Effect of different foundation cases and soil stiffness on the structural behavior of a 7 story RC building

Abstract

The effect of foundation behavior is neglected by accepting the foundation as infinitely rigid at the base of the buildings as it is practical in seismic design and performance evaluation. Studies in the literature shows that the deformations and rotations in the foundation can significantly change the behavior of the structure. In order to examine this change, a study based on reinforced concrete buildings has been planned. 26 different types of buildings, which have different foundation types and dimensions reflecting the characteristic features of existing reinforced concrete buildings in our country and built on soils with different stiffness are taken into account. Buildings are designed on the basis of TS500 and TBDY-2018 and three-dimensional models are prepared using the SAP2000 program. The behavior of infill walls is defined by equivalent compression struts. All models are evaluated using nonlinear static analysis. The differences of the horizontal strength, period and displacement demand values of the buildings according to the fixed base assumption is examined and the damage situation is evaluated. According to the results of the analysis, an increase of approximately 15% is observed in the building period and displacement demands, even in the most ideal situation. It is possible for this increase to reach 82% in unfavorable conditions in terms of foundation dimensions and soil stiffness. The effect of different foundation conditions on the damage distribution in the structure is generally below 10%. The effect on the horizontal strength is less than 2% for the foundation dimensions in accordance with the seismic code.

Keywords

• Frame with infill walls
• soil-structure interaction
• foundation dimension
• foundation type
• soil subgrade reaction modulus

7 Katlı betonarme bir binada farklı temel durumları ve zemin rijitliğinin yapı davranışına etkisi

Abstract

Yapıların sismik tasarım ve performans düzeylerinin belirlenmesinde uygulama kolaylığı nedeniyle bina tabanında ankastre mesnet tanımı yapılarak zemin davranışının etkisi göz ardı edilmektedir. Zeminde meydana gelen deformasyonlar ve temel dönmelerinin yapı davranışını ciddi oranda değiştirebildiğini literatürde yapılan çalışmalar göstermektedir. Bu değişimi incelemek amacıyla betonarme binaları esas alan bir çalışma planlanmıştır. Ülkemizde mevcut betonarme binaların karakteristik özelliklerini yansıtan farklı temel tip ve boyutlarına sahip ve farklı rijitlikte zeminler üzerinde inşa edilmiş 26 farklı bina türü yapı dikkate alınmıştır. Binalar TS500 ve TBDY-2018 esas alınarak tasarlanmış olup, üç boyutlu analiz modelleri SAP2000 programı kullanılarak hazırlanmıştır. Tamamı dolgu duvarlı olarak tasarlanan modellerde, dolgu duvar etkisi eşdeğer çapraz basınç çubuğu şeklinde tanımlanmıştır. Tüm modellerde doğrusal elastik olmayan hesap yöntemi kullanılarak analizler yapılmıştır. Binaların yatay dayanım, periyot ve deplasman talebi değerlerinin ankastre temel kabulüne göre değişimi incelenmiş ve hasar durumu değerlendirilmesi yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre bina periyot ve deplasman taleplerinde en ideal durumda dahi yaklaşık %15 artış görülmektedir. Temel boyutları ve zemin rijitliği açısından elverişsiz koşullarda bu artışın %82’ye ulaşması mümkündür. Farklı temel durumlarının yapıda hasar dağılımı üzerindeki etkisi genel olarak %10’un altındadır. Yatay dayanım üzerindeki etkisi ise yönetmeliğe uygun temel boyutlarında daha kısıtlı olarak %2’den düşük seviyededir.

Keywords

• Dolgu duvarlı çerçeve
• zemin yapı etkileşimi
• temel boyutu
• temel tipi
• zemin yatak katsayısı

References

1. [1] Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik. 26511 sayılı Resmi Gazete, 2017 (30.10.2020).
2. [2] Gülkan P. Influence of Different Soil Modeling Criteria in SSI Analysis. Editörler: Gülkan P., Clough R.W. Developments in Dynamic Soil-Structure Interaction, 179-217, Dordrecht, Springer, 1993.
3. [3] Aydınoğlu MN. Üstyapı-Zemin Ortak Sisteminin Deprem Hesabı, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 1977.
4. [4] Korkmaz KA, Demir F. “Yapı-Zemin Etkileşiminin Yapıların Deprem Davranışına Etkileri”. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 3(1), 12-17, 2012.
5. [5] Kılıçer S. Yapı Zemin Etkileşiminin Betonarme Yapıların Tasarımına Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye, 2016.
6. [6] Çetinkaya MY, Çelebi E, Kırtel O. “Yapı-Temel-Zemin Sismik Etkileşim Probleminin Adapazarı Bölgesi İçin Empedans Fonksiyonları Yardımıyla Analizi”. Politeknik Dergisi, 20(2), 325-332, 2017.
7. [7] Anand V, Kumar SRS. “Seismic soil-structure interaction: A state-of-art review”. Stuctures, 16, 317-326, 2018.
8. [8] Tomeo R, Pitilakis D, Bilotta A, Nigro E. “SSI effects on seismic demand of reinforced concrete moment resisting frames”. Engineering Structures, 173, 559-572, 2018.

9. [9] Ethemoğlu H. Zemin Yapı Etkileşiminin Hasar Olasılığına Etkisi, Doktora Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2020.
10. [10] Çaycı BT, İnel M, Kamal M. “Zemin Rijitliğindeki Değişimin Yapıların Sismik Davranışı Üzerindeki Etkileri”. Konferans: 4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı. Eskişehir, Türkiye, 11-13 Ekim 2017.
11. [11] Cayci, BT, Inel M, Ozer E. “Effect of Soil–Structure Interaction on Seismic Behavior of Mid-and Low-Rise Buildings”. International Journal of Geomechanics, 21(3), 04021009, 2021.
12. [12] Avcıoğlu O. İki parametreli zemine oturan betonarme yapıların doğrusal olmayan hesabı ve görsel tabanlı bir bilgisayar yazılımı, Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2015.
13. [13] Inel M, Ozmen HB, Şenel ŞM, Kayhan AH. “Mevcut Betonarme Binaların Yapısal Özelliklerinin Belirlenmesi”, Uluslararası Sakarya Sempozyumu, Sakarya, Türkiye, 1-2 Ekim 2009.
14. [14] TBDY 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, Türkiye, 2018.
15. [15] TS 500. Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara Türkiye, 2000.
16. [16] TS 498. Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1987.
17. [17] FEMA 356. Prestandard And Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. ASCE for Federal Emergency, Washington D.C. 2000.
18. [18] Asteris PG. “Lateral stiffness of brick masonry infilled plane frames”. J Struct Eng, 129(8), 1071–1079, 2003.
19. [19] Bowles JE. “Foundation Analysis and Design: McGraw-Hill Companies”, Inc., New York, USA, 1996.
20. [20] Yasar N. Farklı temel ve zemin özelliklerinin bina taşıyıcı sistem davranışlarına etkisi, Yüksek lisans tezi, Uşak Üniversitesi Lisanssütü Eğitim Enstitüsü, Uşak, Türkiye, (Basım aşamasında).
21. [21] İnel M, Bilgin H, Ozmen HB. “Mevcut kamu yapılarının performans değerlendirmesi”. Türkiye Mühendislik Haberleri, 444-445, 4-5, 2006.
22. [22] SAP2000, Structural Analysis Program, Computer and Structures 2004.