Altnc Ulusal Deprem Mühendislii Konferans, 16-20 Ekim 2007, stanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey OKUL BNALARININ YEN DEPREM YÖNETMELNE GÖRE DEERLENDRLMES EVALUATION OF SCHOOL BUILDINGS ACCORDING TO RECENT TURKISH EARTHQUAKE CODE Mehmet NEL 1, Hüseyin BLGN 2 ve Hayri Baytan ÖZMEN 3 ÖZET Son 20 ylda ülkemizin yaad depremler, okul binalarmzn yapsal performanslarnn oldukça yetersiz olduunu göstermitir. Bu çalmada, dorusal olmayan eleman davran dikkate alnarak seçilen tip projeli mevcut betonarme okul binalarnn sismik kapasiteleri bulunup, performans deerlendirmesi yaplmtr. Tip proje seçimi ve malzeme özelliklerinin belirlenmesinde ülkemizin bat bölgelerinde kamu binalar üzerinde yaplan arazi çalmalar dikkate alnmtr. Seçilen okul binalarnn kapasite erileri her iki yönde yaplan dorusal olmayan statik itme analizi ile elde edilmi ve sismik performans deerlendirmesi 2007 Deprem Yönetmelii esas alnarak yaplmtr. Malzeme kalitesinin sismik performans üzerindeki etkileri irdelenmi, binalarn kusurlar ve olas çözüm önerileri tartlmtr. Anahtar Kelimeler: Dorusal olmayan statik analiz, Okul yaplar, Performans esasl deerlendirme. ABSTRACT Recent devastating earthquakes experienced in Turkey over the past several decades have emphasized inadequate seismic performance of school buildings. This study evaluates seismic capacity and performance of existing school buildings with the selected template designs considering nonlinear behaviour of reinforced concrete components. Four template designs were selected to represent major percentage of school buildings in medium-size cities located in high seismic region of Turkey. Selection of template designed buildings and material properties were based on field investigation on government owned school buildings in several cities in western part of Turkey. Capacity curves of investigated buildings were determined by pushover analyses conducted in two principal directions. Seismic capacity evaluation was carried out in accordance with recently published Turkish Earthquake Code (2007. The effects of material quality on seismic performance of school buildings were investigated. Also, deficiencies and possible solutions to improve the capacity of school buildings are discussed. Keywords: Nonlinear static analysis, School buildings, Performance based evaluation. GR Yaadmz son depremlerde oluan ekonomik zarar ve can kayplar, yaplarmzn mevcut durumlarnn deerlendirilerek gerekli önlemlerin alnmas ihtiyacn ortaya çkarmtr (Bac vd., 2003; Sezen vd., 2003). Mevcut betonarme yaplarn önemli bir bölümü 1975-1998 yllar arasnda yürürlükte olan Afet Bölgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelik (ABYYHY-1975) esas alnarak yaplmtr. Dolaysyla, 1998 ylnda yürürlüe giren ABYYHY-1998 tarafndan tanmlanan düzeyde deprem güvenliine sahip deildir. Yönetmelikte meydana gelen deiiklerle yaplar için öngörülen deprem etkisi önemli ölçüde artrlm ve betonarme binalarn sünekliini 1 Yard. Doç. Dr., Pamukkale Üniversitesi, Denizli, minel@pau.edu.tr 2 Yüksek Mühendis, Pamukkale Üniversitesi, Denizli, huseyinbilgin@gmail.com 3 Yüksek Mühendis, Pamukkale Üniversitesi, Denizli, hozmen@pau.edu.tr 257
258 Okul Binalarnn Yeni Deprem Yönetmeliine Göre Deerlendirilmesi salayacak artlar zorunlu hale getirmitir. Mevcut binalarda yönetmelik deiikliinin yan sra, proje ile uygulama arasnda beton kalitesi, donat miktar ve detaylandrma farkllklar bulunmas olas depremlerde meydana gelecek hasarlar arttrc nedenler arasndadr. Fonksiyonlar ve deprem sonras muhtemel kullanmlar göz önüne alndnda kamu binalar (telekomünikasyon, hastane, okul, vb.), olas bir deprem felaketi sonras ayakta kalmas gereken yaplardr. Bu nedenle, bu tür yaplarn öncelikli olarak ele alnmas gerekmektedir. Kamu binalarnn birçou tip projelerden olumaktadr. Bunun bir avantaj haline dönütürülmesi için çok yaygn olarak kullanlan tip projeler üzerinde çalmalar yaplarak proje eksiklikleri belirlenip, inceleme srasnda öncelik snflandrmasna gidilebilir. Yap mühendislii alannda son yllardaki ilerlemelerin en önemlisi kuvvet esasl tasarm yaklam yerine deplasman parametrelerinin öncelikli olarak dikkate alnd Performans Esasl Deprem Mühendislii