EVALUATION OF THE STABILITY DESIGN METHODS IN STEEL STRUCTURES

Stability for all building systems; Although it is a problem that must be overcome in terms of life safety and building safety, it has special importance, especially for steel structures. The high strength of the steel provides easy access to sufficient bearing capacity with small cross-sections in the carrier system elements. However, while the buckling problem is encountered in the structural element formed with small sections and subjected to axial pressure load, the stability problem is also met when the holistic behavior of the same structural system is examined. For this reason, it is necessary to carry out the design by examining the stability situation based on elements and throughout the system during the design phase. It would be a correct method to consider the factors affecting the stability of the element and the structure with a comprehensive research in the stability design. In this context, international steel regulations and Turkish Steel Regulations (ÇYTYHE-2016) offer design opportunities with two different methods: General Analysis (GA) and Buckling Length (BB) method. There are two different analysis methods to consider the second-order effects of the design methods. These methods are nonlinear geometric analysis (nonlinear) and approximate second-order analysis methods (YIMA). When the presented methods are blended, they form four different design and analysis methods within certain boundary situations. Aim: This study is aimed to compare the four methods within the limits of applicability and to highlight their advantages and disadvantages. Method: Within the scope of the study, a single-story plane steel frame system and an 8-story steel structure model were designed with first-order analysis and stability controls with four different methods, and the results were analyzed. Result: As a result of the study, in terms of clarity and applicability in the calculations, the GA method is different from the BB method; It has been seen that the Nonlinear analysis method is more reliable than YIMA since it can analyze the deformations more realistically. However, in cases where the use of the superposition principle is necessary, the nonlinear analysis method cannot be applied, so the use of the YAMA method is advantageous.

Keywords: Design for Stability, Direct Analysis Method, Effective Length Method, Second-Order Analysis, Approximate Second-Order Analysis

Doi:10.17366/uhmfd.2022.18.2

Tüm yapı sistemleri için stabilite; can güvenliği ve yapı güvenliği açısından aşılması gereken bir problem olmakla birlikte özellikle çelik yapılar için ayrı bir önem arz etmektedir. Çeliğin yüksek dayanıma sahip olması, taşıyıcı sistem elemanlarında küçük en kesitlerle yeterli taşıma kapasitesine erişim kolaylığı sunmaktadır. Ancak küçük kesitler ile teşkil edilen ve eksenel basınç yüküne maruz kalan yapı elemanında burkulma sorunu ile karşılaşılırken, aynı yapı sistemin bütünsel davranışı incelendiğinde de stabilite sorunu ile karşılaşılmaktadır. Bu sebeple tasarım aşamasında eleman bazında ve sistem genelinde stabilite durumu incelenerek tasarımın gerçekleştirilmesi gereklidir. Stabilite tasarımında eleman ve yapının stabilitesini etkileyen faktörlerin kapsamlı bir araştırma ile dikkate alınması doğru bir yöntem olacaktır. Bu kapsamda uluslararası çelik yönetmelikleri ve Türk Çelik Yönetmeliği (ÇYTYHE-2016), Genel Analiz (GA) ve Burkulma Boyu (BB) yöntemi olmak üzere iki ayrı yöntem ile tasarım imkânı sunmaktadır. Tasarım yöntemlerinin ikinci mertebe etkilerini dikkate alabilmesi için iki farklı analiz yöntemi bulunmaktadır. Bu yöntemler Geometrik doğrusal olmayan analiz (Nonlineer) ve yaklaşık ikinci mertebe analiz yöntemleridir (YİMA). Sunulan yöntemler harmanlandığında belirli sınır durumlar içerisinde dört farklı tasarım ve analiz yöntemlerini oluşturmaktadır. Amaç: Bu çalışmada dört yöntemin uygulanabilirlik sınır durumları içerisinde karşılaştırılması, avantajlı ve dezavantajlı yönleri öne çıkarılması amaçlanmıştır. Yöntem: Çalışma kapsamında, tek katlı bir düzlem çelik çerçeve sistemi ve 8 katlı çelik yapı modeli birinci mertebe analiz ile tasarımları yapılmış ve dört farklı yöntem ile stabilite kontrolleri yapılarak sonuçlar analiz edilmiştir. Bulgular: Analizler neticesinde hesaplamalardaki netlik ve uygulanabilirlik bakımından GA yöntemi BB yönteminden daha güvenilir olduğu görülmüştür. Doğrusal olmayan analiz yöntemi, YİMA yöntemine göre şekil değiştirmeleri analizde dikkate alabilmesi sebebiyle gerçek davranışa daha yakın sonuçlar vermektedir. YİMA yöntemi, doğrusal olmayan analiz yönteminden daha küçük değerler elde etmeksizin daha güvenli bölgede kalmaktadır. Süperpozisyon prensibinin kullanılması gerekli durumlarda doğrusal olmayan analiz yöntemi uygulanamadığından YİMA yönteminin kullanılması avantaj sağlamaktadır.

Anahtar Kelimeler: Stabilite Tasarımı, Genel Analiz Yöntemi, Burkulma Boyu (Etkin Uzunluk) Yöntemi, İkinci Mertebe Analizi, Yaklaşık İkinci Mertebe Analizi

Doi:10.17366/uhmfd.2022.18.2