YTÜ DAVUTPAŞA KAMPÜSÜNDEKİ YAPILARA AİT TASARIM SPEKTRUMLARININ TDBY 2016 VE DBYBHY 2007 YE GÖRE KIYASLANMASI

Transkript

1 YTÜ DAVUTPAŞA KAMPÜSÜNDEKİ YAPILARA AİT TASARIM SPEKTRUMLARININ TDBY 2016 VE DBYBHY 2007 YE GÖRE KIYASLANMASI COMPARISON OF DESIGN SPECTRUMS CONCERNING THE STRUCTURES IN THE YTU DAVUTPASA CAMPUS BY TDBY 2016 AND DBYBHY 2007 Ekrem GÖKBULUT* 1 ve Barış SEVİM 2 ABSTRACT In this study, 2016 Turkey building earthquake code design spectrums were acquired by using updated earthquake hazard maps and these spectrums are compared with design spectrums that were acquired by 2007 Turkish seismic code. For this purpose, a bulding is selected that will be planned to build in first and second degree eartquake region according to eartquake region map of 1996 in YTU Davupasa Campus. The building s that is desingned to probability of exceedance is 10% in 50 years, acceleration spectrums are acquired according to TBDY 2016 and DBYBHY 2007, considering different soil class. The spectrums obtained are presented in graphical form. As a result of the work done, the spectrums are close to each other in terms of TBDY 2016 but according to DBYBHY 2007, although the distance between two points is 1 km, the spectral acceleration differences between them are found out to be higher. It is also understood that the spectral accelerations obtained for TBDY 2016 and DBYBHY 2007 have different values in different soil conditions. Keywords: DBYBHY 2007, earthquake hazard maps, different soil class, spectral acceleration, design spectrum, TBDY 2016 ÖZET Bu çalışmada, güncellenmiş deprem tehlikesi haritalarını kullanarak 2016 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) tasarım spektrumları elde edilmiş ve bu spektrumlar 2007 Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelikten edilen (DBYBHY) tasarım spektrumları ile kıyaslanmıştır. Bu amaçla, Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa kampüsündeki 1996 deprem bölgeleri haritalarına göre birinci ve ikinci derece deprem bölgesinde yapılması planlanan bir yapı seçilmiştir. 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan (dönüş periyodu 475 yıl) bir deprem için tasarlanması planlanan bu yapıya ait ivme spektrumları * 1 İnşaat Mühendisi, Genkon Mühendislik Müşavirlik A.Ş, İstanbul, egokbulut@genkon.com.tr 2 Doçent Doktor, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, basevim@yildiz.edu.tr 707

