Taşıyıcı sistemi beton dolgulu kompozit kolonlar ve çelik kirişlerden oluşan çok katlı bir binanın tasarımı ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizi

Öz

Bu çalışma, taşıyıcı sistemini beton dolgulu kompozit kolonlar ile çelik kirişler içeren süneklik düzeyi yüksek moment aktaran çerçevelerin oluşturduğu çok katlı bir binanın, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik 2016 (ÇYTHYE 2016) ile Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY 2018) esaslarına uygun olarak tasarımını ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizleri ile bu analizler sonunda elde edilen sonuçların tartışılmasını kapsamaktadır. Analizler 11 adet deprem yer hareketi ivme kaydı kullanılarak ETABS ve OpenSEES bilgisayar yazılımları ile gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları, taşıyıcı sistem elemanlarında oluşan plastik mafsal dönmeleri esas alınarak değerlendirilmektedir. Ayrıca plastik dönme değerlerine göre kiriş ve kolonların hasar durumları belirlenerek bina taşıyıcı sisteminin deprem performansı da araştırılmıştır. Diyafram elemanlarının boyutlandırılmasında esas alınan kat hizası kesme kuvvetleri (diyafram kuvvetleri), TBDY 2018 çerçevesinde irdelenmiştir. Her iki bilgisayar yazılımı ile elde edilen sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılarak aralarındaki tutarlılık değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• OpenSEES
• Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz
• Kompozit kolon

Design and nonlinear time history analysis of a multi-story building with concrete filled composite columns and steel beams

Abstract

This study presents the results of nonlinear time history analyses of a multi-story building with structural system having highly ductile moment resisting frames composed of concrete filled composite columns and steel beams, which was designed per Turkish Code for Design and Construction of Steel Structures 2016 and Turkish Seismic Code for Buildings 2018. The nonlinear analyses were carried out with ETABS and OpenSEES using 11 earthquake ground motion records. The results of the analyses are evaluated on the basis of plastic rotations occurred in the beams and columns hinges. In addition, according to the values of plastic rotations, damage levels of beams and columns were determined and the seismic performance of the structural system of the building was also investigated. Shear forces acting on each floor (diaphragm forces) considered for the design of the diaphragm elements were also examined within the Turkish Seismic Code for Buildings 2018. The consistency between the analyses results from both computer softwares were comparatively assessed.

Keywords

• OpenSEES
• Nonlinear time history analysis
• Composite column

Kaynakça

1. [1] Schneider SP, Kramer DR, Sarkkinen DL. “The design and construction of concrete-filled steel tube column frames”. 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, BC, Canada, 1-6 August 2004.
2. [2] Çevre ve Şehircilik Bakanlığı. “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik”. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 2016.
3. [3] Shanmugam NE, Lakshmi B. “State of the art report on steel-concrete composite columns”. Journal of Constructional Steel Research, 57, 1041-1080, 2001.
4. [4] Uy B. “Ductility, strength and stability of concrete-filled fabricated steel box columns for tall buildings”. The Structural Design of Tall Buildings, 7, 113-133, 1998.
5. [5] Pecce M, Amadio C, Rossi F, Rinaldin G. “Non-Linear behaviour of steel-concrete composite moment resisting frames”. 15th World Conference on Earthquake Engineering, Lisbon, Portugal, 24-28 September 2012.
6. [6] Zona A, Barbato M, Conte JP. “Nonlinear seismic response analysis of steel-concrete composite frames”. Journal of Structural Engineering, 134(6), 986-997, 2008.
7. [7] Spacone E, El-Tawil S. “Nonlinear analysis of steel-concrete composite structures: state of the art”. Journal of Structural Engineering, 130(2), 159-168, 2004.
8. [8] Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. “Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği”. Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, Ankara, Türkiye, 2018.

9. [9] Türk Standartları Enstitüsü. “TS500 Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları”. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 2000.
10. [10] Extended Three-Dimensional Analysis of Building. Systems. “Computers and Structures, Inc. ”https://www.csiamerica.com/products/etabs (02.07.2018).
11. [11] American Institute of Steel Construction. “Specification for Structural Steel Buildings”. Illinois, USA, 360, 2010.
12. [12] Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. “Türkiye Deprem Tehlike Haritaları”. https://tdth.afad.gov.tr/ (05.03.2018).
13. [13] Open System for Earthquake Engineering Simulation. “Pacific Earthquake Engineering Center (PEER)”. https://opensees.berkeley.edu/ (02.07.2018).
14. [14] Chopra KA. Dynamics of Structure: Theory and Aplications to Earthquake Engineering. 2nd ed. New Jersey, USA, Prentice Hall, 2001.
15. [15] Pasific Earthquake Engineering Research Center (PEER). “Gorund Motion Database”. https://ngawest2.berkeley.edu/ (01/04/2018).
16. [16] Zhang D, Gao S, Gong J. “Seismic behavior of steel beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms”. Journal of Constructional Steel Research, 76, 155-166, 2012.
17. [17] Sabelli R, Sabol TA, Easterling WS. “Seismic Design of Composite Steel Deck and Concrete-Filled Diaphragms”. National Institute of Standards and Technology, Maryland, USA, Technical Brief, 5, 2011.
18. [18] American Society of Civil Engineers, Structural Engineering Institute. “Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures”. Virginia, USA, 7, 2016.