TÜRKİYE DEKİ YIĞMA YAPILARIN HASARGÖREBİLİRLİĞİ

Transkript

1 Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, October 2007, Istanbul, Turkey TÜRKİYE DEKİ YIĞMA YAPILARIN HASARGÖREBİLİRLİĞİ VULNERABILITY OF MASONRY STRUCTURES IN TURKEY M. Altuğ ERBERİK 1 ÖZET Bu çalışma Türkiye deki yığma binaların deprem güvenliğinin hasar potansiyeli eğrileri aracılığıyla belirlenmesini esas almaktadır. Daha önce yapılmış olan çalışmalar ve saha gözlemleri de göz önüne alınarak yığma binaların sınıflandırılması için dört ana parametre kullanılmıştır. Bu parametreler plan geometrisi, kat adedi, taşıyıcı duvar malzemesi dayanımı, taşıyıcı duvar boşluk oranı ve düzensizliğidir. Hasar potansiyeli eğrilerinin belirlenmesinde kuvvete dayalı ve iki kademeli bir hesap yöntemi kullanılmıştır. Bu çalışmada ortalama kesme dayanımı cinsinden ifade edilen iki değişik sınır durum, başka bir deyişle üç değişik hasar bölgesi kabul edilmiştir. Ayrıca hasar potansiyeli eğrilerinin elde edilmesi aşamasında yer hareketi kayıtlarından, malzemeden ve kullanılan analitik modelden kaynaklanan belirsizlikler de göz önüne alınmıştır. Analizler sonucunda elde edilen hasar potansiyeli eğrilerinin kat adedinden ve taşıyıcı duvar malzemesi dayanımından daha fazla etkilendikleri gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, 1995 depremi sonrası Dinar daki yığma yapılarda görülen ve Hasar Tespit Formu aracılığıyla belirlenen gerçek hasar ile hasar potansiyeli eğrileri kullanılarak hesaplanan tahmini hasar karşılaştırılmıştır. Hasar potansiyeli eğrileri aracılığıyla olasılıksal olarak belirlenen tahmini hasarın sayısal tek bir değere indirgenmesi amacıyla Hasargörebilirlik Puanı adıyla bir parametre önerilmiştir. Karşılaştırma sonucunda yığma binaların gerçek ve tahmini hasar seviyelerinin birbirine yakın olduğu gözlenmiştir. Ayrıca Dinar daki yığma yapıların gözlemlenen hasar seviyelerine göre verilen onarım ya da yıkım kararlarının aynı binaların Hasargörebilirlik Puanı ile göreceli olarak sıralanması ile elde edilen sonuçlarla benzerlikler gösterdiği ortaya konulmuştur. Anahtar Kelimeler: Yığma bina, hasar potansiyeli eğrisi, hasar tahmini, hasargörebilirlik puanı. ABSTRACT This study focuses on the evaluation of seismic safety of masonry buildings in Turkey by using fragility curves. By considering the previous research and site investigations, four major parameters have been used in order to classify masonry buildings. These are number of stories, strength of load-bearing wall material and regularity in plan and the arrangement of walls (required length, openings in walls, etc.) During generation of fragility curves, a forcebased and two-stage approach has been used. In this study there exist two limit states, or in other words three damage states, in terms of base shear strength. Furthermore, ground motion uncertainty, material variability and modelling uncertainty have also been considered. The resulting fragility curves seem to be highly affected by number of stories and strength of loadbearing wall material. In the second part of the study, the estimated damage has been compared with the observed damage in masonry buildings after 1995 Dinar earthquake, that has been determined by utilizing the Damage Evaluation Form. A single-valued parameter, called as Vulnerability Score, has been introduced in order to achieve this comparison. It has been observed that the estimated damage is pretty close to the observed damage. In addition to this, the decisions regarding the repair or demolition of masonry buildings in Dinar due to visual damage inspection are on comparable grounds with the relative measure obtained from vulnerability score of the same buildings. Keywords: Masonry building, fragility curve, damage estimation, vulnerability score. 1 Yrd. Doç. Dr., Orta Doğu Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, altug@metu.edu.tr 379