2 farklı zemin sınıfları dikkate alınarak TBDY 2016 ve DBYBHY 2007 e göre elde edilmiştir. Elde edilen spektrumlar grafikler halinde sunularak irdelenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, TBDY 2016 göre spektrumların birbirine yakın olduğu fakat DBYBHY 2007 yönetmeliğine göre iki noktanın arasında 1 km olmasına rağmen aralarındaki spektral ivme farklarının fazla olduğu görülmüştür. Ayrıca TBDY 2016 ve DBYBHY 2007 için elde edilen spektral ivmeler farklı zemin durumlarında farklı değerlere ulaştığı anlaşılmaktadır. Anahtar Kelimler: DBYBHY 2007, Deprem tehlike haritası, Farklı zemin sınıfı, Spektral ivme, Tasarım spektrumu, TBDY GİRİŞ Ülkemizde deprem tehlikesinin azaltılması için yapılması gereken temel araştırmalar Ulusal Deprem Stratejisi ve Eylem Planı (UDSEP-2023) kapsamında belirlenmiştir. UDSEP-2023 te yapılması istenilen araştırmalardan birisi de mevcut deprem tehlike haritalarının güncellenmesidir. Bu nedenle, Türkiye Sismik Tehlike Haritanın Güncellenmesi (UDSEP- 2023) projesi oluşturulmuş ve ulusal düzeyde bir katılımla çalışmalar gerçekleştirilmiştir. [1] Projede elde edilen sonuçlar 2016 yılında yürürlüğe girmesi beklenen Türkiye bina deprem yönetmeliği (www. deprem.gov.tr/belgeler2016/tbdy.pdf) tasarım spektrumu kapsamında kullanılmıştır. [1] Yapılan çalışmada, güncellenmiş deprem tehlikesi haritalarını kullanarak Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2016 (TBDY) tasarım spektrumları elde edilmiş ve bu spektrumlar Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY 2007) ten elde edilen tasarım spektrumları ile kıyaslanmıştır. Bu bildirinin birinci kısmı, 2016 yılında taslağı yayınlamış Türkiye bina deprem yönetmeliği tasarım spektrum hesaplarının nasıl yapıldığına değinilmiştir. İkinci kısımda ise YTÜ Davutpaşa kampüsündeki örnek iki nokta ait tasarım spektrumları, farklı yerel zemin sınıfları göz önüne alınarak hem mevcut yönetmeliğe göre hem de taslak yönetmeliği göre hesaplanmıştır. Son kısmında ise elde edilen tasarım spektrumlarının kıyaslanması yapılarak sonuçlar irdelenmiştir. 2.TBDY 2016 TASLAK YÖNETMELİĞİNE GÖRE TASARIM SPEKTRUM HESAPLARI Taslak yönetmeliğin (TBDY 2016 ) 2.Bölümü: Deprem Yer Hareketi içerisinde tasarım spektrum hesaplarına değinilmiştir. Bu bölümde deprem yer hareketi düzeyleri, farklı yapı tiplerinin tasarımlarında ve deprem etkisi altında performans tahkiklerinde yineleme süreleri TR =2475 yıl (50 yılda aşılma olasılığı %2), TR =475 yıl (50 yılda aşılma olasılığı %10), TR =725 yıl (50 yılda aşılma olasılığı %50), TR =43 yıl (50 yılda aşılma olasılığı %68) yıl olan tasarım spektrumlarına karşılık sırasıyla DD-1, DD-2, DD-3, DD-4 olarak tanımlanmıştır. [2] Yönetmeliğin tanıma göre deprem yer hareketi spektrumları, belirli bir deprem yer hareketi düzeyi için referans alınan zemin koşulları esas alınarak %5 sönüm oranı için, harita spektral ivme katsayılarına, faya yakınlık katsayılarına ve yerel zemin etki katsayılarına bağlı olarak standart biçimde veya sahaya özel deprem tehlike analizleri ile özel olarak tanımlanabilir. [2] 708

3 2.1. Harita Spektral İvme Katsayıları ve Tasarım Spektral İvme Katsayıları Dört farklı deprem yer hareketi için deprem tehlike haritaları, iki spektral ivme değerini tanımlayan spektral ivme haritaları düzenlenmiştir. Bunlar, T=0.2s ve T=1s spektral ivme değerlerine karşılık gelen S s ve S 1 (sırasıyla) katsayılardır. (TDBY Madde ) İki boyutsuz katsayı, Türkiye Sismik Tehlike Haritasının Güncellenmesi Projesi (UDAP-Ç ) kapsamında geliştirilen ve AFAD tarafından hazırlanan Türkiye deprem tehlike haritası ve interaktif web uygulamasına girerek ( adres sorgulama menüsünden tasarımı yapılacak yapının bölgesinin koordinatları bulunmaktadır. Katman kontrolü bölümünden haritadan istenilen S s (475) ve S 1 (475) seçenekleri seçilerek haritaya uygulanır. Daha sonra bilgi al bölümünden istenilen bölgeye tıklanarak S s ve S 1 değerleri okunur. [3] Şekil 1. Türkiye Deprem Tehlike Haritaları İnteraktif Web Uygulaması Arayüzü Haritada referans kaya zemin (V S30 =760 m/s) koşulu için verilen S s ve S 1 spektral ivme katsayıları F s ve F 1 yerel zemin katsayıları ile çarpılarak (Denk.1 ve Denk.2) farklı zemin etkileri tasarım spektral ivme katsayıları hesabına katılmaktadır. S DS = S s F s (1) S D1 = S 1 γ F F 1 (2) Denk.2 deki γ F : faya yakınlık katsayısı, DD-1 ve DD-2 deprem düzeylerinde S D1 spektral ivme katsayısı değerine uygulanmak üzere, aktif fay düzlemine 25 km ve daha az mesafelerdeki konumlar için uygulanacaktır. (Denk.3) γ F = 1.2 ; L F 15 km (3) γ F = (L F -15) ; 15km < L F 25 km L F : Fay kırığı ile saha arasındaki en yakın mesafe Denk.1 ve Denk.2 deki F s ve F 1, yerel zemin etki katsayıları, farklı S s ve S 1 spektral değerleri ve yerel zemin sınıfına göre yönetmelikte tablo halinde verilmiştir. (Tablo1 ve Tablo2) 709

