Mevcut Betonarme Binaların Yapısal Özelliklerinin Belirlenmesi

Transkript

1 Mevcut Betonarme Binaların Yapısal Özelliklerinin Belirlenmesi Mehmet İNEL, Hayri B. ÖZMEN, Şevket M. ŞENEL ve A. Haydar KAYHAN Pamukkale Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Kınıklı, Denizli Özet Ülkemiz nüfusun önemli bir kısmını içinde barındıran risk altındaki mevcut yapı stoğunun güvenlik seviyesinin belirlenmesi, deprem afetine karşı yapılacak hazırlıkların en önemli ve başta gelen safhalarından biridir. Ancak incelenmesi gereken yapı stoğunun büyüklüğü bu değerlendirmenin yapılabilmesinin önündeki en büyük engeldir. Bu sebeple yapı stoğunu temsil ettiği varsayılan modeller üzerinden genellemeler yapılarak az sayıda model ile bütün stok üzerinde değerlendirmeler yapma gereği oluşmaktadır. Bu durumda kullanılan modellerin yapı stoğunu doğru olarak yansıtması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada betonarme yapıların dayanım ve şekildeğiştirme davranışları üzerinde etkisi olduğu düşünülen bazı yapısal özelliklerin yapı stoğu içindeki değerleri incelenmiştir. Binalar yapım yılları ve kat sayısına göre alt gruplara ayrılarak toplam 475 bina ve bu binalardan seçilen kolon ve 3123 kiriş eleman dikkate alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Mevcut yapılar, sismik değerlendirme, yapı stoğu, yapısal özellik. Abstract The seismic risk assesment of the existin building stock under risk which houses the major portion of the population is one of the main and most important steps of the earthquake hazard mitigation studies. However, the huge number of the buildings to be evaluated is the biggest problem for this assesment. It is required to use findings of a few represantative models that are assumed to reflect the stock for effective evaluation studies. In that case the proper reflection of the stock properties on the represantative few amount of models has great importance. In this study, important structural parameters, effective on the response of the reinforced concrete building stock are investigated. Buildings are sub-grouped according to their construction year and number of stories. Total of 475 buildings, column and 3123 beam members from these buildings are taken into consideration. 295

2 Keywords: Building stock, existing buildings, seismic evaluation, structural properties. 1. Giriş Son birkaç on yıl içinde ülkemiz sanayileşmenin, hızlı nüfus artışı ve kırsal kesimden büyük kentlere göçün yaşandığı bir dönemden geçmiştir. Bunların sonucunda büyük bir konut ihtiyacı doğmuştur. Bu ihtiyacın giderilmesi için hızlı bir yapılaşmaya girişilmiş fakat inşa edilen yapıların kalitesine ve o dönemde yürürlükte olan yönetmeliklere uygun olup olmadığına önem verilmemiştir. Bu şekilde gerekli ölçüde veya hiç mühendislik hizmeti almadan, hiçbir güvenlik endişesi taşımadan çok büyük miktarda bina yapılmıştır. Öyle ki şu an mevcut yapı stokunun önemli bir bölümü bu şekilde inşa edilmiş yapılardan oluşmaktadır. Türkiye gibi çok büyük kısmı ciddi deprem tehlikesi altında olan bir ülkede bu doğa olayının sonucunda oluşabilecek kayıpların en aza indirilmesi ülkemizin önemli bir meselesidir. Nüfusun önemli bir kısmını içinde barındıran bu tür yapıların güvenlik seviyesinin belirlenmesi deprem afetine karşı yapılacak hazırlıkların en önemli ve başta gelen safhalarından biridir. Ancak incelenmesi gereken yapı stokunun büyüklüğü, bu değerlendirmenin yapılabilmesinin önündeki en büyük engeldir. Bu denli çok sayıdaki binanın detaylı şekilde incelenmesi mümkün değildir. Bu nedenle yapıların güvenlik seviyeleri hakkında fikir verebilecek, çok ayrıntılı bilgilere ihtiyaç duymayan hızlı ve pratik biçimde uygulanabilecek metotlara gereksinim duyulmuştur. Bu tip metotların geliştirilmesinin ilk adımı modelleme kısmına esas olacak mevcut yapı stoğu özelliklerinin tanımlanmasıdır. Çalışma kapsamında mevcut yapıların yapısal özelliklerini yansıtacak çeşitli parametrelerin stok içindeki dağılımı ve değerlerinin belirlenmesini amaçlanmıştır. Bu bilgilerin değerlendirilmesi ile yapı kültürü ve bina yapım şekli konusunda önemli bir kaynağın elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu veriler ile uyumlu şekilde hazırlanacak yapı modelleri sayesinde 296