2 380 Türkiye deki Yığma Yapıların Hasargörebilirliği GİRİŞ Bu çalışmada göz önüne alınan yığma yapılar; kırsal ya da kentsel alanlarda, beş kata kadar, konut amaçlı olarak kullanılan ve taşıyıcı duvar malzemesi dolu harman tuğlası, delikli fabrika tuğlası, beton, taş ya da kerpiç olan binalardır. Bu yapıların büyükçe bir kısmı, mühendislik hizmetinden yoksun olarak, mimari plânları ve statik hesapları olmaksızın meydana getirilmektedir. Bazılarına mühendis eli değmiş olmasına rağmen bu yapılar genellikle son derece düzensiz, kalitesiz, özensiz ve hesapsız bir şekilde inşa edilmektedir. Bu tip yapıların depreme karşı güvenliğinin sağlanması iki nedenden dolayı çok önemlidir. Birincisi; yığma tipi yapılar, Anadolu daki kasaba ve küçük kentlerdeki yapı stoğunun çok önemli bir yüzdesini oluştururlar. Hatta büyük kentlerde de bu tip yapılara rastlamak mümkündür. İkinci olarak; yığma tipi yapılar, betonarme yapılarla karşılaştırıldığı zaman, deprem etkilerine karşı daha dayanıksız yapılardır. Bu nedenden dolayı, son yıllarda ülkemizde meydana gelen yıkıcı depremlerde hasarın önemli bir bölümü yığma tipi binalarda meydana gelmiştir. Bu çalışmada yığma yapıların deprem güvenliği, hasar potansiyeli eğrileri kullanılarak incelenmektedir. Yığma yapılar, yapı sektöründeki lokal uygulamalar da göz önüne alınarak seçilen bazı yapısal parametrelere göre sınıflandırılmıştır. Oluşturulan her yapı sınıfı için bir hasar potansiyeli eğrileri seti türetilmiştir. Daha sonra elde edilen bu hasar potansiyeli verisi, 1995 Dinar depreminden etkilenmiş bir grup yığma yapının hasar derecelerinin tahmin edilmesinde kullanılmıştır. Son olarak, tahmin edilen hasar, yukarıda adı geçen deprem sonrası gözlemlenen gerçek hasar ile karşılaştırılmıştır. TÜRKİYE DEKİ YIĞMA YAPILARIN GENEL ÖZELLİKLERİ Bu çalışmada Dinar (Afyon) ve Zeytinburnu (İstanbul) bölgelerine ait iki farklı yığma bina veritabanı kullanılmıştır. Dinar veritabanı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi tarafından oluşturulan teknik heyetin 1995 Dinar depreminde çeşitli derecelerde hasar görmüş 140 kırsal yığma binada yaptığı çalışmalar sonucunda oluşturulmuşur (ODTÜ DMAM, 1996). Diğer veritabanı ise İstanbul Master Plan projesi sırasında elde edilen bilgiyi içermektedir. Bu projede Zeytinburnu pilot bölge olarak seçilmiş ve İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından oluşturulan birimler 69 adet kentsel yığma binanın deprem güvenliğinin belirlenmesi amacıyla veri toplamışlardır (Sucuoğlu ve Erberik, 2005). Her iki veritabanının genel özellikleri, yığma yapıların depreme karşı performanslarını etkileyen en önemli parametrelerin ışığında incelenebilir. Kat adedi Türkiye de son yıllarda meydana gelen depremler, yığma binaların sınıflandırılmasında kullanılabilecek en önemli yapısal parametrenin kat adedi olduğunu göstermektedir. Bu depremler sonrası, üç veya daha çok katlı yığma binaların, bir veya iki katlı yığma binalara oranla çok daha fazla hasar gördüğü gözlenmiştir. Türk deprem yönetmeliğinde (1998) deprem bölgesine göre yığma binalar için izin verilen en fazla kat sayıları Tablo 1 de yer almaktadır. Buna ek olarak yönetmelik, brüt kat alanı temeldeki bina brüt alanının %25 inden az olmak koşulu ile tek bir çatı katı yapılmasına izin vermektedir. Kerpiç binaların ise, yönetmelik uyarınca bütün deprem bölgelerinde tek katlı yapılmasına izin verilmektedir. Tablo deprem yönetmeliğinde yığma binalar için izin verilen en fazla kat sayısı Deprem bölgesi En fazla kat sayısı 1 2 2,

3 M.A. Erberik 381 Dinar (kırsal) ve Zeytinburnu (kentsel) veritabanlarındaki binaların kat adedine göre dağılımları Şekil 1 de verilmiştir. Kırsal veritabanında iki katlı yığma binaların sayısının fazla olmasına karşın kentsel veritabanında daha fazla çok katlı yığma binanın yer aldığı gözlenmektedir. Her iki veritabanında yer alan yığma binaların 1998 yönetmeliğine uygunluğu gözlemlendiğinde, Dinar daki binaların % 46 sının, Zeytinburnu daki binaların ise % 36 sının kat adedi açısından yönetmeliğe aykırı olduğu ortaya çıkmıştır (hem Dinar, hem de Zeytinburnu birinci derece deprem bölgesindedir). Kırsal veritabanındaki ihlaller genellikle iki katlı kerpiç binalardan, kentsel veritabanındaki ihlaller ise genellikle üç, dört ve hatta beş katlı yığma binalardan kaynaklanmaktadırlar. Yüzde (%) Kırsal 40 Kentsel Kat adedi Şekil 1. Kırsal ve kentsel veritabanlarındaki binaların kat adedine göre dağılımı Plan geometrisi Yığma binaların deprem davranışını etkileyen bir diğer önemli faktör plan geometrisidir. Kutu şeklindeki (plan geometrisi dikdörtgen olan) bir bina, planda L veya U şeklindeki bir binaya oranla daha iyi bir deprem davranışı gösterir deprem yönetmeliği, yığma binaların yük taşıyan duvarlarının asal eksenlere göre mümkün oldukça simetrik olarak yerleştirilmesini zorunlu kılar. Yönetmeliğe göre düzenli yapılar, dikdörtgen ya da benzeri kat planına sahip olan ya da çıkıntı yapan