Farklı çelik çaprazlı çok katlı çelik yapıların davranışının teorik olarak incelenmesi

Abstract

Çelik yapıların deprem ve rüzgâr gibi yatay yükler altındaki davranışında, tasarlanan bina modeli büyük önem taşımaktadır. Bina türü çelik yapılarda deprem yükü genellikle moment aktaran rijit çerçeveli sistemler ile merkezi, dışmerkez ve burkulması önlenmiş çelik çaprazlı veya betonarme perdeli çerçeveli sistemler ile karşılanmaktadır. Çelik yapılarda, ana taşıyıcı moment aktaran çelik çerçevelere ilave olarak çelik çaprazların kullanımı sonucunda bina doğal titreşim periyodu, yatay deplasman, kolonlara etkiyen kesme kuvveti ve devrilme momenti oranı değerleri yönetmeliklerde belirtilen sınır değerler içinde tutularak kontrol altına alınabilmektedir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY2018)'e göre yatay yükleri karşılamak için merkezi çaprazlı çelik çerçeveler kullanılması durumunda binanın tasarımı süneklik düzeyi yüksek ve süneklik düzeyi sınırlı sistem olarak yapılabilirken dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler kullanılması durumunda ise sadece süneklik düzeyi yüksek sistem olarak tasarlanabilmektedir. Uygulamada ülkemizde yaygın olarak kullanılan ve TBDY 2018'de bulunan standart çapraz türlerinden başka farklı/alternatif çapraz türleri de mevcuttur. Bu tez çalışmasının amacı; yapının kullanım amacına göre teşkil edilebilen farklı/alternatif çapraz türlerinin kullanıldığı yapılarla yaygın çapraz türlerinin kullanıldığı yapıların yatay yük etkisi altındaki davranışının TBDY2018 ve Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar (ÇYTHYE 2018) yönetmeliklerindeki koşullar dikkate alınarak karşılaştırılması ve farklı sistemlerin avantaj ve dezavantajlarını incelemektir. Bu doğrultuda, on dört katlı X yönünde beş, Y yönünde dört açıklığa sahip olan bir yapının, moment aktaran çerçeveli sistem referans olmak üzere beş farklı tipte merkezi çaprazlı çelik çerçeveli ve beş farklı tipte dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveli olması durumundaki davranışı incelenmiştir. Ayrıca çaprazların bağlandığı akslar arası uzunluğun değişiminin yapıya olan etkisini belirlemek için incelenen on bir adet modelin; Y yönünde çaprazların bağlı olduğu aks uzunluğu artırılarak on bir adet yeni model daha oluşturulmuş ve toplam 22 adet bina modeli incelenmiştir. Oluşturulan on bir adet modelin dört adedi yaygın kullanılan çaprazlı çelik çerçeve iken altı adedi farklı/alternatif çaprazlı çelik çerçeve olarak belirlenmiş ve TBDY2018'e uygun olarak Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT) yöntemine göre analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre bina ağırlıkları, deprem kuvvetleri, çelik çaprazlı çerçevelerin aldığı taban kesme kuvveti ve devrilme güvenliği oranları, periyot ve yer değiştirme değerlerinin karşılaştırması yapılmış, sonuç olarak farklı/alternatif çapraz türlerinin kullanıldığı modellerin tasarım farklılıkları ile birlikte hem yatay deplasman sınırı hem de rijitlik bakımından yeterli olduğu görülmüştür.

In the behavior of steel structures under horizontal loads, such as earthquakes and wind, the designed building model is of great importance. Earthquake load in building type steel structures is usually met by rigid moment resisting frames and frame systems with concentrically braced, eccentrically braced and buckling steel braced or reinforced concrete walls. In steel structures, as a result of the use of steel braces in addition to steel frames that transfer the main bearing moment, the building can be controlled by keeping the natural vibration period, horizontal displacement, shear force acting on the columns and the overturning moment ratio values within the limit values specified in the regulations. According to Turkey Building Earthquake Code 2018 (TBEC 2018), in case of using concentrically braced steel frames to resist horizontal loads, the building can be designed as a system with high ductility level and limited ductility level, while in case of using eccentrically braced steel frames, it can only be designed as a system with high ductility level. In practice, there are different/alternative bracing types other than the standard bracing types that are widely used in our country and found in TBEC 2018. The aims of this thesis study are comparing the behavior of structures using different/alternative bracing types, which can be formed according to the intended use of the structure, and structures using common brace types, under the influence of lateral load, taking into account the conditions in TBEC2018 and Specification for the Design, Calculation and Construction of Steel Structures (SDCCSS /2018) and evaluating the advantage of different systems and examine its disadvantages. For this, the behavior of a fourteen-storey steel building with five spans in the X direction and four spans in the Y direction was investigated in case of five different types of eccentrically braced frames, five different types of concentrically braced frames, and a moment resisting frame as a reference system. In addition, to determine the effect of the change in the length between the axes where the braces are connected, on the structure, eleven new models were created by increasing the axis length to which the braces were connected in the Y direction of examined eleven models, and a total of 22 building models were investigated. While four of the eleven models created were commonly used braced steel frames, six of them were determined as different/alternative braced steel frames and their analysis was carried out according to the Load and Resistance Factor Design (LRFD) method in accordance with TBEC2018. According to the results of the analysis, the building weights, earthquake forces, the base shear force of the steel braced frames and the overturning safety ratios, period and displacement values were compared. As a result, it has been seen that the models having different/alternative bracing types are sufficient in terms of both lateral displacement limit and stiffness with the design differences.