3 mevcut yapı stoğu daha doğru ve bilinçli şekilde değerlendirilebilecektir. Özellikle kolon, kiriş ve perde; boyutu, boyuna ve enine donatı miktarı ve dolgu duvarların stok içinde hangi miktar ve boyutlarda imal edildiğinin bilinmesi, bina stoğunun dayanım ve şekildeğiştirme özelliklerinin doğru olarak belirlenebilmesi açısından oldukça önemlidir. 2. Önceki Çalışmalar Konu ile ilgili (yazarların bilgisi dahilinde) literatür oldukça kısıtlı olduğundan yapılan çalışmanın bir amacı da literatürdeki boşluğun doldurulması ve konu ile ilgili bilgilerin zenginleştirilmesidir. İki farklı ekip tarafından Marmara Bölgesi [1] ve Adana bölgesi [2] için bazı bina bilgilerinin derlendiği çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalarda adı geçen bölgeler için yapım yılı, bina kullanım amacı, kat adedi, kat yükseklikleri, kiriş uzunlukları, taşıyıcı sistem tipi, döşeme tipi, kolon uzun boyutu, kiriş derinliği ve beton ve çelik malzeme özellikleri ile ilgili bilgiler mevcuttur. Sözü edilen çalışmalarda [1, 2] özellikle kolon ve kiriş donatıları, bina boyutları ve bina boyutu ile kolon sayısı ve kolon en kesit boyutları ile ilişkisi, bölme duvar miktarı, kapalı çıkma boyut ve miktarı, asal yönlerde çerçeve sürekliliği ile ilgili geniş bilgi mevcut değildir. Yukarıda verilen parametrelerin özellikle de yapım yıllı ve kat sayısı ile ilişkili olarak belirlenmesinin bu konuda literatüre önemli bir katkı sağlayacağı öngörülmektedir. Deprem dayanımı ihmal edilemeyecek derecede önemli olan boşluksuz bölme duvar miktarının, kat alanına veya diğer parametrelere bağlı miktarının belirlenmesinin de önemli olduğu düşünülmektedir. 3. Yöntem Çalışma kapsamında özellikle yapı stoğunun çok büyük kısmını oluşturan 1975 yılından günümüze kadar inşa edilmiş betonarme yapılar göz önüne alınmıştır. Deprem sonrası yapılan gözlemler ve birçok çalışma binaların sismik dayanımının özellikle kat adedi ve yapım yılı (detaylandırma ve malzeme kalitesini 297

4 yansıtmasından dolayı) ile alakalı olduğunu göstermiştir [3-8]. Yapım yılı ve kat adedi yapıların gruplanmasına esas olan parametreler olarak dikkate alınmıştır. Mevcut yapılar, Afet Yönetmeliği nin değişim tarihlerinin kritik öneme sahip olması dikkate alınarak 1975 ve 1998 arası ve 1998 sonrası olmak üzere iki gruba ayrılmıştır öncesi betonarme yapı sayısının ve bu yapılardan günümüzde halen kullanılan miktarın kısıtlı olması nedeniyle 1975 öncesi inşa edilen yapılar kapsam dışında tutulmuştur. Binalar, 1-2 katlı yapılar az katlı; 3-5 katlı yapılar orta ve 6 ve üzeri betonarme yapılar ise çok katlı olmak üzere, kat sayısına göre 3 farklı grupta incelenmiştir. Mevcut yapılara ait özelliklerin belirlenmesi için ilk olarak bina mimari ve statik projelerinin elde edilmesi gereklidir. Özellikle eski bina projeleri için Denizli Belediyesi arşivinden yararlanılmıştır. Bina projeleri yapım yıllarına göre tasnif edilmiş olarak belediye arşivinde mevcuttur. Arşivde tarama yapılarak belirlenen miktar ve özellikte bina projesinin kopyaları elde edilmiştir. Bilgisayar kullanımının daha yaygın olduğu yakın geçmişte yapılan projeler için ise Denizli Belediyesi arşivine ek olarak çeşitli inşaat mühendislerinin kişisel arşivlerinden de faydalanılmıştır. Bu şekilde binalara ait statik ve mimari projeler elde edilmiştir. Binalara ait veriler projelerden okunarak her bir bina için oluşturulan elektronik tablo (Excel) dosyasına işlenmiştir. Bu dosyalar yardımı ile istenilen verilere ait değerlendirmeler yapılmıştır. 4. Bulgular Çalışma kapsamında toplam 475 bina ve bu binalardan seçilen 3123 kiriş ve kolondan toplanan veri yer almaktadır. Kolon elemanların daha detaylı incelenmesi amacıyla binalarda bulunan tüm kolonlar değerlendirmeye alınmıştır. Kirişler için ise seçilen temsili kiriş elemanlar kullanıldığından, değerlendirilen kiriş sayısı daha düşüktür. 298

5 Binalar, yapıldıkları yıl ve kat sayıları dikkate alınarak alt gruplara ayrılmıştır. Tablo 1 de alt gruplar ve her bir alt grupta yer alan bina sayıları verilmiştir ve 1998 arası yapılar A grubu, 1998 sonrası yapılar ise B grubu yapılar olarak ifade edilmiştir. Tablo 1. İncelenen bina ve elemanların kat sayısı ve yapım yılı alt gruplarına göre dağılımı Bina Kiriş Kolon Kat A B Toplam A B Toplam A B Toplam Toplam Elde edilen envanterde perde-çerçeve ve sadece çerçeve taşıyıcı sisteme sahip yapılar bulunmaktadır. Bu yapılara ait sayılar Tablo 2 de verilmiştir. İncelenen verilerden bazılarının kat yüksekliği, kapalı çıkma alanı vb. gibi mimari yapı kültürünü yansıtırken bazılarının ise toplam kolon alanı gibi taşıyıcı sistem türünden doğrudan etkileneceği öngörülmüştür. Çalışmanın ana amacının risk grubunda bulunan betonarme çerçeveli yapıların değerlendirilmesine yönelik olduğundan bazı veriler sadece çerçeve sistemler için verilmiştir. Tablo 2. Değerlendirilen yapılarda taşıyıcı sistem durumu Çerçeve Perde-Çerçeve Kat A B A B Toplam Toplam Elde edilen bazı verilere ait ortalama (Ort.), standart sapma (Std. Sap.) ve değişkenlik katsayısı (CoV) değerleri Tablo 3 de verilmiştir. Tabloda A ve B grup simgelerinin yanında yer alan P0 ifadesi verilen değerin perdesiz yapılar için olduğunu ifade etmektedir. Sadece A ve B ifadeleri ise perde bulunup bulunmamasından bağımsız olarak tüm yapılar için verilen değerleri göstermektedir. 299