kısımların birbirine dik iki doğrultudaki boyutlarının her ikisinin de, binanın o katının aynı doğrultulardaki toplam plan boyutlarının %20 sinden daha az olduğu yapılardır (Deprem Yönetmeliği, 1998). Bu çalışmada yukarıdaki tanımlamanın dışında kalan tüm yığma yapılar planda düzensiz olarak kabul edilmiştir. Bu tanımların ışığında, Dinar veritabanındaki binaların yaklaşık %79 u, Zeytinburnu veritabanındaki binaların ise yaklaşık %71 i planda düzenli yapı olarak değerlendirilmiştir. Taşıyıcı Duvar Malzemesi Kırsal ve kentsel veritabanlarındaki binaların taşıyıcı duvar malzemesine göre dağılımı Şekil 2 de verilmiştir. Şekildeki kısaltmalar HT, FT, BB ve K sırasıyla taşıyıcı duvar malzemesi dolu harman tuğlası, delikli fabrika tuğlası, beton briket ve kerpiç olan yığma binaları temsil etmektedir. Diğer kısaltma KM ise birden fazla taşıyıcı duvar malzemesi ile inşa edilmiş olan yığma binaları temsil etmektedir. Şekilden de anlaşılacağı gibi, kırsal yığma binaların önemli bir yüzdesi (~40%) kerpiç birimler kullanılarak inşa edilen yapılar olmakla birlikte karma tip yığma bina sayısı da oldukça fazladır (~40%). Kentsel yığma binalar da ise en büyük yüzdeyi (~60%) beton briket kullanılarak inşa edilen yapılar almaktadır. Yerel inşaat uygulamalarında taşıyıcı duvar malzemesi seçilirken, ekonomik faktörler, malzeme mevcudiyeti ve taşıma kolaylığı önemli rol oynar. Örneğin kerpiç yapılar, özellikle kırsal kesimde çok yaygın olarak görülür. Bu tip yapıların; ekonomik malzeme kulanımı, akustik ve ısı yalıtımı gibi avantajları bulunmaktadır. Ancak kerpiç yapılar deprem yükleri altında genellikle çok fazla zorlanırlar. Kentsel alanlarda inşa edilen yığma binalarda çok sık kullanılan delikli beton briket birimler de çok düşük bir dayanıma sahiptir. Bu tip malzemenin taşıyıcı duvarlarda kullanımı deprem güvenliği açısından sakıncalıdır ve ayrıca yönetmelikçe de izin verilmeyen bir durumdur. Yukarıda yer alan gözlemlerin ışığında, yanlış taşıyıcı duvar malzemesi kullanımı yüzünden gerek

4 382 Türkiye deki Yığma Yapıların Hasargörebilirliği kırsal gerekse kentsel alandaki yığma yapıların deprem güvenliğinin büyük bir risk altında olduğu söylenebilir. Geçmişteki tecrübeler göz önüne alınırsa, deprem esnasında en iyi davranışı gösteren malzeme dolu harman tuğlasıdır. Ancak Şekil 2 de de görüldüğü gibi, her iki veritabanında da bu malzeme ile inşa edilmiş yığma bina sayısı oldukça azdır. Delikli fabrika tuğlası kullanılarak inşa edilmiş yığma binaların deprem davranışı, delik oranı ve delik yönü (yatay veya düşey) ile yakından ilişkilidir. Yüzde (%) Kırsal Kentsel HT FT BB K KM Taşıyıcı duvar malzemesi Şekil 2. Kırsal ve kentsel veritabanlarındaki binaların taşıyıcı duvar malzemesine göre dağılımı Taşıyıcı Duvar Uzunluğu ve Boşluk Oranı Yığma binaların depreme karşı yanal dayanımı tamamen duvarlar tarafından karşılandığı için, taşıyıcı duvar uzunluğu, planda yerleşimi ve taşıyıcı duvar boşlukları, yığma binaların deprem güvenliğinin belirlenmesinde diğer önemli parametreler olarak ortaya çıkmaktadırlar deprem yönetmeliğinde, planda birbirine dik doğrultuların her biri boyunca uzanan taşıyıcı duvarların (pencere ve kapı boşlukları hariç olmak üzere) minimum toplam uzunluğu aşağıdaki eşitsizlik (kriter) sayesinde hesaplanır. Bu çalışmada, bu kriter K1 olarak adlandırılmaktadır. d 2 ( m m ) L A 0.25I (1) Denklemde L d herhangi bir doğrultudaki duvarların toplam uzunluğunu, A brüt kat alanını ve I bina önem katsayısını temsil eder. Konut amaçlı kullanılan yapılar için bu katsayı I=1.0 değerini alır. Veritabanlarındaki binaların birbirine dik doğrultuda uzanan taşıyıcı duvarlarının hesaplanan minimum toplam uzunluğunun, 1998 yönetmeliğinde yer alan kritere ne kadar uyduğu Şekil 3 te gösterilmiştir. Şekilde YY kısaltması; her iki doğrultudaki duvar uzunluklarının yönetmelikteki kriteri sağladığını, NY kısaltması; sadece bir doğrultudaki duvar uzunluğunun yönetmelikteki kriteri sağladığını ve NN kısaltması; duvar uzunluğu ile ilgili yönetmelik kriterinin iki doğrultuda da sağlanamadığını ifade etmektedir. Şekil 3 ten elde edilen istatistiksel verilere göre, kırsal veritabanındaki binaların %69 unda ve kentsel veritabanındaki binaların %44 ünde; yönetmelikte duvar minimum uzunluğu ile ilgili kriter doğrultuların en az birinde sağlanamamaktadır. Yüzde (%) YY NY NN Minimum Duvar Uzunluğu Kriteri Kırsal Kentsel Şekil 3. Kırsal ve kentsel veritabanlarındaki binaların minimum duvar uzunluğu kriterine göre dağılımı

