Design of an idusterial steel building according to new Turkish seismic and steel design codes

Abstract

Bu proje, yeni Türk kanunlarında kabul edilen gelişmiş yöntemler ve pratikte basitleştirilmiş uygulamalara (En 1993, AISC3xx-16) gibi çelik yapılarla ilgili Avrupa ve Amerikan kodları gibi diğer yabancı kurallar hakkında kılavuz bilgiler sağlamayı amaçlamaktadır. daha sonra, bu yöntemlerin anlaşılmasını kolaylaştırmak ve ofisleri tasarlamada uygulamalarını kolaylaştırmak için manuel veya kurs olarak hizmet etmek ve sadece uygulama adımlarını değil aynı zamanda uzman mühendislerin her adımın nedenlerini bilmesi için mümkün olduğunca basitleştirilmiş ana teorik bilgiyi sağlamak. ve en çok mühendisin kaybolan korkudan, değerli zaman kaybetmekten veya yanlış yorumlamadan kurtulduğu karmaşık bilimsel makalelere veya devasa teknik raporlara atıfta bulunma gereği yoktur.Bu çalışmada, aşağıdaki konuları test etmek ve implante etmek için temel teşkil eden tek katlı bir sanayi binası kullanılmıştır:1-İki yaklaşımla sunulan elemanların yorulma tasarımı, yük eşiği, çatlak yayılımı ve başarısızlık mekanizması hakkında bazı açıklamalarla birlikte yük yükseltmesi ve diğeri SN eğrileridir ve daha sonra bunların her ikisini de uygulama örneğidir. açık bir bilimsel akıl yürütme ve deneysel araştırmalar tarafından desteklendiği için, SN eğrilerinin daha ekonomik olduğu ve daha doğru olduğu ispatlandı.2- Doğrudan analiz Metot Amerikan AISC kodlarında ana analiz metodu olarak kabul edilmesine rağmen, halen daha uzun süredir geçerli olan Etkili Süreç Metodu ile kıyaslandığında (ki hala İstanbul gibi birçok üniversitede öğretilen ana yöntemdir).Teknik Üniversite, bu tezde sunulan tüm kusurlara rağmen), Doğrudan analiz Yöntemi, önemine ve niçin benimsenmesi gerektiğine, Amplifiye İlk Mertebe Yöntemi ve Etkin Uzunluk Metodu (esasen ELM ile karşılaştırılarak) gibi diğer yöntemlerle karşılaştırılarak açıklanmıştır. Açıklamada, (geometrik kusur, erime dışında), eksenel ve eğilme için azaltılmış sertlik ve (kalıntı gerilmeler) ve ikinci mertebeden etkilerin (P-∆ ve P-δ) hesaba katılması için yapıları dikkate alan yükler uygulanmıştır. eleman ve tüm yapı sapmalarını hesaba katmak.Ayrıca, ikinci mertebe etkilerini ve sadece tek bir unsuru etkilemekle kalmayıp, diğer komşu elementlere ve bunların arasındaki bağlantılara da etki ederek, ortaya çıkan momentleri dikkate almadığı için, eksik anı ile ELM'deki kusurları vurgulayarak, K değerleri problemleri ve uygun olmayan değerlendirmelerle sonuçlanır. onlardan ve yapıyı destekleyen ana sütunlara zayıflık veren eğik kolonların etkisi ve yükün yanlış dağılımı meydana geldiğinde, tüm yapının beklenen kapasiteden çok daha az sürede çökmesine neden olabilecek ciddi durumlara yol açabilir. elemanın sınır koşullarının uygun yaylarla (dönme ve doğrusal) ikame edilmesine dayanan ve etkili uzunluk yönteminin yanlışlığını kanıtlayan eski yöntem.3-Yer hareketlerinin seçilmesi ve ölçeklenmesi:Sismoloji ve tektonik plakalar teorisine ilişkin bazı bilgiler, çeşitli metotları karşılaştırarak ölçeklendirme prosedürü için uygun karakteristik ve saha özelliklerine sahip deprem hızlandırması kayıtlarının seçilmesi ve spektral alandaki ölçek 8'e göre en uygun olanın 8 taneye göre MCE'ye göre seçilmesi için temel sağlanmıştır. performansa dayalı tasarımda daha sonra tanımlanmış kriterlere ulaşmak için saha ve yapı özellikleri, aynı zamanda frekans içeriğini manipüle ettiği ve eşleştirilen kayıtları üretmek için deprem özelliklerinin değişmesine yol açabileceği için kaçınılmış spektrum eşleme yöntemi hakkında da değinilmiştir.Ayrıca, Kocaeli depreminin, deprem kayıtlarının doğasını hesaba katmak üzere geliştirilen kod veya ihtiyaç spektrumuna farklı spektrum tanımlaması getirebilecek ileride dikkate alınması ve araştırılması gerekebilecek bazı noktaları veya tuhaf değerleri olduğu bulunmuştur.4- Zaman Tarihçesi analizi: (senaryo tabanlı yaklaşım) doğrudan analiz metodu kullanılarak normal ve yanal yükler için elemanların seçilmesi ve boyutlandırılmasından sonra plastik menteşelerin beklenen davranışlarına ve ilgili performans limitlerine göre elemente tanımlanmasından sonra zaman öyküsü analizi kullanılmıştır. Yapının performansını değerlendirmek ve daha önce seçilen ve ölçeklendirilmiş ivme kayıtları altında beklentileri doğrudan doğruya entegrasyon yöntemleriyle karşılayabilmek ve farklı alfa değerleri olan Newmark Metodu ile HHT (Hilber-Hughes-Taylor) metodu arasında bir karşılaştırma yapıldığını, çözümün yinelenen ve yakınsama davranışını birkaç önerilen değerde gözlemlemek ve zaman kazanmak için uygun değeri seçmenin en iyi yolları hakkında bazı öneriler sunmak, doğruluğu geliştirmek ve analizin hesaplama taleplerini azaltmak.5- Performansa dayalı tasarım:İstenen performansı temsil eden kriter ve tanım, birkaç değişikliğe ulaşıldıktan sonra 50 yılda MCE'ye (2500 deprem) MCE'ye% 2 ölçeklendirilen seçilmiş sinyallerin zaman öyküsü analizi (senaryo tabanlı yaklaşım) altında IO doluluk seviyesi ve önerilerdir. Model yapısının birçok farklı düzenlemesinin testlerine dayanarak yapının performansının nasıl iyileştirileceği hakkında bilgi verilmiştir.6- Dirsekler için A341-16 kod kurallarının uygulanması ve yük dağılımı için KISS yöntemi (köşebent plakaları için kod kısıtlamalarından dolayı) ve çevreye uygulanan kuvvetlere göre yanal kuvvetlere dirençli elemanlar için plastik tasarım uygulanmıştır. Yapılarda doğru davranış ve enerji dağılımı mekanizmasının sağlanabilmesi için plastik menteşelerin beklenen yerlerde geliştikleri unsurlardır.7- Baz plakanın çeşitli düzenlemelerle sonlu eleman analizi incelenmiş ve çapaların ortak uygulama ve düzenlemelerinin doğru olmadığı ve yüklerin çapalar üzerinde eşit dağılımına izin veren uygun düzenlemeyi bulmak için daha fazla araştırma ve araştırmaya ihtiyaç duyulduğu kanıtlanmıştır.8- En-1991-3 ve En-1991-4 rüzgar ve kar yüklerini hesaba katmak için kullanıldı.9- Gelecekteki çalışmalarda daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyan bazı ileri düzey konular:a-Kocaeli deprem spektrumu.b-Taban plakası en iyi düzenleme.c-HHT değerleri ve çözüm davranışları.

This project is intended to provide guidelines about the advanced methods adopted in the new Turkish codes and other foreign codes such as European and American codes related to the steel structures like (En 1993 , AISC3xx's-16) into practical simplified applications, it might be modified later to serve as manual or courses to help spreading the understanding of these methods and ease their practice in designing offices, and not only mentioning the application steps but also providing the main theoretical knowledge as simplified as possible so that experienced engineers can know each step's reasons and what it represents with little or no need to refer to complex scientific papers or huge technical reports which most practicing engineer avoid out of fear of getting lost, losing valuable time or misinterpret. In this study it was used a single-story industrial building which serve as the basis for testing and implanting the following topics:1-Fatigue design of the elements where presented through two approaches one is loads amplification and the other one S-N curves, with some explanation about stress threshold, crack propagation and the mechanism of failure, and later on an example of implementing both of them on the crane supporting beam was presented where the S-N curves proved to be more economical while being more accurate since it is supported by clear scientific reasoning and experimental researches.2- Direct analysis Method despite being considered as the main analyzing method in the American AISC codes but it still less common in practice compared to Effective Length Method (which is still the main method taught in many universities like Istanbul.Technical University, despite all its defects presented in this thesis), Direct analysis Method was explained focusing on its significance and why it should be adopted , comparing it with other methods like Amplified First Order Method and Effective Length Method (mainly compared ELM), these explanation included notional loads application to the structures to account for (geometric imperfection , out of plumbness) , reduced stiffness for both axial and bending and their modifications to account for (residual stresses) and second order effects (P-∆ and P-δ) to account the for the element and whole structure deflections.Also, emphasizing the defects in ELM through missing moment since it fails to consider the second order effects and resulting moments that exist and affecting not only at single element but transferred to other neighbored elements and connections between them, K values problems and the inappropriate considerations resulting from them and the effect of leaning columns which cause weakness to the main columns supporting the structure and can lead to severe situations if wrong distribution of the loads occurs which may lead to collapse of the whole structure in far less than expected capacity, also comparing with old method which based on substituting the boundary conditions of the element with suitable springs (rotational and linear) and proved the inaccuracy of the effective length method. 3-Selecting and scaling of ground motions:Some background on seismology and tectonic plates theory was provided with basis for selecting earthquakes accelerations records with suitable characteristic and site properties for scaling procedure comparing between several methods and choosing the most suitable one to scale 8 signals in spectral domain to the MCE defined according to the site and structure properties to achieve defined criteria later in performance based design, also it was mentioned about spectrum matching method which was avoided because it manipulates the frequency content and may lead to change of the properties of the earthquake in order to produce the matched records.Also, some points or strange values for Kocaeli earthquake has been found that may need further consideration and investigating in the future, which may impose different spectrum definition to be introduced in the code or need spectrum that is developed to account for local earthquakes records' nature.4- Time History analysis: (scenario-based approach) after selecting and sizing the elements for normal and lateral loads using direct analysis method and defining the plastic hinges to the element according to their anticipated behavior and related performance limits, time history analysis was used to assess the performance of the structure and assure it meets the expectations under the previously selected and scaled accelerations records by direct integration methods and a comparison between Newmark Method and HHT (Hilber-Hughes-Taylor) method with different values of alpha has been done, observing the iteration and converging behavior of the solution at several suggested values and providing some recommendations about the best ways to choose the appropriate value to save time, improve the accuracy and reduce the computational demands of the analysis.5- Performance based design:The criteria and definition representing the intended performance was IO immediate occupancy level under time history analysis (scenario-based approach) of the selected signals which was scaled to MCE 2% in 50 years (2500 occurrence earthquake) after several modifications was achieved, and suggestions was provided on how to improve the performance of the structure based on tests of many different arrangements of the model structure.6- Plastic design was applied for elements involved in the lateral forces resisting system with applying A341-16 code rules for sections thickness and KISS method for load distribution (due to the code restrictions for gusset plates) and according to the forces applied to the surrounding elements when the plastic hinges develop at the expected locations to ensure the correct behavior and energy dissipation mechanism is achieved in the structure. 7- Finite element analysis of the base plate with several arrangements was investigated proving that the common practice and arrangement of the anchors is not correct and need further investigation and research to find the suitable arrangement that allow equal distribution of the loads on the anchors. 8- En-1991-3 and En-1991-4 were used to account for wind and snow loads.9- Some advanced topics that need further research in future studies:a-Kocaeli earthquake spectrum.b-Base plate best arrangement.c-HHT values and their solution behavior.