yaklamdr. Mevcut ve/veya yeni binalarn deplasman esasl deerlendirmesi için dorusal analiz yöntemleri yerine yaplarn deprem davrann daha gerçekçi modelleyebilen dorusal olmayan analiz yöntemleri kullanlmaktadr. Dorusal olmayan analizler hem statik hem de dinamik analiz yöntemlerini kapsamaktadr. Ancak pratik olmas nedeniyle dorusal olmayan statik analiz yöntemleri (Krawinkler vd., 1998 ve Lupoi vd., 2004), yaygn olarak kullanlmaktadr. Dünyadaki gelimelere paralel olarak Afet Yönetmeliimize mevcut binalarn deerlendirilmesi ve güçlendirilmesi için yeni bir bölüm eklenmi ve Deprem Bölgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelik (DBYBHY-2007) olarak yürürlüe girmitir. Bu çalmada, Bayndrlk ve skan Bakanlnn orta ölçekli ehirlerdeki okul binalarnda yaygn olarak kulland 10370, 10419 (4 ve 5 katl olmak üzere iki tip), 10735 (A ve B blok), 10816 nolu tip projeler seçilmi, dorusal olmayan modelleme teknikleri kullanlarak, deprem performanslar Deprem Bölgelerinde Yaplacak Binalar Hakknda Yönetmelik-2007 ye göre deerlendirilmitir. ÇALIMANIN AMACI VE KULLANILAN YÖNTEM Bu çalmann amac yaygn olarak kullanlan 10370, 10419 (4 ve 5 katl), 10735 (A ve B blok) ve 10816 no lu tip projeli okul binalarnda uygulamada karlalabilecek beton basnç dayanmlar ve etriye aralklarn dikkate alarak dorusal olmayan analizlerle performans deerlendirmesi yapmak, eksikleri belirleyip çözüm önerileri sunmaktr. Dorusal olmayan davran, uygulama ve aratrma çevrelerinde yaygn olarak kullanlan ve 2007 Deprem Yönetmelii nde de yer alan artmsal itme analizi ile ifade edilmitir. Okul yaplarnn beton basnç dayanmlar ve etriye uygulama aralnn belirlenmesinde, son be ylda Pamukkale Üniversitesi naat Mühendislii Bölümünde incelenen kamu binalarna ait karot numuneleriyle elde edilen dayanmlar ve yerinde açlan elemanlarda gözlemlenen etriye aralklar dikkate alnmtr (Kaplan vd. 2003-2007). Söz konusu tip projeler Isparta ve Denizli Bayndrlk ve skan Müdürlükleri arivlerinden temin edilmitir. Projeler esas alnarak her bir yapnn 3-boyutlu modelleri hazrlanmtr. Sistemin dorusal olmayan davran her bir elemann dorusal olmayan davrannn dikkate alnmasyla elde edilmitir. Elemanlara ait dorusal olmayan davran parametreleri, bu davrann eleman uçlarnda younlaaca varsaymna dayanan yl plastik davran hipotezi kullanlarak hesaplanmtr (ekil 1). Bu hipotez uyarnca kiri, kolon türü tayc sistem elemanlarndaki plastik ekil deitirmelerin, iç kuvvetlerin kapasitelerine eritii sonlu uzunluktaki bölgeler boyunca düzgün yayl biçimde meydana gelecei varsaylr. Eilme davrannn hakim olduu bu bölge plastik mafsal boyu (L p ) olarak adlandrlr. Yl plastik davran karakterize eden plastik mafsal, bu bölgenin tam ortasnda noktasal bir eleman olarak idealletirilebilir. Tipik bir elemann dorusal ötesi davran ekil 2 de gösterilen kuvvet-deformasyon erisi ile ifade edilebilir (DBYBHY-2007). Bir elemann davrannn ifade edilebilmesi, eri üzerindeki baz noktalarn (B, C ve E gibi) belirlenmesi ile mümkün olur. Eleman uçlarnda eilme, kesme ve eksenel yük ile ilgili mafsallar tanmlanmtr. Özellikle etriye aralnn yeterli sklkta olmad yaplarda kesme hasarlarnn oluabilecei göz önünde bulundurulmutur.
M.nel, H.Bilgin ve H.B.Özmen 259 H P y p p LP Mu My u y ekil 1. Yl plastik davran hipotezi Minimum Hasar Bölgesi Belirgin Hasar Bölgesi leri Hasar Bölgesi Göçme Bölgesi ekil 2. Eleman kuvvet-ekildeitirme ilikisi Dorusal olmayan statik analiz için oluturulan modellerde 2007 Deprem Yönetmelii, ATC-40 (1996), FEMA-356 (2000), FEMA-440 (2005) ve Deprem Yönetmelii (DBYBHY-2007, 2007) dokümanlarndan faydalanlmtr. Modelleme aamasnda SAP2000 yapsal analiz program kullanlmtr (CSI, 2002). SAP2000 de kolay olmas nedeniyle çounlukla tercih edilen otomatik mafsal yerine, her bir eleman için oluturulacak kullanc tanml mafsallar tercih edilmitir. Plastik mafsal özellikleri eleman boyutlar, boyuna ve enine donat oranlar kullanlarak sargl beton davrannn dikkate alnmasyla elde edilmitir. Sargl beton davrannn modellemesi, birçok model arasndan yaygn olarak kullanlan Mander beton modeli ile yaplmtr (Mander vd., 1988). Artmsal itme analizinde kullanlan yükleme ekli, toplanm kat kütleleri ve dorusal dinamik analizden elde edilen