OVERTURNING ANALYSIS OF BUILDINGS DEPENDING ON HEIGHT/WIDTH RATIO AND SOIL SPRING COEFFICENT

Year 2019, , 300 - 314, 30.12.2019

Mehmet Ali Kalaylı , Orhan Doğan

https://doi.org/10.30855/gmbd.2019.03.11

Abstract

During the 1999 Kocaeli earthquake, it was observed that the
narrow-facade reinforced concrete high buildings built on an areas with weak
soil strength were overturned together with their foundations without any structural
damage. This behavior shows that the compression stresses at the bottom of the
foundation are variable during the earthquake. While the compression stress
exceeding the ultimate strength and causing residual plastic settlement of soil
on one side of the foundations, it is separating from the ground on the other
side. These overturned buildings showed that, before structural analysis of
narrow-faced high buildings in earthquake areas, overturning analysis of the
building is very important and should be compulsory. Although the tensile
strength of the soil is zero, in foundation analyzes, the soil is being
considered as springs showing the same resistance in tension and compression.
In this study, the tensile strength of the soil is considered zero. During an
earhquake, lateral displacement at the top of the building due to the small
settelment on one the side of a building foundation was obtained more than the
total lateral displacement concluded as a result of elastic deformation of
narrow facaded high buildings.

In this study the determination of a correlation between
the height and width ratio (H/B) of a building and the soil reaction
coefficient (K, kN/m³) is aimed. In order to determine the
relationship between these parameters and to determine the optimum H/B ratio,
in total 20 different building models with 5 different K coefficients for each
of the 4 different H/B ratios were designed. The analysis of each model is done
using linear method with STA4CAD V13.1 program, linear and non-linear methods
considering the P-δ effect with ETABS 15.0.0 program. Four overturned buildings
in the Sakarya campus during the 1999 Kocaeli earthquake are compared with the
similar models with the same ratio and soil properties. The results show that
these buildings are exceeded overturning limits.

Keywords

Overturned Buildings In Earthquake, Foundation with Zero Tensile Strength, Soil-Structure Interaction, Overturning Determination of Building

Binalarda Yükseklik/Genişlik Oranı Ve Zemin Yatak Katsayısına Bağlı Devrilme Analizi

Abstract

1999 Kocaeli depremi sırasında, zayıf zemin kuvveti olan
bir alan üzerine inşa edilmiş dar yüzlü betonarme yüksek binaların, yapısal bir
zarar görmeden temelleri ile birlikte devrildiği görülmüştür. Bu davranış,
temel taban basınç gerilmelerinin deprem sırasında değişken olduğunu
göstermektedir. Temel tabanındaki farklı taban basıncı, zemin taşıma
kapasitesini aşarak, temellerin bir tarafında zeminin plastik olarak çökmesine
neden olurken, diğer tarafında zeminden ayrılmasına sebep olmaktadır. Devrilen
bu binalar, deprem bölgelerinde dar yüzlü yüksek binaların yapısal analizinden
önce, devrilme analizi yapılmasının çok önemli ve gerekli olduğunu
göstermiştir. Zeminin çekme gerilme mukavemeti sıfır olmasına rağmen, temel
analizlerinde, zemin çekme ve basınçta aynı direnci gösteren yaylar olarak
kabul edilmektedir. Bu çalışma kapsamında zeminin çekme dayanımı sıfır olarak
kabul edilmiştir. Bir deprem sırasında, bir binanın temelindeki tek taraflı
küçük fakat farklı oturmalar nedeniyle binanın tepesinde oluşan yanal yer
değiştirme, dar cepheli yüksek binaların elastik deformasyonu sonucunda oluşan
toplam yanal yer değiştirmeden çok daha fazla olduğu görülmüştür.

Bu çalışmada, bir binanın yükseklik/genişlik oranı (H/B)
ile zemin yatak katsayısı (K, kN/m³) arasındaki korelasyonun
belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu parametreler arasındaki ilişkiyi ve optimum H/B
oranını belirlemek için, 4 farklı H/B oranının her biri için 5 farklı K
katsayılı toplam 20 farklı bina modeli tasarlanmıştır. Her bir modelin
analizleri STA4CAD V13.1 programı kullanılarak doğrusal yöntemle, ETABS 15.0.0
programı kullanılarak doğrusal ve     P-δ
etkisini dikkate alan doğrusal olmayan yöntemlerle yapılmıştır. 1999 Kocaeli
depremi sırasında Sakarya’da devrilen dört farklı bina, benzer oranlardaki modellerin
devrilme analiz sonuçları ile karşılaştırılmış ve bu binaların devrilme
limitini aştığı görülmüştür.

Keywords

Depremde Devrilen Narin Binalar, Çekme Almayan Temel, Zemin-Yapı Etkileşimi, Binalarda Devrilme Tahkiki

References

• [1] Yüksek Lisan Tezi (Kalaylı M.A., Doğan O., Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017)
• [2] Google Earth Pro 7.1
• [3] Doğan, O., 1993, Elastik Zemine Üzerine Oturan Kirişler, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul
• [4] Stewart, P., Seed, B.R., Fenves, L.G., 1998, Emprical Evaluation Of Internial Soil-Structure Interaction Effects Los Angeles Department of Civil & Environmental Engineering, University of California, Berkeley
• [5] Giresini, L., Sassu, M., 2016, Horizontally Restrained Rocking Blocks: Evaluation Of The Role Of Boundary Conditions With Static And Dynamic Approaches, Bull Earthquake Engineering
• [6] Aslam, M., Godden, W.G., Scalise, D.T., 1978, Earthquake Rocking Response of Rigid Bodies California Digital Library, University of California
• [7] Sorrentino, L., Masiani, R., Decanini, D., 2005, Overturning of rocking rigid bodies under transient ground motions, Structural Engineering and Mechanics,
• [8] Casapulla, C., Maione, A., 2008, Rocking response of rigid blocks subjected to ground motion, University of Naples Federico II, Department of “Costruzioni e Metodi matematici in Architettura”, Naples, Italy,
• [9] Zhang, J., Makris, N., 2001, Rocking response of free-standing blocks under cycloidal pulses, Journal of Engineering Mechanics,
• [10] Ther, T., Kollar, L., P., 2017, Overturning of rigid blocks for earthquake excitation, Bull Earthquake Engineering,
• [11] FEMA 356, ABD
• [12] Sta4CAD V13.1, Sta Computer Engineering and Consulting Company,
• [13] Etabs 15.0.0, CSI Computers and Structures, INC, Structural and Earthquake Engineering Software Company,
• [14] 2007 DBYBHY, (TSE)
• [15] TS500, (TSE)
• [16] MTA, (www.mta.gov.tr)
• [17] TKGM, (www.tkgm.gov.tr) [18] Plansız Alanlar Tip İmar Yönetmeliği, 1985 [19] Planlı Alanlar Tip İmar Yönetmeliği, 2017