4 Yerel Zemin Sınıfı Tablo1. Kısa periyod (S s ) için Yerel Zemin Etki Katsayıları (F s ) Kısa periyod bölgesi için Yerel Zemin Etki Katsayısı, F s S s 0.25 S s = 0.25 S s = 0.75 S s = 1.0 S s = 1.25 S s 1.5 ZA ZB ZC ZD ZE ZF Sahaya özel zemin davranış analizi yapılacaktır Yerel Zemin Sınıfı Tablo saniye periyod (S 1 ) için Yerel Zemin Etki Katsayıları (F 1 ) Kısa periyod bölgesi için Yerel Zemin Etki Katsayısı, F 1 S S 1 = 0.25 S 1 = 0.75 S 1 = 1.0 S 1 = 1.25 S ZA ZB ZC ZD ZE ZF Sahaya özel zemin davranış analizi yapılacaktır 2.2. Yatay Elastik Tasarım Spektrumu Türk bina deprem yönetmeliğine göre yatay tasarım spektrumu ivme ordinatları, S ae (T) ; Denk.1 ve Denk.2 de hesaplanan, S DS ve S D1 ivme katsayılarını kullanarak yapının doğal titreşim periyoduna bağlı olarak Denk.4 e göre yerçekimi ivmesi, g, cinsinden hesaplanmaktadır. S ae (T) = ( T/ ) S DS (0 T ) S ae (T) = S DS ( < T ) (4) S ae (T) = S D1 / T ( < T T L ) S ae (T) = S D1 T L / T 2 (T L < T) Denk.4 de ifade edilen elastik tasarım spektrumunun ve köşe periyodları, S DS ve S D1 katsayılarına bağlı olarak değişim göstermektedir (Denk.5) Deprem yönetmeliğinde ise köşe periyodları zemin sınıflarına göre sabit bir değer olarak verilmiştir. = 0.2 S DS / S D1 ; = S D1 / S DS (5) Ayrıca Denk.4 de belirtilen spektral periyod T L, sabit yerdeğiştirme bölgesine geçiş periyodu olarak belirtilmiş ve hesaplarda T L = 6s olarak alınacaktır. 710

5 Denk.4 de hesaplamalar sonucunda, yatay elastik ivme ordinatlarının titreşim periyoduna bağlı değişimleri Şekil 2. de gösterilmektedir. Şekil TBDY Yatay Elastik Tasarım Spektrumu 2.3. Yatay İnelastik Tasarım Spektrumu Yapıya etki ettirilecek deprem etkisi ise mevcut yönetmelikte olduğu gibi elastik tasarım spektrumun (S ae ) bir deprem yükü azaltma katsayısına (R a ) bölünerek kapasite tasarım ilkelerinin uygulanması esasına dayanır. Yatay deprem etkisi altında azaltılmış tasarım ivme spektrumunun tanımı ve uygulama esasları taslak yönetmeliğin 4. Bölümünde değinilmiştir. Kısaca özetleyecek olursak; Azaltılmış tasarım spektral ivmesi, S ar (T), Denk.(6) ile tanımlanmıştır. [2] S ar (T) = S ae (T) / R a (T) (6) R a (T), deprem yükü azaltma katsayısı ise, Yönetmeliğin ilgili tablolarında belirtilen Taşıyıcı sistem davranış katsayısa (R), dayanım fazlalığı katsayısına (D), bina önem katsayısına (I), doğal titreşim periyoduna (T) ve spektrum köşe periyoduna ( ) bağlı olarak Denk.(7) ile belirtilmiştir. [2] R a (T)=R/I (T > ) (7) R a (T)=D+[(R/I)-D](T/ ) (T ) 3. YTÜ DAVUTPAŞA KAMPÜSÜNDEKİ ÖRNEK İKİ NOKTAYA AİT TASARIM SPEKTRUMLARININ KARŞILAŞTIRILMASI Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa kampüsündeki 1996 deprem bölgeleri haritalarına göre birinci ve ikinci derece deprem bölgesinde yapılması planlanan bir yapı seçilmiştir. 50 yılda 711