5 M.A. Erberik 383 Taşıyıcı duvar boşlukları ile ilgili olarak yönetmelikte yer alan maddelerden en önemli dört tanesi, bu çalışmada göz önüne alınmıştır. İlk maddeye göre, bina köşesine en yakın pencere veya kapı boşluğu ile bina köşesi arasında bırakılacak dolu duvar parçasının plandaki uzunluğu, birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde 1.5 m den az olamamaktadır. Bu madde çalışmada kriter K2 olarak adlandırılmıştır (Şekil 4: L w1 1.5 m). Diğer bir yönetmelik maddesine göre; pencere ve kapı boşlukları arasında kalan dolu duvar parçalarının plandaki uzunluğu, birinci ve ikinci derece deprem bölgelerinde 1.0 m den az olamamaktadır. Bu madde ise çalışmada kriter K3 olarak adlandırılmıştır (Şekil 4: L w2 1.0 m). Kriter K4 olarak adlandırılan maddeye göre; kapı ve pencere boşluklarının herbirinin plandaki uzunluğu 3.0 m yi geçememektedir (Şekil 4: L b1 3.0 m ve L b2 3.0 m). Çalışmada göz önüne alınan son yönetmelik maddesi ise; herhangi bir duvarın mesnetlenmemiş uzunluğu boyunca kapı ve pencere boşluklarının plandaki uzunluklarının toplamının, mesnetlenmemiş duvar uzunluğunun %40 ından fazla olamayacağını ifade etmektedir. Bu madde de kriter K5 olarak adlandırılmıştır (Şekil 4: (L b1 + L b2 ) 0.40 L n ). L w1 L b1 L w2 L b2 L w3 L n (mesnetlenmemiş L n (unsupported duvar wall length) uzunluğu) Şekil 4. Taşıyıcı duvar boşlukları ile ilgili parametreler (1998 Deprem Yönetmeliği) Taşıyıcı duvar boşlukları ile ilgili yönetmelik ihlalleri, Zeytinburnu veritabanından alınmış bir yığma bina aracılığıyla Şekil 5.a da gösterilmektedir. Binanın ilk katında cephe dar olmasına rağmen çok fazla boşluk bulunmaktadır (bir kapı, iki pencere). Böylece ilk katta yukarıda tanımlanmış olan K2, K3 ve K5 kriterleri ihlal edilmiştir. İkinci katta K2 kriteri, üçüncü katta ise K3 kriteri gözardı edilmiştir. (a) (b) (c) Şekil 5. Veritabanlarından yığma bina örnekleri Veritabanlarında yer alan yığma binaların taşıyıcı duvar boşlukları ile ilgili yukarıda bahsedilen dört kritere (K2-K5) uyumu incelendiği zaman, en çok ihlallerle karşılaşılan kriterin K5 olduğu ortaya çıkmıştır. K2 kriteri, kentsel yığma binalarda genellikle sağlanırken kırsal yığma binalarda bunun tam tersini söylemek mümkündür. Kentsel veritabanındaki binaların neredeyse yarısı K3 kriterini sağlarken, bu oran kırsal veritabanındaki binalar için daha da yüksektir. Son olarak neredeyse tüm binaların K4 kriterine uygun olarak inşa edilmiş olduğu gözlenmektedir.

6 384 Türkiye deki Yığma Yapıların Hasargörebilirliği YIĞMA BİNALARIN SINIFLANDIRILMASI Hasar potansiyeli eğrileri oluşturulacak olan yığma binaların sınıflandırılmasında yukarıda adı geçen dört yapısal parametre kullanılmıştır. İlk önce yapılar kat adedine göre N1, N2, N3, N4 ve N5 olmak üzere beş alt-sınıfa ayrılmıştır. Örneğin N3 alt-sınıfı, üç katlı yığma binaları temsil etmektedir. Bina sınıflandırılmasında kullanılan ikinci parametre taşıyıcı duvar malzemesi dayanımıdır. Bu ana parametre esasında iki farklı parametrenin birleştirilmesi ile oluşturulmuştur. Bu parametreler taşıyıcı duvar malzemesi ve binanın görünen kalitesidir. Değişik taşıyıcı duvar tipleri için kabul edilen ortalama basınç dayanımları ve bu değerlerin yapı kalitesine göre değişimi Tablo 2 de verilmiştir.tablodan da anlaşılacağı gibi bu parametreye ait alt sınıflandırma D1, D2, D3 ve D4 olarak oluşturulmuş olup her alt-sınıfa ait basınç dayanımı farklıdır. Parantez içinde yer alan dayanım değerleri, önceki çalışmalar ve saha gözlemleri kullanılarak elde edilmiştir. Tablo 2. Taşıyıcı duvar tipi ve malzeme kalitesine göre ortalama basınç dayanımları Taşıyıcı duvar malzemesi Görünen kalite İyi Orta Kötü Dolu harman tuğlası D1 (8 MPa) D2 (6 MPa) D3 (4 MPa) Delikli fabrika tuğlası D2 (6 MPa) D3 (4 MPa) D4 (2 MPa) Taş, briket ya da kerpiç D3 (4 MPa) D4 (2 MPa) D4 (2 MPa) Malzeme alt-sınıflandırmasını daha detaylı irdelemek için Şekil 5 teki örnek yığma binalar kullanılabilir. Şekil 5.b deki yığma bina, üç katlı ve delikli fabrika tuğlası kullanılarak inşa edilmiş bir yapıdır. Binanın gözlenen malzeme kalitesi iyidir. Bu durumda bina D2 malzeme sınıfına aittir. Şekil 5.c deki bina ise yine üç katlı, fakat dolu harman tuğlası kullanılarak inşa edilmiş bir yapıdır. Binanın gözlenen kalitesi kötüdür. Böylece bu binaya atfedilen malzeme alt-sınıfı D3 tür. Üçüncü yığma bina sınıflandırma