Etkisi, (s. 1893-1901). Bakü-Azerbaycan.