6 aşılma olasılığı %10 olan (dönüş periyodu 475 yıl) bir deprem için tasarlanması planlanan bu yapıya ait ivme spektrumları farklı zemin sınıfları dikkate alınarak TBDY 2016 ve DBYBHY 2007 e göre elde edilmiştir. 1.nokta, Kampüsün kuzeydeki B kapısı alınmıştır. Bu nokta PGA değerine bakılarak 1996 deprem bölgeleri haritalarına göre 2.derece deprem bölgesi olarak hesaba katılmıştır (Şekil 3). Bu noktaya ait S s ve S 1 değerileri İnteraktif web uygulamasından elde edilerek Tablo 3 de belirtilmiştir. Şekil 3. Örnek 1. Noktanın Konumu Tablo3. 1. Noktaya Ait Türkiye Deprem Tehlike Haritası İnteraktif Web Uygulamasından Elde Edilen Çıktılar S s 0,953 S 1 0,265 PGA 0,392 PGV 24,246 (cm/sn) 2.Nokta ise Kampüsün güneyinde bir nokta alınmıştır. Bu nokta PGA değerine bakılarak 1996 deprem bölgeleri haritalarına göre 1.derece deprem bölgesi olarak hesaba katılmıştır. (Şekil 3). Bu noktaya ait S s ve S 1 değerileri İnteraktif web uygulamasından elde edilerek Tablo 4 de belirtilmiştir. Tablo4. 2. Noktaya Ait Türkiye Deprem Tehlike Haritası İnteraktif Web Uygulamasından Elde Edilen Çıktılar S s 0,997 S 1 0,276 PGA 0,410 PGV 25,208 (cm/sn) 712

7 Şekil 4. Örnek 2. Noktanın Konumu Yeni ve mevcut yönetmeliklere ait elastik ve inelastik tasarım spektrumlarının karşılaştırılması yapılırken, zemin sınıfları arasında birbirlerine eşdeğer zemin gruplarını zemin cinsine, kayma dalga hızına ve standart penetrasyon darbe sayısına göre mevcut yönetmelikteki Z1, Z2, Z3, Z4 yerel zemin sınıflarının sırasıyla 2016 TBDY deki ZB, ZC, ZD, ZE yerel zemin sınıflarına eşdeğer olarak kabul edilmiştir. [1],[4] Yukarıda yapılan 2016 TBDY spektrum hesapları, dört farklı zemin grubu için her iki noktada hesaplanarak spektrum parametreleri elde edilmiştir. Yine aynı iki noktada ve dört farklı zemin grubu için 2007 deprem yönetmeliğindeki spektrum parametreleri Tablo 5, Tablo 6, Tablo 7 ve Tablo 8 de verilmiştir. Tablo5. TR = 475 yıl yineleme süresi ve 2016 TBDY ZB ( DBYBHY 2007 yönetmeliğine karşılık Z1) yerel zemin koşulları için tasarım spektrumlarının hesabında kullanılan temel parametreler TBDY 2016 DBYBHY 2007 Konum S s S 1 A 0 F s F 1 L f γ F S DS S D1 1. 0,953 0,266 0,3 0,9 0,8 17 1,16 0,858 0,247 0,058 0,288 0,10 0, ,997 0,276 0,4 0,9 0,8 16 1,18 0,897 0,261 0,058 0,291 0,10 0,30 713

