Assessment of the Seismic Performance of a TBEC 2018-Compliant Chevron-Braced Steel Building under Pulse-Like and Non-Pulse-Like Ground Motions

Öz

The devastating earthquake sequence that struck southern Türkiye on February 6, 2023, consisted of two major events with moment magnitudes of Mw 7.7 and Mw 7.6, affecting 11 provinces and resulting in extensive loss of life and severe damage to the built environment. Following the earthquakes, numerous reconnaissance teams conducted field investigations to document the structural damage and better understand the seismic performance of different building types. Observations from the affected region revealed that many reinforced concrete (RC) buildings, as well as reinforced and unreinforced masonry structures, experienced severe damage or total collapse. In contrast, only a limited number of steel structures were reported to be damaged, primarily because steel buildings are relatively uncommon in the earthquake-affected region. In this study, the seismic performance of an eight-story chevron braced steel frame designed according to the provisions of the Turkish Building Earthquake Code (TBEC-2018) is evaluated using recorded ground motions from the initial mainshock of the Kahramanmaraş earthquake sequence. Nonlinear time-history analyses are conducted to investigate the structural response under both pulse-like and non-pulse-like near-fault ground motions. The results indicate that pulse-like ground motions produce significantly larger interstory drift demands compared to non-pulse-like records, highlighting the increased vulnerability of chevron braced frame (CBF) systems when subjected to near-fault pulse-type earthquake excitations.

Anahtar Kelimeler

• Kahramanmaraş earthquakes
• Chevron braced frame
• Non-linear time history analysis.

Etik Beyan

“There is no conflict of interest with any person/institution in the prepared article”

TBDY 2018’e Göre Tasarlanmış Ters-V Çaprazlı Bir Çelik Binanın Darbe Etkisi ve Darbe Etkisi İçermeyen Yer Hareketleri Altındaki Sismik Performansının Değerlendirilmesi

Öz

6 Şubat 2023 tarihinde Türkiye’nin güneyinde meydana gelen yıkıcı deprem dizisi, moment büyüklükleri Mw=7.7 ve Mw=7.6 olan iki büyük depremden oluşmuş, 11 ili etkileyerek çok sayıda can kaybına sebep olmuştur. Depremlerin ardından, çok sayıda keşif ve araştırma ekibi sahada incelemeler gerçekleştirilerek yapısal hasarları belgelemeyi ve farklı yapı türlerinin deprem performansını daha iyi anlamayı amaçlamıştır. Depremden etkilenen bölgede yapılan gözlemler, çok sayıda betonarme yapının yanı sıra, donatılı ve donatısız yığma yapılarda ağır hasar ve göçme işaret etmiştir. Buna karşılık, çelik yapıların bölgede nispeten az yaygın olması nedeniyle hasar gören çelik yapı sayısının oldukça sınırlı olduğu raporlanmıştır. Bu çalışmada, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine (TBDY-2018) göre tasarlanmış sekiz katlı bir ters-V çaprazlı çelik çerçevenin yapısal performansı, Kahramanmaraş depremleri, ilk gerçekleşen depreme ait gerçek yer hareketi kayıtları kullanılarak değerlendirilmiştir. Yapının davranışını incelemek amacıyla, darbe içeren ve darbe etkisi içermeyen yer hareketleri altında doğrusal olmayan zaman tanım alanında analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, darbe benzeri yer hareketlerinin darbe içermeyen kayıtlara kıyasla önemli ölçüde daha büyük kat ötelenmesi talepleri oluşturduğunu göstermektedir. Bu durum, yakın fay etkili darbe tipi deprem hareketleri altında ters-V çaprazlı çerçeve sistemlerinin daha yüksek düzeyde hasar görebilirliğe sahip olabileceğini ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Kahramanmaraş depremleri
• Ters V çelik çapraz sistem
• Doğrusal olmayan zaman tanım alanında analiz

Etik Beyan

"Hazırlanan makalede herhangi bir kişi/kurumla çıkar çatışması bulunmamaktadır."

Kaynakça

1. E. Vuran, C. Serhatoğlu, M. Ö. Timurağaoğlu, E. Smyrou, İ. E. Bal, and R. Livaoğlu, “Damage observations of RC buildings from 2023 Kahramanmaraş earthquake sequence and discussion on the seismic code regulations,” Bull. Earthq. Eng., Jan. 2024.
2. S. Kocakaplan Sezgin et al., “Reconnaissance report on damage caused by the February 6, 2023, Kahramanmaraş Earthquakes in reinforced-concrete structures,” J. Build. Eng., vol. 89, p. 109200, Jul. 2024.
3. E. Sönmez and M. E. Rodriguez, “Frame buildings are not an answer for earthquakes: The case of the February 2023 earthquakes in Türkiye,” Earthq. Spectra, vol. 40, no. 4, pp. 2364–2382, Nov. 2024.
4. E. Smyrou, E. Vuran, and İ. E. Bal, “Uprooting collapse mechanism of RC structures in earthquakes,” Eng. Fail. Anal., vol. 182, p. 110105, Dec. 2025.
5. C. Tura, K. Orakcal, K. Kusunoki, and A. Ilki, “Seismic Response Simulation of a Reinforced Concrete Wall-Frame Building That Collapsed During the February 2023 Kahramanmaras Earthquake,” J. Earthq. Eng., vol. 29, no. 16, pp. 3423–3447, Dec. 2025.
6. S. Kocakaplan and O. Saygili, “6 Şubat Kahramanmaraş Depremleri Sonrası Mimari Miras: Tarihi Yığma Yapılar Üzerine Ön Gözlemler,” Afyon Kocatepe Univ. J. Sci. Eng., vol. 25, no. 3, pp. 621–634, May 2025.
7. M. Ozturk, M. H. Arslan, and H. H. Korkmaz, “Effect on RC buildings of 6 February 2023 Turkey earthquake doublets and new doctrines for seismic design,” Eng. Fail. Anal., vol. 153, p. 107521, Nov. 2023.
8. E. Tapia‐Hernández, M. C. Geneş, and P. Gülkan, “Damage assessment and seismic response of steel buildings during the Kahramanmaraş, Turkey earthquakes of February 6, 2023,” Earthq. Spectra, vol. 41, no. 2, pp. 1565–1588, May 2025.

