Seismic performance evaluation of concentric X-braced steel frames designed to the Turkish building earthquake code 2018

Abstract

Concentrically braced steel frame systems are frequently used lateral load resisting frame systems, especially in highly seismic regions. Those systems are preferred due to their significant contribution of lateral stiffness and strength of the structure. Other advantages of CBFs can be expressed as their elastic stiffness that provides to satisfy the serviceability deformation limits compared to other lateral load resisting frames, as well as their contribution to the ductility of the structure by allowing inelastic deformations within the system. However, they must be designed and detailed carefully to maintain the general stability of the system and to avoid a brittle and sudden local failure. These details and related design approaches have been specified by various design regulations and guidelines, including the Turkish Building Earthquake Code 2018 (TBEC 2018) which came to force in January 2019. With this code, not only a number of new design approaches that did not take place in the previous version were introduced, but also various definitions and approaches were revised. These changes can be expected to influence the dynamic behavior and seismic performance of CBFs designed per TBEC 2018. From this perspective, in this research it is aimed to investigate the lateral behavior and seismic performance of CBFs. A set of CBFs were designed to TBEC 2018 and a nonlinear numerical model was developed to simulate the designed CBFs. Afterwards, several nonlinear static and dynamic analysis procedures were followed to obtain and evaluate the dynamic behavior and seismic performance of CBF systems. Results and findings are reported at the end of each study and summarized in the conclusion.

Merkezi çaprazlı çelik çerçeve tipi yanal yük taşıyan sistemler özellikle sismik hareketliliği ve riski yoğun olan bölgelerde sıkça karşılaşılan çerçevelerdir. Bu sistemler, sağladığı yüksek seviye rijitlik ve dayanım nedeniyle tercih edilirler. Aynı zamanda elastik rijitlikleri sayesinde özellikle servis yükleri altında deformasyon limitlerini diğer yanal yük taşıyıcı sistemlere kıyasla daha kolay sağlamaları, aynı zamanda da plastik yerdeğiştirmelere izin verip yapının sünek davranmasını sağlamaları bu sistemlerin diğer avantajlarındandır. Fakat yapının genel stabilitesini korumak ve yerel burkulmalardan doğabilecek gevrek ve ani burkulma veya yırtılmaları engellemek amacıyla bu sistemlerin sismik tasarım ve detaylandırması dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Bu detaylar ve ilgili tasarım yaklaşımları, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018'in de dahil olduğu (TBDY 2018) çeşitli tasarım yönetmelikleri ve yönergelerince belirlenmiştir. TBDY 2018, Ocak 2019'da yayınlanmış ve bu yönetmelikle birlikte önceki yönetmelikte yer almayan bir dizi yeni tasarım yaklaşımları getirilmiş, aynı zamanda bazı kısımlar da revize edilmiştir. Bu revizyonların, TBDY 2018'e göre tasarlanan merkezi çaprazlı çelik çerçevelerin dinamik davranışlarını ve sismik performanslarını etkilemesi beklenebilir. Buradan yola çıkarak, bu araştırmada/tezde merkezi çaprazlı çelik çerçevelerin yanal davranışları ve deprem performanslarının incelenmesi hedeflenmiştir. Çeşitli bir dizi merkezi çaprazlı çelik çerçeve tasarımları TBDY 2018 göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmiş ve bu tasarımlar doğrusal olmayan bir numerik model ile modellenmiştir. Sonrasında çeşitli statik ve dinamik analiz prosedürleri takip edilerek bu modellerin dinamik davranışları ve deprem performansları ölçülüp değerlendirilmiştir.