parametresi plan geometrisidir. Yığma binalar düzenli (R1 alt-sınıfı) ya da düzensiz (R2-alt sınıfı) olarak ayrılmıştır. Buna göre plan geometrisi dikdörtgen olan ya da plandaki girinti ve çıkıntıları 1998 deprem yönetmeliğinde yer alan kriteri ihlal etmeyen yapılar R1 alt-sınıfına yerleştirilmiştir. Bunun dışında kalan tüm yığma yapılar R2 alt-sınıfında kabul edilmiştir. En son bina alt-sınıflandırması, taşıyıcı duvar uzunluğu ve boşluk miktarları ile ilgili yukarıda verilmiş olan beş kriter bir araya getirilerek yapılmıştır. Alt-sınıflar şu şekilde oluşturulmuştur: B1 alt-sınıfı: 1998 yönetmeliğinde ilgili kriterlere uyan ve yeterli yanal duvar dayanımına sahip binaları temsil eder. L d /A oranı 0.30 olarak kabul edilmiştir (kriter K1). Ayrıca diğer tüm kriterleri de (K2-K5) sağlamaktadır. B2 alt-sınıfı: 1998 yönetmeliğinde ilgili kriterlere kısmen uyan ancak bazı yapısal zayıflıklara sahip binaları temsil eder. L d /A oranı 0.25 olarak kabul edilmiştir (kriter K1). Bu alt-sınıftaki yapılar K2 kriterini sağlamaz. K3 kriteri sınırda sağlanır. K4 ve K5 kriterleri ise sağlanmaktadırlar. B3 alt-sınıfı: 1998 yönetmeliğinde ilgili kriterlerin çoğuna uymayan ve yetersiz yanal duvar dayanımına sahip binaları temsil eder. L d /A oranı 0.20 olarak kabul edilmiştir (kriter K1). Bu altsınıftaki yapılar K2 ve K3 kriterlerini sağlamaz. K4 kriteri sınırda sağlanır. K5 kriteri ise sağlanmaktadır. Alt-sınıf kombinasyonları R1-B1, R1-B2, R1-B3, R2-B1, R2-B2 ve R2-B3 için altı değişik kat planı oluşturulmuştur. K1-K5 kriterleri, kat planları oluşturulurken, her iki yöndeki duvar parçalarının planda yerleşiminde ve uzunluğunun belirlenmesinde önemli rol oynamışlardır. Planda düzensizlik, rijitlik merkezi ile ağırlık merkezi arasındaki mesafenin arttırılması (taşıyıcı duvarların planda dağılımında kasti düzensizlikler yaratılması) sayesinde elde edilmiştir. Sonuçta kat adedine bağlı beş (N1-N5), malzeme dayanımına bağlı dört (D1-D4), plan geometrisine bağlı iki (R1, R2), duvar uzunluğu ve boşluk oranı ile ilgili ise üç (B1-B3) alt-sınıf bulunmaktadır. Böylece hasar potansiyeli eğrisi seti elde edilecek olan =120 adet yığma bina sınıfı bulunmaktadır. Kolaylık olması açısından her yığma bina sınıfını temsil etmek amacıyla beş haneli bir kod türetilmiştir. İlk hanede her zaman M harfi yer almaktadır. İkinci hane, yapının kat adedi alt sınıfını temsil eder ve 1-5 arasındaki sayılardan oluşur. Üçüncü hane, malzeme dayanımı alt sınıfı içindir ve 1-4 arasındaki sayılardan birini alır. Dördüncü hane, plan geometrisi

7 M.A. Erberik 385 sınıfı ile ilgili olarak ya 1 ya da 2 değerini alır. Son hane ise duvar uzunluğu ve boşluk oranı ile ilgili alt-sınıfa aittir ve 1-3 arasındaki sayılardan birini alır. Buna göre örneğin M2213 kodlu bir yığma yapı için çok detaylı bilgi verilebilir: iki katlı, plan geometrisi düzenli, malzeme olarak iyi kalite görünen delikli fabrika tuğlasından ya da malzeme olarak orta kalite görünen dolu harman tuğlasından taşıyıcı duvarlara sahip ve 1998 deprem yönetmeliğinde duvar uzunluğu ve boşluk oranı ile ilgili kriterlere pek uymayan bir yığma bina. Şekil 6.a da yer alan yığma binanın tek katlı, düzenli, iyi kalitede dolu harman tuğlasından taşıyıcı duvarlara sahip ve 1998 deprem yönetmeliğinde duvar uzunluğu ve boşluk oranı ile ilgili kriterlere uyan bir yapı olduğu görülmektedir. Bu binanın sınıf kodu M1111 olarak belirlenmiştir. Şekil 6.b de yer alan yığma bina ise dört katlı, düzensiz, orta kalitede delikli fabrika tuğlasından taşıyıcı duvarlara sahip ve 1998 deprem yönetmeliğinde duvar uzunluğu ve boşluk oranı ile ilgili kriterlerin çoğuna uymayan ( K2, K3 ve K5 kriterleri ön cephede ihlal edilmiş) bir yapıdır. Bu binanın sınıf kodu ise M4323 olarak belirlenmiştir. (a) Şekil 6. Bina sınıf kodları atanmış örnek veritabanı binaları a) M1111, b) M4323. (b) HER BİNA SINIFI İÇİN HASAR POTANSİYELİ EĞRİLERİNİN ELDE EDİLMESİ Her yığma bina sınıfı için hasar potansiyeli eğri setlerinin oluşturulmasında iki kademeli ve kuvvete dayalı bir yöntem kullanılmıştır. Kuvvete dayalı bir yöntem kullanılmasının ana nedeni, yığma yapıların deprem davranışının neredeyse tümüyle gevrek ve rijitliği yüksek duvar elemanlarının kesme dayanımlarına bağlı olmasıdır. Kırılganlık eğrileri aşağıdaki denklem kullanılarak elde edilmiştir (Hueste ve Bai, 2004). P(SD i / MYİ) ln(v SD,i ) ln(v = 1 Φ βc + βd + βm D ) (2) Bu denklem sınır durumun (SD), herhangi bir yer hareketi parametresine göre aşılma olasılığını bir lognormal kümülatif dağılım olarak vermektedir. Bu çalışmada kuvvete dayalı bir metod kullanıldığı için, göz önüne alınan yer hareketi parametresi de maksimum yer ivmesi (MYİ) olarak seçilmiştir. Denklemde Φ standard normal kümülatif dağılım fonksiyonunu, V SD,i parametresi bir sınır durum için ortalama kesme dayanımı, V D parametresi ise yer hareketi tarafından talep edilen kesme kuvvetini temsil eder. Denklemin paydasında yer alan β parametreleri, yer hareketi kayıtlarından, malzemeden ve kullanılan analitik modelden kaynaklanan belirsizliklerin göz önüne alınmasını sağlarlar. Denklemde yer alan ortalama kesme dayanımı (V SD,i ), statik itme analizleri sayesinde elde edilir. Statik itme analizleri, MAS adlı bir yığma bina deprem analiz programı tarafından gerçekleştirilmiştir (Mengi vd, 1992). Tablo 2 de değişik duvar malzemesi türleri için verilmiş olan

8 386 Türkiye deki Yığma Yapıların Hasargörebilirliği ortalama basınç dayanımı normal dağılıma sahip bir değişken parametre olarak gözönüne alınmış ve her bir bina sınıfı için 20 adet farklı analitik simülasyonun statik itme analizi sonuçları elde edilmiştir. Farklı simülasyonların oluşturulması aşamasında Latin Hypercube örnekleme tekniği kullanılmıştır (Mc Kay vd. 1979). Şekil 7.a da bir bina sınıfı (M1111) için türetilmiş olan kapasite eğrileri örnek olarak verilmiştir. İki değişik sınır durum (i=2), başka bir deyişle üç değişik hasar bölgesi göz önüne alınmıştır. Bu hasar bölgeleri sırasıyla Hasarsızlık Bölgesi, Can Güvenliği Bölgesi ve Göçme Bölgesi olarak adlandırılmıştır (Şekil 7.b). Böylece normal dağılıma sahip oldukları kabul edilen sınır durumlarının ortalama değerleri (V SD,1 ve V SD,2 ) Denklem 2 de kullanılabilir. Dağılım fonksiyonunun değişkenlik katsayısı ise kapasitedeki belirsizliği (β C ) temsil eder. Kesme Kuvveti (kn) Deplasman (m) (a) Şekil 7. a) Bina sınıfı M1111 için değişik malzeme özelliklerinde kapasite eğrileri, b) sınır durum ve hasar bölgesi tanımları. Kesme Kuvveti V SD,1 V SD,2 Deplasman Hasar Bölgesi: I Hasarsızlık II Can Güvenliği III Göçme III II I (b) Denklem 2 de yer alan V D parametresi ise zaman tanım alanında doğrusal elastik analiz kullanılarak belirlenir. Bu analiz değişik yer hareketi kayıtları ve de değişik maksimum yer ivmesi seviyeleri için tekrarlanır ve Şekil 8 e benzer bir dağılım elde edilir. Bu çalışmada V D değerlerinin elde edilmesi amacıyla MYİ değerleri 0.01g ile 0.8g arasında değişen elli yer hareketi kaydı kullanılmıştır. Şekil 8 de gösterilen dağılıma en uygun gelen eğriyi bulmak için bazı çalışmalar yapılmış ve sonuçta hem tatminkar sonuçlar vermesi (yüksek R 2 değerleri) hemde çok basit olması açısından lineer fonksiyon kullanılmıştır. V D = a (MYİ) + b (3) Kesme Kuvveti (kn) y = x R 2 = MYİ (g) Şekil 8. Örnek bina sınıfı M1111 için taban kesme kuvveti ile MYİ arasındaki ilişki ve onu tanımlayan lineer fonksiyon (R 2 değeri ile birlikte) Denklem 3 de yer alan a ve b sabitleri her bina sınıfı için ayrı ayrı elde edilmiştir. Ortalama V D değerleri Denklem 2 deki olasılık hesabında kullanılmıştır. Yer hareketi kayıtlarının çeşitliliğinden dolayı ortaya çıkan kesme kuvveti talebi belirsizliğini temsil eden β D ise şu şekilde hesaplanır.

9 M.A. Erberik β = ln(1 s ) (4) D + Denklem 4 de yer alan s 2 parametresi standard hatanın karesidir. Denklem 2 nin paydasında yer alan en son terim, β M, analitik modellemeden kaynaklanan belirsizlikleri ifade eder ve bu çalışmada β M =0.3 olarak kabul edilmiştir. Yukarıdaki paragraflarda bahsedilen parametrelerin Denklem 2 ye yerleştirilmesiyle birlikte her bina sınıfına ait hasar potansiyeli eğrileri türetilebilir. Burada tüm hasar potansiyeli eğrilerinin gösterilmesi mümkün değildir, bu sebepten dolayı Şekil 9 da sadece seçilen örnek hasar potansiyeli eğrilerinin temel yapısal parametreler açısından karşılaştırılması verilmiştir. Şekilde yer alan tüm eğriler, ikinci sınır duruma ulaşılma ya da sınır durumun aşılma olasılıklarını temsil etmektedirler. Olasılık M1313 M2313 M3313 M4313 M5313 (a) Olasılık M2113 M2213 M2313 M2413 (b) MYİ (g) MYİ (g) M2313 M2323 (c) M2321 M2322 (d) Olasılık Olasılık M MYİ (g) MYİ (g) Şekil 9. Yığma bina hasar potansiyeli eğrilerinin a) kat adedine, b) malzeme dayanımına, c) plan geometrisine, d) duvar uzunluğu ve boşluk miktarına göre karşılaştırılması. Şekil 9.a da benzer bina