8 Tablo 6. TR = 475 yıl yineleme süresi ve 2016 TBDY ZC ( DBYBHY 2007 yönetmeliğine karşılık Z2) yerel zemin koşulları için tasarım spektrumlarının hesabında kullanılan temel parametreler No S s S 1 A 0 F s F 1 L f γ F S DS S D1 TBDY 2016 DBYBHY ,953 0,266 0,3 1,2 1,5 17 1,16 1,144 0,463 0,081 0,405 0,15 0, ,997 0,276 0,4 1,2 1,5 16 1,18 1,196 0,489 0,082 0,408 0,15 0,40 Tablo 7. TR = 475 yıl yineleme süresi ve 2016 TBDY ZD ( DBYBHY 2007 yönetmeliğine karşılık Z3) yerel zemin koşulları için tasarım spektrumlarının hesabında kullanılan temel parametreler No S s S 1 A 0 F s F 1 L f γ F S DS S D1 TBDY 2016 DBYBHY ,953 0,266 0,3 1,12 2, ,16 1,066 0,638 0,120 0,598 0,15 0, ,997 0,276 0,4 1,10 2, ,18 1,098 0,667 0,122 0,608 0,15 0,60 Tablo 8. TR = 475 yıl yineleme süresi ve 2016 TBDY ZE ( DBYBHY 2007 yönetmeliğine karşılık Z4) yerel zemin koşulları için tasarım spektrumlarının hesabında kullanılan temel parametreler No S s S 1 A 0 F s F 1 L f γ F S DS S D1 TBDY 2016 DBYBHY ,953 0,266 0,3 1,14 2, ,16 1,084 0,916 0,169 0,845 0,20 0, ,997 0,276 0,4 1,10 2, ,18 1,099 0,951 0,173 0,865 0,20 0,60 Yukarıda elde edilen parametreler ışığında yatay elastik tasarım spektrumları ve inelastik tasarım spektrumları periyoda bağlı olarak elde edilmiş olup Şekil 5, Şekil 6, Şekil 7 ve Şekil 8 de gösterilmiştir. 714

9 Şekil ve 2. nokta için Taslak TBDY 2016 ZB sınıfı ile DBYBHY 2007 Z1 Sınıfı Karşılaştırılması Şekil ve 2. nokta için Taslak TBDY 2016 ZC sınıfı ile DBYBHY 2007 Z2 Sınıfı Karşılaştırılması Şekil ve 2. nokta için Taslak TBDY 2016 ZD sınıfı ile DBYBHY 2007 Z3 Sınıfı Karşılaştırılması 715

10 Şekil ve 2. nokta için Taslak TBDY 2016 ZE sınıfı ile DBYBHY 2007 Z4 Sınıfı Karşılaştırılması 4.SONUÇLAR YTÜ Davutpaşa kampüsünde örnek iki noktada yapılan araştırma sonucunda yapıya etkiyen spektral ivme değerleri, 2016 yılı deprem yönetmeliğinde kısa periyodlarda daha büyük değerler vermektedir. Zeminin kötü olduğu (yumuşak zemin) durumlarda bu farklar daha da artmaktadır. Uzun periyodlara doğru gidildikçe bu farkın azaldığı ve eğrilerin birbirine teğet gittiği görülmektedir yılı deprem yönetmeliğin tasarım spektrum hesaplarında yerel zemin koşullarına ve aktif faya konumuna (S s ve S 1 ) bağlı olarak hesap yapıldığı için noktalar arası yakın mesafelerde (örnekte 1 km ) spektrum eğrileri birbirine çok yakın çıkmaktadır. Ayrıca TBDY 2016 ve DBYBHY 2007 için elde edilen spektral ivmeler farklı zemin durumlarında farklı değerlere ulaştığı, her nokta için belli bir standarttı yakalamak için daha çok araştırma yapılması gerektiği görülmektedir. KAYNAKLAR [1] Akkar, S., Eroğlu A., Tuba, Çan, T., Çeken, U., B. Demircioğlu, M., Duman, T., Ergintav, S., Kadirioğlu, F. T., Kalafat, D., Kale, Ö., Kartal, R. F.,Kılıç, T., Özalp, S.,Şeşetyan, K.,Tekin, S., Yakut, A., Yılmaz, M. T., Zülfikar, Ö., Türkiye Yeni Deprem Tehlikesi Haritası Deprem Yönetmeliğine Yansıması, İmo İstanbul Bülten, Sayı 135/2016 [2] Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği Taslak (TBDY 2016), T.C. AFAD-Deprem Daire Başkanlığı [3] Çeken, U., Türkiye Deprem Tehlike Haritası ve İnteraktif Web Uygulaması, Uluslararası Sismik İzolasyon Çalıştayı, 13 Ekim 2016 [4] Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY 2007), T.C. AFAD-Deprem Daire Başkanlığı 716