mod ekliyle (x- ve y- yönlerinde) orantl olarak kat hizalarnda uygulanmtr. Analizler sonucunda binalara ait kapasite erileri elde edilmi ve mevcut binalarn deprem güvenlii, 2007 Deprem Yönetmelii düzeyleri esas alnarak deerlendirilmitir. Ayrca binalarn genel davran üzerinde durulmu ve kat mekanizmalar, kesme krlmalar gibi davranlarn oluup olumad irdelenmitir. OKUL BNALARINA AT TAIYICI SSTEM VE MALZEME ÖZELLKLER Çalmada kullanlan projelere ait geometri ve tayc sistem özellikleri ile projelere ait tanmlayc bilgiler Tablo 1 de verilmitir. Kamu yaplarnn projede öngörülen beton kaliteleri yapldklar dönemlere göre deiiklikler göstermektedirler. 1998 öncesi ina edilen kamu yaplarnda projelerde öngörülen B160 ve B220 betonlar yaklak olarak C14 ve C18 snf betonlara karlk gelmektedir. Geçmi depremler projede öngörülen beton dayanmnn yerinde çok daha düük olabileceini göstermitir. Hazr betonun kullanlmad dönemlerde çok farkl beton snflarna rastlamak mümkündür. Pamukkale Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü tarafndan Denizli, Mula ve Aydn illerinde bulunan eitim ve salk kurumlarndan oluan kamu binalar üzerinde yaplan çalmalarda gözlemlenen beton basnç dayanmlar ve etriye arallarnn genel yap stounda karlalabilecek aral temsil ettii düünülmütür (Kaplan vd., 2003-2007). Bu yaplarn incelenmesi sonucunda beton basnç dayanmnn 10 ile 16 MPa aras younlat ve eleman
260 Okul Binalarnn Yeni Deprem Yönetmeliine Göre Deerlendirilmesi uçlarndaki etriye aralklarnn da 150 ile 250 mm arasnda deitii gözlenmitir. Bu çalmada C10 ve C16 beton snflar ile kolon ve kiri uçlarnda 150 ve 250 mm etriye aralklar kullanlmtr. Tablo 1. Okul projelerine ait yapsal özellikler Yap Tayc Perde Duvar Alan Kat Kat Yap Proje Kullanm Kat Sistemi (zemin kat alan % si) Alan Yükseklii Arl Tipi Amac (m 2 Says Uzun Ksa Uzun Ksa ) (m) (ton) yönü (x) yönü (y) yönü (x) yönü (y) 10370 lköretim 322 3.2 3 1257 Ç + P Ç + P 1.10 0.78 10419 (4) lköretim 613 3.4 4 3323 Ç Ç + P ---- 1.50 10419 (5) lköretim 613 3.4 5 4250 Ç Ç + P ---- 1.50 10735-A lköretim 250 3.4 4 1342 Ç + P Ç + P 0.90 1.46 10735-B lköretim 390 3.4 4 1981 Ç + P Ç + P 0.50 1.00 10816 Lise 890 3.4 5 5711 Ç + P Ç + P 0.50 1.02 Ç: Çerçeveli tayc sistem, P: Perdeli tayc sistem, Ç + P: kili (dual) sistem. YAPILARIN ANALTK MODELLERNDE KULLANILAN MALZEME MODELLER VE DER TASARIM PARAMETRELER Yaplarn projeleri esas alnarak, SAP2000 yapsal analiz program ile analitik modelleri üç boyutlu olarak, kolon, perde ve kiri elemanlar kullanlarak oluturulmutur. Sisteme etkiyen yüklerin tanmlanmasnda TS 498 (1987) yük yönetmei kullanlmtr. Kolon-kiri birleimleri rijit olarak modellenmi ve üç boyutlu modelde döeme eleman kullanlmamtr. Bunun yerine döeme yükleri bal bulunduklar kirilere yayl yük olarak atanmtr. Kat hizalarnda rijit diyafram kabulü yaplmtr. Zemin kat kolonlar, temele baland düümlerde sonsuz rijit temel kabulüyle ankastre kabul edilmitir. Plastik mafsal özellikleri, kesitte bulunan boyuna ve enine donat miktarlar dikkate alnarak hesaplanmtr. Kolon ve kiri elemanlar için M- özelliklerinin hesabnda Mander sargl beton modeli kullanlmtr (Mander vd., 1988). S220 snf için yaygn kullanlan ikinci derece parabolik - modeli esas alnmtr. Peklemeli ikinci derece parabolik modelde peklemenin balad ekil deitirme deeri 0.01 olarak dikkate alnmtr. Plastik mafsal boylarnn hesabnda Denklem (1) kullanlmtr (Priestley vd., 1996). L p 0.08L 0.022f d 0.044f d (MPa) (1) 0 sy bl Burada; L p plastik mafsal boyu, L 0 plastik mafsal ile moment sfr noktas aras mesafe, f s boyuna donat akma dayanm ve d bl boyuna donat çapdr. Moment Mafsallarnn Tanmlanmas SAP2000 programnda mafsallar ekil 2 de tanmlanan kuvvet-deformasyon erisi üzerinde idealletirilen be nokta ile tanmlanmaktadr. A noktas orijini temsil ederken, B ve C noktalar kesitin akma ve nihai erilik deerleriyle ilikilidir. D noktas kesitin dayanm kapasitesini kaybettii nokta ve E noktas da kesitin göçtüü noktay temsil etmektedir. C ve D noktalarnn ekildeitirme deerleri ayn olup, dayanm kapasitesinin D noktasnda 20% ye dütüü kabul edilmitir. Bu çalmada, kolon ve kiriler için; kesitin akma noktas olan B noktas, M- grafiinin eiminden, C, D ve E noktalar da beton basnç-ekildeitirme ve çekme donatsndaki ekildeitirme deeriyle tanmlanmtr. Beton basnç deformasyonu ( cu ) kriteri için, en üst çekirdek beton lifi ekildeitirme deerinin hesaplanmas için önerilen ve kabul görmü (2) nolu formül kullanlmtr (Priestley vd., 1996). Ayrca beton basnç ekil deitirme deerinin C noktas için, 0.02 ve E noktas için de, 0.03 deerini amamas ek kriter olarak eklenmitir. Kolon ve kiri elemanlarda donat çekme deformasyonlar için iki deiik snr dikkate alnmtr. sy bl
