Bina grupları üzerindeki yapı-zemin-yapı etkileşiminin incelenmesi

Abstract

Birbirine yakın konumda bulunan yapıların arasında meydana gelen yapı-zemin-yapı etkileşimi, yapı-zemin etkileşimine kıyasla daha çok ihmal edilmektedir. Yapı-zemin etkileşimi problemlerinde yapıların altında bulunan zemin sebebiyle yapıların davranışlarında meydana gelebilecek değişimler dikkate alınırken, yapı-zemin-yapı etkileşimi problemlerinde ise hem yapıların altındaki zeminin hem de yapıların yanında bulunan diğer yapılar dolayısıyla yapı davranışlarında meydana gelebilecek etkiler dikkate alınmaktadır.Bu çalışmanın amacı, birbirine yakın konumda bulunan yapıların arasında deprem etkisi altında oluşan yapı-zemin-yapı etkileşimi sonucunda yapıların davranışlarında meydana gelen değişimlerin mertebelerinin ve yapı-zemin-yapı etkileşimine etki eden faktörlerin elde edilmesidir. Bu doğrultuda, Türkiye yapı stoğunda bulunan yapıların genel özelliklerine göre belirlenmiş olan simetrik planlı 3, 6 ve 12 katlı yapılar üzerindeki yapı-zemin etkileşimi etkileri incelenmiştir. Yapı-zemin etkileşiminin yapıların davranışı üzerindeki etkilerini belirlemek için elde edilen sonuçlar yapıların zemine tam bağlı olduğu durumlara ait sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra, yapı-zemin-yapı etkileşiminin etkilerini incelemek amacıyla, iki yapının yan yana bulunduğu durumlar, farklı kat sayıları, yapılar arasındaki mesafeler, zeminin rijitlikleri, yerleşim şekilleri ve deprem etkilerinin olduğu 432 farklı durum göz önüne alınarak incelenmiştir. Bu değerlendirmelerde, yapıların göreli ivme ve yerdeğiştirme değerleri, ivme değerlerinin Fourier dönüşümü ile elde edilen Fourier genlikleri ve yapıların zemin katlarının ötelenme oranlarında meydana gelen değişimler göz önüne alınmıştır. Bu kapsamda, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine (2018) göre elde edilmiş olan tasarım spektrumu eğrisine göre iki farklı yapay deprem kaydı üretilmiştir. Üretilen bu kayıtlar hem yapı-zemin etkileşimi hem de yapı-zemin-yapı etkileşimi problemlerinde sismik yük olarak zemin ortamının tabanından uygulanmıştır. Hem yapı-zemin etkileşimi problemlerinin hem de yapı-zemin-yapı etkileşimi problemlerinin çözümünde zemin ve yapı sistemlerinin birlikte analiz edildiği doğrudan çözüm yöntemi kullanılmış olup, bu sistemlerin analizleri sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma sonucunda, yapı-zemin-yapı etkileşiminin yapıların davranışlarını önemli ölçüde değiştirdiği görülmektedir. Bu durum özellikle, yapıların yumuşak zeminlerin üzerinde bulunduğu durumlarda daha belirgin olmaktadır. Bu sebeple, yapıların tasarım aşamasında ya da mevcut yapıların değerlendirilmesinde yapıların yanında bulunan diğer yapılar sebebiyle meydana gelebilecek etkilerin göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

The structure-soil-structure interaction phenomenon between the neighbouring structures has been ignored if it is compared to the soil-structure interaction. Although the soil-structure interaction problems consider the effects of the underlying soil on the response of the structures, the structure-soil-structure interaction problems take into account both of the effects of the underlying soil and the neighbouring structures. The purpose of this study is to investigate the level of variation in the response of the structures and the parameters which dominantly controls the structure-soil-structure interaction effects for nearby located structures. For this purpose, the 3-, 6-, and 12-storey structures which are symmetric in plan and which properties are assigned considering the structure stock of Turkey. In order to compare the effects of soil-structure interaction on the response of the structures, the results are compared with the fixed base cases. Then, the response variations of nearby located two structures are evaluated for different storey numbers, the clear distance between the structures, the stiffness of the underlying soil, the layout of the structures, and the ground motions to investigate the effects of structure-soil-structure interaction on the response of the structures for 432 different cases. In this evaluation, the relative acceleration, relative displacement, Fourier amplitudes of the accelerations and the ground storey drift ratios are considered in order to assess the structure-soil-structure interaction effects on the neighbouring structures. For this purpose, two artificial ground motions are produced based on the design spectrum curves of Turkish Building Earthquake Specifications (2018) and these earthquakes are applied from the bottom of the soil medium as seismic loads. Finite element method is utilised to analyse the soil and the structures subjected to seismic excitation with the direct method. It is concluded that the response of the neighbouring structure can change because of the structure-soil-structure interaction effects, especially for the cases of the underlying soft soil. It is also concluded that the consideration of the neighbouring structures could change the responses of the structures based on the dynamic characteristics of the case. Therefore, the effects of the neighbouring structure should be considered in the design of the new structures and the evaluation of the existing structures in the neighbourhood of other structures.