DEPREMDE OLUŞACAK BİNA HASARLARININ ENVANTER BİLGİLERİNE DAYALI TAHMİNİ

Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 16-20 Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, 16-20 October 2007, Istanbul, Turkey DEPREMDE OLUŞACAK BİNA HASARLARININ ENVANTER BİLGİLERİNE DAYALI TAHMİNİ EARTHQUAKE DAMAGE ESTIMATES BASED ON BUILDING INVENTORIES Ş. M. Şenel 1, M. İnel 2, S. Toprak 3, Y. Manav 4 ÖZET Denizli de muhtemel bir deprem felaketinde meydana gelecek betonarme yapı hasarlarını tahmin edebilmek için, mücavir alan sınırları içinde bulunan mahallelerde sokak taraması yapılmış, toplam 54 mahalleden 10 tanesinde betonarme binalar için kat sayısı, yapım yılı, bitişiklik-ayrıklık durumu, kısa kolon-yumuşak kat özellikleri, kapalı çıkmaların varlığı ve görünen bina kalitesi bilgilerini içeren veri tabanları hazırlanmıştır. Bina yüksekliği, bina yaşı ve sokak taraması sırasında tespit edilen düzensizliklere bağlı olarak tanımlanan kalite puanları ile binaları temsil eden kapasite eğrileri tanımlanmıştır. Denizli Mücavir alan sınırları içinde yapılan jeolojik ve geoteknik çalışmaların verileri kullanılarak oluşma olasılığı en fazla olan M6.3 depremi ile en büyük depremi temsil etmesi için M7.0 depremleri senaryo deprem olarak tanımlanmış, buna göre deprem talebi hesaplanmıştır. Jeolojik ve geoteknik çalışmalar sırasında yerleri belirlenen faylar ve mahalle bilgileri CBS ortamına aktarılmış, incelenen mücavir alana yakın mesafede bulunan Karakova-Akhan fayı depremlerin kaynağı olarak seçilmiş ve azalım ilişkileri yardımıyla spektrumlar üretilmiştir. Kapasite ve talebin belirlenmesi ile birlikte Kapasite Spektrumu Yöntemi ne göre hesaplanan performans yerdeğiştirmeleri hafif, orta, ağır ve göçme hasar seviyelerini temsil eden yerdeğiştirmeler ile karşılaştırılmış, lognormal dağılım kullanılarak söz konusu hasar seviyelerine ulaşmanın birikimli olasılıkları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar bina yüksekliğinin hasar dağılımıyla ilişkili olduğunu göstermiştir. İncelenen 10 mahalleden elde edilen hasar olasılıkları, DIE tarafından hazırlanan mahalle bazında bina envanterleri kullanılarak Denizli mücavir alanı içinde bulunan diğer mahalleler için genelleştirilmiş, Denizli de oluşacak muhtemel betonarme bina hasarları hesaplanmıştır. Ulaşılan sonuçlar, seçilen senaryo depreme bağlı olarak göçme ve ağır hasar seviyelerine ulaşan bina oranının %10-%20 seviyelerinde olacağını göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Bina envanteri, Bina hasarları, Denizli, Deprem senaryoları, ABSTRACT In order to estimate reinforced concrete building damages during possible earthquakes in Denizli, building inventory was obtained from field study. The inventory includes information about the buildings such as story numbers, construction year, pounding of adjacent buildings, soft story-short column properties, presence of heavy overhangs and apparent building quality. The field study used street survey method and covered a pilot region which consists of 10 out of 54 sub-districts of Denizli. Capacity curves were determined using the building height, age and quality classification that was estimated from structural properties collected during the street survey. Scenario earthquakes which correspond to maximum probable earthquake (M6.3) and maximum earthquake (M7.0) were used for demand calculations. The Karakova-Akhan fault was selected as the source of scenario earthquakes and demand spectrums were calculated by using attenuation relationships. Performance displacements were calculated by using Capacity Spectrum Method and compared with the displacement limits corresponds to slight, moderate, extensive, heavy and collapse damage states. Results obtained from the pilot region have shown that there is a correlation between the structural damage and the building height. This relationship and damage ratios obtained from the sub-districts in pilot region were extended to all other 44 subdistricts of Denizli. Statistical data by Statistical Instititute of Goverment were evaluated during this process and possible reinforced concrete building damages in whole 245

