Farklı zemin koşulları altında zemin-yapı etkileşimi dikkate alınarak çiftli betonarme çerçeve–kesme duvarlı yapıların sismik davranış ve göçme kapasitesinin değerlendirilmesi

Binaların Altındaki Zeminin Neden Önemli Olduğu

Depreme dayanıklı binaları aklımıza getirdiğimizde sıklıkla kolonların, kirişlerin ve duvarların dayanımına odaklanırız. Oysa hikâyenin kritik bir bölümü görünmeyen yerde, yapıyı taşıyan zemin ve temellerdedir. Bu çalışma, büyük güvenlik sonuçları olan aldatıcı derecede basit bir soruyu soruyor: zeminin kendisinin esnekliği, betonarme binaların şiddetli depremlerde davranışını ne kadar değiştiriyor ve özellikle yumuşak zeminlerde mevcut tasarım kuralları göçme riskini hafife mi alıyor?

Modern Beton Binalar Sarsıntıya Karşı Nasıl Dayanıyor

Birçok orta ve yüksek katlı betonarme bina, depreme karşı direnç için “çift” bir sistem kullanır. Kesme duvarı adı verilen düşey beton duvarlar, kiriş ve kolonlardan oluşan çevre çerçevelerle birlikte çalışır. Sert duvarlar yatay sarsıntının çoğunu taşırken, çerçeveler yedek dayanım sağlar ve hasarı kontrol etmeye yardımcı olur. Yapı yönetmelikleri tipik olarak yapının tabanının zemine sabit olduğu, yani temelinin sallanmadığı veya kaymadığı varsayımını yapar. Oysa gerçekte, özellikle daha yumuşak zeminlerde, yapı, temel ve zemin birlikte hareket eder ve deformasyona uğrar. Bu zemin–temel–yapı etkileşimi binanın doğal periyodunu uzatabilir, kuvvetlerin çerçeve ve duvarlar boyunca iletim şeklini değiştirebilir ve deprem sırasında hasarın nerede yoğunlaştığını dönüştürebilir.

Binaları ve Zeminleri Teste Sokmak

Araştırmacılar, mevcut ABD yönetmeliklerine göre tasarlanmış üç betonarme binanın—5, 10 ve 15 katlı—ayrıntılı bilgisayar modellerini oluşturdu; bunları iki yaygın zemin tipinde incelediler: daha sert bir zemin (Tip C) ve daha yumuşak bir zemin (Tip D). Her yükseklik ve zemin için idealize edilmiş sabit tabanlı bir versiyon ile temellerin zemin davranışını temsil eden yaylar üzerinde sallanıp yerleşebildiği daha gerçekçi esnek tabanlı bir versiyonu karşılaştırdılar. Ardından tasarım düzeyi olaylar ve çok daha şiddetli sarsıntılar dahil olmak üzere gerçek deprem kayıtlarını kullanarak binlerce simülasyon çalıştırdılar. Bu simülasyonlar yalnızca kat ötelenmelerini (her katın ne kadar sallandığı) değil, aynı zamanda kiriş ve kolonların sünekleşip kalıcı hasar biriktirdiği “plastik menteşeler”i ve nihayetinde binanın göçüp göçmeyeceğini de yakaladı.

Yumuşak ve Sert Zeminde Ne Oluyor

Sonuçlar, esnek temellerin binaları hem yumuşatabildiğini hem de tehlikeye atabildiğini, en güçlü etkilerin daha kısa yapılar ve yumuşak zeminde görüldüğünü gösteriyor. Binanın sallanmasına izin vermek titreme periyodunu uzattı ve tepe taban kuvvetlerini azalttı, ancak aynı zamanda kat ötelenmelerini ve kiriş hasarını artırdı. Daha yumuşak zeminde, 5 katlı modelde katlar arası ötelenmeler sabit tabana kıyasla yüzde 100’e varan oranda arttı; hatta 10 ve 15 katlı versiyonlarda yumuşak zeminde ötelenmeler sırasıyla yaklaşık yüzde 58 ve yüzde 18 artış gösterdi. Zemin yumuşadıkça kesme duvarları sarsıntının daha küçük bir kısmını taşıdı ve daha fazla yük çevre çerçevelere aktı. Bu yeniden dağılım, kiriş uçlarında daha büyük dönmelere neden oldu—yumuşak zeminde yüzde 65’e, daha sert zeminde ise yüzde 36’ya varan artış—özellikle en alt katlarda ve hasarın göçme tetiklediği dış açıklıklarda.

Artan Sallanma ve Yükselen Göçme Riski

Bireysel simülasyonların ötesine geçmek için ekip, artan dinamik analiz adı verilen bir yöntem kullanarak kırılganlık eğrileri oluşturdu—yer sarsıntısının şiddeti ile göçme olasılığı arasındaki istatistiksel ilişkiler. Bu eğriler, esnek tabanların özellikle yumuşak zeminde göçme olasılığını tutarlı şekilde artırdığını ortaya koydu. Daha yumuşak zemindeki binalar için tasarım düzeyi sarsıntı ile göçme arasındaki marj, zemin esnekliği dahil edildiğinde yüzde 35’e kadar daraldı. Maksimum dikkate alınan deprem seviyelerinde, yumuşak zemindeki yapıların göçme olasılığı yüzde 9–12 aralığına yükseldi; oysa temellerin tamamen sabit olduğu varsayıldığında yalnızca birkaç yüzdeydi. Dikkate değer şekilde, yüksek yapılarda ek sallanma tasarım düzeyi sarsıntılarda ılımlı görünse de çok yüksek şiddetlerde yatay ötelenmeleri ve P–Delta etkilerini—yani eğilme sonucu yerçekimi yüklerinin yapıyı daha da dengesizleştirmesini—büyütüyor.

Daha Güvenli Şehirler İçin Ne Anlama Geliyor

Uzman olmayanlar için ana mesaj, zemindeki “gevşemenin” modern beton binalara, özellikle çift duvar–çerçeve sistemlerine yerleştirilmiş güvenlik marjını sessice aşındırabileceğidir. Temeller sert kabul edildiğinde sağlam görünen tasarımlar, zemin önemli ölçüde sallanma ve yerleşmeye izin veriyorsa gerçekte çökmeye daha yakın olabilir. Yazarlar, zemin–temel–yapı etkileşiminin her zaman faydalı olduğu varsayılmak yerine, yönetmeliklerde ve mühendislik uygulamalarında daha açık şekilde hesaba katılması gerektiği sonucuna varıyor. Bunu yapmak, deprem taleplerinin daha güvenilir tahmin edilmesini ve farklı sahalar arasında daha tutarlı bir güvenlik sağlanmasını getirir; böylece bir sonraki büyük depremde yumuşak zemindeki binaların gizli bir dezavantajla karşılaşması engellenmiş olur.

Atıf: Yousefi, A., Tehrani, P. Evaluation of seismic behavior and collapse capacity of dual RC frame–shear wall structures considering soil-structure interaction under varying soil conditions. Sci Rep 16, 6211 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36577-0

Anahtar kelimeler: zemin yapı etkileşimi, deprem mühendisliği, arme beton yapılar, sismik çökme riski, yumuşak zemin etkileri