9. E. Kor and Y. Ozcelik, “Seismic performance assessment of concentrically braced steel frames designed to the Turkish Building Earthquake Code 2018,” Structures, vol. 40, pp. 759–770, Jun. 2022.
10. TBEC, “Turkish Building Earthquake Code,” 2018. [Online]. Available: http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2-1.pdf
11. S. Selamet and A. A. Örgev, “Seismic Performance of Chevron-Braced Steel Buildings with Beam Yielding Mechanism Using FEMA P695 Methodology,” Turkish J. Civ. Eng., vol. 36, no. 6, pp. 27–51, Nov. 2025.
12. M. B. Bozkurt and Ö. Zeybek, “Çapraz Konfigürasyonunun Merkezi Çaprazlı Çelik Çerçevelerin Tasarımına ve Dinamik Performansına Etkisi,” DEÜ Müh. Fak. Fen ve Müh. Derg., vol. 23, no. 68, pp. 399–412, May 2021.
13. B. Alavi and H. Krawinkler, “Behavior of moment‐resisting frame structures subjected to near‐fault ground motions,” Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 33, no. 6, pp. 687–706, May 2004. IEEE stiline göre (DOI'ler kaldırılmış, dergi adları kısaltılmış):
14. J. K. Sonwani, G. Jia, H. N. Mahmoud, and Z. Wang, “Seismic Collapse Risk Assessment of Braced Frames under Near-Fault Earthquakes,” Metals, vol. 11, no. 8, p. 1271, Aug. 2021.
15. Computers and Structures, “ETABS,” Version 19.1.0, 2021.
16. F. McKenna, “OpenSees: A Framework for Earthquake Engineering Simulation,” Comput. Sci. Eng., vol. 13, no. 4, pp. 58–66, Jul. 2011.
17. Ministry of Environment and Urbanization of the Republic of Türkiye, Regulation on the Principles for the Design, Calculation, and Construction of Steel Structures, Ankara, Türkiye, 2018.
18. A. Elkady, “FM-2D - open-source platform for the 2-dimensional numerical modeling and seismic analysis of buildings,” SoftwareX, vol. 17, p. 100927, Jan. 2022.
19. A. Elkady and D. G. Lignos, “Effect of gravity framing on the overstrength and collapse capacity of steel frame buildings with perimeter special moment frames,” Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 44, no. 8, pp. 1289–1307, Jul. 2015.
20. A. Skiadopoulos, A. Elkady, and D. G. Lignos, “Proposed Panel Zone Model for Seismic Design of Steel Moment-Resisting Frames,” J. Struct. Eng., vol. 147, no. 4, Apr. 2021.
21. D. G. Lignos and H. Krawinkler, “Deterioration Modeling of Steel Components in Support of Collapse Prediction of Steel Moment Frames under Earthquake Loading,” J. Struct. Eng., vol. 137, no. 11, pp. 1291–1302, Nov. 2011.
22. L. F. Ibarra, R. A. Medina, and H. Krawinkler, “Hysteretic models that incorporate strength and stiffness deterioration,” Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 34, no. 12, pp. 1489–1511, Oct. 2005.
23. A. Gupta and H. Krawinkler, Seismic Demands for the Performance Evaluation of Steel Moment Resisting Frame Structures, California, USA, 1999.
24. E. Spacone, F. C. Filippou, and F. F. Taucer, “Fibre beam-column model for non-linear analysis of R/C frames: Part I. Formulation,” Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 25, no. 7, pp. 711–725, Jul. 1996.
25. P. Hsiao, D. E. Lehman, and C. W. Roeder, “A model to simulate special concentrically braced frames beyond brace fracture,” Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 42, no. 2, pp. 183–200, Feb. 2013.
26. TADAS, “Turkish Accelerometric Database and Analysis System (TADAS).” [Online]. Available: http://tadas.afad.gov.tr. Accessed: Apr. 19, 2023.
27. S. Moghimi and S. Manie, “The significance of polarisation in near-fault ground motions – A case study of February 2023 Kahramanmaras M7.7 earthquake,” Bull. N. Z. Soc. Earthq. Eng., vol. 57, no. 4, pp. 181–193, Dec. 2024.
28. J. Erochko, C. Christopoulos, R. Tremblay, and H. Choi, “Residual Drift Response of SMRFs and BRB Frames in Steel Buildings Designed according to ASCE 7-05,” J. Struct. Eng., vol. 137, no. 5, pp. 589–599, May 2011.