Değiştirilmiş ve genişletilmiş itme yöntemleriningeri çekme düzensizliği olan betonarme binalar için değerlendirilmesi

Abstract

Betonarme binaların düzensiz konfigürasyonları, bu tip binalarda önceki depremler sırasında meydana gelen hasarların nedenlerinden biri olarak sıklıkla tanımlanmıştır. Belirli kot seviyelerinde binanın yanal boyutunun küçülmesi nedeniyle meydana gelen düzensizlik tipi (geri çekme), farklı yüksekliklere sahip binalar için felaket olabilir. Mühendislerin, uygulama kolaylığı nedeniyle, betonarme binaların sismik performansını değerlendirirken itme analizi gibi basitleştirilmiş doğrusal olmayan statik analiz prosedürleri benimsemeleri çok yaygındır. Geleneksel itme analiz yöntemlerinin kullanılması, az katlı binalar için kabul edilebilir sonuçlar sağlanaktadır. Ancak bu yöntem, sismik hareketler altındaki davranışı yalnızca temel mod şekli tarafından belirlenmeyen orta ve yüksek katlı binalar için yeterli sonuçları sağlamamaktadır. Bu sorunun üstesinden gelmek için, daha yüksek mod şekillerinin etkilerini dikkate alan bazı gelişmiş yöntemler çeşitli araştırmacılar tarafından önerilmiştir. Ancak bu yöntemlerin geri çekme düzensizliği olan üç boyutlu yüksek binalara uygulanabilirliği literatürde ele alınmamıştır. Bu çalışmada, çeşitli konumlarda geri çekme düzensizliğine sahip toplam 6 orta ve yüksek katlı bina modeli, ASCE 7-22'ye göre Ters Üçgen Yanal Yük Dağılımı (TLP), vi Birinci Mod Şekli Yanal Yük Dağılımı (FLP), Düzgün Yayılı Yanal Yük Modeli (ULP), Değiştirilmiş Üst Sınır Yöntemi (MUB) ve Genişletilmiş Üst Sınır Yöntemi (EUB) gibi doğrusal olmayan itme analiz yöntemleri kullanılarak analiz edilmiş ve bu yöntemlerin uygulanabilirliğini değerlendirilmiştir. Bu yöntemlerden elde edilen sonuçlar, daha kesin çözümler sunan Doğrusal Olmayan Zaman Alanı Analizi Yöntemi (NLTHA) ile karşılaştırılmıştır. Bina modellerinden üçü 6 katlı, diğer üçü 12 katlıdır. Modellerin kat yükseklikleri zemin katta 4.5 m, diğer katlarda ise 3.2 m olarak belirlenmiştir. Tüm modeller, her iki plan görünümü yönünde, her birinin tipik uzunluğu 6 m olan dört açıklığa sahiptir. Her yükseklik seviyesinden bir model planda simertik bir bina olarak tasarlanmış ve karşılaştırma amacıyla kullanılmıştır. Her yükseklik seviyesindeki diğer iki model de, bir yönde yüksekliğin çeşitli yerlerinde geri çekme düzensizliği bulunmaktadır. Sonuçlar, yanal yer değiştirmeler, katlar arası ötelenme oranları ve plastik mafsal dönüşleri gibi sismik talep değişkenleri için değerlendirilmiştir. EUB yöntemi, geleneksel itme analiz prosedürlerine (TLP, FLP ve ULP) kıyasla tüm düzensiz bina modellerinin katlar arası ötelenme oranları için daha doğru sonuçlarını sağlamıştır. 6 ve 12 katlı bina modellerinin üst katlarındaki plastik mafsal dönüşlerini tahmin etmek için geleneksel itme yöntemleri yeterli değildir, oysa EUB yöntemi düzensiz binalar için bu plastik mafsal dönüşleri için makul sonuçlar sağlamıştır.

Irregular configurations of reinforced concrete buildings were frequently identified as one of the main causes of failures during previous earthquakes. The setback irregularity which occurs due to abrupt reduction of the lateral dimension of the building at specific levels of elevation may be catastrophic for buildings having various heights. Engineers are more likely to adopt simplified nonlinear static analytical procedures such as pushover analysis when evaluating the seismic performance of reinforced concrete buildings due to its ease in application. The use of conventional pushover analysis methods provides acceptable results low-rise buildings. However, these methods do not provide sufficient results for mid- and high-rise buildings whose behavior under seismic actions is not only governed by the fundamental mode shape. To overcome this problem, some advanced methods considering the effects of higher mode shapes were proposed by various researchers. However, the applicability of these methods to three dimensional high-rise buildings having setback irregularity was not addressed in the literature. In this study, a total of 6 mid- and high-rise building models having setback irregularity at various locations were analyzed using nonlinear pushover analysis methods namely the Inverted Triangular Lateral Load Pattern (TLP) according to ASCE 7-22, First Modal Shape Lateral Load Pattern (FLP), Uniform Lateral Load Pattern (ULP), iv Modified Upper Bound Method (MUB), and Extended Upper Bound Method (EUB), to evaluate the applicability of these methods. The results obtained using these methods were compared to the Nonlinear Time History Analysis Method (NLTHA) which provided benchmark solutions to the problems. Three of the building models had 6 stories and the other three had 12 stories. The story heights of the models were all 4.5 m at the ground story and 3.2 m for the rest of the stories. All models had four bays in both plan view directions with a typical length of 6 m each. One model of each height level was a regular building and used for comparison purposes. Other two models of each height level had setback irregularity in various locations of the elevation in one direction. The results were assessed for seismic demand variables such as lateral displacements, interstory drift ratios, and plastic hinge rotations. The EUB method also provided more accurate results of interstory drift ratios of all irregular building models compared to those of the conventional pushover analysis procedures (TLP, FLP, and ULP). Conventional pushover methods were not sufficient to predict the plastic hinge rotations at the upper stories of the 6 and 12 story building models, whereas the EUB method provided reasonable estimates of these plastic hinge rotations for irregular buildings.