246 Depremde Oluşacak Bina Hasarlarının Envanter Bilgilerine Dayalı Tahmini Denizli were calculated. Results have shown that the rate of damaged buildings in collapse and heavy damage states were estimated to be between 10-20% as a result of the scenario earthquakes. Keywords: Building inventory, Building damages, Denizli, Earthquake scenarios GİRİŞ Son yıllarda ülkemizde meydana gelen şiddetli depremler, büyük çoğunluğunu betonarme binaların oluşturduğu yerleşim birimlerimizde büyük can ve mal kayıplarının oluşmasına sebep olmuştur. Bu durum risk altında bulunan daha pek çok yerleşim biriminin muhtemel bir deprem felaketine ne ölçüde hazır olduğuna ilişkin sorunların tartışılmasına, afet öncesi ve sonrasının planlanması için sorunun teşhisine yönelik çalışmalara önem verilmesine sebep olmuştur. Bu amaç doğrultusunda özellikle İzmir ve İstanbul gibi deprem riski altında bulunan büyük şehirlerimizi esas alan çalışmalar yapılmış ve yapılmaktadır. Denizli için de envanter bilgilerine dayanarak yapılan ve Pamukkale fayını esas alan çalışmalar bulunmaktadır (İnel vd, 2004; Toprak ve Taşkın, 2007). Yürütülen bu çalışmada ise, 1. derece deprem bölgesinde bulunan Denizli için bina envanterlerini ve Karakova-Akhan fayında oluşacak senaryo depremlere ait talep bilgilerini kullanarak betonarme binaları hedef alan hasar tahmin çalışması yapılmıştır. Denizli ili mücavir alanı içinde 54 mahalle bulunmaktadır ve yürütülen çalışmada bu mahallelerden 10 tanesi tamamen, 2 tanesi de kısmen taranarak veriler toplanmıştır. Sadece betonarme yapıların incelendiği çalışma kapsamında toplanan parametreler taşıyıcı sistem türü, kat sayısı, bina yaşı, yumuşak kat/kısa kolon bilgisi, kapalı çıkmaların varlığı, bitişiklik/ayrıklık durumu ve görünen bina kalitesi bilgilerinden oluşmaktadır. Toplanan bütün bilgiler CBS ortamında depolanmış, böylelikle oluşturulan veri tabanının daha sonraki çalışmalar için kullanılabilir olması hedeflenmiştir. 4226 adet parselin tarandığı envanter çalışması sonucunda, söz konusu parsellerde 2510 adet betonarme, 956 adet yığma bina olduğu tespit edilmiştir. DENİZLİ VE ÇEVRESİNDE DEPREM RİSKİ Ege bölgesinin doğu kısmında bulunan Denizli ili, Gediz Grabeni ile Menderes grabeni yakınlarında bulunmaktadır. Söz konusu fayların ve Denizli nin durumu Şekil 1 de verilmiştir. Geçmişte meydana gelen ve bölgenin tarihsel gelişimini de etkileyen IX ve üzeri şiddette pek çok deprem bulunmaktadır. Söz konusu tarihi depremler ve Denizli üzerindeki etkileri Altunel (2000) tarafından özetlenmiştir. Bölgede yapılmış, deprem ile de ilişkilendirilen ve özellikle Roma döneminden kalan antik şehirleri konu alan arkeolojik çalışmalar bulunmaktadır (Hancock ve Altunel, 1997). Son yıllarda Denizli çevresinde büyüklüğü 6 dan küçük olmasına rağmen önemli etkileri olan depremler meydana gelmiştir. 1965 te meydana gelen Denizli-Honaz Depremi (M5.7) 14 kişinin ölümüne, 217 kişinin yaralanmasına ve 488 binanın hasar görmesine sebep olmuştur. 1976 da meydana gelen ve Denizli merkezini etkileyen depremde ise (M4.9), 4 kişi ölmüş, 28 kişi yaralanmış ve 3200 bina hasar görmüştür.

Ş.M.Şenel, M.İnel, S.Toprak, Y.Manav 247 Şekil 1. Denizli çevresindeki faylar ve geçmiş depremler MAHALLELER BAZINDA DEPREM TALEBİNİN HESABI Mahalle bazında deprem talebinin hesabı için öncelikle senaryo depremin kaynağına karar verilmiş, bunun için Denizli ve çevresinde yapılan jeolojik ve geoteknik çalışmalardan faydalanılmıştır (PAU,2002). Bu amaç doğrultusunda Pamukkale fayı ile Karakova-Akhan fayı ele alınmış, birbirine paralel seyreden bu faylardan mücavir alana daha yakın uzaklıkta bulunan Karakova- Akhan fayı senaryo depremin kaynağı olarak kabul edilmiştir (Şekil 2). Şekil 2. İncelenen mahallelerin ve fayların Denizli deki yerleşim alanlarına göre konumu Denizli havzasında oluşacak muhtemel bir depremin büyüklüğünün M6.0 ve M7.2 arasında olması beklenmektedir (Aydan vd.,2001-a). Bu çalışmada ise Aydan vd. (2001-b) nin batı bölgelerimizdeki gerilme dağılımlarını göz önüne alarak önerdikleri ve olma olasılığını en yüksek kabul ettikleri M6.3 depremi ile olma olasılığı daha az fakat daha şiddetli depremi tarif eden M7.0 depremi senaryo depremler olarak kullanılmıştır.