6 Tablo 3. Elde edilen verilere ait ortalama ve standart sapma değerleri Proje Çelik Dayanımı (MPa) Proje Beton Dayanımı (MPa) A A A A A A B B B B B B Binanın planda uzun boyutunun kısa Zemin kat alanı (m2) boyutuna oranı A A A A A A B B B B B B Zemin kat yüksekliğinin normal kat Normal kat yüksekliği (mm) yüksekliğine oranı (1 ler hariç) A A A A A A B B B B B B Bina toplamında X yönünde 20cm boşluksuz duvar uzunluğunun kat alanına oranı (m/100m 2 ) Bina toplamında Y yönünde 20cm boşluksuz duvar uzunluğunun kat alanına oranı (m/100m 2 ) Yıl Kat Ort. Std. Sap. CoV Yıl 1-2 Ort. Std. Sap. CoV A A A A A A B B B B B B Zemin katta X yönünde sürekli çerçeve sayısının kat alanına oranı (ad/100m 2 ) 300 Zemin katta Y yönünde sürekli çerçeve sayısının kat alanına oranı (ad/100m 2 ) A A A A A A B B B B B B

7 Kapalı çıkma alanının kat alanına oranı (%) Kolonların kesit alanları (m 2 ) A AP A AP A AP B BP B BP B BP Kolon sayısının zemin kat alanına oranı (ad/100m2) 301 Zemin katta kolon enkesit alanları toplamının kat alanına oranı (%) A A A A A A AP AP AP AP AP AP B B B B B B BP BP BP BP BP BP Kolonların kısa enkesit boyutu (mm) Kolonların uzun enkesit boyutu (mm) AP AP AP AP AP AP BP BP BP BP BP BP Kolonlarda boyuna donatı oranı (%) Kolonda uzun yönde boyuna donatı sıra sayısı AP AP AP AP AP AP BP BP BP BP BP BP Kolon uç bölgesinde etriye aralığı (mm) Kiriş uç bölgesinde etriye aralığı (mm) AP A AP A AP A BP B

8 BP B BP B Kiriş genişliği (mm) Kiriş yüksekliği (mm) A A A A A A B B B B B B Kiriş boyu (m) Kiriş açıklık bölgesinde altta boyuna donatı oranı (%) A A A A A A B B B B B B Kiriş ucunda altta boyuna donatı oranı (%) Kiriş ucunda üstte boyuna donatı oranı (%) A A A A A A B B B B B B Sonuçların Değerlendirilmesi Çalışma sonucunda ülkemiz yapı stoğunun bazı önemli yapısal özellikleri incelenmiştir. Verilen bazı değerlerin değişkenlik katsayılarının oldukça yüksek olduğu görülmektedir. Bu durum, bu değerlerin binadan binaya büyük farklılıklar göstermesinden kaynaklanmaktadır. Fakat elde hiçbir veri bulunmamasındansa değişkenlik katsayısı yüksek olsa bile parametrelerin stok içindeki değerlerinin bilinmesinin faydalı olacağı düşünülmektedir. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde proje değerleri olarak 1998 öncesi yapılarda büyük ağırlıkla BS18, BÇI malzeme, 1998 sonrasında yapılarda ise 1-5 katlı yapılarda BS25, 6+ yapılarda BS30 ve BÇIII malzeme kullanıldığı görülmektedir. 302

