7. BİNALAR

7.1. Giriş

7.2. Çalışmanın Kapsamı

7.3. İzmir Kenti Bina Envanteri Çalışması

7.4. Yapısal Bina Hasarı Tahmin Metodolojisi

7.4.1. Yapısal Bina Hasarı Tahmin Metodolojisi

7.4.1.1. Bina Kapasite spektrumu

7.4.1.2. Deprem Talep Spektrumu

7.4.2. Bina Hasar Düzeyleri ve Bina Hasarı Olasılık Eğrileri

7.4.2.1. Betonarme Binalarda Yapısal Hasar Düzeyleri

7.4.2.2. Yığma Yapılarda Yapısal Hasar Düzeyleri

7.4.2.3. Bina Hasarı Olasılık Eğrileri

7.5. Hasar Tahmni Analizi ve Sonuçlar

KAYNAKLAR

EK 7-A Bina Envanteri Formu

EK 7-B Bina Kullanım Sınıfları

ŞEKİLLERİN LİSTESİ

TABLOLARIN LİSTESİ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

7. BİNALAR

7.1 Giriş

İzmir Deprem Master Planı’nın en önemli ve en kritik konularından biri, İzmir kent merkezindeki bina türü yapılarda oluşabilecek yapısal deprem hasarının ve bu hasara bağlı olarak meydana gelecek can kaybı ile doğrudan ve dolaylı ekonomik ve sosyal kayıpların tahmin edilmesidir.

Bina hasarı, kent depremlerinde meydana gelen can kayıpları ile diğer ekonomik ve sosyal kayıpların temel nedenidir. Özellikle yirminci yüzyılın ikinci yarısında tüm dünyada ve özellikle Türkiye’de kentleşmenin yoğunlaşması, daha çok sayıda binanın deprem tehlikesine maruz kalmasına ve 1992 Erzincan, 1995 Dinar, 1998 Adana-Ceyhan, nihayet 1999 Kocaeli ve Düzce depremleri örneklerinde görüldüğü gibi, depreme dayanıklı olmayan daha çok sayıda binanın hasar görmesine yol açmaktadır. Bunun sonucu olarak büyük can kayıpları yanında doğrudan ve dolaylı ekonomik kayıplar da, daha önceleri görülmedik büyük boyutlara ulaşmaktadır. Bu bağlamda üç milyona yaklaşan nüfusu ve gelişen ekonomisi ile İzmir’de de bina hasarı riskinin çok arttığını ve de giderek artmakta olduğunu ifade etmek mümkündür.

7. Bölümün Başına Dön

7.2 Çalışmanın Kapsamı

İzmir Deprem Master Planı projesi çerçevesinde, 50 yıllık süre içinde aşılma olasılığı %10 olan deprem sonucunda binalarda meydana gelecek yapısal hasarın ve bunlara bağlı kayıpların tahmin edilmesi için yapılan çalışmalar ve uygulanan yöntemler aşağıdaki paragraflarda özetlenmiştir.

(a) İzmir Büyükşehir Belediyesi sınırları içindeki tüm binaları içine alacak biçimde, geniş kapsamlı bir “Bina Envanteri Çalışması” yapılmıştır. Bu çalışma sonucunda, yapısal özelliklerine, yapım tarihine, proje ve inşaat kalitesine, kullanım özelliklerine göre sınıflandırılan binaların İzmir’deki dağılımları saptanmıştır. Bu kapsamda Türkiye’de ilk kez yapılan bu çalışmanın ayrıntıları aşağıda 7.3’te verilmiştir.

(b) Olası bir depremde oluşabilecek bina hasarının tahmini için, çoğu amprik olmak üzere, çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu çalışmada ise, A.B.D.’de geçtiğimiz yıllarda gerçekleştirilmiş bulunan HAZUS projesi (NIBS, 1997) çerçevesinde modern yöntemler kullanılarak geliştirilen ve aşağıda 7.4’te açıklanan “hasar tahmin metodolojisi” esas alınmıştır. Bu metodoloji kapsamında, bina taşıyıcı sistemlerinin doğrusal-dışı (non-lineer) muhtemel davranışları esas alınarak, her bina sınıfı için birer “Kapasite Spektrumu” tanımlanmakta, daha sonra binanın bulunduğu yer için tanımlanan ivme spektrumundan elde edilen “Deprem Talep Spektrumu”ndan yararlanılarak, binanın taşıma kapasitesine karşı gelen spektral yerdeğiştirme değeri saptanmaktadır. Bu modern yaklaşım “Yerdeğiştirme esaslı tasarım” çerçevesinde 1990’lı yıllarda geliştirilen “Kapasite Spektrumu Yöntemi”ni (ATC, 1996) esas almaktadır. Bu konu, aşağıda 7.4.1’de ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

(c) Yukarıdaki (a) aşamasında tanımlanan her bir bina sınıfı için yapısal deprem hasarlarını sınıflandırmak üzere “Bina Yapısal Hasar Düzeyleri” belirlenmiş ve her bir düzeydeki hasarın tanımı sözel olarak yapılmıştır. Daha sonra her bir bina sınıfı ve her bir hasar düzeyi için “Bina Hasarı Olasılık Eğrileri” (Building Fragility Curves), çizilmiştir. Daha önceki yöntemlerden farklı olarak bu eğriler, spektral yerdeğiştirmelerin fonksiyonu olarak elde edilmiştir. Konunun ayrıntıları, aşağıda 7.4.2’de açıklanmıştır.

