Comparison of seismic performance of knee braced steel frame and eccentric braced steel frame

Abstract

Güçlü depremlerin etkisi altındaki binalar büyük yer değiştirmelere maruz kaldıklarından dolayı yapı elemanlarında önemli hasar oluşabilir ve buda yapının felaketle yıkılmasına neden olur. Bu nedenle yapısal elemanlarda aşırı hasarı önlemek için yapının yeterli dayanıklığa ve sünekliğe sahip olmaları gerekir. Bir yapının depreme karşı dayanıklığının ve sünekliğinin artırılabilmesi, yapıya perde duvarlar, çelik çaprazlar veya damperler gibi yapı elemanlarının yerleştirilmesi gerçekleştirilebilir. Diz destekli çerçeve (KBF'ler) ve Eksantrik Çaprazlı Çerçeve (EBF), sismik bölgedeki bir yapının depreme dayanıklılık kapasitesini artırmak için yaygın olarak kullanılan yapı elemanlarıdır. Bu nedenle, tez çalışmasında, SAP2000 bünyesinde doğrusal olmayan statik analizleri kullanarak çeşitli eksantrik çaprazlı çelik çerçeve ve diz destekli çelik çerçevelerin sismik davranışının değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, hem eksantrik çaprazlı çerçeveler hem de diz destekli çerçeveler ile modellenen 5 katlı çelik çerçeveli bir binanın sismik performans noktasının ve yaya kesme kuvvetlerinin “itme” analizleri olarak bilinen doğrusal olmayan statik analizlere belirlenmesine odaklanılmıştır. Yapılan bir çok analizler sonucunda, diz destekli çerçevenin kesme kapasitesinin, eksantrik çaprazlı çerçeveden daha yüksek olduğu bulunmuştur. Enerji dağıtma sistemi açısından KBF'nin enerji dağıtma kapasitesi EBF'den daha iyi olduğu görülmektedir. Sonuç olarak KBF çapraz çerçeve sistemi, iyi bir sünekliği ve yanal sertliği sahip olmasından dolayı sismik yüklere karşı en etkili yatay yük taşıyıcı sistemlerden biri olarak ve deprem kaynaklı binalarda oluşacak hasarın rehabilitasyona uygulanmalarında kolaylıkla kullanılabilir.

Buildings under the action of the strong earthquakes undergo large displacements and may suffer significant structural damage, and even be destroyed catastrophically. Therefore, the structure should have enough rigidity and ductility to prevent excessive damage in the structural members. This can be accomplished by placing to the structure elements to be able to enhance earthquake resistance of the structure, such as a shear walls or steel braces, or dumpers. For this structure the knee braced frame (KBFs) and the eccentric braced Frame (EBF) are commonly used structural elements to increase the earthquake resistance capacity of a structure in the seismic region. Therefore, the main aim of this thesis is to assess the seismic behavior of various eccentric braced steel frame and knee braced steel frame using nonlinear static analyses performed by SAP2000. This is achieved by focusing on a nonlinear astatic analysis, known as “pushover” analyses, to determine the seismic performance point of a 5-story steel frame building modeled with both eccentric braced frames and knee braced frames. As a results of several analyses, it was found that the shear capacity of knee braced frame is higher than that of eccentric braced frame. In terms of energy dissipating system, the energy dissipating capacity of KBF is better than EBF. Finally, it is concluded that since KBF combines excellent ductility and lateral stiffness it can be as one of the most effective lateral load bearing system against seismic loads and is easy for application in the rehabilitation of earthquake induced damage to buildings.