M.nel, H.Bilgin ve H.B.Özmen 261 C noktasnda en alt çekme donatsnda maksimum ekildeitirme kapasitesinin %50 sine (0.5 cu ) ulamasna izin verilirken (Priestley, 2000), herhangi bir donatnn kopmas ( s = su ) E kriteri olarak kabul edilmitir. 1.4sf yhsu cu 0.004 (2) f Burada; cu kesitin en d lifindeki beton basnç birim ekil deitirmesi, s hacimsel enine donat oran, f yh enine donat akma dayanm, su çekme donats birim ekil deitirme kapasitesi ve f cc sargl beton nihai dayanmdr. Yerdeitirme kapasitesinin belirlenmesinde dolayl olarak etkili olan moment tama kapasitesindeki ciddi düüler ek kriter olarak alnmtr. C noktasnn tanmlanmasnda moment kriteri olarak, moment kapasitesindeki düü %30, E noktasnda bu azalma %40 olarak snrlandrlmtr. Moment mafsallarna ek olarak, kolon ve kirilerde kesme mafsallar da tanmlanmtr. Moment mafsallarndan farkl olarak, kesme mafsallarnda herhangi bir süneklik hesaplanmam, elemanlarn kesme kapasitelerine ular ulamaz göçme konumuna ulat varsaylmtr. Kesme kapasiteleri TS500 (2000) e göre hesaplanmtr. Binalarn deprem performanslarnn deerlendirilmesi için gerekli olan yap elemanlarnn hasar snrlarnn tanmlanmasnda Vision 2000 (1995) döküman esas alnarak plastik deformasyon kapasitesinin yüzdesi olarak ifade edilmitir. Plastik deformasyonun %10 u Minimum Hasar Snr (MN), %60 Güvenlik Snr (GV) ve %90 da Göçme Snr (GÇ) olarak ifade edilmitir. Söz konusu snrlar ekil 2 de gösterilen tipik eleman için dorusal ötesi kuvvet-deplasman ilikisi üzerinde iaretlenmitir. cc DBYBHY-2007 ye Göre Yap Elemanlarnda Hasar Tanmlar Yap elemanlarnda hasar snrlar ve hasar bölgeleri göçme türlerine göre sünek ve gevrek olmak üzere ikiye ayrlmaktadr. Eilme davranyla göçen elemanlar sünek, kesme etkisiyle göçen elemanlar ise gevrek kabul edilmektedir. Sünek elemanlar için yönetmeliin ilgili bölümünde verilen hasar tanmlar ekil 2 üzerinde görülmektedir. Gevrek elemanlar için dorusal olmayan davrann olumasna izin verilmezken, sünek elemanlar için, Minimum Hasar Snr (MN), Güvelik Snr (GV) ve Göçme Snr (GÇ) olmak üzere kesit düzeyinde üç snr durum tanmlanmtr. Minimum hasar snr kritik kesitte dorusal olmayan davrann balangcn, güvenlik snr kesitin dayanmnda önemi bir azalma olmadan tayabilecei dorusal olmayan davran snrn ve göçme snr ise kesitin göçme öncesi davran snrn tanmlamaktadr. Kritik kesitleri MN ye ulamayan mafsallar Minimum Hasar Bölgesi nde, MN ile GV arasnda kalan elemanlar Belirgin Hasar Bölgesi nde, GV ile GÇ arasnda kalan elemanlar leri Hasar Bölgesi nde ve GÇ yi aan elemanlar ise Göçme Bölgesi nde kabul edilmektedir. Eleman hasarn ise elemann en hasarl kesiti belirlemektedir. Yeni yönetmelikte, dorusal yöntemlerde kesit hasar snrlar etki/kapasite oranlar ile belirlenirken, dorusal olmayan analizlerde sünek eleman kesitlerinin moment-erilik ilikisi kullanlarak belirlenmektedir. Bununla birlikte, her bir eleman için analizde bulunan kesme kuvvetinin TS500 e göre hesaplanan kesme dayanmn amamas gerekir. ARTIMSAL ANALZ VE KAPASTE ERLER Yaplarn yatay yükler altndaki davran özelliklerinin ve performans seviyelerinin belirlenmesine yönelik yaplan artmsal itme analizleri, genel olarak yapda adm adm artrlan yanal yüklerin etkisinde rijitlik ile dayanm deiiminin yap elemanlarndaki dorusal olmayan davran özellikleri dikkate alnarak hesapland ve bu hesaplarn belli performans seviye deerleri için tarif edildii saysal bir inceleme yöntemidir. Artmsal itme analizinde yap davran, taban kesme kuvveti ve çat yer deitirmesi ilikisini içeren kapasite erisiyle karakterize edilir. Pratikte