sınıfları için, bir katlı yapılarda ağır hasar ya da göçme olması olasılığının (0.5g MYİ seviyesi için %2) dört ve beş katlı yapılarda aynı durumların meydana gelmesi olasılığı (0.5g MYİ seviyesi için %78 ve %89) ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir seviyede olduğu gözlenmektedir. Şekil 9.a ya benzer bir durum Şekil 9.b de de, özellikle D4 alt-sınıfındaki yapılar için, ortaya çıkmaktadır. Bütün diğer parametrelerin sabit tutulduğu bir durumda ve 0.5 g lik bir MYİ seviyesinde, D3 alt-sınıfından D4-alt sınıfına geçildiği zaman ağır hasar ya da göçmeyle karşılaşma olasılığı %27 den %78 e yükselmektedir. Şekil 9.c ye göre planda düzensizliğin, ağır hasar ya da göçme ile karşılaşma olasılığına etkisi çok fazladır. Bu olasılık seviyesi, 0.5 g lik bir MYİ değerinde, düzenli yığma binalar için %27 iken düzensiz yığma binalar için %71 gibi bir mertebeye ulaşmaktadır. Duvar uzunluğu ve duvar boşlukları ile ilgili kriterlerin hasar potansiyeli üzerindeki etkisi ise Şekil 9.d de göz önüne alınmıştır. Buna göre B1 ve B2 alt-sınıflarında yer alan yığma binaların üst

10 388 Türkiye deki Yığma Yapıların Hasargörebilirliği sınır durumlarının aşılma olasılıkları birbirine yakındır (0.5g lik bir MYİ için %15 ve %25). Ancak B3 alt-sınıfındaki binalar için bu olasılık seviyesi bir anda artmaktadır (0.5g lik bir MYİ için %71). Özetle, seçilen yığma bina sınıfları için, ağır hasar yada göçme ile karşılaşma olasılığı; kat adedinin artmasıyla (N1 den N5 e), malzeme dayanımının azalmasıyla (D1 den D4 e), planda düzensizliğin artmasıyla (R1 den R2 ye) ve duvar uzunluğu ya da boşluk miktarı ile ilgili yönetmelik ihlalleri arttıkça (B1 den B3 e) beklenildiği gibi artmaktadır. HASAR TAHMİN ÇALIŞMASI Çalışmanın bu kısmında, 1995 Dinar depreminden etkilenmiş 140 adet yığma binanın gözlenen hasarı ile değişik bina sınıfları için türetilmiş hasar potansiyeli eğrilerinden elde edilen tahmini hasar karşılaştırılmıştır. Dinar daki binaların hasar tespiti, deprem sonrası kırsal yapılar için düzenlenmiş olan standart hasar tespit formu kullanılarak yapılmıştır. Bu forma göre hasar bölgeleri şu şekilde puanlandırılmıştır: hasarsız (0 puan), az hasarlı (1-3 puan), orta hasarlı (4-6 puan), ağır hasarlı (7-9 puan) ve yıkık (9 puan üzeri) (Afet İşleri Genel Müdürlüğü, 1990). Karşılaştırmalı çalışmanın ilk aşamasında Dinar daki yığma yapıların her birine bir bina sınıfı atanmıştır. Bu da her binanın bir hasar potansiyeli eğrisi setine sahip olması anlamına gelir. Daha sonra binaların bulunduğu bölgedeki yer hareketi seviyesi belirlenmiştir. Bu amaçla elde edilen MYİ değerleri için önceki bir çalışmanın (Sucuoğlu vd., 2003) verileri kullanılmıştır. Sonuç olarak her binaya ait bir yer hareketi değeri (MYİ cinsinden) elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada, herhangi bir MYİ seviyesi için hasar bölgesi olasılıklarının hasar bölgesi katsayılarıyla çarpımı sonucu elde edilen bir hasargörebilirlik puanı (HP) türetilmiştir. Bu tür bir puanlama sayesinde her binanın hasar potansiyelini tek bir sayıya indirgemek ve binaları bu puan sayesinde karşılaştırmak mümkün olmaktadır. Puanlamada kullanılan hasar bölgesi katsayıları (HB-I, HB-II ve HB-III) için varsayılan değerler sırasıyla 0.0, 0.5 ve 1.0 dir. Buna göre HP 0 ve 1 arasındaki değerleri alabilir. Yüksek HP değeri, söz konusu yığma binanın belirli bir MYİ seviyesinde deprem kuvvetlerine karşı daha dayanıksız olduğunu göstermektedir. Şekil 10 da verilmiş olan hasar potansiyeli eğri seti ile ifade edilen bir yığma yapının, 0.5 g lik MYİ seviyesindeki hasargörebilirlik puanı şu şekilde hesaplanmaktadır. HP = = (5) Olasılık HB-I Hasarsızlık HB-II 51% 0.4 Can Güvenliği HB-III 0.2 Göçme 27% 0.0 MYİ= MYİ (g) Şekil 10. Örnek bir hasar potansiyeli eğrisi setinden 0.5g lik MYİ seviyesi için elde edilen hasar bölgesi olasılıkları 22% Dinar daki yığma binalar için hesaplanan HP değerlerinin, deprem sonrası gözlenen hasar ile karşılaştırılması Şekil 11 de verilmiştir. Şekildeki istatistiksel bilgilerin ışığında tahmin edilen hasar ile Hasar Tespit Formlarından elde edilmiş gözlenen hasarın yakın sonuçlar verdiği ortaya çıkmaktadır. Dinar da hasar tespiti çalışması sonrasında, hasar görmüş yığma yapıların bir kısmının yıkılmasına, bir kısmının ise onarılmasına karar verilmiştir. Karar aşamasında, onarım ve güçlendirmenin ekonomik açıdan tatbik edilebilirliği göz önüne alınmıştır (ODTÜ DMAM, 1996).

