NUMERICAL COMPARISON OF FRAMES CONSISTING OF STEEL COLUMNS AND CONCRETE FILLED STEEL TUBE COLUMNS

Year 2023, Issue: 007, 14 - 29, 30.06.2023

Emre Baş , Mustafa Halûk Saraçoğlu , Fethullah Uslu

Abstract

In this study, building floor displacements, base shear forces and total weights of the structure were investigated by analyzing the buildings with steel columns and concrete filled steel tube (CFST) composite columns with the same floor plan at different heights. In order to determine the composite column equivalent to the steel column, a computer program has been developed which is based on the Regulation on the Design, Calculation and Construction Principles of Steel Structures (ÇYTHYE, 2018). The computer program can also calculate the coordinates of the critical points in the developed interaction diagrams. Steel column structures were analyzed according to AISC regulation using ETABS 2019 program. As a result of the analyses, steel profiles that can able to carry the calculated critical forces in the columns were determined and CFST columns equivalent to these steel column sections were obtained with the help of the developed computer program. Also by increasing the building height 3, 6, 9 and 15-storey buildings were considered and with the change of the number of floors behaviours of structures with steel and composite columns are presented. In this study, four different structures with steel columns and composite columns were analyzed separately. It has been determined that composite column structures perform better than steel column structures. The results were presented in tables and graphs.

Keywords

Concrete Filled Steel Tube Columns, Composite, Composite Structural Elements, Design of Composite Structures

ÇELİK KOLONLARDAN VE BETON DOLGULU ÇELİK TÜP KOLONLARDAN OLUŞAN ÇERÇEVELERİN SAYISAL KARŞILAŞTIRILMASI

Abstract

Bu çalışmada aynı kat planına sahip farklı yüksekliklerdeki çelik kolonlu ve içi beton doldurulmuş çelik tüp (BDÇT) kompozit kolonlu yapılar analiz edilerek yapı kat deplasmanları, taban kesme kuvvetleri ve yapı toplam ağırlıkları incelenmiştir. Çelik kolona eşdeğer kompozit kolonu tespit etmek için Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları 2018 (ÇYTHYE, 2018) yönetmeliğini esas alan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Geliştirilen bilgisayar programı geliştirilmiş karşılıklı etki diyagramlarındaki kritik noktaların koordinatlarını da hesaplayabilmektedir. Çelik kolonlu yapılar AISC yönetmeliğine göre, ETABS 2019 programı kullanılarak analiz edilmiştir. Analizler sonucunda kolonlarda hesaplanan kritik kuvvetleri taşıyabilecek çelik profiller tespit edilmiş ve bu çelik kolon kesitlerine eşdeğer BDÇT kolonlar geliştirilen bilgisayar programı yardımıyla elde edilmiştir. Ayrıca yapı yüksekliği artırılarak 3, 6, 9 ve 15 katlı yapılar ele alınmış ve kat sayısının değişimi ile çelik ve kompozit kolonlu yapıların davranışları ortaya konulmuştur. Bu çalışmada incelenmiş olan 4 farklı yapı, çelik kolonlu ve kompozit kolonlu olarak ayrı ayrı analiz edilmiştir. Kompozit kolonlu yapıların, çelik kolonlu yapılara göre daha iyi performans gösterdiği belirlenmiştir. Sonuçlar tablo ve grafiklerle sunulmuştur.

Keywords

Beton Dolgulu Çelik Tüp Kolonlar, Kompozit Yapı Elemanları, Kompozit, Kompozit Yapıların Tasarımı