262 Okul Binalarnn Yeni Deprem Yönetmeliine Göre Deerlendirilmesi kullanm ve mühendisler arasnda ainal nedeniyle kapasite erisi performans deerlendirmesinde çok yaygn olarak kullanlmaktadr. Çalmada ele alnan tip projeli binalar farkl beton basnç dayanmlar ve etriye aralklarn yanstacak ekilde modellenerek artmsal itme analizine tabi tutulmu ve kapasite erileri elde edilmitir. Çalmada incelenen yaplardan tümünün performans deerlendirmesi yaplm ancak burada örnek eriler olarak bir yönü sadece çerçevelerden dier yönü perde ve çerçevelerden oluan Tip-10419 (5 kat) ile her iki yönü perde ve çerçevelerden oluan Tip-10816 nolu okul binalarna ait kapasite erileri ekil 3 ve 4 te verilmitir. ekillerde düey ve yatay eksen, taban kesme ve çat kat yer deitirmesi yerine, taban kesme kuvveti sismik arlk, çat kat yer deitirmesi de bina yükseklii ile normalize edilmitir. 10419 (5kat) tip projesinin x- yönünde beton snfnn kötü (10 MPa), etriye aralnn da seyrek olduu (250 mm) BS10-S250 durumunda orta aks ikinci kat kolonlarnda kesme krlmasna rastlanmakta ve yatay yük tama kapasitesinde ciddi kayp meydana gelmektedir. Dolaysyla bu durumda deplasman kapasitesi dierlerine göre oldukça düük seviyede kalmaktadr (ekil 3). Kolonlarn uzun yönlerinin daha çok binann ksa yönünde yerletirilmesi ve ikinci katta kolon boyutlarnda küçültme yaplmas yapnn x- yönündeki kapasiteleri üzerinde olumsuzluklara sebep olmaktadr. Bununla birlikte y- yönünde, perdelerin yerletirildii ksa dorultuda perdelerin davran üzerindeki olumlu etkisi nedeniyle yatay dayanm ve deplasman kapasitesi daha yüksektir. Bu yap tipi için kolonlarn uzun yönlerinin binann ksa yönünde yerletirilmesi ve ikinci kata geçite kolon boyutlarnda küçültme yaplmas yapnn x- yönündeki kapasiteleri üzerinde olumsuzluklara sebep olmutur. Taban Kesme Kuvveti / Bina Sismik Arl (V/Wsism.) C10-S150 (x) C10-S250 (x) 0 C16-S150 (x) C16-S250 (x) 0.0 C10-S150 (y) C10-S250 (y) 0 C16-S150 (y) C16-S250 (y) 0 Çat Kat Yerdeitirmesi / Bina Yükseklii (%) ekil 3. 10419 (5 kat) tip nolu okul binasna ait deiik beton basnç dayanmlar ve etriye aralklar için kapasite erileri
M.nel, H.Bilgin ve H.B.Özmen 263 Taban Kesme Kuvveti / Bina Sismik Arl (V/Wsism.) C10-S250 (x) C10-S150 (x) 0.0 C16-S250 (x) C16-S150 (x) 0.0 C10-S250 (y) C10-S150 (y) 0.0 C16-S250 (y) C16-S150 (y) 0 Çat Kat Yerdeitirmesi / Bina Yükseklii (%) ekil 4. 10816 tip nolu okul binas; deiik beton basnç dayanmlar ve etriye aralklar için kapasite erileri ekil 4 te 10816 tip numaral projenin kapasite erileri görülmektedir. Her iki dorultuda da perdeli-çerçeveli tayc sisteme sahip bu yapda x- ve y- dorultularnda srasyla zemin kat alannn % 0.50 ve % 1.02 si kadar perde duvar kullanlmtr. Yap her iki yönde de perdeli olmasna ramen dier okul binalarna göre yatay yük tama kapasitesi oldukça düüktür. Bu durum yapnn dier okul binalarna göre sismik arlnn fazla olmasyla açklanabilir. 5 katl ve 24 snfl olan bu binada hareketli yük bina toplam arln oldukça artrmtr. Her iki yönde de beton dayanmnn yerdeitirme kapasitesi üzerindeki etkisi snrl olup, enine donat miktarnn artmasyla yerdeitirme kapasitesi artmaktadr. OKUL YAPILARININ PERFORMANSLARININ DEERLENDRLMES 2007 Deprem Yönetmelii ne (DBYBHY-2007, 2007) göre binalarn deprem güvenlii, uygulanan deprem etkisi altnda yapda olumas beklenen hasarlarn durumu ile ilikilidir ve dört farkl hasar durumu için tanmlanmtr. Bunlar; Hemen Kullanm (HK), Can Güvenlii (CG), Göçmenin Önlenmesi (GÖ) ve Göçme durumlardr. Artmsal itme analizi sonuçlar ile 2007 Deprem Yönetmelii nde verilen performans kriterleri kullanlarak her bir bina için tanmlar yaplan performans seviyelerine karlk gelen deplasman kapasiteleri elde edilmitir. DBYBHY-2007 de tanmlanan performans seviyeleri Tablo 2 de verilmitir. Deplasman kapasitesi olarak çat kat deplasman kullanlm ve bu deplasmann bina yükseklii ile normalize edilmi deerleri Tablo 3 te verilmektedir. Tablo 3 ün dikkatlice incelenmesinden, özellikle beton kalitesinin düük ve etriye aralnn seyrek olduu yaplarda kolon elemanlarda meydana gelen kesme krlmalarndan dolay, CG ve GÖ performans seviyelerindeki deplasman kapasiteleri oldukça düük kalmaktadr. Yine perdeli baz binalarda beklenen deplasman kapasitelerine eriilememitir. Bunun en belirgin sebebi, 1975 Afet Yönetmeliine göre tasarlanan perdelerde uç bölgesi oluturulmamas nedeniyle dönme kapasitelerinin yetersiz kalmasdr.