9 Bu veriler ışığında söz gelimi 1998 öncesi binaları değerlendirilmek üzere bir model hazırlanması gerektiğinde 1975 yönetmeliği ve BS18, BÇI malzeme dikkate alınarak yapı modeli projelendirilip daha sonra yerinde bulunduğu düşünülen beton dayanımı ile analiz edilmesinin uygun olduğu öngörülebilir. Yıldan bağımsız olarak 1-2 katlı binalarda plan boyutlarının oranı yaklaşık 1.3 ve daha fazla katlı binalarda 1.5 değerine sahiptir. Bu veri ile kat alanı verisi kullanılarak yapı plan boyutları belirlenebilir. Ortalama kat yüksekliği yaklaşık 2.8 m dir. Zemin kat yüksekliğinin normal kat yüksekliğine oranı özellikle yumuşak kat düzensizliğine sahip modellerin oluşturulmasın önemli bir parametre olarak değerlendirilebilir. İkincil elemanlar olarak düşünüldüğünden her zaman dikkate alınmayan dolgu duvarlar bina sismik davranışını önemli derecede etkileyebilmektedir. Yapı modelinde ne miktarda dolgu duvar yer alacağı önemli bir parametredir. Bu sebeple DBYBHY-2007 ye göre çapraz basınç çubuğu oluşturabilecek özellikteki duvarların 100 m 2 yapı alanına düşen uzunlukları her iki asal yön için ayrı ayrı verilmiştir [9]. Binada bulunan taşıyıcı elemanlar arasında düzgün bir yük aktarım mekanizmasının bulunması da yapı performansı açısından önemlidir. Bununla ilgili olarak yapıda kolon ve kirişlerin birbirini takip ederek, sürekli çerçeveler oluşturmasının daha olumlu olacağı söylenebilir. Bu şekilde yapıda bulunan sürekli çerçeve sayısının 100 m 2 yapı alanına düşen miktarı her iki asal yön için verilmiştir. Kapalı çıkma bulunan yapılarda kapalı çıkma alanının, normal kat alanına oranı yüzde (%) olarak verilmiştir. Aynı yapı modelinin farklı sayı ve özellikte taşıyıcı eleman kullanılarak meydana getirilmesi mümkündür. Fakat bu değerlerin hangi aralıklarda olması durumunda genel yapı stoğuna daha uygun bir model elde edilebileceğinin değerlendirilmesi için 303

10 Tablo 3 te yer alan verilerden faydalanılabilir. Tabloda zemin katta 100 m 2 alana düşen kolon sayısı, toplam kolon alanının kat alanına oranı ve kolon ve kiriş elemanlar için boyut ve donatı detaylandırmasında kullanılabilecek değerler verilmiştir. Genel olarak yapı stoğunu yansıtması amaçlanan modellerin Tablo 3 te verilen değerler dikkate alınarak oluşturulmasının daha doğru sonuçlara ulaşmada yardımcı olacağı düşünülmektedir. Teşekkür Bu çalışma 107M569 nolu TÜBİTAK ve 2008FBE005 nolu Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi olarak desteklenmiştir. 7. Kaynaklar [1] Bal IE, Crowley H, Pinho R, Gulay FG, Structural characteristics of Turkish RC building stock in Northern Marmara region for loss assessment applications, Technical report, IUSS Press, report no.2007/3. [2] Bal IE, Gülay FG, Görgülü O, Adana Bölgesindeki B/A Yapı Stoğu Karakteristiklerinin Hasar Kayıp Tahmin Modelleri Açısından İncelenmesi, 6. Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Cilt I: , Ekim, İstanbul, [3] Dogangun A. Performance of reinforced concrete buildings during the May 1, 2003 Bingol Earthquake in Turkey, Engineering Structures, Vol. 26, pp , [4] Sezen H, Whittaker AS, Elwood KJ, Mosalam KW. Performance of reinforced concrete buildings during the August 17, 1999 Kocaeli, Turkey earthquake, and the seismic design and construction practice in Turkey, Engineering Structures, Vol. 25, pp , [5] Ozcebe G, Seismic assessment and rehabilitation of existing buildings, Tubitak research report. Report no: ICTAG YMAU I574, Ankara, [6] Yakut A., Gulkan P., Bakir B. S., Yilmaz M. T., Re-examination of damage distribution in Adapazari: structural considerations, Engineering Structures, 27(7): , [7] Inel M, Ozmen HB, Bilgin H, Re-evaluation of building damages during recent earthquakes in Turkey, Engineering Structures, (30): , [8] Akkar S, Sucuoglu H, Yakut A., Displacement based fragility functions for low- and midrise ordinary concrete buildings, Earthquake Spectra, 21(4): , 2005 [9] DBYYHY-2007, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara,