Deprem Etkisi Altında Yapı-Kazık-Zemin Etkileşimi-TBDY-2018

Bina temelinin yüzeysel temel olması ve kazık bulunmaması durumunda düşey doğrultuda ilerleyen kayma dalgaları, aynen serbest zemin yüzeyinden yansıdığı gibi, temelden de düşey doğrultuda yansıyarak zemin ortamına geri döner. Yüzeysel temelin varlığı deprem verisini etkilemez ve büyütme analizi ile zemin yüzeyinde tanımlanan tasarım ivme spektrumu fazla etkilenmez.

Kazıklı temel yapılması durumlarında, tabakalı serbest zemin için yapılan bir boyutlu büyütme analizinin anlamı kalmaz ve bu analize dayalı olarak tanımlanan tasarım ivme spektrumu da geçerliliğini yitirir. Bunun sonucunda yapının deprem analizinde kullanılmak üzere oluşturulan tasarım ivme spektrumu, gerek periyot içeriği ve gerekse spektral genliği bakımından serbest zemin yüzeyindeki spektrumdan çok farklı olabilir ve bu farklılık yapının dinamik davranışı bakımından çok önemli olabilir.

Zaman Tanım Alanında Kazık – 3D Zemin Etkileşimi

TBDY-2018 Bölüm 16.C içerisinde “Yöntem I” olarak isimlendirilen bu yöntemde kinematik etkileşim hesabı, yapının eylemsizlik özelliğinin gözönüne alınmadığı temel-kazık-zemin kinematik etkileşim hesap modeli aşağıdaki şekilde oluşturulacaktır:

1. Zemin ortamı, mühendislik taban kayasının üzerinde, ayrık analiz yöntemleri ile analiz edilecek şekilde üç boyutlu olarak modellenecektir. Zemin ortamından dışa doğru yayılan dalgaların içeriye yansımasını önlemek için uygun olarak seçilmiş geçirgen sınırlar kullanılacaktır.
2. Kazıklar, plastik mafsalların derinlik boyunca uygun ararlıklarla yerleştirildiği çubuk elemanlar olarak modellenecektir. Kazıklarla zemin ortamı arasında uygun seçilmiş arayüz elemanları kullanılacaktır.
3. Bina temeli, bodrum kat çevre perdeleri ile birlikte (zemin kat seviyesine kadar), kütlesiz, sonsuz rijit bir eleman olarak modellenecektir.
4. Deprem kayıtları, en az 11 (iki bileşenli) çift olmak üzere mühendislik taban kayasından sisteme etki ettirilecektir. Bu yöntemde, zaman tanım alanında yapılacak temel-kazık-zemin kinematik etkileşim analizi sonucunda, kazıklardaki iç kuvvet ve şekil değiştirme talepleri, yapılan en az 2×11=22 analizin her birinden elde edilen sonuçların en büyük mutlak değerlerinin ortalaması olarak belirlenecektir. 2×11=22 analiz için rijit temelin tabanında, iki yatay eksen doğrultusunda ve bu eksenler etrafında dönme olarak tanımlanan serbestlik dereceleri için etkin temel hareketlerine ilişkin yer değiştirmelerin zamana göre değişimleri ile bunlardan üretilen ivme spektrumları elde edilecektir.
   Eylemsizlik etkileşim, hesabı aşağıdaki şekilde yapılacaktır:
5. Temel-kazık-zemin sisteminde etkin temel hareketlerinin tanımlandığı serbestlik derecelerine ayrı ayrı statik tekil kuvvetler artımsal olarak etki ettirilerek, her bir serbestlik derecesi için doğrusal olmayan artımsal statik hesap yapılacaktır. Bu analizlerden, temel-kazık-zemin sistemini temsil eden etkileşim yaylarınana ait doğrusal olmayan kuvvet-yer değiştirme ilişkilerinin iskelet eğrileri elde edilecektir
6. Yapı taşıyıcı sistemi, temel sistemi ve bodrum katları ile birlikte ve bunların kütleleri de gözönüne alınarak modellenecektir. Etkileşim yayları bina temelinin tabanına yerleştirilecek ve bu yaylara uygun birer histeretik davranış modeli uyarlanacaktır. Bu şekilde oluşturulan yapı-temel sistemine etkin temel hareketlerine ait ivme kayıtları uygulanarak sistemin zaman tanım alanında doğrusal olmayan eylemsizlik etkileşimi hesabı yapılacaktır.

Bu yöntemde, eylemsizlik etkileşimi hesabı sonucunda, yapıda ve temelinde iç kuvvet, yer değiştirme ve şekil değiştirme taleplerinin zamana bağlı değişimleri elde edilecektir. Temel tabanında tanımlanan yaylarda oluşan yer değiştirmelerin ve kuvvetlerin zamana bağlı değişimleri elde edilecektir. Bunlardan ve artımsal statik hesap sonuçlarından yararlanılarak, eylemsizlik etkileşiminde kazıklarda oluşan iç kuvvet ve şekil değiştirmeler hesaplanacaktır. Eylemsizlik etkileşimi hesabı sonucunda kazıklarda elde edilen iç kuvvet ve şekil değiştirmeler, kinematik etkileşim hesabından elde edilenler birleştirilecektir.

Zaman Tanım Alanında Kazık – 1D Zemin Etkileşimi

TBDY-2018 Bölüm 16.C içerisinde “Yöntem II” olarak isimlendirilen bu yöntemde yapının eylemsizlik özelliğinin gözönüne alınmadığı temel-kazık-zemin kinematik etkileşim hesabı modeli aşağıdaki şekilde oluşturulacaktır:

1. Zemin ortamı için herhangi bir modelleme yapılmayacaktır. Kazıklar, plastik mafsalların derinlik boyunca uygun aralıklarla yerleştirildiği çubuk elemanlar olarak modellenecektir. Kazıkları temsil eden elemanlara ait her bir düğüm noktasında kazık ile zemin ortamı arasındaki göreli kuvvet-yer değiştirme ilişkisi, doğrusal olmayan P-y, T-z yayları ile, kazık ucunda ise Q-z yayı ile modellenecektir.
2. Temel sistemi, bodrum katlarını da içerecek şekilde, kütlesiz, sonsuz rijit bir eleman olarak modellenecektir. Deprem kayıtları olarak, serbest zemin davranış analizlerinde taban kayasında her iki yatay doğrultuda ayrı ayrı etkitilen deprem kaydı çiftinden zemin profili boyunca kazıklara ait sonlu eleman ağı düğüm noktaları hizalarında elde edilen toplam yer değiştirmelerin zamana göre değişimleri kullanılacaktır.
   Bu yöntemde, temel-kazık-zemin kinematik etkileşim analizi sonucunda, kazıklardaki iç kuvvet ve şekil değiştirme talepleri, yapılan en az 2×11=22 analizin her birinden elde edilen sonuçların en büyük mutlak değerlerinin ortalaması olarak hesaplanacaktır. 2×11=22 analiz için rijit temelin tabanında, iki yatay eksen doğrultusunda ve bu eksenler etrafında dönme olarak tanımlanan serbestlik dereceleri için etkin temel hareketlerine ilişkin yer değiştirmelerin zamana göre değişimleri ile bunlardan üretilen ivme spektrumları elde edilecektir. Ayrıca, eylemsizlik etkileşimi için açıklanan hesap adımları, zaman tanım alanında kazık-3d zemin etkileşimi modeli ile yapılan yöntem ile aynıdır. Farklılık sadece hesap modelindedir. Temel-kazık-zemin ortamı 3d zemin modeli yerine bu yöntemde temel-kazık-zemin yayları (P-y, T-z ve Q-z yayları) ile tanımlanan etkileşimli model gözönüne alınacaktır. Bu yöntemde eylemsizlik etkileşimi hesabı sonucunda zaman tanım alanında kazık-3d zemin etkileşimi yöntemi için belirtilen çıktılar elde edilecektir.

Doğrusal Olmayan İtme Analizi İle Kazık – 1D Zemin Etkileşimi

TBDY-2018 Bölüm 16.C içerisinde “Yöntem III” olarak isimlendirilen bu yöntemde, temel-kazık-zemin kinematik etkileşim hesabı, zaman tanım alanıda kazık-1D zemin etkileşimi ile yapılan hesabın basitleştirilmiş şekline karşı gelmektedir.
Kinematik etkileşim hesabı modeli aşağıdaki şekilde oluşturulacaktır.

1. 1. Kazıklar, gözönüne alınan deprem doğrultusunda doğrusal davranış esas alınarak çubuk elamanlar olarak modellenecektir.
   2. Zemin ortamı için herhangi bir modelleme yapılmayacaktır. Her bir kazık düğüm noktasında kazık ile zemin ortamı arasındaki göreli kuvvet-yer değiştirme ilişkisi, doğrusal olmayan P-y, T-z yayları ile kazık ucunda ise Q-z yayı ile modellenecektir.
   3. Temel sistemi, bodrum katlarını da içermek üzere, kütlesi, sonsuz rijit bir eleman olarak modellenecektir.
   4. Tek boyutlu serbest zemin davranış analizlerinde gözönüne alınan deprem doğrultusunda taban kayasından yatay doğrultuda etkitilen depremlerden her biri için, zemin profili boyunca kazık düğüm noktaları hizalarında elde edilen toplam yer değiştirmelerin zamana göre maksimumları dikkate alınacaktır.
      Bu yöntemde, temel-kazık-zemin kinematik etkileşim analizi sonucunda, kazıklardaki iç kuvvet talepleri, her bir deprem doğrultusunda 11 deprem kaydı için ayrı ayrı yapılan analizlerin her birinden elde edilen sonuçların en büyük mutlak değerlerinin ortalaması olarak hesaplanacaktır. Ayrıca eylemsizlik etkileşim hesabı, doğrusal davranış esas alınarak yapı-temel-kazık-zemin yaylarından oluşan ortak sistem modeli ile yapılabilir. Bu modelde, zemin yaylarının doğrusal davranışları dikkate alınacaktır. Deprem verisi olarak, gözönüne alınan deprem doğrultusunda tanımlanan deprem spektrumu kullanılacaktır.

Kaynak: İnş. Müh. ERHAN KESKİN-(BETONARME ÇERÇEVELİ BİR YAPIDA YAPI-KAZIK-ZEMİN ETKİLEŞİMİ DİKKATE ALINARAK KAZIK TASARIMI-2018)