Investigation of the effect of structural grid discontinuity on the earthquake behavior of midrise RC moment frames

Abstract

Reinforced concrete (RC) moment frames are the most common form among the building type structures in Turkey. The contemporary seismic design of building type structures evolves around the definition of deviations from an ideal structure that has a square-like floor plan, symmetric and uniform framing and mass distribution. These deviations are called the irregularities which are grouped in two as horizontal and vertical irregularities. There exists a horizontal irregularity that is not addressed in the current approach but it is needed to be investigated due to its possible impact on the lateral stiffness of the structure. It is the discontinuity of the horizontal grid in the structural frame. The purpose of this study is to investigate the earthquake response of the RC buildings that have horizontal grid discontinuities. It is intended to observe the level of additional vulnerability on the seismic response of RC moment frames due to this irregularity. Two 5-story reinforced concrete buildings are modeled in order to investigate the effects of the grid discontinuity phenomenon using nonlinear time-history analysis. The first building has discontinuous beams and framing that demonstrates the irregularity in the plan while the second one is the control case with uniform structural framing. The results are evaluated based on the member damage level. It is observed that the buildings with grid discontinuities are more vulnerable than those without irregularities to seismic excitation. Further study is needed to define a procedure to mitigate the vulnerability created by the horizontal grid discontinuity.

Betonarme çerçeveler Türkiye’de bulunan bina tipi yapılarda en sık görülen yapısal çerçeve tipidir. Bina tipi yapıların sismik tasarımı, düzgün kalıp planı, simetrik ve düzgün çerçeve ve kütle dağılımından farklılaşma tanımı çevresinde tanımlanan bir takım sınırlama ve tasarım şartları ile yapılmaktadır. Bu sapmalar yatay ve düşey düzensizlikler olmak üzere iki grup içerisinde tanımlanır. Modern şartnamelerde yer almamakla birlikte yatay düzensizlik kategorisinde değerlendirilebilecek bir düzensizlik türü daha mevcuttur. Izgara süreksizlik düzensizliği olarak adlandırılabilecek bu düzensizliğin yapının yatay rijitliği üzerindeki muhtemel etkisi sebebiyle deprem taleplerini değiştirme potansiyelinden dolayı araştırılması faydalı olacaktır. Bu çalışmanın amacı grid süreksizlik düzensizliği bulunan betonarme binaların bu sebeple oluşan davranış değişikliğinin araştırılmasıdır. Söz konusu süreksizlik sebebiyle yapılarda oluşması muhtemel risk artışı değerlendirilecektir. Grid süreksizlik düzensizliğinin etkilerini araştırmak amacıyla 5 katlı, üç boyutlu, 2 bina modellenerek zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler yapılmıştır. İlk bina plan düzensizliği gösteren süreksiz kiriş ve çerçeveye sahip, ikinci bina ise kontrol amaçlı düzenli binadır. Yapılan çalışma sonucunda eleman hasarı bazında yapılan sistem performans değerlendirmeleri neticesinde grid süreksizlik düzensizliği olan binaların düzenli binalara kıyasla deprem talepleri altında daha savunmasız bir performans seviyesine ilerlediği görülmektedir. Yatay ızgara süreksizlik düzensizliğinin etkilerini daha iyi anlayabilmek ve etkileri dizginleyebilme yönünde yöntemler geliştirebilmek amacıyla daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır.