Betonarme binalarda farklı zemin koşulları ve taşıyıcı sistemler için zemin-yapı etkileşiminin değerlendirilmesi

Depreme dayanıklı yapı tasarımında, zemin koşullarının yapı üzerinde yaratacağı etkilerin analizlerde dikkate alınması hayati önem taşımaktadır. Ancak inşaat mühendisliği uygulamalarındaki yapı tasarımlarında, temelin zemine rijit bağlandığı kabulü yapılmasına yönetmelikler tarafından müsaade edilmekte, bu sebeple zeminin üst yapının sismik performansına etkisi göz ardı edilmektedir. Bu suretle özellikle düşük taşıma kapasitesine ve yüksek deformasyon özelliklerine sahip olan, genellikle yumuşak, gevşek veya yüksek su içeriği barındıran zayıf zeminlerde deprem anında meydana gelen deformasyonlar ve temel dönme/çökmelerinin yapıların sismik davranışlarındaki yapabileceği etkilerin gözden kaçırılmasına sebep olunmaktadır. Sonuç olarak tasarımı tamamlanmış yapının deprem etkileri altındaki gerçek davranışına uygun çözümleme yapılmama riski ile karşı karşıya kalınmakta, sonucunda zeminle uyumsuz bir yapı inşasıyla yapının deprem sırasında hasar görmesi veya çökmesi kaçınılmaz olmaktadır. Literatürde, zemin tepkisinin yapı hareketini, yapı tepkisinin de zemin hareketini etkilediği kabulüne Zemin-Yapı Etkileşimi (ZYE) denilmektedir. ZYE, rijit (ankastre) temel yaklaşımından ayrılarak esnek zemin-temel sistemi kavramını tanımlar. Bu yaklaşımın sonucunda ortak sistemin sönüm oranı artarken periyot uzar. Bu çalışmada, SAP 2000 programıyla 3 boyutlu analizler yapılarak farklı zemin koşullarının ve farklı taşıyıcı sistemlerin periyot uzaması üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Analizler, ZYE ile periyot uzamasının temel olarak zeminin kayma modülü, bina yüksekliği ve periyoduna bağlı olduğunu göstermiştir. Ayrıca analiz edilen binaların periyot uzaması FEMA (Federal Emergency Management Agency) tarafından önerilen ilgili bağıntıyla hesaplanmıştır. Analiz sonuçlarıyla FEMA bağıntısı arasında tam bir tutarlılığın olduğu görülmüştür. Çalışmanın son bölümünde ZYE'nin taban kesme kuvveti, tepe yer değiştirmesi ve göreli kat ötelemeleri üzerine etkileri değerlendirilmiştir. Bulgular, ZYE'nin özellikle görece zayıf zeminler için sayısal analiz ve performans değerlendirmesine dâhil edilmesi gerekliliğine işaret etmektedir.

In earthquake-resistant structural design, it is crucial to consider the effects of soil conditions on the structure into analytical models. However, current engineering design practices and building codes often permit the assumption of a rigid foundation-soil connection, leading to the neglect of soil's influence on the seismic performance of the superstructure. This simplification can result in the oversight of significant deformations and foundation rotations or settlements that occur during seismic events, particularly in weak soils characterized by low bearing capacity, high deformability, or high moisture content, such as soft, loose, or saturated soils. Consequently, the actual dynamic behavior of the designed structure under seismic loading may not be accurately represented, posing a risk of structural damage or collapse due to soil-structure incompatibility during an earthquake. In the literature, the concept that soil response influences structural motion and, conversely, structural response affects soil motion is referred to as Soil-Structure Interaction (SSI). SSI deviates from the rigid (fixed) foundation assumption by considering a flexible soil-foundation system. This approach results in an increase in the overall system damping ratio and an elongation of the natural period. In this study, three-dimensional analyses were conducted using the SAP2000 software to investigate the effects of different soil conditions and structural systems on period elongation. The analyses revealed that period elongation due to Soil-Structure Interaction (SSI) primarily depends on the soil shear modulus, building height, and fundamental period. Additionally, the period elongation of the analyzed buildings was calculated using the correlation proposed by the Federal Emergency Management Agency (FEMA). A complete consistency was observed between the analytical results and the FEMA correlation. In the final part of the study, the effects of SSI on base shear forces, peak displacements, and inter-story drifts were evaluated. The findings underscore the necessity of incorporating SSI into numerical analysis and performance assessment, particularly for relatively weak soils.