Depreme dayanıklı çelik merkezi çaprazlı çerçeve tasarımında güncel kapasite tasarımı yaklaşımının irdelenme

Öz

Aktif deprem bölgelerinde yaygın kullanılan süneklik düzeyi yüksek çelik merkezi çaprazlı çerçeveler (MÇÇ) için güncel Amerikan, Kanada ve Türkiye sismik tasarım yönetmeliklerinde tasvir edilen kapasite tasarımı yaklaşımına göre, MÇÇ’lerdeki kolon ve kirişler, çaprazların doğrusal olmayan çevrimsel davranışını göz önüne alan, iki farklı yapısal analiz gözetilerek tasarlanmaktadır. Bu yapısal analiz hallerinde göz önüne alınan mekanizma durumu ve tüm katlardaki çapraz elemanların aynı anda aynı sınır duruma ulaştığı kabulü, bahsedilen kapasite tasarımı yaklaşımının en belirleyici özelliklerini oluşturmaktadır. Bu çalışmanın amacı, literatürde iyi bilinen az sayıdaki çalışmaya dayanan bu kabullerin geçerliliğini incelemek ve tasarım alışkanlıklarını değiştirmeden, geleneksel yaklaşıma alternatif, dengeli bir boyutlandırma yöntemi önermektir. MÇÇ’ler için öncü yönetmeliklerce gözetilen kapasite tasarımı yaklaşımını irdelemek amacıyla, iki farklı çapraz düzeni ve boyutlandırma yaklaşımı kullanılarak boyutlandırılan MÇÇ’lerin doğrusal olmayan davranışları statik ve dinamik yükler etkisinde incelenmiştir. Sonuçlar, en büyük ve kalıcı göreli kat ötelemesi taleplerinin yanı sıra, çaprazlarda oluşan süneklik talepleri bakımından karşılaştırılarak tartışılmıştır. Çalışma sonucunda, güncel kapasite tasarımı yaklaşımında göz önüne alınan mekanizma durumunun ve kabullerin deprem etkisinde gerçekleşme ihtimalinin düşük olduğu; önerilen dengeli boyutlandırma yaklaşımının ise geleneksel yaklaşıma göre %8’lik bir tonaj artışıyla sismik taleplerde ciddi düşüşler sağladığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Merkezi çaprazlı çerçeveler
• depreme dayanıklı yapı tasarımı
• performans
• statik itme analizi
• zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz
• deprem davranışı

Evaluation of state-of-the-art capacity design approach to seismic design of steel concentrically braced frames

Öz

Kaynakça

1. 1. Nakashima, M., Inoue, K., and Tada, M. 1998. Classification of damage to steel buildings observed in the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake. J. Engrg. Struct., 20(4–6), 271–281.
2. 2. Mahin, S.A., (1998). “Lessons from damage to steel buildings during the Northridge earthquake.” Engineering structures. 20(4): p. 261-270.
3. 3. Uriz, P. 2005. Towards Earthquake Resistant Design of Concentrically Braced Steel Structures, Ph.D. Thesis. Dept. of Civ. Eng., University of California, Berkeley, CA.
4. 4. AISC 341. 2016. Seismic provisions for structural steel buildings, Chicago, USA.
5. 5. CSA. 2014. Design of Steel Structures, CSA-S16-14, Canadian Standards Association, Toronto, ON.
6. 6. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY), Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, 2018.
7. 7. Tang X., Goel S.C., Seismic analysis and design considerations of braced steel structures, Report UMCE 87-4, University of Michigan, Depart. of Civil and Environmental Engineering, Ann Arbor, MI, 1987.
8. 8. Goggins, J. M., B. M. Broderick, A. Y. Elghazouli, and A. S. Lucas. 2006. “Behaviour of tubular steel members under cyclic axial loading.” J. Constr. Steel Res. 62 (1–2): 121–131.