264 Okul Binalarnn Yeni Deprem Yönetmeliine Göre Deerlendirilmesi Tablo 2. Yönetmelik performans kriterleri ve tanmlar (DBYBHY-2007, 2007) Performans Seviyesi Hemen Kullanm (HK) Can Güvenlii (CG) Göçmenin Önlenmesi (GÖ) Göçme Durumu Performans Kriterleri 1. Kirilerin en fazla %10 u MN-GV aralnda olmaldr. 2. Hiç bir düey tayc eleman MN seviyesini geçmemelidir. 3. Hiç bir kiri eleman GV seviyesini geçmemelidir. 4. Kat göreli ötelenmesi %0.8 deerini amamaldr. 1. Kirilerin en fazla %20 si GV-GÇ araln geçebilir. 2. GV-GÇ aralnda düey tayclar tarafndan tanan kesme kuvvetinin o kattaki kat kesmesine oran %20 yi amamaldr. Bu oran çat katnda%40 geçmemelidir. 3. Her iki ucu akm düey tayc elemanlarn tad kesme kuvveti, kat kesmesinin %30 unu amamaldr. 4. Kat göreli ötelenmesi %2 deerini amamaldr. 1. Kirilerin en fazla %20 si GÇ yi geçebilmektedir. 2. GÇ yi geçmi düey tayclarn tad kesme kuvveti, kat kesmesinin %20 sini amamaldr. Bu oran çat katnda en fazla %40 olabilir. 3. Her iki ucu akm düey tayc elemanlarn tad kesme kuvveti, kat kesmesinin %30 unu amamaldr. 4. Kat göreli ötelenmesi %3 deerini amamaldr. Göçmenin önlenmesi durumu salanmyorsa, göçme durumundadr. Tablo 3. Okul yaplarnn deiik performans seviyelerindeki deplasman kapasiteleri Tip No Tip-10370 Tip-10419(4) Tip-10419(5) Tip-735-A Tip-735-B Tip-10816 Beton Snf ve Etriye Aral X-yönü Y-yönü HK CG GÖ HK CG GÖ çat/h bina çat/h bina çat/h bina çat/h bina çat/h bina çat/h bina C10-S150 5 0.56 1.16 0 4 1.40 C10-S250 4 0.52 1.11 3 3 1.16 C16-S150 1 0.61 1.16 0 6 1.77 C16-S250 6 0.57 1.11 7 5 1.74 C10-S150 6 0 0.70 6 7 0.51 C10-S250 6 9 2 4 6 9 C16-S150 9 0.52 0.90 3 0.55 0.82 C16-S250 7 5 7 1 0.51 0.82 C10-S150 9 9 3 8 3 0.52 C10-S250 1 3 3 4 8 8 C16-S150 1 0.73 0.94 1 5 0.82 C16-S250 9 8 0 8 3 0.81 C10-S150 6 7 1 3 5 0.75 C10-S250 6 5 3 3 2 0.75 C16-S150 5 0.50 0.69 7 0 0.80 C16-S250 5 1 0.69 3 5 0.80 C10-S150 5 2 8 6 1 0.74 C10-S250 1 1 4 6 7 6 C16-S150 2 2 0.60 1 0.50 0.86 C16-S250 2 3 6 0 5 0.84 C10-S150 1 8 0.78 3 4 1 C10-S250 7 5 1 3 7 8 C16-S150 2 3 1.14 3 6 0.52 C16-S250 1 0 5 3 0 7 Tablo 3 de verilen deerlerin anlaml hale gelmesi için yaplacak karlatrmal bir performans deerlendirmesinde, kapasite ile talep deerleri kyaslanmtr. 2007 Deprem Yönetmelii nde okul binalar için tasarm depreminde Hemen Kullanm (HK) ve maksimum olas depremde de Can Güvenlii (CG) performans düzeyleri hedeflenmektedir. Tasarm depremi yönetmelikte verilen talep spektrumu olarak alnrken, maksimum olas deprem de tasarm depreminin %50 fazlas olarak alnmtr. Yönetmelikte tanmlanan metot ile her bir bina için dorusal olmayan yer deitirmeler hesaplanm ve çat kat deplasmannn bina yükseklii ile bölünmesiyle elde edilen
M.nel, H.Bilgin ve H.B.Özmen 265 deerler Tablo 4 te verilmitir. Okul binalarnn yeterli kapasitelerinin olup olmadnn belirlenmesi için Tablo 3 te verilen kapasite ve Tablo 4 te verilen talep deerleri karlatrlmtr. Tablo 4. Okul yaplarnn, yönetmelikte hedeflenen performans seviyelerindeki deplasman istemleri Tip Uzun (x) Yön Ksa (y) Yön (HK) (CG) (HK) (CG) çat /H bina çat / H bina çat /H bina çat / H bina Tip-10370 0.72 1.11 0.72 1.11 Tip-10419(4) 0.76 1.15 8 6 Tip-10419(5) 0.81 1.22 5 0.56 Tip-735-A 0.54 0.85 2 0.53 Tip-735-B 0.60 0.93 8 0.61 Tip-10816 0.83 1.24 0.57 0.88 Deplasman talepleri DBYBHY-2007 de verilen Edeer Tek Serbestlik Dereceli Sistem yaklam kullanlarak hesaplanmtr. ekil 5 de HK ve CG seviyelerinde en olumsuz durum (C10-S250) ve ortalama durum (C16-S150) için deplasman kapasitesi/talep oranlar perde duvar alanna (toplam bina alannn % si) göre karlatrlmtr. Yeterli kapasitenin olabilmesi için Kapasite/Talep orannn 1.0 e eit veya büyük olmas gerekir. Ancak, ekil 5 ten de görülecei üzere, 1975 Afet Yönetmelii ne göre projelendirilen okul yaplarndan biri hariç dierleri yeterli performans salamaktan uzaktr. Grafikten de görülecei üzere perde duvar oran arttkça yap performans da artmaktadr. Olumsuz ve ortalama durum arasndaki eilim, beton kalitesi ve enine donat miktar iyiletiinde yapnn performansnn arttdr. 1.25 1.00 IO LS C10-S250: En olumsuz durum 1.25 1.00 IO LS C16-S150: Ortalama durum Kapasite/Talep Oran 0.75 0.50 5 0.75 0.50 5 0.00 0 0.00 0 Perde Duvar Oran (Toplam bina alannn % si) ekil 5. HK ve CG performans seviyeleri için kapasite/talep orannn perde duvar alanna göre deiimi SONUÇLARIN DEERLENDRLMES Bu çalmada, betonarme elemanlarn dorusal olmayan davranlarn dikkate alarak, 1975 Afet Yönetmeliine göre projelendirilmi tip okul yaplarnn sismik kapasiteleri deerlendirilmitir. Performans deerlendirmesi yaplan okul yaplar Bayndrlk ve skan Bakanlnn 1. derece deprem bölgelerinde yaygn olarak kulland 10370, 10419(4 kat), 10419(5 kat), 10735-A, 10735- B ve 10816 nolu tip projelerden olumaktadr. Her bir okul yapsna ait kapasite erileri her iki asal yön için ayr ayr belirlenmitir. Bu projelerin incelenmesinde DBYBHY-2007 ye eklenen Mevcut Binalarn Deerlendirilmesi ve Güçlendirilmesi bölümünde yer alan dorusal olmayan statik analiz yöntemleri ve deprem performansnn belirlenmesi ilkeleri kullanlmtr. Okullarn farkl performans seviyelerindeki deplasman kapasiteleri ve zayf noktalar ile ilgili bulgular aada özetlenmitir;
266 Okul Binalarnn Yeni Deprem Yönetmeliine Göre Deerlendirilmesi Okul yaplarnn beton dayanmn, Pamukkale Üniversitesi naat Mühendislii Bölümünde Ege Bölgesi illerinde incelenen kamu binalarna ait karot ve test çekici okumalar esas alnarak, C10 (10 MPa) ve C16 (16 MPa) snflar ile temsil edilebilecei kabul edilmitir. ncelenen kamu yaplarnda açlan elemanlarda gözlenen etriye aralklarnn, zaman zaman 250 mm deerini amakla birlikte genel olarak 150 mm ile 250 mm arasnda deitii gözlenmitir. Deprem yüklerinin büyük bir ksmnn kolonlarla karland durumlarda, beton snfnn ve etriye aralnn deplasman kapasitesi üzerinde oldukça ciddi etkisi vardr. Beton basnç dayanmnn azalmas veya etriye miktarnn dümesi deplasman kapasitesini yarya varan oranlarda düürebilmektedir. Ortalama durum (C16-S150) ve en olumsuz durum (C10-S250) karlatrldnda yatay dayanm kapasiteleri arasnda belirgin fark olumazken, deplasman kapasiteleri arasnda iki kata varan oranlarda fark olumaktadr. Deprem davrannn perdeler tarafndan belirlendii yaplarda bu çalmada kullanlan deerler çerçevesinde beton snf ve etriye aralnn deplasman kapasitesi üzerinde etkisinin snrl olduu görülmütür. Sarg donats miktarnn yetersiz olduu ve/veya beton basnç dayanmn düük olduu yaplarda kesme krlmalarnn kritik olabilecei gözlemlenmitir. 10419 ve 10735 nolu tip projelerde bu tür kolon hasarlarna rastlanmtr. Son yllarda ülkemizin yaad depremlerde okul yaplarnn maruz kald hasarlar bu çalmadaki analitik bulgular desteklemektedir. Özellikle beton kalitesi ve enine donat aralnn yetersiz olduu durumlarda oluan keme krlmalar, gelecekte oluacak olas bir depremde bu malzeme grubundaki okul yaplarn tehdit etmektedir. 2007 Deprem Yönetmelii nde okul binalar için tasarm depreminde Hemen Kullanm (HK) ve maksimum olas depremde de Can Güvenlii (CG) performans düzeyleri hedeflenmektedir. Analizi yaplan okul binalar bu performans hedeflerini yakalamaktan oldukça uzaktr. Perde davrannn hakim olduu yaplarn kapasite erilerinde yanal yük dayanmnn büyük bir ksmn perdeler oluturduundan, kolonlarda meydana gelen lokal göçmeler eri üzerinde belirgin olarak görülememektedir. Lokal kolon göçmeleri adm adm mafsal durumlarnn incelenmesiyle görülebilmektedir. Üzerinde nispeten yüksek düey yüklerin bulunduu orta aks kolonlarnda meydana gelebilecek lokal göçmeler stabilite sorunu oluturabilir. Malzeme kalitesi arttkça yap performans artmaktadr. Farkl performans seviyelerinde, beton kalitesi ve etriye aralnn HK seviyesi üzerinde etkisi snrlyken, CG ve GÖ performans düzeylerinde etkisi belirgindir. Okul yaplarnn özelliklerine bakldnda genellikle dikdörtgen eklinde olup tüm veya çou kolonun uzun boyutunun yapnn ksa yönünde olduu dikkat çekmektedir. Yaplan analizler sonucunda bu uygulamann oldukça yanl olduu görülmütür. Bu ekilde yaplan binalarn uzun yönlerine gelen yatay yükler altnda kolonlarn ksa taraf çalmaktadr. Bir yönde düük moment kapasitesine sahip kolonlar kirilerden önce mafsallaarak zayf kolon-kuvvetli kiri mekanizmasnda yol açmaktadr. Bu sebeple yaplarn uzun yöndeki süneklik deerleri düük olmaktadr. Ayrca uzun yönün daha iyi kapasiteye sahip olaca yanlgsyla bu yönlere perde konulmamaktadr. 1975 Afet Yönetmelii ne (ABYYHY-1975) göre tasarlanan binalarda öngörülen düük yatay dayanm nedeniyle büyük deplasman istemleri olumas söz konusudur. Bu yaplarn özellikle etriye aralnn yetersiz olduu durumlarda öngörülen güvenlik seviyelerini karlayamama riskleri oldukça yüksektir. Ara kat mekanizmas olumasn tetikleyen katlar aras kolon boyutlarn ani küçültülmesinin dayanm ve deplasman kapasiteleri üzerinde olumsuz etkileri vardr. Özellikle beton dayanmnn düük ve etriye aralnn fazla olduu durumlarda 10419 nolu projede bu tür hasarlara rastlanmtr. Yaplan analizler sonucunda incelenen okul binalarnn hiçbiri, 2007 Afet Yönetmelii nin öngördüü Hemen Kullanm ve Can Güvenlii performans seviyelerini salamamaktadr.
M.nel, H.Bilgin ve H.B.Özmen 267 10419 nolu tip projenin 4 ve 5 katl modellerinde her iki yönde de ciddi yetersizlikler mevcuttur. Perdesiz yöndeki (x-) deprem istemlerinin yüksek olmas nedeniyle bu yöndeki yetersiz eleman says oldukça fazladr. ncelenen okul binalarnn deerlendirmesi sonucunda göze çarpan dier bir husus da, perdeleri balayan ba kirilerinin normal kat kirilerinden farkl olarak bina performans üzerinde daha belirgin etkisi olmasdr. Özellikle büyük perdeleri balayan ba kirilerinin göçmesi (10419 ve 10816 nolu tip projede olduu gibi) sonucu perdeler arasnda oluan kuvvet çifti ortadan kalkar ve binann moment tama kapasitesinde önemli düüler yaanabilir. Bu nedenle Afet Yönetmeliinde Binalarn Deprem Performansnn Belirlenmesi bölümünde kirilerle ilgili hasar tanmlar yaplrken ba kirilerine özel önem verilmesi düünülebilir. Perde oran yüksek olan binalarda deprem isteminin dümesiyle eleman deformasyon istemleri azalmaktadr. Böylelikle uygun olmayan malzeme ve etriye aralnn yol açt deformasyon kapasitesi yetersizliklerinin, perdelerin salad dayanm fazlall ile telafi edilmesi mümkündür. Teekkür Bu çalma ksmi olarak TÜBTAK Proje No. 105M024 ve Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Aratrma Projeleri 2006MHF 007 nolu proje ile desteklenmektedir. KAYNAKLAR Afet Bölgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelik-1975, (ABYYHY-1975). Afet Bölgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Yönetmelik-1998, (ABYYYHY-1998). ATC-40 (1996) Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings Applied Technology Council, Vol 1. Washington, DC. USA. Bac G, Yatman A, Özdemir S, Altn N (2003) Destructive earthquakes in Turkey, http://www.deprem.gov.tr/reports.html. CSI, SAP2000 V-8 (2002) Integrated Finite Element Analysis and Design of Structures, Basic Analysis. Deprem Bölgelerinde Yaplacak Binalar Hakknda Yönetmelik, 2007 (DBYBHY-2007). FEMA-356 (2000). Prestandart and Comentary for the Seismic Rehabilation of Buildings, prepared by American Society of Civil Engineers for the Federal Emergency, Washington, D.C. FEMA-440 (2005) Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures, prepared by ATC for American Society of Civil Engineers for Federal Emergency, Washington, D.C. Kaplan H vd. (2003-2007) Aydn, Denizli ve Mula illerinde bulunan kamu binalarna ait Depremsellik nceleme Raporlar, Pamukkale Üniversitesi naat Mühendislii Bölümü, Denizli. Krawinkler H, Seneviratna GDPK (1998) Pros and Cons of a Pushover Analysis of Seismic Performance Evaluation, Engineering Structures, 20 (4-6); 452-464. Lupoi G., Calvi GM, Lupoi A, Pinto PE (2004) Comparison of Different Approaches for Seismic Assessment of Existing Buildings, Journal of Earthquake Engineering, 8 (Special Issue 1): 121-160. Mander JB, Priestley MJN, Park R (1988) Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 114, pp.1804-1826 Priestley MJN (2000) Performance Based Seismic Design. Proceedings, 12 th World Conference on Earthquake. Engineering, New Zealand, Paper No: 2831. Priestley MJN, Seible F, Calvi GMS (1996) Seismic Design and Retrofit of Bridges, John Wiley & Sons, Inc., New York. Sezen H, Whittaker A, Elwood KJ, Mosalam KM (2003) Performance of Reinforced Concrete Building During the August 17 1999 Kocaeli, Turkey Earthquake, and Seismic Design and Construction Practice in Turkey, Engineering Structures, 25: 103-114 TS 498 (1987) Yap Elemanlarnn Boyutlandrlmasnda Alnacak Yüklerin Hesap Deerleri, TSE, Ankara. TS 500 (2000) Betonarme Yaplarn Tasarm ve Yapm Kurallar, TSE, Ankara. Vision 2000 (1995) Soulages J, ed. Performance Based Seismic Engineering of Buildings. Sacramento, CA, 2 vols, April 3.