Betonarme Çerçeve ve Perdeli Binaların Deprem Davranışlarının Belirlenmesinde Perdelerin Eşdeğer Kolon Yaklaşımının Örneklerle Karşılaştırmalı İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, çerçeve ve perdeli binaların deprem etkisi altındaki davranışı yapısal sistemin modellemesi ve analiz yöntemleri esas alınarak karşılaştırmalı incelenmiştir. Deprem kuvvetlerine maruz kalan yapı sistemlerinde bulunan perdelerin en-boy açısından perdelerin modellenmesiyle ilgili karşılaştırma yapabilmek için iki farklı modelleme benimsenmiştir. Bu amaçla betonarme çerçeve ve perdeli taşıyıcı sistemler göz önüne alınmıştır. Taşıyıcı sistemlerde perdeler eşdeğer kolon ve sonlu kabuk eleman olarak modellenmiştir. Taşıyıcı sistemin narinliğinin (perde yüksekliği/perdenin plandaki büyük boyu) sonuçlar üzerindeki etkisini araştırmak için 8, 12 ve 16 katlı binalar dikkate alınmıştır. Sayısal sonuçları kolay bir şekilde yorumlayabilmek için basit bir kalıp planı seçilmiş olup, bu plan tüm sistemlerde kullanılmıştır. Modelleme konusunda karşılaştırma yapabilmek için, perdelerin yükseklik/plan boyutu oranına bağlı olarak sayısal sonuçlar şekillerde verilmiştir.Statik yükler altında 8, 12 ve 16 katlı sistemlerin doğrusal ve doğrusal olmayan analizi yapılarak elde edilen sonuçlar incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Doğrusal analizde Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ve Mod Birleştirme Yöntemi kullanılırken doğrusal olmayan analizde Statik İtme Yöntemi kullanılmıştır. Çerçeve elemanların doğrusal olmayan davranışları plastik mafsal kabulü ile dikkate alınmıştır. Eşdeğer kolonlar olarak modellenen perdelerde aynı kabuller yapılmıştır. Bununla birlikte, perdelerin doğrusal olmayan davranışı, doğrusal olmayan kabuk elemanlar kabul edilerek göz önüne alınmıştır. Yapılan analiz sonuçları karşılaştırılarak iki farklı perde modelindeki iki çözümün birbiriyle uyuşumu araştırılmıştır. Doğrusal olmayan analizlerde ise, TBDY (2018)'de verilenlere ek kabuller kullanılmıştır. Bunlar, beton ve donatıların doğrusal olmayan davranışı yanında plastik mafsallarla ilgili kabulleri içermektedir. Deprem hareketindeki belirsizlik nedeniyle analizin sonuçlarında matematiksel kesinlik beklenmemiştir. Doğrusal olmayan analiz çözümündeki belirsizliklerden dolayı, bu sonuçların doğrusal analiz sonuçları göz önüne alınarak kullanılması önerilmiştir. Sayısal analizlerde genel yapı mühendisliği kabulleri, Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları (TS500) ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) kuralları kullanılmıştır.

In this study, reinforced concrete buildings consisting shear walls and frames are investigated by focusing on the modelling of the structural systems and on the analysis methods. Two different models have been adopted in order to for the analysis of the modeling of shear walls in terms of aspect ratio of the shear walls in structural systems subjected to seismic forces. To this end a structural system consisting of frames and shear walls are considered. In structural systems, shear walls are modeled as equivalent columns and as finite shell elements separately. To investigate the effects of slenderness of the structural system on the results, building having 8, 12 and 16 stories are considered. A simple structural layout is chosen in order to interpret the results clearly and this structural layout is used unchanged in all structural systems. In order to make suggestions on modeling, numerical results are presented in figures depending on the aspect ratio of the shear walls.The results obtained by carrying out linear and nonlinear analysis of 8, 12 and 16 story systems under static loads are examined and their results are compared. Equiavalent static approach and elastic modal spectral approach are used by employing linear analysis, while inelastic static approach is used by adopting in nonlinear analysis. The nonlinear behavior of the frame elements is taken into account with the adopting of plastic hinge concept. The same assumptions are employed for shear walls modeled as equivalent columns. Comparing the numerical results of these analyses, the compatibility of the results of the two analyses are investigated by using the different shear wall models. In the nonlinear analysis, additional assumptions are required in addition to those given in TSCB (2018). These include defining of the non-linear behavior of concrete and reinforcement, as well as the acceptance criteria related to the plastic hinge rotations. Mathematical precision is not expected in the analyses due to uncertainties in earthquake effect. Due to the uncertainties in the nonlinear analysis solution, it is suggested to use these results by taking the linear analysis results into consideration. In the numerical analyses general structural engineering assumptions, those of Design and Construction Rules for Reinforced Concrete Structures (TS500-2000) and the Turkish Seismic Code for Buildings (TSCB 2018) are employed.