9. 9. Tremblay, R., M. Haddad, G. Martinez, J. Richard, and K. Moffatt. 2008. Inelastic cyclic testing of large size steel bracing members.” In Proc.,14th World Conf. on Earthquake Engineering. Beijing: Chinese Association of Earthquake Engineering.
10. 10. Fell B.V., Kanvinde A.M., Deierlein G.G., Myers A.T., Experimental investigation of inelastic cyclic buckling and fracture of steel braces, Journal of structural engineering, 135 (1), 19-32, 2009.
11. 11. Lai, J.W. 2012. “Experimental and analytical studies on the seismic behaviour of conventional and hybrid braced frames.” Ph.D. dissertation, Dept. of Civil and Environment Engineering, Univ. of California, Berkeley.
12. 12. Khatib, I. F., Mahin, S. A., and Pister, K. S. 1988. “Seismic behavior of concentrically braced steel frames.” Rep. No. UCB/EERC-88/01, Earthquake Engineering Research Center.
13. 13. Sabelli, R. 2001. Vol. 12 of Research on improving the design and analysis of earthquake-resistant steel-braced frames. Oakland, CA: Earthquake Engineering Research Institute.
14. 14. Tremblay, Robert & Tirca, Lucia. (2003). Behaviour and design of multi-storey zipper concentrically braced steel frames for the mitigation of soft-storey response. Proc int conf on behaviour of steel structures in seismic area, Naples, Italy. 471-478.
15. 15. Yang, Chuang-Sheng & Leon, Roberto & Desroches, Reginald. (2008). Design and behavior of zipper-braced frames. Engineering Structures. 30. 1092-1100. 10.1016/j.engstruct.2007.06.010.
16. 16. Tirca, L., and L. Chen. 2014. “Numerical simulation of inelastic cyclic response of HSS braces upon fracture.” Adv. Steel Constr. 10 (4): 442–462.
17. 17. Akşar B., Doğru S., Çakır F., Shen J., Akbaş, B., Merkezi çaprazlı çerçevelerde dayanım farklılığı sonucu oluşan burulma etkileri, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (1), 13-30, 2018.
18. 18. Faytarouni M., Seker O., Akbas B., Shen J., Seismic assessment of ductile concentrically braced frames with HSS bracings, Engineering Structures, 191, 401-416, 2019.
19. 19. Faytarouni, M., J. Shen, O. Seker, and B. Akbas. 2020. Improved brace fracture model for seismic evaluation of concentrically braced frames. Eng. Struct. 206 (Mar): 110184.
20. 20. BHRC. 2005. Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings, Standard No.2800, 3rd Edition. Building and Housing Research Center of Iran, Tehran, Iran.
21. 21. ASCE. 2016. Minimum design loads for buildings and other structures. ASCE/SEI 7-16. Reston, VA.
22. 22. FEMA P-751. 2009. NEHRP recommended seismic provisions: design examples. Building Seismic Safety Council. Washington, DC: Federal Emergency Management Agency; 2012.
23. 23. FEMA P-1051. 2015. NEHRP recommended seismic provisions: design examples. Building Seismic Safety Council. Washington, DC: Federal Emergency Management Agency; 2016.
24. 24. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. Sismik Tehlike Haritası. https://deprem.afad.gov.tr/deprem-tehlike-haritasi. Yayın tarihi Ocak 1, 2019. Erişim tarihi Haziran 30, 2020.
25. 25. Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik (ÇYTHYEDY), Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, 2016.
26. 26. PERFORM-3D, Nonlinear Analysis and Performance Assessment for 3D Structures, Version 5.0.0, 2011.
27. 27. Cakir F., Kaya E.S., Aksar B., Shen J., Seker O., Akbas B., Merkezi Çaprazlı Çerçevelerde Çapraz Elemanlarda Sayısal Modelleme Teknikleri, 6. Çelik Yapılar Sempozyumu, Eskişehir, 15-17 Ekim, 2015.
28. 28. Doğru S , Akbaş B . Süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çelik çerçevelerin sismik enerji istemleri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(3): 1111-1128.
29. 29. Akşar, B., Doğru, S., & Akbaş, B. (2018). Çelik moment çerçevelerde kuvvetli deprem yer hareketi altında arttırılmış deprem etkileri. Journal of the Faculty of Engineering & Architecture of Gazi University, 33(2).
30. 30. Peer Strong Ground Motion Database. https://ngawest2.berkeley.edu. Yayın tarihi 2013. Erişim tarihi Ağustos 24, 2020.
31. 31. Powell, G. H. 2010. Modeling for structural analysis: Behavior and basics. Berkeley, CA: Computers and Structures.
32. 32. Shen J., Seker O., Akbas B., Seker P., Momenzadeh S., Faytarouni M., Seismic performance of concentrically braced frames with and without brace buckling, Engineering Structures, 141, 461-481, 2017.
33. 33. Shen, J., R. Wen, B. Akbas, B. Doran, and E. Uckan. 2014. “Seismic demand on brace-intersected beams in two-story X-braced frames.” Eng. Struct. 76 (Oct): 295–312.
34. 34. D'Aniello, M., Costanzo, S., & Landolfo, R. (2015). The influence of beam stiffness on seismic response of chevron concentric bracings. Journal of Constructional Steel Research, 112, 305-324.
35. 35. McCormick, J., Aburano, H., Ikenaga, M. and Nakashima, M., Permissible Residual Deformation Levels For Building Structures Considering Both Safety And Human Elements, The 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, 2008.