(d) Deprem etkisi altında, binanın yerdeğiştirme kapasitesini ifade etmek üzere yukarıdaki (b) paragrafında elde edilen spektral yerdeğiştirme değerleri ile, (c) paragrafında elde edilmiş bulunan “Bina Hasarı Olasılık Eğrileri”ne girilmiş ve bu eğrilerden, İzmir’deki tüm binalarda 50 yıllık süre içinde aşılma olasılığı %10 olan depremde meydana gelebilecek yapısal bina hasarı tahmin edilmiştir. Çalışmanın bu kısmı, yukarıdaki paragraflarda özetlenen tüm işlemleri yapmak üzere hazırlanan bilgisayar programı ile birlikte, aşağıdaki 7.5’te açıklanmıştır.

7. Bölümün Başına Dön

7.3 İzmir Kenti Bina Envanteri Çalışması

İzmir Kenti Bina Envanteri Çalışması, Büyükşehir Belediye sınırları içinde Şekil 7.3.1’deki haritada taralı olarak işaretlenen toplam 61 bölgede İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi’nin uzman mühendis üyelerinden oluşan ekipler tarafından gerçekleştirilmiştir. Taralı bölgeler için, İzmir Büyükşehir Belediyesi tarafından daha önce hazırlatılmış bulunan ortofoto haritaları mevcuttur. Bu haritalardaki (2180 m*2780 m) boyutlu bölgelerin her biri, Şekil 7.3.2’de gösterildiği üzere 5*5=25 eşit parçaya ayrılarak, (436 m*556 m) boyutunda olan “hücre-bölge”ler elde edilmiştir. Örnek olarak, İzmir Limanı’nı da kısmen içine alan Alsancak bölgesi ve bu bölgeden çıkarılan hücre-bölge Şekil 7.3.3’te gösterilmiştir.

Envanter çalışmasında sayımı yapılan her bir bina için Ek 7-A’da gösterilen çizelgenin bir satırının doldurulması gerekmektedir. Bina kullanım sınıflarına ilişkin açıklamalar Ek 7-B’de verilmiştir. Envanter sayımı yapılan binalar, öncelikle taşıyıcı sistemleri bakımından aşağıdaki şekilde sınıflandırılmış ve kodlandırılmıştır.

TABLO 7.3.1 – BİNA TAŞIYICI SİSTEM KODLARI

Bina taşıyıcı sistem kodu (I)

Bina taşıyıcı sistemi

ve kat sayısı

(I = 1)

BA1 – Betonarme bina : 1 - 2 katlı

(I = 2)

BA2 – Betonarme bina : 3 - 5 katlı

(I = 3)

BA3 – Betonarme bina : 6 ve daha fazla katlı

(I = 4)

YG1 – Yığma Bina : 1 - 2 katlı

(I = 5)

YG2 – Yığma Bina : 3 ve daha fazla katlı

(I = 6)

DGR – Diğer taşıyıcı sistemli binalar

 

Daha sonra, yukarıda belirtilen binalar proje ve/veya yapım tarihleri bakımından aşağıdaki tabloda belirtilen iki sınıfa ayrılmışlardır.

TABLO 7.3.2 – BİNA PROJE/YAPIM TARİHİ KODLARI

Bina tarihi kodu (J)

Bina proje/yapım

Tarihi

(J = 1)

1975 ve sonrası (75=+)

(J = 2)

1975 öncesi (75 -)

Nihayet binalar, inşaat kaliteleri bakımından, sayım çalışmasını yapan tecrübeli mühendislerin kanaatlerini yansıtmak üzere aşağıdaki kalite sınıflarına ayrılmışlardır.

TABLO 7.3.3 – BİNA KALİTE SINIFLARI KODLARI

Bina kalite kodu (K)

Ortalama bina

Kalitesi sınıfı

(K = 1)

İyi kalite

(K = 2)

Orta kalite

(K = 3)

Kötü kalite

Gerçekleştirilen envanter çalışması sonunda, İzmir Büyükşehir Belediye sınırları içinde 190419 adet betonarme bina, 23362 adet yığma kargir bina, 4043 adet diğer türde binalar olmak üzere toplam 217824 adet bina bulunduğu tesbit edilmiştir. Binaların dökümü, yukarıda tanımlanan kodlama sistemine göre, aşağıda verilmiştir.

TABLO 7.3.4 - İZMİR’DE SAYIMI YAPILAN BİNA SAYILARI

I J K

BİNA SAYISI

111

5894

112

30371

113

12076

121

2330

122

28912

123

11503

211

18771

212

38788

213

7933

221

3397

222

7897

223

5311

311

8689

312

5700

313

680

321

1239

322

577

323

351

411

71

412

1174

413

2703

421

372

422

9979

423

8811

511

-

512

11

513

-

521

4

522

155

523

82

DGR

4043

TOPLAM

217824

 

7. Bölümün Başına Dön

7.4 Yapısal Bina Hasarı Tahmin Metodolojisi

Bu bölümde, İzmir Deprem Master Planı kapsamında bina türü yapılarda oluşabilecek deprem hasarının tahmini için kullanılan metodolojinin ana çizgileri ve bu metodoloji çerçevesinde kullanılan veriler açıklanacaktır.