References

• [1] Han, L.H., Li, W. and Bjorhovde, R., (2014), Developments and Advanced Applications of Concrete-Filled Steel Tubular (CFST) Structures: Members, Journal of Constructional Steel Research, 100, 211–228.
• [2] Schneider, S.P., (1998), Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tubes, Journal of Structural Engineering, 124(10), 1125–1138.
• [3] Sakino,K., Nakahara, H., Morino, S., and Nishiyama, I., (2004), Behavior of Centrally Loaded Concrete-Filled Steel-Tube Short Columns, Journal of Structural Engineering, 130(2),180-188.
• [4] Giakoumelis, G., and Lam, D., (2004), Axial Capacity of Circular Concrete-Filled Tube Columns, Journal of Constructional Steel Research, 60(7),1049-1068.
• [5] Hu, H.T., Huang, C.S., and Chen, Z.L., (2005), Finite Element Analysis of CFT Columns Subjected to an Axial Compressive Force and Bending Moment in Combination, Journal of Constructional Steel Research, 61(12), 1692–1712.
• [6] Damar, M. (2006). Kompozit Yapılarda Taşıma Gücü, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 75s.
• [7] Patidar, A.K., (2022), Behaviour of Concrete Filled Rectangular Steel Tube Column, IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering ,4(2), 46–52.
• [8] Evirgen, B., Tuncan, A., and Taskin, K., (2014), Structural Behavior of Concrete Filled Steel Tubular Sections (CFT/CFSt) Under Axial Compression, Thin-Walled Structures, 80, 46–56.
• [9] Essopjee, Y., and Dundu, M., (2015), Performance of Concrete-Filled Double-Skin Circular Tubes in Compression, Composite Structures, 133, 1276–1283.
• [10] İnce, G., İnce, H.H., ve Kaya, F., (2015), Kompozit Yapı Sistemlerinin İncelenmesi, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 6(1), 43–47.
• [11] Amini, H. (2018). Kompozit Yapıların Dinamik Davranışlarının Geleneksel Yapılar ile Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde, 75s.
• [12] Abdulmaged, M.T., and Göğüş, M.T., (2018), Parametric Study for Performance Evaluationof Concrete FilledSteel Composite Circular Members According to Design Codes, European Journal of Science and Technology, özel sayı, 62–64.
• [13] Han, L.H., Lam, D., and Nethercot, D.A. (2019). Design Guide for Concrete-Filled Double Skin Steel Tubular Structures (1st edition). Boca Raton: CRC Press/Taylor & Francis Group. [14] Bölükbaşı, E. (2020). Farklı Kompozit Kolon Türlerinin Eurocode 4’e göre Tasarımlarının Örneklerle Açıklanması, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Eskişehir, 116s.
• [15] Uslu, F., Taşkın, K., and Saraçoğlu, M.H., (2021), Strength and Ductility of Concrete Encased Composite Columns Under Axial Force and Moment, Journal of the Institute of Science and Technology, 11(1), 333–344.
• [16] Taşkın, K., and Uslu, F., (2021), Çelik Gömmeli Kompozit Kolonların Sonlu Elemanlar Analizi ile Sayısal Karşılaştırılması, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(3), 81–95.
• [17] İpek, S., and Güneyisi, E.M., (2021), Comparison of The Predictability of the Ultimate Axial Strength of Elliptical Cfst Columns Using Existing Square and Circular Section-Based Code Formulae, Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 6(1), 12–27.
• [18] Manikandan, K.B., and Umarani, C., (2021), Understandings on the Performance of Concrete-Filled Steel Tube with Different Kinds of Concrete Infill, Advances in Civil Engineering.
• [19] Jia, Z.L., Shi, Y.L., Wang, W., and Ji, S.H., (2022), Compression-Bending Behaviour of Steel-Reinforced Concrete-Filled Circular Steel Tubular Columns with Preload, Structures, 36, 892–911.
• [20] Wang, X., Fan, F., and Lai, J., (2021), Strength Behavior of Circular Concrete-Filled Steel Tube Stub Columns Under Axial Compression: A review, Construction and Building Materials, 322.
• [21] Baş, E. (2022). Çelik Kolonlu ve İçi Beton Doldurulmuş Çelik Tüp Kompozit Kolonlu Yapıların Karşılaştırmalı Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Kütahya, 88s.
• [22] ÇYTHYE, (2018). Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları, Ankara: Çevre ve Şehircilik Bakanlığı.
• [23] Demirli, N., and İnan, M.Y., (2003), DELPHI 7., Ankara: Prestige Education Center.
• [24] ETABS, (2019). CSI Analysis reference manual for ETABS, Computers and Structures Inc., Berkeley, California.
• [25] AISC (2016). American Institute of Steel Construction, Specification for Structural Steel Buildings, ANSI / AISC 360-16, American Institute of Steel Construction.
• [26] TS498, (1998). Betonarme Elemanların Boyutlandırılmasında Alınacak Yükler, Ankara: Türk Standardları Enstitüsü.
• [27] TS ISO 9194, (1997). Yapıların Projelendirilme Esasları-Taşıyıcı Olan ve Olmayan Elemanlar Depolanmış Malzemeler-Yoğunluk, Ankara: Türk Standardları Enstitüsü.
• [28] TBDY, (2018). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Ankara: İçişleri Bakanlığı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı.