The Effect of Foundations’ Uplift on the Seismic Behavior RC Buildings with a Dual System Considering Soil-Structure-Interaction

Abstract

In conventional seismic design, it is often assumed that the building's foundation is firmly anchored in the ground. However, this assumption, particularly concerning vertical movement, is not always accurate, potentially leading to design errors, especially in soft soil conditions. This thesis investigates the impact of foundation movement on the seismic response of regular multi-story concrete RC buildings with shear walls and moment frames dual system, considering variables such as type of soil (C and D), foundation geometry, number of stories, foundation burial depth, and soil bearing capacity. The study begins with the analysis of three buildings with 7, 10, and 15 floors using the non-linear time history analysis (NLTHA) method via Openseespy software. Results from the NLTHA, using selected earthquake accelerograms, indicate that foundation movement tendencies are influenced by foundation geometry and the number of stories, significantly affecting the seismic behavior of the buildings. Shallow foundations and soil can absorb earthquake energy through different displacement mechanisms such as, rocking, slipping, settling. This helps to lessen the forces that reach the superstructure. Without considering Soil-Structure Interaction (SSI), all earthquake energy is assumed to be dissipated solely by structural elements like beams, columns, and shear walls. This assumption often results in artificially high calculations for moments, stresses, and strains, especially when the structure is founded on clay soil. In contrast, for structures on sandy soil, the impact of ignoring SSI is typically less significant and may lead to only minor variations in these figures, which can often be disregarded. Keywords: Soil-Structure Interaction, Dual System, Foundation Uplift, Multi-story RC Building, OpenSees, Nonlinear Time History Analysis, Shallow Foundations

Geleneksel sismik tasarımda, binanın temelinin zemine sıkıca sabitlendiği varsayılır. Ancak, özellikle dikey hareketle ilgili olarak bu varsayım her zaman doğru değildir ve bu da özellikle yumuşak zemin koşullarında tasarım hatalarına yol açabilir. Bu tez, temel hareketinin, zemin türü (C ve D), temel geometrisi, kat sayısı, temel gömülme derinliği ve zemin taşıma kapasitesi gibi değişkenleri dikkate alarak, perde duvarlar ve moment çerçeveleri çift sistemine sahip düzenli çok katlı betonarme binaların sismik tepkisi üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Çalışma, Openseespy yazılımı aracılığıyla doğrusal olmayan zaman tanım alanı analizi (NLTHA) yöntemi kullanılarak 7, 10 ve 15 katlı üç binanın analizi ile başlamaktadır. Seçilen deprem ivme kayıtları kullanılarak yapılan NLTHA sonuçları, temel hareketi eğilimlerinin temel geometrisi ve kat sayısından etkilendiğini ve bu durumun binaların sismik davranışını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Sığ temeller ve zemin, sallanma, kayma, oturma gibi farklı yer değiştirme mekanizmaları aracılığıyla deprem enerjisini emebilir. Bu, üst yapıya ulaşan kuvvetlerin azalmasına yardımcı olur. Zemin-Yapı Etkileşimi (SSI) dikkate alınmadan, tüm deprem enerjisinin yalnızca kirişler, kolonlar ve perde duvarlar gibi yapısal elemanlar tarafından dağıtıldığı varsayılır. Bu varsayım, özellikle yapı kil zemin üzerine oturduğunda, momentler, gerilmeler ve deformasyonlar için yapay olarak yüksek hesaplamalarla sonuçlanır. Buna karşılık, kumlu zemin üzerindeki yapılar için SSI’nin göz ardı edilmesinin etkisi genellikle daha az önemli olup, bu rakamlarda yalnızca küçük değişikliklere yol açabilir ve genellikle göz ardı edilebilir. Anahtar Kelimeler: Zemin-Yapı Etkileşimi, Çift Sistem, Temel Kalkması, Çok Katlı Betonarme Bina, OpenSees, Doğrusal Olmayan Zaman Tanım Alanı Analizi, Sığ Temeller