Çaprazlı çelik çerçevelerin sismik performansına düşey yük taşıyan iç çerçevelerin katkısı

Abstract

Çelik yapılarda en yaygın yatay yük taşıyıcı sistemler, Merkezi Çaprazlı Çelik Çerçeveli Sistemler ve rijit kolon kiriş birleşimli Moment Çerçevesi Sistemleri'dir. Bunun yanı sıra, çelik yapılarda yalnızca düşey yük etkileri altında boyutlandırılan taşıyıcı sistemler düşey yük çerçeveleri olarak adlandırılmaktadır. Geleneksel olarak çelik bina tasarımında, düşey yük çerçevelerinin yatay rijitlik ve dayanımları yapısal analizlerde göz ardı edilmektedir. Fakat, Northridge depremi sonrası Lui ve Astaneh Asl [2000,2004] tarafından yapılan deneysel çalışmalar, çelik yapıların tasarım aşamasında moment etkilerini aktarmayacak şekilde mafsallı olarak idealleştirilen birleşimlerinin, bağlı bulundukları kirişlerin plastik moment kapasitesinin göz ardı edilmeyecek bir bölümünü taşıma potansiyeline sahip olduklarını göstermiştir. Çelik yapılardaki kompozit döşeme etkisi de göz önünde bulundurulduğunda bu birleşimlerin, bağlanan kirişin plastik moment kapasitesinin %20-%40'ı arasında bir değeri dayanım olarak sunduğu ortaya konulmuştur. Bu katkıyı göz ardı etmek yapıların sismik performansının eksik değerlendirilmesine sebep olmaktadır. Bu bilgiler ışığında tez çalışmasında, az ve orta katlı iki farklı yapı üç farklı durumda analiz edilmektedir. Ana sismik yük taşıyıcı sistem, Merkezi Çelik Çaprazlı Çerçeve Sistemi'dir. Birinci durumda geleneksel tasarım yapılarak boyutlandırılan yapıda Düşey Yük Çerçeveleri'nin katkısı göz ardı edilmekte, ikinci ve üçüncü durumda link elemanlar yardımıyla yarı rijit davranış sergileyen birleşim tanımlanmaktadır. Üçüncü durumda ikinci durumdan farklı olarak kompozit döşeme katkısı dahil edilmektedir. Bu üç durum için, yapının sismik yükler altındaki performansını inceleyerek doğrusal olmayan davranışını, zaman tanım alanında Artımsal Dinamik Analiz yöntemi kullanarak belirlemek ve düşey yük taşıyıcı sistemlerin yatay yük dayanımlarına dair verileri ortaya koyarak araştırmacılara yeni bir kavrayış kazandırmak amaçlanmaktadır.The most common seismic Lateral Force Resisting Systems (LRFS) in steel structures are Concentrically Braced Frames (CBFs) and Special Moment Frames (SMFs). Structural frames that are designed only under vertical loads are called Gravity Frames (GFs). Traditionally, in the design of steel structures, the lateral stiffness and strength of GFs are ignored in analyses. However, some experimental studies, especially after the Northridge Earthquake, 1994 (Lui -Asl [2000,2004]), revealed that GFs have the potential to contribute to transfer the lateral loads. Considering the composite action in GFs, the shear connections might reach up to 20-40% of the full plastic moment capacity of the connection. In this study, the seismic response of two different buildings, low- and medium-rise, are analyzed for three different cases. The main LRFS is selected as CBFs. In the first case, contribution of the GFs is ignored. In the second and third cases, the semi-rigid behavior of the shear connections in the GFs is included in the numerical model. In the third case, the composite deck contribution is also taken into consideration. The nonlinear behavior of the buildings for all cases are investigated through nonlinear dynamic time history analysis and the results are presented.