7.4.1 Kapasite Spektrumu Yöntemi

1990’lı yıllarda deprem mühendisliği araştırma ve pratiğinin en önemli konuları arasına giren “Yerdeğiştirme Esaslı Tasarım (Displacement Based Design)” çerçevesinde, yerdeğiştirme ve şekildeğiştirmelerin hesaplanması için geliştirilen doğrusal-dışı (non-lineer) statik analiz yöntemlerinden biri de “Kapasite Spektrumu Yöntemi”dir (ATC 1996, NIBS 1997). Bu yöntemin iki ana öğesi olan “Bina Kapasite Spektrumu” ile “Deprem Talep Spektrumu”na ilişkin bilgiler aşağıda 7.4.1.1 ve 7.4.1.2’de sunulmuştur.

7. Bölümün Başına Dön

7.4.1.1 Bina Kapasite Spektrumu

Deprem mühendisliğinde “kapasite spektrumu” kavramı göreceli olarak yeni bir kavramdır. Bina kapasite spektrumu; doğrusal-dışı (non-lineer) bina davranışı gözönünde tutularak, düşey eksende binaya etkiyen toplam eşdeğer deprem yükü, yatay eksende ise binanın karakteristik bir yerdeğiştirmesi (örneğin tepe yer- değiştirmesi) alınarak çizilen “bina yatay yük taşıma kapasitesi eğrisi”nin, yatay eksende “spektral yerdeğiştirme”, düşey eksende ise “spektral ivme” olacak biçimde dönüştürülmesi ile elde edilen bir eğri olarak tanımlanmaktadır.

Şekil 7.4.1. Bina Yatay Yük Taşıma kapasitesi Eğrisi

Yukarıda belirtildiği üzere, bina kapasite spektrumunun temelini oluşturan “bina yatay yük taşıma kapasitesi eğrisi”, deprem mühendisliği literatüründe “İttirme Analizi (Pushover Analysis)” adı verilen ve monotonik olarak arttırılan statik eşdeğer deprem yükleri altında bina taşıyıcı sistemi için yapılan doğrusal-dışı (non-lineer) analiz sonucunda elde edilen yerdeğiştirmeleri deprem yüklerinin fonksiyonu olarak gösteren eğri olarak tanımlanmaktadır (Şekil 7.4.1).

Bu çalışma kapsamında sayılarak sınıflandırılan her bir bina türü için yatay yük taşıma kapasitesi standardize edilerek aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır:

(V/W)ijk = Cij * g ik * l ik                                                                                                         (7.1)

Burada V binaya etkiyen toplam deprem yükünü (taban kesme kuvveti), W binanın toplam ağırlığını, Cij binanın yapıldığı tarihte geçerli olduğu varsayılan yatay dayanım katsayısının takribi değerini (gözönüne alınan katsayının yönetmeliklerde tanımlanan deprem katsayısı ile doğrudan bir ilişkisi yoktur), g ik ve l ik ise binanın proje/yapım kalitesine göre öngörülen “dayanım fazlalığı (overstrength) katsayıları” nın takribi değerlerini göstermektedir. Bunlardan g ik katsayısı akma dayanımının (ilk akma) tasarım dayanımına, l ik katsayısı ise nihai (ultimate) dayanımın akma dayanımına oranı olarak tanımlanmaktadırlar. Görüldüğü üzere binaların yatay yük taşıma kapasiteleri, herhangi bir analiz yapılmaksızın, belirli dayanım parametrelerinin takribi değerlerine ve kısmen mühendisçe değerlendirmelere göre belirlenmektedir. Bu çalışmada, daha önce A.B.D’de yapılmış ve bulunan HAZUS projesinde (NIBS 1997) kullanılan değerlerden yararlanılmış, ancak bunlar yerel koşullar dikkate alınarak değerlendirilmiştir.

Bina yatay yük taşıma kapasitesi eğrisi, (7.1) bağıntısı ile veilen yatay yük taşıma kapasitesi düşey eksende, binanın tepe yerdeğiştirmesi utepe yatay eksende olmak üzere çizilen eğridir. Bina Kapasite Spektrumu ise, bina yatay yük taşıma kapasitesi eğrisi eksenlerinin aşağıdaki şekilde dönüştürülmesi ile elde edilir.

(Sa,ijk)max = (V/W)ijk * 981 / a 1,i                                                                                           (7.2)

Sd,ijk = a 2,i * utepe,ijk                                                                                                             (7.3)

Burada Sa,ijk ve Sd,ijk ilgili bina için spektral ivme ve spektral yerdeğiştirme fonksiyonlarını göstermektedir. (7.2) bağıntısındaki a 1 katsayısı, bina taşıyıcı sisteminin birinci doğal titreşim moduna karşı gelen “etkin kütle” Mx1’in bina toplam kütlesi (å mn)’e oranını göstermektedir.

a 1 = Mx1 / å mn                                                                                                                       (7.4)

(7.3) bağıntısındaki a 2 katsayısı ise, aşağıdaki şekilde tanımlanır.

a 2 = 1 / (F tepe,1 * L1)                                                                                                            (7.5)

Burada F tepe,1 birinci doğal titreşim modunun binanın tepe noktasındaki genliği, L1 ise aynı moda ait “katkı çarpanı”dır. Şekil 7.4.2’de verilen kapasite spektrumu, yaklaşık olarak ideal elasto-plastik davranış formunda çizilmiştir.

Şekil 7.4.2. İdealleştirilmiş Kapasite Spektrumu

Yukarıda tanımlanan Sa,ijk ve Sd,ijk arasında aşağıdaki bağıntının mevcut olduğu bilinmektedir.

Sd,ijk = Sa,ijk * Ti2 / (4p 2)                                                                                                       (7.6)

Burada Ti binanın birinci doğal titreşim periyodunu göstermektedir. Bu periyod, eşdeğer akma noktasına kadar olan bölgede, binanın doğrusal elastik (lineer) periyoduna karşı gelmekte, bunun ötesinde plastik yerdeğiştirmelerin artması ile uzamaktadır.

