Çelik binaların deprem performansları üzerine sayısal incelemeler

Abstract

Günümüz deprem yönetmeliklerinde yer alan performansa dayalı yaklaşımlar yapısal elemanların plastik şekildeğiştirmelerini esas almaktadır. Bu sayede elemanlardaki hasarlar değerlendirilebilmekte ve yapının toptan/kısmi göçmesi önlenebilmektedir. Ancak deprem sonrası keşif raporları ve yapılan çalışmalar, kalıcı yanal ötelemelerin belirli sınırları aşması durumunda binaların kullanılamaz hale gelebildiğini göstermiştir. Bu nedenle mevcut yaklaşımlardaki performans kriterlerinin kalıcı ötelemeler ile birlikte değerlendirilmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada, 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine (TBDY) göre tasarlanmış çelik binalar için, yönetmelikte öngörülen performans hedeflerinin kalıcı ötelemeler bakımından yeterlilikleri değerlendirilmiştir. İncelemeler iki, dört ve sekiz katlı çelik bina modelleri üzerinde yapılmıştır. Binalar, bir doğrultuda moment aktaran çerçeve (MAÇ), diğer doğrultuda merkezi çaprazlı çerçeve (MÇÇ) sistemlerden oluşmaktadır. Performans kriterleri için TBDY'den, doğrusal olmayan analiz modelleri için ASCE/SEI 41-17'den yararlanılmıştır. Binalar, tasarım ve maksimum deprem düzeyi için doğrusal olmayan statik yöntem (DOSY) ve doğrusal olmayan dinamik yöntem (DODY) ile incelenmiştir. Tüm binalarda TBDY'de öngörülen performans hedefleri sağlanmıştır. Performans düzeyinin belirlenmesinde genel olarak binaların MÇÇ sistemlerine ait çapraz elemanlardaki plastik şekildeğiştirmeler etkili olmuştur. MAÇ sistemlerdeki plastik şekildeğiştirmeler maksimum deprem düzeyinde dahi oldukça düşük düzeyde kalmıştır. TBDY'deki performans kriterlerinin tasarım deprem düzeyi için kalıcı ötelemeler bakımından yeterli olduğu belirlenmiştir. Maksimum deprem düzeyi için ise binaların MAÇ'lerinde kalıcı öteleme sınırının aşılma riski bulunduğu görülmüştür.

The performance-based approaches in current seismic codes based on the plastic deformations of structural elements. Thus, member damages can be assessed and total/partial collapse of structures can be prevented. However, the post-earthquake reconnaissance reports and studies have shown that if the residual drifts in buildings exceed certain limits, buildings may become unusable. Therefore, it is crucial to evaluate the performance criteria in current approaches in conjunction with residual drifts. In this study, the adequacy of performance targets stipulated in the 2018 Buildings Earthquake Code of Türkiye (BECT) was evaluated in terms of residual drifts for steel buildings designed according to the code. The evaluations were performed on two, four, and eight-story steel building models. The structural systems of the buildings consist of moment-resisting frames (MRF) in one direction and concentrically braced frames (CBF) in the other direction. Performance criteria described in the BECT were used for the evaluations and ASCE/SEI 41-17 modelling properties were used for nonlinear analysis.The buildings were analyzed using nonlinear static procedure (NSP) and nonlinear dynamic procedure (NDP) for design level earthquake and maximum earthquake level. The performance targets of the BECT were satisfied for all buildings. In general, the plastic deformations in the bracing members of the CBFs of the buildings were effective in determining the global performance level. Plastic deformations in the MRFs of the buildings were obtained quite low compared to those of CBFs even at maximum earthquake level. It was concluded that the performance criteria in the BECT were adequate in respect to the residual drifts at the design level earthquake. However, there is a risk of exceeding the residual drift limit for the MRFs of the buildings the at maximum earthquake level.