Optimization of Isolators Between Floors of a High-Rise Building

Abstract

Earthquake vibrations are natural phenomena that can cause tremors on the ground surface and lead to serious loss of life and property. Especially large-scale earthquakes have the potential to significantly damage infrastructure systems and the durability of structures. Several strategies are available to reduce these damages and increase the resistance of structures to earthquakes. One of these strategies is the implementation of seismic isolators. Seismic isolation minimizes earthquake damage to structures. The main purpose of the study is to examine the effectiveness of the seismic isolator being installed at various story levels of 3D 20-story steel building model. The building had two sets of 20 evaluation models, each with a different isolator story. The first set had identical evaluation models, except for the isolation story which is incremented in each model. The second set is similar to the first set except that the lower stories are strengthened by shear walls. The goal was to determine the best dimensions for the isolator to minimize the inter-story drift values. For this purpose, a set of 12 earthquake records are selected. These records are scaled according to the determined design spectrum. The optimization is performed for one of these earthquake records. Nonlinear dynamic analyses are carried out to evaluate the building model responses for all 12 earthquake records. Response values such as story shear forces and story drift ratios were analyzed and interpreted. This analysis will contribute to a better understanding of the impact of isolators with optimization methods on structural performance.

Deprem titreşimleri, zemin yüzeyinde titremelere neden olabilen ve ciddi can ve mal kaybına yol açabilen doğal olaylardır. Özellikle büyük ölçekli depremler altyapı sistemlerine ve yapıların dayanıklılığına önemli ölçüde zarar verme potansiyeline sahiptir. Bu hasarları azaltmak ve yapıların depreme karşı direncini artırmak için çeşitli strateji ve yöntemler mevcuttur. Bu stratejilerden biri sismik izolatörlerin uygulanmasıdır. Sismik izolasyon, deprem sırasında yapılarda oluşabilecek hasarı en aza indirmek için etkili bir strateji olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, 3 boyutlu 20 katlı çelik çerçeve bina modelinin çeşitli kat seviyelerinde kurulan sismik izolatörün etkinliğini incelemektir. Bina modeli, her biri izolatör katının farklı olduğu 20 değerlendirme modeline sahip iki farklı sete bölünmüştür. İlk sette, her modelde artan izolasyon katı dışında değerlendirme modelleri aynıdır. İkinci set ise, izolatör altında kalan katlara perde duvar ile güçlendirilmesi dışında birinci sete benzerdir. Amaç, en az göreli kat ötelemesi oranı değerleriyle sonuçlanan en uygun izolatör boyutlarını bulmaktır. Bu amaçla bir dizi 12 deprem kaydı seçilmiştir. Bu kayıtlar belirlenen tasarım spektrumuna göre ölçeklendirilir. Bu deprem kayıtlarından biri için optimizasyon yapılır. 12 deprem kaydının tamamında bina modeli tepkilerini değerlendirmek için doğrusal olmayan dinamik analizler yapılmaktadır. Kat kesme kuvvetleri ve göreli kat ötelemesi oranları gibi tepki değerleri analiz edildi ve yorumlandı. Bu kapsamlı analiz, optimizasyon yöntemleriyle 20 katlı bir bina için tasarlanan izolatörlerin yapısal performans üzerindeki etkisinin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunacaktır.