Deprem yükleri altında çelik levha perde duvar sistemlerinin analizi için bir yaklaşım

Abstract

Sismik bölgelerde inşa edilen yapılarda yanal rijitliği sağlamak için taşıyıcı sistem seçimi çok önemlidir. Dinamik yükler altında analiz edilen binaların, kendilerine gelen deprem yüklerine karşı koyabilmeleri için uygun bir taşıyıcı sisteme sahip olmaları gerekmektedir. Bu amaçla alışılagelen yapı elemanlarının haricinde günden güne araştırma ve çalışma alanları artan Çelik Levhalı Perde Duvar (ÇLPD) sistemi bu çalışmada ele alınmıştır. Binaları taşıyıcı sistemin türüne göre ankastre bir kiriş olarak idealize eden sürekli sistem hesap modelinin ÇLPD sistemlerinin analizinde kullanılabilirliği tez kapsamında araştırılmıştır. Yalnızca ÇLPD sistemli 4 katlı ve ÇLPD-çerçeve sisteme sahip 40 katlı iki çelik yapı, sürekli sistem hesap modelleri olan Timoshenko kiriş modeli ve sandviç kiriş modeli ile analiz edilmiştir. Bu tez kapsamında Timoshenko kiriş modelinin dinamik davranışını orijinal olarak temsil eden diferansiyel denklem, ÇLPD sistemlerde kullanılmak üzere diferansiyel dönüşüm yöntemi ile çözülmüş ve elde edilen sonuçlardan yararlanılarak binaların dinamik analizinin kısa sürede yapılmasını sağlamak üzere pratik tablolar oluşturulmuştur. Hesap sonuçları, SAP2000, ETABS ve literatür sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Elde edilen periyot, maksimum taban kesme kuvveti, maksimum tepe noktası yer değiştirmesi ve kat ötelenme oranları arasındaki uyum irdelenmiştir. Sürekli sistem verileri ile analiz program sonuçları arasında yeter derecede uyum olduğu gözlenmiştir. Hesap yönteminin ÇLPD yapıların ön tasarımında veya analiz programlarının çıktılarının kontrolünde kullanılmasıyla periyotların, taban kesme kuvvetinin, tepe noktası yer değiştirmelerinin ve depremlerde hasar görebilirliğin önemli bir ölçütü olan göreli kat ötelemesi oranının pratik şekilde hesaplanabilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca sürekli sistem hesaplarında kullanılan iki modelin de istenilen yapı veya profil özellikleri ile kolayca uygulanması için Python kodları eklerde sunulmuştur.

The choice of carrier system is very important in order to provide lateral rigidity in structures built in seismic zones. Buildings analyzed under dynamic loads must have a suitable structural system in order to resist the seismic loads coming them. For this purpose, a Steel Plate Shear Wall (SPSW) system, whose research and study areas are increasing day by day, apart from the usual building elements, has been discussed in this study. The usability of the continuous system calculation model, which idealizes the buildings as a fixed beam according to the type of carrier system, in the analysis of SPSW systems has been investigated within the scope of the thesis. Only two steel structures with 4 storeys with SPSW system and 40 storeys with SPSW-frame system are analyzed with the Timoshenko beam model and sandwich beam model, which are continuous system calculation models. Within the scope of this thesis, the differential equation representing the dynamic behavior of the Timoshenko Beam Model was solved with the Differential Transformation Method to be used in SPSW systems, and practical tables were created to enable the dynamic analysis of buildings to be made in a short time by using the results obtained. Calculation results were compared with SAP2000, ETABS and literature results. The compatibility between the obtained period, maximum base shear force, maximum roof displacement and storey drift ratios were examined. It has been observed that there is sufficient agreement between the continuum system data and the analysis program results. By using this calculation method in the preliminary design of SPSW structures or in the control of the outputs of analysis programs; it is aimed to calculate in a practical way the period values, base shear force, roof displacements and the relative story drift ratio, which is an important measure of vulnerability in earthquakes. In addition, Python codes are presented in the appendices for easy implementation of both models used in continuum system calculations with the desired structure or profile properties.