Yukarıda I = 1,2,3,4,5 ile kodlanan betonarme ve yığma binalara ait kapasite spektrumu parametreleri Tablo 7.4.1’de özetlenmiştir.

TABLO 7.4.1 – BİNA KAPASİTE SPEKTRUMU PARAMETRELERİ

I

Hi

Ti

a 1,i

a 2,i

Ci1

Ci2

g i1

g i2

g i3

l i1

l i2

l i3

1

4.5

.30

.80

.75

.08

.06

1.50

1.40

1.30

3.0

2.8

2.6

2

11.2

.50

.80

.75

.08

.06

1.25

1.20

1.15

3.0

2.8

2.6

3

22.8

.90

.75

.65

.08

.06

1.10

1.05

1.00

3.0

2.8

2.6

4

4.5

.20

.75

.75

.10

.08

1.50

1.40

1.30

2.5

2.3

2.1

5

9.0

.30

.75

.75

.10

.08

1.25

1.20

1.15

2.5

2.3

2.1

7. Bölümün Başına Dön

7.4.1.2 Deprem Talep Spektrumu

Her bir bina için depremin “Talep Spektrumu”, binanın yapıldığı yer için tanımlanan ve “spektral yerdeğiştirme-spektral ivme” eksen takımında ifade edilen elastik ivme spektrumunun, bina taşıyıcı sisteminin doğrusal-dışı davranışı gözönüne alınarak yaklaşık biçimde azaltılması ile elde edilen ve yine aynı eksen takımında çizilen spektrum eğrisidir.

Deprem Talep Spektrumunun bazını oluşturan elastik ivme spektrumu, sabit spektral ivme bölgesini tanımlayan “kısa periyod spektral ivmesi” SS ile spektrumun azalan bölgesini tanımlayan “1 saniye spektral ivmesi” S1 aracılığı ile belirlenmektedir. Her iki parametre, yerel zemin koşullarının etkisini de içermektedir. Azalma bölgesinde elastik ivme spektrumu aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır:

Sa = S1 / T                                                                                                                                   (7.7)

Bu şekilde tanımlanan elastik ivme spektrumu Şekil 7.4.3’te görülmektedir.

Şekil 7.4.3 Elastik İvme Spektrumu

Şekil 7.4.4’te ise herhangi bir bina için kapasite, elastik ivme ve talep spektrumları bir arada görülmektedir. Burada elastik ivme spektrumu Sa - Sd eksen takımına göre dönüştürülmüş olarak çizilmiştir. Bu dönüşüm, spektral ivme ile spektral yerdeğiştirme arasındaki Denk.(7.6) bağıntısına göre yapılmıştır.

Kapasite spektrumu ile ifade edilen bina davranışı doğrusal-dışı olduğundan ve tüketilen enerji veya sistemin süneklik düzeyi, kapasite ve talep spektrumlarının kesim noktasına karşı gelen yerdeğiştirme seviyesi ile ilgili olduğundan, elastik ivme spektrumunun azaltılması işlemi iteratif olarak deneme-yanılma yöntemi ile gerçekleştirilmektedir. Azaltma işleminde, sistemin doğrusal dışı davranışı fiktif bir sönüm oranı artışı olarak gözönüne alınmakta ve eşdeğer fiktif sönüm oranı, Şekil 7.4.4’deki taralı alanın bir fonksiyonu olarak elde edilmektedir.

Şekil 7.4.4. Kapasite ve Talep Spektrumları

Spektrum azaltma katsayıları RA ve RV, eşdeğer sönüm oranlarına göre amprik olarak hesaplanan katsayılardır.

RA = 2.12 / [3.21 - 0.68*ln (b e)]                                                                                                (7.8)

RV = 1.65 / [2.31 - 0.41*ln (b e)]                                                                                                (7.9)

Bu azaltma katsayılardan birincisi, RA, elastik spektrumun sabit kısmına, ikinci katsayı RV ise spektrumun Denk.(7.7)’ye göre azalan kısmına uygulanmaktadır. Yukarıdaki ifadelerde yer alan eşdeğer sönüm oranı b e , aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır:

b e = b el + k [A / (2p Sap Sdp)]                                                                                               (7.10)

Burada A, şekildeki taralı alanı, Sap ve Sdp ise kapasite ve talep spektrumlarının kesim noktası olan ve “performans noktası” olarak adlandırılan noktanın koordinatlarını göstermektedir (Şekil 7.4.4). Yukarıdaki ifadede ayrıca b el elastik davranışa gelen sönüm oranını (bu çalışmada 0.05 alınmıştır), k ise (k £ 1) histeresiz çevriminin alanı/şekli ile ilgili bir katsayıyı göstermektedir. k katsayısı için öngörülen değerler, bina taşıyıcı sistemi, yapım tarihi ve bina kalitesi sınıflarına ait kombinasyonların tümü için Tablo 7.4.2’de verilmiştir.

TABLO 7.4.2 – HİSTERESİZ ÇEVRİMİ ALAN/ŞEKİL KATSAYILARI

I

k i11

k i12

k i13

k i21

k i22

k i23

1

.80

.70

.60

.70

.60

.50

2

.80

.70

.60

.70

.60

.50

3

.80

.70

.60

.70

.60

.50

4

.50

.45

.40

.40

.35

.30

5

.50

.45

.40

.40

.35

.30

 

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

7.4.2 Bina Hasar Düzeyleri ve Bina Hasarı Olasılık Eğrileri

İzmir Büüyükşehir sınırları içinde 50 yıllık süre içinde aşılma olasılığı %10 olan depremde meydana gelecek bina hasarının derecelendirmesinin yapılabilmesi için öncelikle betonarme ve yığma binalarda “yapısal hasar düzeyleri” nitel olarak tanımlanmış, daha sonra bu düzeylere karşı gelen sayısal hasar parametreleri belirlenmiştir.