248 Depremde Oluşacak Bina Hasarlarının Envanter Bilgilerine Dayalı Tahmini Mahalle bazında talep spektrumlarının hesabı için ele alınan her mahallenin geometrik merkezinin söz konusu faya olan uzaklığı hesaplanmış, aynı mahalle içinde bulunan bütün betonarme binalar tek bir talep spektrumu ile tarif edilmiştir. Envanter çalışması kapsamında incelenen mahalleler ile senaryo depremin kaynağını temsil eden Karakova-Akhan fayının konumu Şekil 2 de verilmiştir. Senaryo depremin büyüklüğüne bağlı olarak B sınıfı zeminler (FEMA-368, 2000) için hesaplanan ivme spektrumları, jeolojik ve geoteknik çalışmalar sırasında C ve D grubu zeminler arasında olduğu belirlenen mahalleler için FEMA-368 de tarif edilen katsayılar yardımı ile büyütülmüştür. Campbell (1997) a göre tarif edilen kırılma yüzeyine olan uzaklıklar belirlenmiş, mahallelere ait yer hareketi parametreleri (PGA) ve talep spektrumları Campbell ve Bozorgnia (2003) tarafından önerilen azalım ilişkileri kullanılarak hesaplanmıştır. Şekil 3 te Denizli için seçilen M6.3 ve M7.0 senaryo depremlerini temsil eden idealize edilmiş talep spektrumu ile 1998 Afet Yönetmeliği (1998) de Z3 sınıfı zeminler için öngörülen talep spektrumu verilmektedir. Afet yönetmeliğimizde ve FEMA-368 de verilen zemin sınıfı tarifleri birbiri ile aynı değildir. Bununla birlikte, Z2 ve Z3 sınıfı zeminlerin FEMA-368 de verilen C ve D sınıfı zeminlere karşılık geldiği düşünülmüştür. Elde edilen spektrumlar Kapasite Spektrumu Yönteminde kullanılmak üzere spektal ivme ve spektral yerdeğiştirme cinsinden ifade edilmiştir. Spektral ivme (g)_ 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 M6.3 M7.0 AY98-Z3 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Peryod Şekil 3. Senaryo deprem için türetilen ve yönetmelikte verilen talep spektrumları BİNA PERFORMANSLARININ BELİRLENMESİ Binalara ait temsili kapasite eğrilerinin hesabı için genel mantığı HAZUS (1999) ta tarif edilen ve İzmir Deprem Senaryosu ve Deprem Master Planı (2000) çalışmasında ülkemiz şartlarına uyarlanan yöntemden yararlanılmıştır. Buna göre betonarme binalar 3 farklı yükseklik (1-2 katlı, 3-5 katlı 6+ katlı), 2 farklı yaş (1975 öncesi ve sonrası) ve 3 farklı kalite sınıfına (iyi, orta, kötü) ayrılmakta, her gurubun farklı eşleşmelerini temsil eden toplam 18 (3x2x3=18) tip kapasite eğrisi ile betonarme binalar temsil edilmektedir. Yükseklik ve yapım yılı bilgilerinin envanter çalışması sırasında doğrudan tespit edildiği betonarme binaların kalite gurubunun belirlenmesi için, deprem davranışı üzerinde etkili olduğu bilinen ve sokak taraması ile tespit edilebilen parametrelerden yararlanılmıştır. Binalara ait mod şekli ve peryod özelliklerini temsil etmesi için kat sayısı, malzeme kalitesi ve tasarım şartlarını yansıtabilmek için bina yaşı, kesme ve eğilme etkilerini arttırarak hasara sebep olduğu için yumuşak kat ve/veya kısa kolon bilgileri sokak taraması sırasında tespit edilmiş ve parametre olarak kaydedilmiştir. Bina ağırlığının ve dolayısı ile sismik kuvvetlerin artmasına sebep olan kapalı çıkmalara sahip binalar ile farklı kat seviyesi, yükseklik, kütle ve titreşim özelliklerine sahip bitişik nizam binalar da ayrıca envanter çalışması sırasında belirlenmiştir. Sahada çalışan araştırmacıların bina hakkındaki genel değerlendirmesini yansıtabilmek amacıyla görünen bina kalitesi de ayrı bir parametre olarak kaydedilmiştir.

Ş.M.Şenel, M.İnel, S.Toprak, Y.Manav 249 Bina Kalitesi Hesabı İçin Sismik Performans Puanı Sokak taraması ile tespit edilen bu parametrelere bağlı olarak her bina 100 taban puana sahip kabul edilmiş, parametrelerin sebep olacağı olumsuz etkilere karşılık gelen puan değerleri bu taban puandan düşülerek binanın kalite sınıfını belirleyen genel sismik performans puanı tespit edilmiştir. Parametrelerin etkilerini yansıtan puan değerlerine karar verilirken 1999 Düzce depreminden sonra hasar gören binalar üzerinde yapılan değerlendirme ve istatistik çalışmalardan (ODTÜ, 2004; Sucuoğlu vd., 2007), literatürde bulunan ve hızlı değerlendirme yöntemleri üzerine yapılan bazı çalışmalardan (FEMA-154,1988) ve geçmiş deneyim ve mühendislik tecrübelerinden faydalanılmıştır. Seçilen her bir parametrenin sebep olduğu olumsuzluk, Tablo 1 de görüldüğü gibi deprem performansı