Dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveli çok katlı bir yapının doğrusal ve doğrusal olmayan dinamik analiz yöntemleri ile incelenmesi
Study on linear and nonlinear dynamic analysis of eccentrically braced steel framed multi-storey building
Yazar: MUHAMMET SAİT BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. KONURALP GİRGİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Doğrusal analiz = Linear analysis ; Dış merkezlik = Eccentricity ; Plastik mafsal = Plastic hinge ; Yapı çeliği = Structural steel ; Çelik yapılar = Steel structures ; Çelik çerçeveler = Steel frames

Özet:
Birçok farklı endüstriyel alanda hammadde olarak kullanılan çelik, çeşitli kalite ve ölçülerde üretilerek yapısal tasarım ürünü olarak karşımıza çıkmaktadır. Farklı kalite sınıflarında üretilen çelik, ihtiyaca göre çeşitli şekillerde bir araya getirilerek yapı iskeletini oluşturmaktadır. Merkezi çaprazlı ve dışmerkez çaprazlı çerçevelerin kullanıldığı yüksek katlı yapılar, moment aktaran çerçevelerden teşkil edilen endüstriyel tesisler, serbest formlar oluşturularak üretilen kabuk tasarımlar, kafes sistemler oluşturularak meydana gelen özel çatılar veya makaslı kemerler ile oluşturulan köprüler gibi farklı ihtiyaçlara yönelik tasarımlar, çeliğin kullanıldığı yapısal sistemlere örnek olarak verilebilir. Tüm bu sistemler, deprem gibi doğal afetlere karşı güvenli ve güvenilir yapılar üretmek için keşfedilen yöntemlerdir. Dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler de deprem gibi afetlerin yaşanmasının yüksek ihtimalde olduğu bölgelerde meydana gelebilecek yanal yüklere karşı direnç sağlanması amacıyla üretilmiş bir modeldir. Dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveli sistemler, sismik olaylara karşı öngörülebilir davranış modeli sağlaması bakımından elverişlidir. Bu durumun nedeni bağ kirişi olarak isimlendirilen elemanlardır. Yapı sistemine etki eden kuvvetli yanal yükler, çerçeve sistemindeki çaprazlar aracılığı ile bağ kirişine aktarılmaktadır. Bu sayede deprem kuvvetleri gibi büyük kuvvetler, yapı iskeletinde belirli noktalara ingirgenir ve bu noktalarda yapılacak uygun tasarımlar ile güvenli yapılar ortaya çıkar. 
Çalışmamızın amacı, dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveli sistemlerden teşkil edilmiş sekiz katlı bir yapının doğrusal davranışını ve gerçek deprem kayıtlarının uygun metotlar kullanılarak yapıya etki ettirilmesi sonucu meydana gelen doğrusal olmayan davranışını irdelemektir. Bu kapsamda öncelikle elemanlar belirlenmiş, sünek davranış gösterecek şekilde yapı sistemi oluşturulmuştur. Oluşturulan sistem ve davranış şekli için kapsamlı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Bu sebeple kesme kuvveti etkisinde davranış gösteren bağ kirişi elemanları tercih edilmiştir. Oluşturulan yapı sistemi, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2018) içerisinde yer alan tanımlamalar ve kurallara göre doğrusal olarak tasarlanmıştır. Elde edilen analiz sonuçları ile Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Yönetmelik (2016) doğrultusunda yapı sistemine ait elemanların boyutlandırma hesapları yapılmıştır. Doğrusal tasarımı yapılan yapı sistemi, doğrusal olmayan dinamik yöntem kullanılarak yeniden analiz edilmiştir. Bu analiz sonucunda, dışmerkez çaprazlı çelik çerçeve elemanlarının şekildeğiştirme kapasiteleri ve yapı sisteminde meydana gelen kat ötelemeleri gibi davranışlar irdelenmiştir. Şekildeğiştirmeye göre değerlendirme için zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi tercih edilmiştir. Bu metot için gerçek deprem kayıtları uygun yöntemler ile belirli kriterlere uygun şekilde seçilmiş ve ölçeklenmiştir. Aynı şekilde, yapı elemanlarının da doğrusal olmayan davranış modeli oluşturulmuştur. Yapılan çalışmalar için uluslararası kabul görmüş SAP2000 v22 yazılımı tercih edilmiştir. 
Çalışma sonucunda, doğrusal olarak tasarlanan yapı sisteminin doğrusal olmayan davranışı incelenmiş ve dışmerkez çaprazlı çelik çerçevelerden teşkil edilmiş yapı sistemlerinin deprem etkileri altında davranışları gözlemlenmiştir. Netice itibari ile gerek doktrinde gerekse de deneysel çalışmalarda hemfikir olunduğu gibi deprem kuvvetlerinin bağ kirişi elemanlarına aktarıldığı ve bu elemanların uygun şekilde tasarlanması sonucu depreme karşı dirençli sistemler üretilebileceği görülmüştür. Bağ kirişi elemanlarında oluşturulan farklı nitelikteki plastik mafsal modelleri ile inceleme yapılmış ve meydana gelen plastik şekildeğiştirme durumları göz önüne alınarak tasarım önerileri sunulmuştur.

Abstract:
Steel, which is used as a raw material in many different industrial areas, is produced in various qualities and sizes and appears as a structural design product. Steel produced in different quality classes can be gathered in various ways to form structural frame systems. Structural systems that consist of steel can be exemplified as follows: Concentrically-braced framed and eccentrically-braced framed highrise buildings, moment-resisting framed industrial buildings, free form shell designs, truss systemed special roofs and bridges. All aforementioned systems are discovered to produce safe and reliable systems against natural disasters such as earthquake. Eccentrically-braced steel frames are also a model produced to provide resistance against lateral loads that may occur in regions where disasters such as earthquakes are highly possible. Eccentrically-braced steel framed systems are convenient in that they provide a predictable behavior pattern against seismic events. The reason for this is the elements called link beams. Strong lateral loads acting on the building system are transferred to the link beam through the braces in the frame system. Thus, large forces such as earthquake are accumulated on certain points of the structure systems and safe structures come to exist when appropriate designs are made for these accumulating points.
The aim of this study is to examine linear behaviour and non-linear behaviour under real time earthquake records acting on an eight-floored eccentrically-braced steel framed structure using appropriate methods. Within this scope, first of all, the elements are determined and a structure system is formed to show ductile behavior. A comprehensive literature review is made for the formed system and the pattern of behaviour. Therefore, link beams are preferred for the reason that such elements show ductile behaviour when shear force acted. The formed structure system is designed linearly according to the definitions and rules in the Turkey Building Earthquake Regulation (2018). Design of the elements are completed according to beforementioned analysis and ÇYTHYE (2018). The linear analized system is reanalized using the non-linear dynamic method. As a result of this analysis, behaviours such as deformation capacities of the eccentrically-braced steel frame elements and story drifts of the building are examined. Dynamic time history analysis method is preferred for the non-linear design. For this method, real time earthquake records are selected and scaled in accordance with appropriate methods and certain criteria. In the same way, a nonlinear behavior model of the building elements is formed as well. Internationally accepted SAP2000 v22 software is preferred for the examinations.
As a result of the study, nonlinear behaviour of the linear-designed structure system is analyzed and behaviours of eccentrically-braced steel framed systems when earthquake acted are examined. Consequently, in parallel with both doctrine and experimental studies, it has been seen that the earthquake forces are transferred to the link beam elements and earthquake resistant systems can be produced when these elements are properly designed. Examinations are made with different plastic hinge models formed in the link beam elements and design suggestions are presented considering the plasticization occured.