7.4.2.1 Betonarme Binalarda Yapısal Hasar Düzeyleri

Betonarme binalar için öngörülen yapısal hasar düzeylerinin kısa tanımları aşağıda özetlenmiştir.

Yapısal hafif hasar: Bazı kolonlarda ve bazı kirişlerde, birleşim bölgesine yakın yerlerde ve birleşim bölgesinin içinde, kılcal eğilme ve kayma çatlakları, perdelerde kılcal kayma çatlakları oluşur.

Yapısal orta hasar: Kolon ve kirişlerin büyük çoğunluğunda kılcal çatlaklar oluşur. Sünek çerçevelerde bazı elemanlar akma kapasitelerine erişir, bunu sonucu olarak daha geniş çatlaklar (takriben 2 mm) oluşur ve bazı durumlarda beton paspayları dökülebilir. Sünek olmayan çerçeve elemanlarında ve perdelerde kılcal çatlaktan daha geniş diyagonal kayma çatlakları oluşur.

Yapısal ağır hasar: Sünek çerçeve elemanlarının büyük çoğunluğu akma kapasitelerine erişir, geniş çatlaklar (takriben 3 mm veya daha geniş) oluşur, beton paspayları dökülür, bazı durumlarda boyuna donatı çubukları burkulur. Sünek olmayan çerçeve elemanlarında ve perdelerde geniş diyagonal kayma çatlakları oluşur; boyuna donatıların burkulması veya betondan sıyrılması ve enine donatıların (etriyeler) kopması sonucunda yer yer kısmı göçmeler meydana gelir.

Yapısal çok ağır hasar: Aşırı deformasyon sonucu olarak yapı göçer veya göçmeye çok yakın bir duruma gelir.

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

7.4.2.2 Yığma Binalarda Yapısal Hasar Düzeyleri

Yığma binalar için öngörülen yapısal hasar düzeylerinin kısa tanımları aşağıda özetlenmiştir.

Yapısal hafif hasar: Taşıyıcı duvarların yüzeylerinde köşegen doğrultuda, basamak tarzında ince çatlakların oluşur, kapı ve pencere boşluklarının arasında daha geniş çatlaklar meydana gelir, lentolarda oynamalar görülür, parapetlerin tabanında çatlamalar oluşur.

Yapısal orta hasar: Taşıyıcı duvarların çoğunun yüzeylerinde köşegen doğrultuda çatlaklar oluşur, bazı duvarlarda daha geniş köşegen doğrultulu çatlaklar görülür, bazı yerlerde duvarlar döşemelerden veya çatılardan ayrılır, pencere altı parapetlerinde ciddi çatlaklar ve tuğla (briket) düşmeleri meydana gelir.

Yapısal ağır hasar: Taşıyıcı duvarların çoğunda, özellikle pencere, kapı boşluklarının göreli olarak fazla olduğu duvarlarda çok geniş çatlaklar ve yarılmalar görülür, Bazı parapetlerde ve kalkan duvarlarında tuğla (briket) düşmeleri meydana gelir. Döşeme ve çatılar yerlerinden oynar. Yapıda büyük kalıcı yerdeğiştirmeler görülür.

Yapısal çok ağır hasar: Aşırı deformasyon sonucu olarak yapı göçer veya göçmeye çok yakın bir duruma gelir.

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

7.4.2.3 Bina Hasarı Olasılık Eğrileri

“Bina Hasarı Olasılık Eğrileri” (İngilizce terminolojideki adı ile “Building Fragility Curves”), binanın depremde tahmin edilen davranışını nitel olarak ifade eden bir “deprem davranış parametresi”ne bağlı olarak, yapısal veya yapısal olmayan hasarların belirli hasar düzeylerine (hafif, orta, ağır, çok ağır) erişmesinin veya o düzeyleri aşmasının birikimli (kümülatif) olasılığını ifade eden analitik fonksiyonlardır.

Bina Hasarı Olasılık Eğrileri’nin yatay eksenindeki değişken olan “deprem davranış parametresi”, yakın zamana değin genellikle “deprem şiddeti (Intensity:I)” veya “enbüyük etkin yer ivmesi (effective peak ground acceleration)” olarak alınagelmiştir (ATC 1985). Ancak deprem kayıplarının tahminine yönelik olarak son yıllarda yapılan ve bu çalışmada da esas alınan çalışmalarda (NIBS 1997, Kircher ve diğ. 1997) “deprem davranış parametresi”, binanın depremde maruz kalacağı tahmin edilen “spektral yerdeğiştirme” veya “spektral ivme” olarak tanımlanmaktadır. Bu bağlamda bu çalışmada bina hasarının tahmini için elde edilecek eğrilerde yatay eksen spektral yerdeğiştirmeyi, düşey eksen ise yapısal hasarın yukarıda tanımlanan hasar düzeylerine erişmesinin veya onları aşmasının birikimli olasılığını göstermektedir. Depremde hasar olasılık dağılımının lognormal dağılıma uyduğu varsayımı ile her bir hasar olasılık eğrisinin analitik ifadesi aşağıdaki biçimde yazılabilir (NIBS 1997, Kircher ve diğ. 1997) :

