Effect of staircases on the seismic performance of reinforced concrete buildings

Abstract

Yapısal analiz aşamasında, merdivenlerin çoğunlukla taşıyıcı bir sisteme yapısal eleman olarak değil de, sadece zati yük olarak dikkate alındıkları bilinmektedir. Merdivenler, ikincil yapısal elemanlar olarak, iki ayrı kat seviyesini birbirlerine bağlamakla kalmayıp, yapıya dikkate alınmaya değer ölçüde rijitlik ve dayanım da sağlamaktadır ve bu durum yapının öngörülenden farklı bir şekilde davranmasına yol açabilmektedir. Bu çalışmada, merdivenlerin betonarme binaların sismik davranışına etkisini incelemek için farklı malzeme sınıfı, kat adedi, açıklık sayısı ve merdiven konumuna sahip sayısal modeller Doğrusal Olmayan Statik İtme Analizi ve Doğrusal Olmayan Zaman Tanım Alanında Analizlere tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlar göreli kat ötelenmeleri, kat ivmeleri, modal kütle katılım oranları, mod şekilleri, eleman kesme kuvvetleri ve plastik mafsal dağılımı açısından kıyaslanmıştır. Bunlara ek olarak, kısa kolon etkisi, merdiven sahanlık döşemesini taşıyan kolonlardaki kesme kuvveti değişimi ve merdivenli modellerdeki göçme mekanizması ve doğrusal olmayan deformasyon ayrıca incelenmiştir. Yapılan çalışmanın sonucunda, merdivenlerin binaların deprem davranışlarını etkilediği sayısal olarak ortaya konulmuştur.

It is known that, during the structural analysis phase, staircases are not taken into account as structural members but as dead load. Staircases, as secondary structural members, not only serve for connecting separate layers but also provide considerable amount of strength and stiffness to the building which can cause the structure to behave differently rather than it is designed. In this study, in order to examine the effect of staircases on the seismic response of reinforced concrete (RC) buildings, the analytical models were developed for different material properties, number of spans, the existence and location of staircases. Non-Linear Static Pushover Analysis (NSPA) and Non-Linear Time History Analyses (NLTHA) were conducted to compare several engineering demand parameters (EDPs) such as inter-story drift ratio (ISDR), floor accelerations, modal properties, member shear forces and plastic hinge distribution. In addition to these, short column effect, variation in shear forces of columns that are attached to the staircase slab, failure mechanism and nonlinear deformation in staircase models have also been studied. As the result of the performed study, it has been numerically proved that staircases affect the seismic behavior of RC buildings.