Seismic Design of Multi-Storey Buildings by Using Stability Coefficient Response Spectra via the FSSDOF System

Abstract

Earthquake resistant structures must meet the conditions specified in the standard seismic codes of the country. Force-based method is a commonly used method for design and analysis of buildings. The method requires preliminary design of elements to determine the period of the building. Furthermore, iteration can be carried out to satisfy inter-storey drift limits specified by the seismic codes. Recently developed “first storey single degree of freedom”(FSSDOF) approach by Mousavi and Şensoy, is used to determine base shear according to Stability Coefficient (SC) using “Stability Coefficient Response Spectrum” (SCRS). SCRS is formed due to period dependence feature of stability coeffient and spectral acceleration is plotted versus SC for an inverted pendulum with a known height. FSSDOF is used as a single degree of freedom (SDOF) system since the height of first storey rarely changes during the design process and the shear force acting on the first storey is directly equal to the base shear. In order to create response spectra, dynamic response of SDOF systems is analysed by using Newmark’s Method for linear systems. In this thesis, two structures of different heights, five storey and nine storey, were designed and analyzed for different yield strength reduction factors by force based design. Then by calculating the equivalent SC of the fundamental vibration period, base shears were obtained by conventional response spectra and SC response spectra were compared. Higher base shear values were obtained by SCRS since P-delta effect is inherited within the equation of motion. Keywords: stability coefficient response spectrum, first storey single degree of freedom system, force based design, multi-storey buildings.

ÖZ: Depreme dayanıklı yapılar, ülkenin standart sismik kodlarında belirtilen koşulları karşılamalıdır. Kuvvete dayalı yöntem, yapıların tasarımı ve analizi için en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Yöntem binanın temel periyodunu belirlemek için elemanların ön tasarımını gerektirir. Ayrıca, sismik kodlar tarafından belirlenen katlar arası ötelelenme sınırlarını karşılamak için iterasyon yapılması gerekebilir. Mousavi ve Şensoy tarafından yeni geliştirilen “Birinci Kat Tek Serbestlik Derecesi”(FSSDOF) yaklaşımı, “Stabilite Katsayısı Davranış Spektrumu” (SCRS) kullanılarak Stabilite Katsayısına (SC) göre taban kesme kuvvetini belirlemek için kullanılır. SCRS, stabilite katsayısının periyot bağımlılığı özelliği sayesinde oluşturulur ve spektral ivme, bilinen bir yüksekliğe sahip ters bir sarkaç için SC değerine karşı çizilir. Birinci katın yüksekliği tasarım sürecinde nadiren değiştiği ve birinci kat üzerinde etkili olan kesme kuvveti doğrudan taban kesim kuvvetine eşit olduğu için FSSDOF, tek serbestlik dereceli (SDOF) sistem olarak kullanılmıştır. Davranış spektrumlarını oluşturmak için, Newmark’ın doğrusal sistemler için geliştirdiği yöntem kullanılarak SDOF sisteminin dinamik davranışı analiz edilmiştir. Bu tezde, biri beş katlı diğeri dokuz katlı olan iki yapı, farklı azaltma faktörleri için kuvvete dayalı tasarım metodu ile tasarlanıp analiz edilmiştir. Daha sonrasında, klasik davranış spektrumu ve temel titreşim periyodu eşdeğer SC değerini hesaplayarak SC davranış spektrumu ile elde edilen taban kesme kuvveti karşılaştırılırmıştır. P-delta etkisi hareket denklemi içine yerleştirilmiş olduğu için, SCRS ile daha yüksek taban kesme değerleri elde edilmiştir. Anahtar kelimeler: kararlılık-katsayı davranış spektrumu, birinci katlı tek serbestlik derecesi sistemi, kuvvete dayalı tasarım, çok katlı binalar.