Orta ve yüksek katlı binalarda zemin yapı etkileşiminin zaman tanım alanında doğrusal elastik olmayan analiz yöntemi ile incelenmesi

Abstract

Binaların sismik tasarım ve performans değerlendirmesinde pratik olması sebebi ile bina tabanında ankastre mesnet kabulü yapılarak zemin davranışının talepler üzerindeki etkisi ihmal edilmektedir. Literatürde yapılan sınırlı sayıda çalışma; zeminde meydana gelen deformasyonlar ve temel dönmelerinin yapı davranışını önemli ölçüde değiştirebildiğini göstermektedir. Gerçekleştirilen çalışmada zemin yapı etkileşiminin orta ve yüksek katlı betonarme yapıların sismik performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. 8, 12, 16 ve 20 katlı iki boyutlu çerçeve betonarme yapı modelleri ve farklı rijitliğe sahip 3 farklı zemin tipi kullanılarak zemin yapı etkileşimli ve ankastre mesnetli modeller oluşturulmuştur. Çalışmada 21 farklı ivme kaydı dikkate alınarak 506 adet doğrusal elastik olmayan dinamik analiz ve 16 adet statik itme analizi olmak üzere toplam 522 adet analiz gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda deplasman talepleri, göreli kat ötelenme oranları ve hasar dağılımları elde edilerek karşılaştırılmıştır. Ayrıca ivme kayıtlarının karakteristik özellikleri ile deprem talepleri arasındaki olası korelasyon araştırılmıştır. Zemin yapı etkileşim ve ankastre modeller ile deprem özellikleri arasında anlamlı korelasyon değerleri elde edilmiş ve bu değerler yorumlanmıştır. Çalışmada elde edilen bulgular, yapılara etkiyen sismik taleplerin zemin davranışından önemli ölçüde etkilendiğini göstermektedir. Ankastre mesnetli modellerde sismik talepler alt katlarda yoğunlaşırken, zemin yapı etkileşiminin dikkate alındığı durumlarda üst katlarda talep artışları gözlenmektedir. Bu etkiler bina kat sayısı arttıkça ve zemin rijitliği düştükçe talepler üzerinde daha belirleyici olmaktadır. İvme kayıtlarının frekans içeriğine de bağlı olarak elde edilen sonuçlar büyük değişkenlik gösterebilmektedir. Ancak set ortalamaları için gözlenen farklılıklar azalmaktadır. Çalışma sonuçları orta ve yüksek katlı betonarme binaların sismik performans değerlendirmesinin gerçekçi yapılabilmesi için zemin yapı etkileşiminin modellere yansıtılması gerektiğini açıkça ortaya koymuştur.

The fixed base assumption is widely used in both seismic design and performance assessment of building structures due to its practical application. This assumption neglects the effect of soil behavior on seismic response of structures. A limited number of studies in the literature shows that soil deformations and rotations at the foundation level can significantly change the behavior of structure. In this study, the effects of soil structure interaction on seismic performance of mid and high-rise reinforced concrete (RC) buildings were investigated. For this purpose, 8, 12, 16 and 20-story two-dimensional RC frame models and three different soil types with different stiffness values were used to compare soil-structure interaction and fixed base assumption models. 506 nonlinear time-history analyses were performed using 21 different ground motion records. Total of 522 building model analyses including 16 pushover analyses were conducted. Displacement demand, Interstory Displacement Ratio values and damage distributions of soil structure interaction and fixed base assumption models were compared. In addition, the possible correlation between the characteristic features of the ground motion records and seismic demands was investigated. Significant correlation values were obtained both for soilstructure interaction and fixed-base models. The results obtained in the study show that the seismic demands of mid and high-rise RC buildings are significantly affected by the soil behavior. Seismic demands are concentrated on the lower stories for fixed-base models whereas the demands tend to increase at upper stories when soilstructure interaction is considered. These effects become more determinant on the demands as the number of stories increases and the soil stiffness decreases. Depending on the frequency content of the ground motion records, the results can vary greatly. However, the observed differences for set averages are decreasing. The results of the study clearly indicate that soil-structure interaction should be considered for seismic performance evaluation of mid and high-rise RC concrete buildings to obtain realistic demand estimates.