P [ D ³ ds Sd] = F [ (1 / b ds) ln (Sd / Sd,ds)]                                                                         (7.11)

Burada D sembolik olarak hasarı, Sd spektral yerdeğiştirmeyi, Sd,ds bina hasarının ilgili hasar düzeyine - ds (hafif, orta, ağır veya çok ağır) eriştiği duruma karşı gelen median spektral yerdeğiştirme değerini, b ds ilgili hasar düzeyi için spektral yer değiştirme değerlerinin doğal logaritmalarına ait standart sapmayı, F ise birikimli (kümülatif) standart normal dağılım fonksiyonunu göstermektedir. Her bir hasar düzeyine karşı gelen median spektral yerdeğiştirme değerleri, Sd,ds , her bir bina türü için tahmin edilen göreli kat ötelemesi oranlarına (story drift ratio) bağlı olarak tahmin edilmektedir. Standart sapma b ds ise, ilgili hasar düzeyinin tanımında, binanın deprem yükü taşıma kapasitesinde ve nihayet deprem yer hareketinin belirlenmesindeki belirsizlikleri, diğer deyişle bunlarda mevcut olan değişkenlikleri (variance) ifade etmek üzere amprik yollarla tahmin edilmektedir.

Yukarıda belirtildiği üzere, her bir bina türü için, her bir hasar düzeyine karşı gelen median göreli kat ötelemesi oranları tahmin edildikten sonra, binanın hakim titreşim modu için median spektral yerdeğiştirme değerleri, Sd,ds , aşağıdaki şekilde elde edilir.

Sd,ds,ij = a 2,i Da,ij Hi                                                                                                              (7.12)

Burada Da ilgili hasar düzeyi için tahmin edilen bina median göreli kat ötelemesi oranını, H binanın toplam yüksekliğini, a 2 ise yukarıda Denk.(7.5) ile tanımlanan ve modal parametreyi göstermektedir. H ve a 2’nin gözönüne alınan değerleri Tablo 7.4.1’de verilmiştir. Tanımlanan hasar düzeylerine göre göreli kat ötelemelerinin ve spektral yerdeğiştirmelerin Denk.(7.12) ile belirlenen median değerleri aşağıda Tablo 7.4.3 ve Tablo 7.4.4’te verilmiştir. s, m, e, c üst indisleri, sırası ile hafif, orta, ağır ve çok ağır bina hasarlarını ifade etmektedir.

TABLO 7.4.3 – GÖRELİ KAT ÖTELEMELERİ VE SPEKTRAL YERDEĞİŞTİRMELERİN [cm] MEDİAN DEĞERLERİ (J = 1)

I

Da,i1s

Sd,ds,i1s

Da,i1m

Sd,ds,i1m

Da,i1e

Sd,ds,i1e

Da,i1c

Sd,ds,i1c

1

.0050

1.6875

.0090

3.0375

.0250

8.4375

.0600

20.250

2

.0033

2.7720

.0060

5.0400

.0150

12.600

.0350

29.400

3

.0025

3.7050

.0045

6.6690

.0125

18.525

.0300

44.460

4

.0030

1.0125

.0060

2.0250

.0150

5.0625

.0350

11.8125

5

.0020

1.3500

.0040

2.7000

.0100

6.7500

.0233

15.7275

TABLO 7.4.4 – GÖRELİ KAT ÖTELEMELERİ VE SPEKTRAL YERDEĞİŞTİRMELERİN [cm] MEDİAN DEĞERLERİ (J = 2)

I

Da,i2s

Sd,ds,i2s

Da,i2m

Sd,ds,i2m

Da,i2e

Sd,ds,i2e

Da,i2c

Sd,ds,i2c

1

.0050

1.6875

.0080

2.7000

.0200

6.7500

.0500

16.875

2

.0033

2.7720

.0050

4.2000

.0120

10.080

.0300

25.200

3

.0025

3.7050

.0040

5.9280

.0100

14.820

.0250

37.050

4

.0024

0.8100

.0048

1.6200

.0120

4.0500

.0280

9.4500

5

.0016

1.0800

.0032

2.1600

.0080

5.4000

0.187

12.6225

Öte yandan ilgili hasar düzeyi için spektral yerdeğiştirmelerin doğal logaritmalarına ait standart sapmayı ifade eden b ds değerleri Tablo 7.4.5 ve Tablo 7.4.6’da verilmiştir.

TABLO 7.4.5 – STANDART SAPMA DEĞERLERİ (J = 1)

I

b ds,i1s

b ds,i1m

b ds,i1e

b ds,i1c

1

.90

.90

.90

.90

2

.70

.70

.70

.90

3

.65

.65

.75

.90

4

1.00

1.05

1.10

1.10

5

.90

.90

.85

.90

 

TABLO 7.4.6 – STANDART SAPMA DEĞERLERİ (J = 2)

I

b ds,i2s

b ds,i2m

b ds,i2e

b ds,i2c

1

.95

.90

.85

.95

2

.70

.75

.85

1.00

3

.70

.80

.90

1.00

4

1.15

1.20

1.20

1.20

5

1.00

1.00

.90

.90

 

Yukarıda tanımlanan verilere göre Denk.(7.11)’den hesaplanarak çizilen hasar olasılık eğrileri Şekil 7.4.5, Şekil 7.4.6, Şekil 7.4.7, Şekil 7.4.8, Şekil 7.4.9, Şekil 7.4.10, Şekil 7.4.11, Şekil 7.4.12’de verilmiştir. Bu eğrilerde yatay eksen spektral yerdeğiştirmeyi [cm], düşey eksen ise yapısal hasarın yukarıda tanımlanan hasar düzeylerine erişmesinin veya onları aşmasının birikimli (kümülatif) olasılığını göstermektedir.

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

7.5 Hasar Tahmin Analizi ve Sonuçlar

İzmir Deprem Master Planı çerçevesinde bina hasarlarının belirlenebilmesi için, yukarıda tanımlanan hasar tahmin metodolojisini esas alan özel amaçlı bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Programın Envanter Dosyası, Ek 7-A’daki Envanter Formu’nda yer alan bilgileri içermektedir. Bu dosyada, (436 m*556 m) boyutundaki “hücre-bölge”lerin herbirinde sayılan binalar yukarıda 7.3’de açıklanan sisteme göre kodlandırılmışlardır. Programın Spektrum Dosyasında ise aynı “hücre-bölge”lerin herbirinde, yerel zemin koşullarının etkisi de gözönüne alınarak, probabilistik yöntemle elde edilen spektral ivme parametreleri, yani “kısa periyod spektral ivmesi” SS ile “1 saniye spektral ivmesi” S1 değerleri yer almaktadır. Programda yer alan diğer dosyalarda, yukarıda 7.4.1’de verilen Kapasite ve Talep Spektrumları ile 7.4.2’de verilen Hasar Olasılık Eğrilerine ilişkin parametreler bulunmaktadır.

Programın analiz bölümünde, toplam sayısı 30 olan bina “taşıyıcı sistem / tarih / kalite” kombinasyonlarının her bir “hücre-bölge”de mevcut olanlarının her biri için, kapasite ve talep spektrumlarının kesişme noktası olan “performans noktası”ndaki spektral yerdeğiştirme değerleri, yukarıda 7.4.1.2’de açıklandığı üzere iteratif bir yöntemle elde edilmektedir. Daha sonra bu spektral yerdeğiştirme değerlerine göre, yukarıda tanımlanan her bir hasar düzeyi için Denk.(7.11)’den, yapısal hasarın ilgili hasar düzeyine erişmesinin veya onları aşmasının birikimli (kümülatif) olasılığı hesaplanmaktadır. Nihayet birikimli olasılıkların farkları alınarak “ayrık hasar olasılığı” değerleri yüzde olarak elde edilmektedir. Bu anlamda;

 

Ayrık çok ağır hasar olasılığı = Birikimli çok ağır hasar olasılığı

Ayrık ağır hasar olasılığı = Birikimli (ağır hasar – çok ağır hasar) olasılığı

Ayrık orta hasar olasılığı = Birikimli (orta hasar – ağır hasar) olasılığı

Ayrık hafif hasar olasılığı = Birikimli (hafif hasar – orta hasar) olasılığı

Hasarsızlık olasılığı = 1 – Birikimli hafif hasar olasılığı

Hesabın son aşamasında, her bir tür bina için elde edilen ayrık hasar olasılıkları, inceleme konusu “hücre-bölge”deki bina sayıları ile çarpılarak ilgili düzeyde hasara maruz kalacak bina sayıları tahmin edilmektedir.

Toptan göçmeye maruz kalacak binaların sayıları, çok ağır hasarlı bina sayılarının belirli oranları olarak kabul edilmiştir. Bu oranlar, BA1 türü binalar için %20, BA2 türü binalar için %15, BA3 türü binalar için %10 ve yığma binalar için %25 olarak alınmıştır.

Her bir hücre-bölge için elde edilen sonuçlar, daha sonra bunların oluşturduğu bölgeler için toplanmıştır. Bölge bazında elde edilen sayısal sonuçlar, Şekil 7.5.1 ile Şekil 7.5.36 arasında grafik olarak sunulmaktadır. Grafiklerin sayısını azaltmak amacı ile, hasar düzeyleri aşağıdaki şekilde birleştirilerek sunulmuştur:

Hasarsız + Az Hasarlı

Orta Hasarlı

Ağır Hasarlı + Yıkık

Üçüncü gruba giren hasar düzeyi, “ağır hasar” ve “çok ağır hasar” düzeylerinin birleştirilmesi ile oluşturulmuştur.

Yapısal hasara ilişkin direkt ekonomik kayıpların tahmin edilebilmesi için öncelikle yapı tiplerine ait ortalama inşaat alanları, daha sonra da muhtelif hasar düzeyleri için birim inşaat alana düşen ekonomik kayıplara ilişkin kabuller yapılmıştır. Buna göre, BA1 türü binaların inşaat alanı 150 m2, BA2 türü binaların inşaat alanı 1000 m2, BA3 türü binaların inşaat alanı 3000 m2, YG1 türü binaların inşaat alanı 100 m2, YG2 türü binaların inşaat alanı 150 m2 olarak kabul edilmiştir. Öte yandan çok ağır veya ağır hasar gören binalar için beher m2’ye düşen ekonomik kayıplar BA1 türü binalarda 150 US$, BA2 türü binalarda 200 US$, BA3 türü binalarda 250 US$, yığma binalarda ise 100 US$ olarak öngörülmüştür. Diğer hasar düzeylerine ilişkin kayıplar ise, yukarıda verilen değerlere oranla, hafif hasar için %10 ve orta hasar için %30 olarak tahmin edilmiştir. Bu değerler esas alınarak her bir bina türü ve her bir hasar düzeyi için birim ekonomik kayıp miktarları aşağıdaki Tablo 7.5.1’de özetlenmiştir.

 

TABLO 7.5.1 – BİNA TÜRLERİ VE HASAR DÜZEYLERİ İÇİN BİRİM

EKONOMİK KAYIPLAR (US$)

 

BİNA

TÜRÜ

HASAR DÜZEYİ

HAFİF

HASAR

ORTA

HASAR

AĞIR VE ÇOK AĞIR HASAR

BA1

2250

6750

22500

BA2

20000

60000

200000

BA3

75000

225000

750000

YG1

1000

3000

10000

YG2

1500

4500

15000

 

 

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

KAYNAKLAR

ATC – Applied Technology Council, 1985. Earthquake Damage Evaluation Data for California, ATC-13, California.

ATC – Applied Technology Council, 1996. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, ATC-40, California.

National Institute of Building Sciences (NIBS), 1997. Earthquake Loss Estimation Methodology, HAZUS97: Technical Manual, Washington D.C.

Kircher, C.A., A.A.Nassar, Onder Kustu and W.T.Holmes, 1997. Development of Building Damage Functions for Earthquake Loss Estimation, Earthquake Spectra, Vol.13, No.4., Earthquake Engineering Reseach Institute (EERI), Oakland, California.

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

 

ŞEKİLLERİN LİSTESİ

Şekil 7.3.1 Bina Envanter Çalışması Yapılan Bölgeler.

Şekil 7.3.2 Bina Envanter Çalışmasına Esas Hücre Bölgeler.

Şekil 7.3.3 Alsancak Bölgesi ve bu bölgeden çıkartılmış hücre bölge.

Şekil 7.4.1 Bina Yatay Yük Taşıma Kapasitesi Eğrisi.

Şekil 7.4.2 İdealleştirilmiş Kapasite Spektrumu.

Şekil 7.4.3 Elastik ivme spektrumu.

Şekil 7.4.4 Kapasite ve Talep Spektrumları.

Şekil 7.4.5 1-2 Katlı Betonarme Binalar (1975 ve Sonrası) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.6 1-2 Katlı Betonarme Binalar (1975 Öncesi) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.7 3-5 Katlı Betonarme Binalar (1975 ve Sonrası) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.8 3-5 Katlı Betonarme Binalar (1975 Öncesi) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.9 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Binalar (1975 ve Sonrası) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.10 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Binalar (1975 Öncesi) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.11 1-2 Katlı Yığma Binalar (1975 ve Sonrası) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.4.12 1-2 Katlı Yığma Binalar (1975 Öncesi) için Hasar Olasılık Eğrileri.

Şekil 7.5.1 1-2 Katlı Betonarme Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.2 1-2 Katlı Betonarme Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.3 1-2 Katlı Betonarme Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.4 1-2 Katlı Betonarme Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.5 3-5 Katlı Betonarme Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.6 3-5 Katlı Betonarme Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.7 3-5 Katlı Betonarme Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.8 3-5 Katlı Betonarme Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.9 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.10 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.11 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.12 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.13 1975 Öncesi Betonarme Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.14 1975 Öncesi Betonarme Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.15 1975 Öncesi Betonarme Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.16 1975 Öncesi Betonarme Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.17 1975 Sonrası Betonarme Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.18 1975 Sonrası Betonarme Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.19 1975 Sonrası Betonarme Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.20 1975 Sonrası Betonarme Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.21 Tüm Betonarme Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.22 Tüm Betonarme Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.23 Tüm Betonarme Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.24 Tüm Betonarme Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.25 Tüm Yığma Binaların Toplam Sayısı.

Şekil 7.5.26 Tüm Yığma Hasarsız+Az Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.27 Tüm Yığma Orta Hasarlı Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.28 Tüm Yığma Ağır Hasarlı+Yıkık Binaların Sayısı.

Şekil 7.5.29 Taşıyıcı Sistemine Göre Bina Sınıflandırması.

Şekil 7.5.30 1-2 Katlı Betonarme Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

Şekil 7.5.31 3-5 Katlı Betonarme Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

Şekil 7.5.32 6 ve Daha Fazla Katlı Betonarme Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

Şekil 7.5.33 Tüm Betonarme Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

Şekil 7.5.34 1975 Öncesi Betonarme Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

Şekil 7.5.35 1975 Sonrası Betonarme Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

Şekil 7.5.36 Yığma Binalar için Sayısal Bina Hasarları.

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön

 

TABLOLARIN LİSTESİ

Tablo 7.3.1 Bina Taşıyıcı Sistem Kodları.

Tablo 7.3.2 Bina Proje/Yapım Kodları.

Tablo 7.3.3 Bina Kalite Sınıfları Kodları.

Tablo 7.3.4 İzmir’de Sayımı Yapılan Bina Sayıları.

Tablo 7.4.1 Bina Kapasite Spektrumu Parametreleri.

Tablo 7.4.2 Histeresiz Çevirimi Alan/Şekil Katsayıları.

Tablo 7.4.3 Göreli Kat Ötelemeleri ve Spektral Yerdeğiştirmelerin (cm) Median Değerleri (J=1).

Tablo 7.4.4 Göreli Kat Ötelemeleri ve Spektral Yerdeğiştirmelerin (cm) Median Değerleri (J=2).

Tablo 7.4.5 Standart Sapma Değerleri (J=1).

Tablo 7.4.6 Standart Sapma Değerleri (J=2).

Tablo 7.5.1 Bina Türleri ve Hasar Düzeyleri için Birim Ekonomik Kayıplar (US$).

7. Bölümün Başına Dön

İzmir Deprem Senaryosu Ana Sayfasına Geri Dön