üzerindeki etkisine göre ölçeklenmiştir. Sismik performans puanının genel ifadesi denklem (1) de verilmiştir. Bu ifadeye göre 44 ve altı puana sahip binalar kötü, 45-69 puana sahip binalar orta, 70 ve üzeri puana sahip binalar ise iyi kalite olarak sınıflandırılmıştır. BNPuan = TabanPuan + ParametreHasarPuanı (1) Tablo 1. Kalite sınıflandırması için kullanılan parametreler ve karşılık gelen puanlar # Parametre Açıklama Puan 1-2 katlı binalar 0 1 Kat Sayısı 3-5 katlı binalar -15 6 ve üzeri katlı binalar -25 Yapım yılı 1975-15 2 Bina Yaşı 1975< Yapım yılı <1995-10 1995 Yapım yılı 0 3 Kapalı Çıkmalar 1 yönden -10 2 veya fazla yönden -15 4 Yumuşak Kat Var ise -15 5 Kısa Kolon Var ise -10 6 Çekiçleme Bitişik nizam binalar -10 7 Görünen Kalite Gözlemci değerlendirmesi -10 Kapasite Eğrilerinin Hesabı Yüksekliğine, yaşına ve kalitesine göre sınıflandırılan binalara ait taban kesme kuvvetleri Kircher vd.,1997 tarafından önerilen ve HAZUS (1999) çalışmasında da kullanılan aşağıdaki ifade ile hesaplanmıştır. Vy = CsγλW (2) W ile binanın sismik ağırlığının temsil edildiği bu ifade de, C s değeri binanın yatay dayanım kapasitesine karşılık gelen katsayıyı ifade etmektedir ve yapım yılına bağlı olarak değişmektedir. λ ve γ değerleri ise bina yüksekliğine ve kalite sınıfına bağlı olarak değişen yatay dayanım fazlalığı katsayılarını temsil etmektedir. Tablo 2 de verilen söz konusu katsayıların, HAZUS (1999) tan ülkemiz yapım şartlarına uyarlanması ile elde edilen ve İzmir Deprem Senaryosu (2000) çalışmasında da önerilen değerleri ile kapasite hesaplamaları yapılmıştır. Kat Sayısı Yükseklik H (m) Tablo 2: Bina kapasitelerinin hesabında kullanılan parametreler Peryod T 1 (sec) α 1 Katılım Faktörü PF 1 Yapım Yılı 75 Öncesi 75 Sonrası Bina Kalitesi İyi Orta Kötü C s, 1975- C s, 1975+ γ λ γ λ γ λ BA 1-2 4.5 0.3 0.8 1.33 0.06 0.08 1.50 3.0 1.40 2.8 1.30 2.6 BA 3-5 11.2 0.5 0.8 1.33 0.06 0.08 1.25 3.0 1.20 2.8 1.15 2.6 BA 6+ 22.8 0.9 0.75 1.54 0.06 0.08 1.10 3.0 1.05 2.8 1.00 2.6

250 Depremde Oluşacak Bina Hasarlarının Envanter Bilgilerine Dayalı Tahmini Kapasite Spektrumu Yöntemini (ATC-40, 1996) kullanabilmek için hesaplanan bina kapasitesi S a ve S d cinsinden tarif edilmiş, akmayı temsil eden S a ifadesi denklem (3) ile, S d ifadesi ise denklem (4) ile tanımlanmıştır. S C γλ g ay = s (3) α 1 2 SayT Sdy = (4) ( 4π) 2 Bu ifadelerde g yerçekimi ivmesini, α 1 1. doğal titreşim modu için kütle katılım oranını, T ise 1. doğal titreşim peryodunu temsil etmektedir. Şekil 4 te farklı yükseklik, yaş ve kalite özelliklerine sahip bina türleri için hesaplanan ve S a ve S d değerleri ile temsil edilen bazı örnek kapasite eğrileri verilmiştir. 525 450 Spektral ivme (cm/s 2 ) 375 300 225 150 75 BA 1-2, 75+, İYİ BA 3-5, 75+, ORTA BA 6+, 75+, KÖTÜ 0 0 3 6 9 12 Spektral Deplasman (cm) Şekil 4. İdealize edilmiş tipik kapasite eğrisi Performans Yerdeğiştirmelerinin Hesabı Binalara ait performans yerdeğiştirmelerinin hesabı için Kapasite Spektrumu yöntemi kullanılmıştır (ATC-40,1996). Yöntem uygulanırken, 18 farklı kapasite eğrisinden birine sahip olduğu kabul edilen binanın, S ay ve S dy ile tarif edilen elastik sınırların ötesinde plastik yerdeğiştirme yapması sonucu oluşan sönümler hesaplanmıştır. Elastik spektrum, hesaplanan sönüm nisbetinde azaltılarak elastik olmayan talep spektrumu elde edilmiştir. Bu işlem elastik olmayan spektrum ile kapasite eğrisi çakışana kadar devam ettirilmiş, böylelikle kapasite ile talebin buluştuğu performans yerdeğiştirmesi hesaplanmıştır (Şekil 5). Söz konusu performans yerdeğiştirmeleri lognormal dağılıma göre hesaplanan hasar görebilirlik eğrilerinin girdisi olarak kullanılmıştır. Elastik talep spektrumu Spektral İvme Elastik olmayan talep spektrumu Performans noktası Kapasite Eğrisi Spektral Deplasman Şekil 5. Kapasite Spektrumu Yöntemine göre performans yerdeğiştirmesi hesabı

