Seismic Design and Performance Evaluation of Residential Buildings via the TBEC 2018, TEC 2007 and EC 8

Abstract

Every year, thousands of people were lost their lives in buildings that were collapsed due to the earthquake. However, the buildings should at least not collapse during the earthquake and ensure the safety of life. Therefore, countries are published earthquake codes with rules and instructions to design buildings earthquake-resistant. However, although these earthquake codes seem to be sufficient, they need to be built up in parallel with the developments in science and engineering. In this context, at the end of 2018, Turkey published a new earthquake code. In this new earthquake code, many sections of the previous earthquake code have updated. Also, many new rules have published. Therefore, in this thesis to examine the impact of these developments on building performance, it is aimed to compare the new Turkish Building Earthquake Code 2018 (TBEC 2018), the previous Turkish Earthquake Code 2007 (TEC 2007) and Eurocode 8 (EC 8) in terms of the performance of buildings. Firstly, the seismic design principles and seismic analysis steps of the earthquake codes were compared in the context of general information. Then, in the selection of the residential buildings, the types of irregularities mentioned in TBEC 2018 were taken into consideration. Accordingly, different types of plans were designed under six main headings. These are regular building and A1, A2, A3, B1 and B2 type structural irregular buildings. Afterwards, the design has been expanded with three different storey numbers (5, 10 & 20-Storey) to examine the behaviour of these buildings at different storey numbers. Furthermore, major changes observed on the previous Turkey Earthquake Zones Map with the publication of the New Turkey Earthquake Hazard Map. Therefore, to examine the effect of the location-based design, two locations (Atasehir & Izmit) which were in the same earthquake zone in the previous Turkey Earthquake Zone Map but which had different spectral values were selected in the new Turkey Earthquake Hazard Map. In the numerical application part of the study, a total of 108 residential buildings were designed and analysed by linear dynamic analysis method. Then, multimode pushover analysis was performed to determine the performance levels of residential buildings which were designed according to three earthquake codes. Finally, the analysis results were evaluated by TBEC 2018 criteria to determine the performance level of residential buildings. In this study, base shear forces, maximum horizontal displacements, construction costs, damage rates of columns and beams and performance level of the buildings were compared. According to the pushover analysis results of the buildings, the controlled damage performance level targeted by the earthquake codes was achieved at a rate of 95%. In the buildings designed according to the spectral data of Atasehir, analysis according to EC 8 was found to be the worst in terms of column damage rate. However, in buildings designed according to spectral data of Izmit, analysis according to TEC 2007 has the worst column damage rate. The most ineligible results in terms of construction cost were obtained from the analysis according to EC 8. In terms of building costs, minimal differences have been observed between TBEC 2018 and TEC 2007; The reason for this difference is that the concept of earthquake zone used in TEC 2007 was abandoned in TBEC 2018.

ÖZ: Her yıl binlerce insan deprem nedeniyle yıkılan binalarda hayatını kaybetmektedir. Ancak, binalar en azından deprem sırasında yıkılmamalı ve can güvenliğini sağlamalıdır. Bu nedenle, ülkeler depreme dayanıklı binaları tasarlayabilmek adına kurallar ve talimatlar içeren deprem yönetmelikleri yayımlanmaktadır. Bununla birlikte, bu deprem yönetmelikleri yeterli görünse de bilim ve mühendislikteki gelişmelere paralel olarak yenilenmeleri gerekir. Bu bağlamda, 2018 sonunda, Türkiye yeni bir deprem yönetmeliği yayınladı. Bu yeni deprem kodunda, önceki deprem kodunun birçok bölümü güncellenmiştir. Ayrıca, birçok yeni kural da yayınlanmıştır. Bu nedenle, bu gelişmelerin bina performansına etkisini incelemek amacıyla yapılan tez çalışmasında, yeni Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY 2018), bir önceki Türkiye Deprem Yönetmeliği 2007 (DBYBHY 2007) ve Eurocode 8 (EC 8)'in bina performansı açısından karşılaştırılması amaçlanmıştır. Çalışmada, ilk olarak genel bilgi bağlamında yönetmeliklerin sismik tasarım esasları ve hesap adımlarının karşılaştırması yapılmıştır. Daha sonra, konut binalarının seçiminde TBDY 2018 yönetmeliğinin düzensizlik kriterlerine bağlı kalınmıştır. Buna göre binalar, düzenli binalar ve A1, A2, A3, B1 ve B2 tipi düzensiz binalar olarak toplamda 6 farklı ana başlık altında sınıflandırılmıştır. Daha sonra, bu binaların farklı kat sayılarındaki davranışlarını da incelemek adına tasarım üç farklı kat sayısıyla (5, 10 ve 20 Kat) genişletildi. Ayrıca, önceki Türkiye Deprem Bölgeleri Haritasında, Yeni Türkiye Deprem Tehlikesi Haritasının yayınlanmasıyla birlikte büyük değişiklikler olduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle, lokasyon bazlı tasarımın etkisini inceleyebilmek adına, önceki Türkiye Deprem Bölgesi Haritasında aynı deprem bölgesinde bulunan ancak yeni Türkiye Deprem Tehlikesi Haritasında farklı spektral değerleri olan iki lokasyon (Ataşehir ve İzmit) seçildi. Çalışmanın sayısal uygulama bölümünde ise, toplam 108 adet konut binası tasarlandı ve doğrusal dinamik analiz yöntemi ile analiz edildi. Daha sonra, üç deprem kanununa göre tasarlanmış konut yapılarının performans seviyelerini belirlemek için çok modlu itme analizi uygulandı. Son olarak, analiz sonuçları, konut yapılarının performans seviyesini belirlemek için TBDY 2018 kriterleri ile değerlendirildi. Çalışmada binaların, taban kesme kuvvetleri, en büyük yatay yer değiştirmeleri, yapım maliyetleri, kolon ve kirişlerin hasar oranları ve performans seviyeleri karşılaştırılmıştır. Binaların performans sonuçlarına göre yönetmeliklerin hedeflediği performans seviyesi %95 oranında elde edilmiştir Ataşehir'in spektral verilerine göre tasarlanan binalarda, EC 8'e göre yapılan analizlerin kolon hasarı oranı bakımından en kötü olduğu tespit edildi. Bununla birlikte, İzmit'in spektral verilerine göre tasarlanmış binalarda, DBYBHY 2007'ye göre yapılan analizler en kötü kolon hasar oranına sahiptir. Yapı maliyeti açısından en elverişsiz sonuçlar EC 8'e göre yapılan analizlerden elde edilmiştir. Diğer yönden, TBDY 2018 ile DBYBHY 2007 arasında yapı maliyetleri açısından kısmi farklılıklar gözlenmiştir; bu farklılığın sebebi olarak DBYBHY 2007'de kullanılan deprem bölgesi kavramının TBDY 2018'de terk edilmiş olmasıdır.