STUDY ON DISPLACEMENT-BASED AND FORCE-BASED DESIGN METHODS FOR SEISMIC DESIGN OF ESSENTIAL BUILDINGS
I n r e c e n t y e a r s m a n y r e s e a r c h e f f o r t s h a v e b e e n u n d e r t a k e n i n o r d e r t o d e v e l o p d e s i g n m e t h o d s a n d s t r u c t u r a l p e r f o r m a n c e-b a s e d e v a l u a t i o n. O n e o f t h e m o s t r e c e n t m e t h o d s f o r t h e d e s i g n a n d e v a l u a t i o n o f s t r u c t u r e s a t d i f f e r e n t l e v e l s o f e a r t h q u a k e a n d p e r f o r m a n c e, u s i n g n o n l i n e a r a n a l y s e s, i s d i s p l a c e m e n t-b a s e d d e s i g n. T h e m a i n i s s u e i n d i s p l a c e m e n t-b a s e d d e s i g n i s t h e d e v e l o p m e n t o f s i m p l e a n d a c c u r a t e m e t h o d s f o r t h e a n a l y s i s a n d d e s i g n o f n e w b u i l d i n g s, a n d e v a l u a t i o n o f e x i s t i n g b u i l d i n g s a t d i f f e r e n t p e r f o r m a n c e l e v e l s. I n t h i s p a p e r, t h e n e w a n d s i m p l e d i s p l a c e m e n t-b a s e d d e s i g n m e t h o d (D B D) (G h o r b a n i e-A s l a n d H u m a r, 2007) i s i n t r o d u c e d. T h e m a i n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h i s m e t h o d c o n c e r n h i g h e r m o d e e f f e c t s i n d e s i g n, w i t h n o n e e d t o e s t i m a t e o r c a l c u l a t e t h e f u n d a m e n t a l p e r i o d o f t h e b u i l d i n g s. I n t h i s p a p e r, t w o r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s t r u c t u r e s (e s s e n t i a l b u i l d i n g, h o s p i t a l) w e r e d e s i g n e d u s i n g t h e t r a d i t i o n a l f o r c e m e t h o d (l i n e a r s t a t i c m e t h o d o f s t a n d a r d N o. 2800) a n d t h e n e w D B D m e t h o d, a n d t h e n f r a m e s e c t i o n s, w e i g h t a n d f u n d a m e n t a l p e r i o d s w e r e c o m p a r e d. T h e n, t h e s e i s m i c p e r f o r m a n c e o f t h e m e n t i o n e d f r a m e s w a s c o m p a r e d u s i n g n o n l i n e a r s t a t i c a n a l y s i s. I n t h i s r e g a r d, i n e l a s t i c r o t a t i o n o f p l a s t i c h i n g e s, d u c t i l i t y a n d l o a d-c a r r y i n g c a p a c i t i e s, p e r f o r m a n c e l e v e l s a n d s t o r y d r i f t s o f b o t h d e s i g n e d f r a m e s w e r e c o m p a r e d. T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t d e s i g n b a s e s h e a r, d i m e n s i o n o f s t r u c t u r a l m e m b e r s a n d w e i g h t o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s t r u c t u r e s, d e s i g n e d u s i n g D B D, a r e m o r e t h a n t h o s e d e s i g n e d u s i n g t h e f o r c e m e t h o d. I t i s d u e t o u s i n g a d u c t i l i t y c a p a c i t y i n s t e a d o f a r e s p o n s e m o d i f i c a t i o n f a c t o r (R) i n r e d u c i n g e l a s t i c d e m a n d s p e c t r a. A l s o, r e s u l t s i n d i c a t e i m p r o v e m e n t i n t h e d u c t i l i t y, l o a d-c a r r y i n g c a p a c i t y a n d p e r f o r m a n c e o f f r a m e s t r u c t u r e s d e s i g n e d b y t h e D B D m e t h o d, b e c a u s e o f t h e i n c r e a s e d p e r c e n t a g e o f l o n g i t u d i n a l a n d s t i r r u p r e i n f o r c e m e n t s a n d i n c r e a s e d s e c t i o n d i m e n s i o n s. F r a m e S t r u c t u r e s d e s i g n e d u s i n g t h e f o r c e m e t h o d b e c o m e i n e l a s t i c u n d e r e a r t h q u a k e w i t h s m a l l e r a c c e l e r a t i o n t h a n d e s i g n a c c e l e r a t i o n a n d e x p e r i e n c e l a r g e d i s p l a c e m e n t s; w h e r e a s t h i s i s u n l i k e t h e o b j e c t i v e o f d e s i g n o f e s s e n t i a l b u i l d i n g s i n t h e c o d e. E v a l u a t i o n o f f r a m e s t r u c t u r e s, d e s i g n e d b y t h e f o r c e m e t h o d, i n d i c a t e s t h a t t h e y a r e n o t a p p r o p r i a t e f o r d e s i r e d p e r f o r m a n c e l e v e l s (I m m e d i a t e O c c u p a n c y), u n l i k e t h e f r a m e s d e s i g n e d b y c o n t r o l l e d d i s p l a c e m e n t. I t c o u l d b e c o n c l u d e d t h a t t h e d i s p l a c e m e n t-b a s e d m e t h o d c o u l d b e a s u i t a b l e s u b s t i t u t e f o r t h e f o r c e-b a s e d (t r a d i t i o n a l) m e t h o d i n t h e s e i s m i c d e s i g n o f e s s e n t i a l b u i l d i n g s.
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