Ş.M.Şenel, M.İnel, S.Toprak, Y.Manav 251 Yerdeğiştirme Tabanlı Hasar Görebilirlik Eğrileri Yürütülen çalışmada, açıklaması HAZUS (1999) dökümanında yapılan ve İzmir Deprem Senaryosu (2000) çalışmasında sayısal olarak ülkemiz şartlarına göre tarif edilen hafif, orta, ağır ve göçme hasar seviyeleri kullanılmıştır. Her hasar seviyesi, etrafındaki dağılımın lognormale uyduğu kabul edilerek, spektral yerdeğiştirmenin medyan değeri ve standard sapması ile tarif edilmektedir. Yatay ekseni spektral yerdeğiştirme talebinin, düşey ekseni ise tarif edilen hasar seviyesinin oluşturduğu spektral yerdeğiştirme tabanlı hasar görebilirlik eğrileri ile, tarif edilen hasar seviyelerini aşmanın birikimli olasılıkları hesaplanmaktadır. Hasar görebilirlik eğrilerinin analitik ifadesi için denklem (5) kullanılmıştır (Kircher vd., 1997; HAZUS, 1999). [ Ds Sdi] P D 1 = Φ β DS S ln Sd, Bu ifadede D hasarı, DS karşılık gelen hasar seviyesini (hafif, orta, ağır, göçme), β DS hasar seviyesine karşılık gelen spektral yerdeğiştirme için standart sapmayı, S di elastik olmayan spektral yerdeğiştirme talebini (performans yerdeğiştirmesi) ve S d,ds ulaşılan hasar seviyesine karşılık gelen spektral yerdeğiştirme için medyan değerini temsil etmektedir. Analizler sırasında bulunan performans yerdeğiştirmeleri ve Tablo 3 te verilen sınır yerdeğiştirmeler denklem (5) te yerine koyulmuş, söz konusu hasar seviyelerini aşmanın birikimli olasılıkları hesaplanmıştır. Tablo 3. Spektral Yerdeğiştirme Tabanlı Hasar Görebilirlik Eğrileri İçin Parametreler di DS (5) Yapım Yılı 75 Öncesi 75 Sonrası Kat Sayısı D s (%) Hasar Sınıfı Hafif Orta Ağır Göçme S d,s (mm) β DS,s D m (%) S d,m (mm) β DS,,m D e (%) S d,e (mm) β DS,e D c (%) S d,c (mm) BA 1-2 0.50 16.9 0.95 0.80 27 0.9 2 67.5 0.85 5 168.8 0.95 BA 3-5 0.33 27.7 0.7 0.50 42 0.75 1.2 100.8 0.85 3 252 1 BA 6+ 0.25 37.1 0.7 0.40 59.3 0.8 1 148.2 0.9 2.5 370.5 1 BA 1-2 0.50 16.9 0.9 0.90 30.4 0.9 2.5 84.4 0.9 6 202.5 0.9 BA 3-5 0.33 27.7 0.7 0.60 50.4 0.7 1.5 126 0.7 3.5 294 0.9 BA 6+ 0.25 37.1 0.65 0.45 66.7 0.65 1.25 185.3 0.75 3 444.6 0.9 β DS,c BETONARME BİNA ENVANTERLERİ İncelenen 2510 adet betonarme binada sokok taraması ile tespit edilen parametrelerin dağılımı Şekil 6 da verilmiştir. Envanter çalışması, betonarme binaların büyük çoğunluğunun 3-5 katlı binalardan oluştuğunu ve 1975 yılından sonra inşa edildiğini göstermektedir. Yapılan incelemeler sonucunda betonarme binaların yarıdan azında kısa kolon veya yumuşak kat bulunduğu tespit edilmiştir. Büyük bir çoğunluğunda çekiçleme etkisini arttıran bitişik nizam etkisi tespit edilen betonarme binaların küçük bir kısmında 2 veya daha fazla yönde kapalı çıkmalar bulunduğu belirlenmiştir. Bütün bu parametreler, belirlenen puanlama kriterleri ile değerlendirmiş ve incelenen binaların büyük bir çoğunluğunun orta kalitede olduğu tespit edilmiştir. Sismik performans puanlarına ait frekans dağılımı Şekil 7 de verilmiştir.

252 Depremde Oluşacak Bina Hasarlarının Envanter Bilgilerine Dayalı Tahmini BA 6+ 23% BA 1-2 16% 1975-18% 1975+ 82% Kısa K. 17% Y.K & K.K 4% Düzenli 57% BA 3-5 61% 2 Yön 29% Ayrık 26% 1 Yön 45% >1 Yön 12% 1 Yön 27% Kapalı Çıkma Yok 61% Y. Kat 22% Kötü 20% Orta 65% İyi Şekil 6. Parametrelerin betonarme binalar içinde dağılımı 25 20 μ = 53 σ = 15.5 Frekans (%) 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 Sismik performans puanı Şekil 7. Hesaplan bina puanlarının frekans dağılımı ve normal dağılım ile karşılaştırılması İNCELENEN MAHALLELER İÇİN HASAR TAHMİNİ M 6.3 ve M 7.0 senaryo depremlerinin Karakova Akhan fayı kaynak seçilerek incelenen 2510 adet betonarme binada sebep olacağı hasarların tahmini dağılımları Şekil 8 ve 9 da verilmiştir. Söz konusu şekiller seçilen senaryo deprem altında hem farklı yükseklikleri temsil eden bina gurupları için, hem de taraması yapılan bütün betonarme binalar için hesaplanan hafif, orta, ağır ve göçme hasar oranlarını göstermektedir. Şekillerden de görüldüğü gibi hasar dağılımı bina yüksekliğinden önemli ölçüde etkilenmektedir. Göçme ve ağır hasar seviyelerine ulaşan 6 ve üzeri katlı binaların oranı, aynı durumdaki 1 ve 2 katlı binaların 2 katından fazla hesaplanmıştır. Ortaya çıkan bu durum çok katlı binalarda barınan daha fazla sayıda insanın varlığı göz önüne alındığında, daha fazla sayıda can kaybına işaret etmektedir. Olma olasılığı en fazla olan depremi tarif eden M6.3 depremi ile maksimum depremi tarif eden M7.0 depreminin verdiği sonuçlar, deprem talebinin hasar dağılımları üzerindeki etkisini göstermektedir. M7.0 depremi için elde edilen göçme ve ağır hasar seviyelerine sahip binaların oranı, M6.3 depremi için bulunan sonuçların 2 katından fazladır.

Ş.M.Şenel, M.İnel, S.Toprak, Y.Manav 253 60% 45% 47% 41% 52% 41% BA 1-2: 390 BA 3-5: 1538 BA 6+: 582 Tüm BA: 2510 30% 27% 25% 24% 20% 21% 21% 18% 11% 11% 7% 7% 4% 5% 4% 2% 0% Hasarsız Hafif Orta Ağır Göçme Şekil 8. M6.3 senaryo depremi altında betonarme binalarda oluşan hasarlar (Pilot bölgeler) 60% 45% 30% 0% 39% 12% 10% 1% 19% 20% 17% 6% 22% 41% 46% 39% 11% 18% 32% BA 1-2: 390 BA 3-5: 1538 BA 6+: 582 Tüm BA: 2510 20% 11% 12% 9% Hasarsız Hafif Orta Ağır Göçme Şekil 9. M7.0 senaryo depremi altında betonarme binalarda oluşan hasarlar (Pilot bölgeler) TÜM DENİZLİ İÇİN HASAR TAHMİNİ Envanteri çıkarılan bölge, mahalle sayısı açısından Denzili mücavir alanının %20 sinden fazlasını, bina sayısı açısından ise yaklaşık %10 unu temsil etmektedir. Envanter çalışmalarına dayandırılan analizler, hasar ile bina yüksekliği arasında ilişki bulunduğunu göstermektedir (Şekil 8 ve 9). Ulaşılan sonuçların incelenen mahalleler bazında irdelenmesi, aynı yükseklikteki bina guruplarında oluşan hasar oranlarının benzer olduğunu göstermektedir. Ayrıca bulgular, aynı yükseklik guruplarına ait binalarda kalite dağılımlarının benzer olduğunu, bu dağılımın Denizli için kullanılabileceğini ve istatistik veriler yardımı ile genelleştirilebileceğini göstermektedir. Bu amaç doğrultusunda Devlet İstatistik Enstitüsü (DİE) tarafından 2000 yılında Denizli de yapılan nüfus sayımı sırasında toplanan bina bilgileri incelenmiştir. DİE tarafından yapılan çalışmada (Bina Sayımı-2000) binalara ait bitiş yılı, kullanım amacı, taşıyıcı sistem türü, kat sayısı v.b. bilgiler bulunsa da, söz konusu bilgiler birbiri ile ilişkilendirilmemiştir. Örnek vermek gerekirse, 3 katlı binaların sayısı veya 1980 ile 1990 yılları arasında yapılan binaların sayısı bu envanterlerde bulunmaktadır. Ancak hem 3 katlı, hem de 1980-1990 yılları arasında yapılan binalar gibi kesişim kümelerini içeren bina bilgileri bu çalışmada bulunmamaktadır. Bu yüzden DIE verileri kullanılırken hasar ile ilişkili olduğu hesaplamalar sırasında tespit edilen kat sayısı bilgilerinden faydalanılmıştır. DİE verilerinden hesaplanan bina sayılarının seçilen mahallelerde yapılan envanter çalışmalarından elde edilen değerler ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. CBS ortamında yapılan çalışmalar ile mücavir alan sınırları içindeki bütün mahallelerin konumları ve Karakova-

254 Depremde Oluşacak Bina Hasarlarının Envanter Bilgilerine Dayalı Tahmini Akhan fayına olan uzaklıklar belirlenmiş, her uzaklık için zemin büyütme etkilerini de göz önüne alarak mahallelere özel talep spektrumları üretilmiştir. Toplam 54 mahallenin bulunduğu mücavir alan içindeki tamamı incelenen 10 mahallenin bilgisi envanter çalışmalarından, 44 mahallenin bilgisi ise DIE verilerinden alınmış, kat sayısına göre Denizli mücavir alanı içinde bulunan 27380 adet betonarme binanın dağılımı hesaplanmıştır (Şekil 10). Şekilden de görüldüğü gibi incelenen mahallerdeki dağılım ile tüm Denizli içindeki binalara ait yükseklik dağılımları birbirinden farklı sonuçlar vermektedir. Bu fark incelenen mahallelerde bulunan 3-5 ve 6 ve üzeri katlı bina sayısının Denizli geneline oranla daha fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Kat sayısı, faya olan uzaklıklar ve zeminde meydana gelebilecek büyütme etkilerinin değişken kabul edildiği bu aşamada, taraması yapılan ve yüksekliğe göre sınıflandırılan (BA1-2, BA3-5, BA6+) bina gurupları için yaş ve kalite dağılımları değişken olarak alınmamış ve her mahallede aynı kabul edilmiştir. Böylelikle mahalle bazında kat sayısına bağlı değişimlerin etkisi göz önüne alınabilmiştir. BA6+, 8.7% BA3-5; 44,0% BA1-2; 47,3% Şekil 10. Kat Sayılarına Göre Binaların dağılımı (Tüm Denizli,DIE-2000) Tüm denizli için yapılan hasar tahmin çalışması neticesinde elde edilen sonuçlar Şekil 11 ve 12 de verilmektedir. Envanter çalışmasının yapıldığı mahallerde bulunan çok katlı bina sayısının göreceli olarak daha fazla olması, söz konusu mahallelerin Denizli geneline göre daha kritik sonuçlar vermesine sebep olmaktadır. Tüm denizli için elde edilen sonuçlar, hasarın kat sayısı ve deprem talebine bağlı olarak arttığını, göçme ve ağır hasar seviyelerine ulaşacak bina oranının talebe bağlı olarak %10-%20 seviyelerinde oluşabileceğini göstermektedir. Elde edilen hasar dağılımlarının 27380 adet betonarme bina içindeki sayısal karşılıkları Tablo 4 te verilmiştir. 60% 45% 30% 49% 25% 35% 21% 27% 24% 24% 23% 36% 47% 30% BA 1-2: 12948 BA 3-5: 12055 BA 6+: 2377 Tüm BA: 27380 12% 9% 13% 8% 6% 3% 4% 2% 3% 0% Hasarsız Hafif Orta Ağır Göçme Şekil 11. M6.3 senaryo depremi altında betonarme binalarda oluşan hasarlar (Tüm Denizli, DIE-2000)

Ş.M.Şenel, M.İnel, S.Toprak, Y.Manav 255 60% BA 1-2: 12948 47% BA 3-5: 12055 45% 42% 40% BA 6+: 2377 32% Tüm BA: 27380 30% 28% 26% 22% 23% 20% 20% 16% 13% 14% 13% 10% 9% 9% 8% 7% 2% 0% Hasarsız Hafif Orta Ağır Göçme Şekil 12. M7.0 senaryo depremi altında betonarme binalarda oluşan hasarlar (Tüm Denizli, DIE-2000) Tablo 4. Yüksekliğe Göre Hasarlı Bina Sayıları (Tüm Denizli, DIE-2000) Göçme Ağır Orta Hafif Hasarsız M6.3 M7.0 M6.3 M7.0 M6.3 M7.0 M6.3 M7.0 M6.3 M7.0 BA 1-2 201 855 769 1187 2931 2954 2657 2543 6390 5409 BA 3-5 411 1133 1034 1936 4286 4803 3313 2650 3011 1533 BA 6+ 92 304 300 656 1122 1120 579 239 284 58 Σ (27380) 704 2292 2103 3779 8339 8876 6549 5432 9685 7001 SONUÇLAR Denizli mücavir alanı içinden seçilen mahallerde bulunan 2510 adet betonarme binaya ait bilgiler sokak taraması yöntemi ile belirlenmiştir. Yapılan incelemeler betonarme bina stoğunun büyük bir çoğunluğunun 3-5 katlı binalardan oluştuğunu ve 1975 yılından sonra yapıldığını göstermektedir. İncelenen binaların yarıya yakın bir bölümünde yumuşak kat veya kısa kolon özelliği tespit edilmiştir. Betonarme binaların ¾ gibi bir oranda bitişik nizam yapılmış olması yanlış imar uygulamalarının bir sonucudur ve çekiçleme riskini arttırmaktadır. 2 ve daha fazla yönde kapalı çıkmalara sahip binaların ise Denizli genelinde yaygın olmadığı tespit edilmiştir. Geliştirilen puanlama kriterlerine bağlı olarak sahada tespit edilen düzensizliklerin değerlendirilmesi ile binalara ait kalite sınıflandırması yapılmış, betonarme binaların büyük bir çoğunluğunun (%65) orta kalitede olduğu tespit edilmiştir. Envanteri çıkarılan mahallerde yapılan hesaplamalar hasar ile yükseklik arasında yakın bir ilişki bulunduğunu göstermiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda M6.3 ve M7.0 depremlerinde betonarme binaların genelinde göçme ve ağır hasar seviyesine ulaşacak bina oranının %15-%32 ( 375-800 bina) arasında oluşacağı tahmin edilmiştir. Bu oran 6 ve üzeri katlı binalarda ise %20- %47 ( 115-270 bina) seviyesine ulaşmaktadır. M6.3 ve M7.0 senaryo depremlerinin kaynağı olarak Karakova-Akhan fayı kabul edilmiş, kapasite spektrumu yönteminde talebi temsil eden spektrumlar bu faydan mahallelere olan uzaklıkları kullanan azalım ilişkileri ile tarif edilmiştir. Elde edilen sonuçlar seçilen senaryo depremin ve kullanılan azalım ilşkilerinin oluşan hasar oranları üzerinde oldukça etkili olduğunu göstermektedir. Bu durum bölgesel nitelikteki hasar tespit çalışmaları açısından deprem talebinin hesaplanması işleminin önemini göstermektedir. Pilot mahallelerden elde edilen hasar dağılımları, Denizli de 54 mahallede bulunan 27380 adet betonarme bina için DIE verileri kullanılarak genelleştirilmiştir. Karakova Akhan fayına olan uzaklıkları CBS ortamında belirlenen mahallerde yapılan hesaplamalar sonucunda M6.3 ve M7.0 depremlerinde betonarme binaların genelinde göçme ve ağır hasar seviyesine ulaşacak bina oranının %11-%22 ( 2800-6000 bina) arasında oluşacağı tahmin edilmiştir.

256 Depremde Oluşacak Bina Hasarlarının Envanter Bilgilerine Dayalı Tahmini Teşekkür Bu çalışma Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Proje No. 2003MHF006 ile desteklenmektedir. Projenin ilk aşamalarında katkılarından dolayı İnşaat Mühendisliği Bölümü Araştırma Görevlileri H. Kayhan ve S. Yılmaz a, sayısal Denizli altlık haritasını sağladığı ve yorum ve tecrübeleriyle katkıda bulunduğu için Jeoloji Mühendisliği Öğretim Üyesi Prof. Dr. Halil Kumsar a teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik (1998),www.koeri.boun.edu.tr. Altunel E. (2000). Historical earthquake activity in and around Hierapolis. In D Andria F, Silvestrelli F. Editors. Ricerche Archeologiche Turche Nella Valle Del Lykos, Lykos Vadisi Turk Arkeoloji Arastirmalari. Congedo Editore. 2000: pp. 299-325 Aslankara Y., İnel M., Toprak S., Kent ölçeğinde senaryo depremde oluşacak bina hasarlarının tahmini, Deprem Sempozyumu, Kocaeli, Mart 2005. ATC-40 (1996). Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings; Applied Technology Council; Redwood City, California. Aydan O, Kumsar H, Ulusay R, Tano H. Is there a relation between the temperature changes of thermal waters in Denizli region and the earth crust at the Denizli fault zone? JEOTEKNIKIII, 3rd Earthquake and Geotechnical Conference on Izmir and its Surroundings, 12-14 November 2001, Izmir, Turkey.(a) Aydan O, Kumsar H, Ulusay R. How to infer the possible mechanism and characteristics of earthquakes from the striations and ground surface traces of existing faults. Seismic Fault Induced Failures, 2001: 153-162.(b) Bina Sayımı-2000, T.C. Başbakanlık Devlet İstatistik Enstitüsü Yayınları,2000 Campbell K.W. Empirical near-source attenuation relationships for horizontal and vertical components of peak ground acceleration, peak ground velocity, and pseudo-absolute acceleration response spectra. Seismological Research Letters, 1997, Vol. 68 (1): 154-179. Campbell KW and Bozorgnia Y. Updated near-source ground-motion (attenuation) relations for the horizontal and vertical components of peak ground acceleration and acceleration response spectra. Bulletin of Seismological Society of America, 2003, Vol. 93 (1): 314-331. FEMA-154 (1988). Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazard: A Handbook. FEMA-368 (2000). NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations of New Buildings and Other Structures, Part 1: Provisions. Hancock PL and Altunel E. Faulted archaeological relics at Hierapolis (Pamukkale), Turkey. J. Geodynamics 1997: 24 (1-4): 21-36. HAZUS (1999): Earthquake loss estimation methodology technical manual, prepared by the National Institute of Building Sciences for Federal Emergency Management Agency (FEMA). Inel M., S.M. Senel, S. Toprak, A.H. Kayhan and S. Yilmaz Building damage assessment of urban areas: a case study for Denizli, Turkey. 6 th International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul, Turkey, 2004. İzmir Deprem Senaryosu ve Deprem Master Planı, 2000, Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü, http://www.koeri.boun.edu.tr/depremmuh/izmir/izmirrapor2002.htm Kircher CA, Nassar AA, Kustu O and Holmes WT. Development of Building Damage Functions for Earthquake Loss Estimation, Earthquake Spectra, 1997, Vol.13, No.4, Earthquake Engineering Reseach Institute (EERI), Oakland, California. ODTÜ (2004). Development of Seismic Vulnerability Assessment Methodologies, prepared by Structural Engineering Research Unit, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, January 2004. PAU (2002). Denizli Belediyesi Yerleşim Alanlarının Jeolojik, Jeoteknik ve Hidrojeolojik Özellikleri, Pamukkale Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Sucuoglu, H., Yazgan, U, and Yakut, A.: 2007, A screening procedure for seismic risk assessment in urban building stocks, Earthquake Spectra, Vol. 23, No:2, pp. 441-458. Şenel Ş.M., İnel M., Toprak S., Aslankara Y., Depreme hazırlık kapsamında kent ölçeğinde mevcut durum tespiti; Denizli için örnek bir çalışma, Yapısal Onarım ve Güçlendirme Sempozyumu, Denizli, 2006. Toprak, S. and Taskin, F.: 2007, Estimation of Earthquake Damage to Buried Pipelines Caused by Ground Shaking. Natural Hazards, 40:1-24.