Evaluation of behaviour factors of steel moment resisting frames

Abstract

Builders of structures throughout the history of civilizations have been challenged with various threats. Earthquakes, which may be considered as the most critical challenge of the built environment have been one of the main concerns of builders at all times especially in regions with high earthquake risk. In this study, Response Modification Factor, (also known as ‘R’ or ‘q’ factor) which is used by seismic codes to determine force demand considering the ductile behaviour of the structure during the earthquake, has been analyzed. Steel frames (36 frames) with a different number of stories (3,6,9) and bays (3 to 8) were designed with normal ductility (18 frames) and high ductility (18 frames) moment resisting steel frames. The Turkish Building Earthquake Code-2018 (TBEC 2018) was followed for the seismic design process. All frames were assumed to be constructed in a region with the highest seismic demand defined in the web-based Hazard Map in TBEC 2018. The performance evaluation of the designed frames is completed using non-linear static analyses following FEMA, ATC-40 and NEHRP guidelines. The non-linear static analyses were implemented with SAP2000 v20.2 commercial software. Static pushover analysis as well as the capacity curve graph, known as the N2 method, has been obtained, and the position of the frame capacity in the spectral acceleration graph has been determined and presented visually. The results were summarized and the R factors obtained from these analyses were compared with the values given in the Turkish Building Earthquake Code.

Medeniyet tarihi boyunca yapıları inşaa edenler çeşitli tehditlere karşı yapıları güvenli kılmak için uğraş vermişlerdir. Yapılı çevre için en önemli meydan okuyucu olarak düşünülebilecek olan deprem, özellikle deprem riski yüksek olan bölgelerde her zaman ana kaygılardan biri olmuştur. Bu çalışmada, deprem kodlarının deprem talebini belirlemede yapının sünek davranışını hesaba katmak için kullandıkları ‘R’ veya ‘q’ katsayısı olarak bilinen Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı incelenmiştir. Bu çalışmada incelenen çelik çerçeveler (36 çerçeve) farklı kat adetleri (3,6,9) ve farklı açıklıklarda (3’ten 8’e kadar) olmak üzere süneklik düzeyi normal (18 çerçeve) ve süneklik düzeyi yüksek (18 çerçeve) olan moment aktaran çelik çerçeveler olarak tasarlanmıştır. Sismik tasarım sürecinde, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği-2018 (TBDY 2018) esas alınmıştır. Tüm çerçevelerin TBDY 2018’de yer alan Risk Haritası’ndaki en yüksek deprem talebi bulunan bölgede yapılacağı varsayılmıştır. Tasarlanan çerçevelerin performans değerlendirmesi, FEMA, ATC-40 ve NEHRP yönergelerindeki lineer-olmayan statik analizler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Doğrusal-olmayan analizler SAP2000 v20.2 ticari yazılımı ile uygulanmıştır. Statik itme analizi yanı sıra N2 metod olarak bilinen kapasite eğrisi grafiği de elde edilmiş olup, çerçeve kapasitesinin spektral ivme grafiğindeki yeri de belirlenmiş ve görsel olarak sunulmuştur. Yapılan analizler sonucunda her çerçeve için elde edilen R katsayısı Türk Bina Deprem Yönetmeliği’nde verilen değerleri ile kıyaslanarak değerlendirilmiştir.