11 M.A. Erberik 389 Yıkım ve onarım kararı alınan yığma binaların HP değer aralıklarına göre dağılımı Şekil 12 de verilmiştir. Küçük HP değerlerinden büyük HP değerlerine doğru gidildikçe onarım kararı verilen binaların yüzdesi azalmakta; bunun aksine yıkım kararı alınan binaların yüzdesi artmaktadır. Sonuç olarak hasarlı yığma binalar için yıkım yada onarım kararı verilmesi aşamasında, hasargörebilirlik puanı ayırdedici bir görev üstlenebilir. HP R 2 = Gözlenen hasar Şekil 11. Hesaplanan HP değerlerinin binalarda deprem sonrası gözlenen hasar ile karşılaştırılması Yüzde (%) Onarım Yıkım HP değer aralıkları Şekil 12. HP değer aralıklarına göre onarılmasına ve yıkılmasına karar verilmiş binaların yüzdeleri SONUÇ Bu çalışmada, Türkiye deki yığma binaların hasargörebilirliği, hasar potansiyeli eğrileri yardımıyla incelenmiştir. Daha önce yapılmış olan çalışmalar da göz önüne alınarak yığma binaların sınıflandırılmasında kullanılmak üzere dört temel yapısal parametre belirlenmiştir. Bu parametreler sırasıyla kat adedi, taşıyıcı duvar malzemesi, plan geometrisi ve taşıyıcı duvar uzunluğu ve boşluk oranıdır. Bu parametreler kullanılarak 120 adet bina sınıfı oluşturulmuş ve her bina sınıfına ait bir hasar potansiyeli eğrisi seti türetilmiştir. Hasar potansiyeli eğrilerinin oluşturulmasında hem statik itme analizlerinden hem de zaman tanım alanında doğrusal elastik analizlerden faydalanılmıştır. Çalışmanın son aşamasında, elde edilmiş olan hasar potansiyeli eğrileri, 1995 Dinar depreminden etkilenmiş bir grup yığma yapının hasar tespit formu kullanılarak belirlenmiş olan gerçek hasarının tahmin edilmesi için kullanılmıştır. Kullanılan bina veritabanı özelliklerini, yaklaşımları ve yöntemleri gözardı etmeksizin, çalışmadan elde edilen sonuçlar şu şekilde sıralanabilir: Türkiye deki yığma binalar, kat adedi, doğru taşıyıcı duvar malzemesi seçimi, plan geometrisi, taşıyıcı duvar uzunluğu ve boşluk miktarı ile ilgili yönetmelik kriterlerini genellikle ihlal etmektedirler. Bu da ülkemizde yığma yapıların orta şiddetli sayılabilecek depremlerden bile niçin bu kadar etkilendiklerini ve hasar gördüklerini açıklamaktadır. Türetilmiş olan hasar potansiyeli eğrilerinden gözlemlendiği kadarıyla hasar bölgesi olasılıkları kat adedinden ve malzeme dayanımından oldukça etkilenmektedir. Bunu

12 390 Türkiye deki Yığma Yapıların Hasargörebilirliği yanısıra plan geometrisinin, taşıyıcı duvar uzunluğu ve boşluk miktarının da hasar bölgesi olasılıkları üzerinde bir dereceye kadar etkisi olduğu söylenebilir. Başka bir deyişle, Türkiye deki yığma binalara ait özellikler, hasar potansiyeli eğrilerine sağlıklı bir şekilde yansıtılmıştır. Hasar potansiyeli eğrileri aracılığıyla hesaplanan tahmini hasar, deprem sonrası hasar tespit formu aracılğıyla tespit edilmiş gerçek hasarla karşılaştırılmıştır. Bunu gerçekleştirmek amacıyla hasargörebilirlik puanı (HP) türetilmiştir. Karşılaştırma sonrası, tahmini ve gerçek hasarın birbirine yakın olduğu söylenebilir. Dinar da hasar tespit çalışmaları sonrası yığma binalar için verilen onarım ve yıkım kararlarının, aynı binalar için hesaplanan hasargörebilirlik puanı ile karşılaştırıldığında tutarlı sonuçlar verdiği görülmüştür. Böylece hasar potansiyeli eğrilerine dayalı yöntem, Türkiye deki yığma yapıların deprem güvenliğinin tespitinde iyi bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. KAYNAKLAR Afet İşleri Genel Müdürlüğü (1990) Kırsal yapılarda Deprem hasarlarının Tayini, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara Hueste MB, Bai JW (2004) Impact of Retrofit on the Seismic Fragility of a Reinforced Concrete Structures, 13 th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver Canada McKay MD, Conover WJ, Beckman RJ (1979) A comparison of three methods for selecting values of input variables in the analysis of output from a computer code, Technometrics, 21: Mengi Y, McNiven HD, Tanrıkulu AD (1992) Models for Nonlinear Earthquake Analysis of Brick Masonry Buildings, Report No. UCB/EERC-92/03, Earthquake Engineering Research Center, University of California at Berkeley ODTÜ DMAM (1996) 1 Ekim 1995 Dinar depremi orta hasarlı yığma yapıların onarım ve güçlendirme projesi, Deprem Mühendisliği Araştırma Merkezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, ODTÜ Ankara Sucuoğlu H, Erberik MA (2005) İstanbul Master Plan Projesi: Zeytinburnu bölgesindeki yığma ve karma tip binaların deprem güvenliğinin incelenmesi, Teknik Rapor, İnşaat Mühendisliği Bölümü, ODTÜ Ankara Sucuoğlu H, Anderson JG, Zeng Y (2003) Predicting intensity and damage distribution during the 1995 Dinar, Turkey, earthquake with generated strong motion accelerograms, Bulletin of the Seismological Society of America, 93(3): Türk Deprem Yönetmeliği (1998) Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara.