1998 Adana-Ceyhan depreminde hasar gören betonarme yapıların sismik endeks yöntemine göre incelenmesi

Abstract

Önceden bir uyan olmadan meydana gelmesi yönünden deprem, doğal afetler arasında kendine has bir özelliğe sahiptir. Deprem meydana gelmeden önce bazı ön işaretler görülebilirse de günümüzde depremin önceden tahmin edilmesi konusunda güvenilir sonuçlar henüz mevcut değildir. Güvenilir bir uyan sisteminin henüz mevcut olmaması, yapılann depreme karşı düzenlenerek, depremin etkilerinden korunmanın sağlanması gereğini ortaya çıkarmıştır. Doğal afetlerin en önemlilerinden biri olan deprem, yerkabuğunun bir titreşimi olduğu için, yapılann mesnetlerinde zamana bağlı bir yerdeğiştirme hareketi doğurarak dinamik bir etki oluşturur. Dinamik bir etki olan deprem, yapılarda hasar oluşmasına yol açmakta ve buna bağlı olarak da can kayıplarına sebep olmaktadır. Depreme dayanıklı yapı tasanmmın önemli iki adımından biri, yapının iyi düzenlenmesi ve yeterli kalitede olması, diğeri ise, bu yapıda depremin oluşturması beklenen kesit zorlarının yeterli yaklaşıklıkla belirlenerek karşılanmasıdır. Deprem etkisi, yapılan alışılmış yüklerin üzerinde zorlayarak, yapmm tasanmmda ve uygulanmasında yapılmış hatalan ortaya çıkanr. Deprem mühendisliğinin en önemli görevi bu etkinin belirlenerek sebep olabileceği kayıpların önlenmesine çalışmaktır. Depremlerin sebep olacağı can ve mal kayıplarının önlenebilmesi amacıyla ülkemizdeki yapılann deprem güvenliklerinin sistemli bir çalışmayla gözden geçirilmesi gereklidir. Dünyanın, deprem kuşağı denen bölgeleri içinde bulunan ülkemizde, her gün aletlerin kaydettiği ve insanlar tarafından farkına vanlmayan çok sayıda yer hareketi meydana gelmektedir. Yer hareketini inceleyen Sismoloji Bilimi açısından bu kayıtlar önemli olmakla beraber, deprem mühendisliği bakmamdan, kuvvetli yer hareketi meydana getiren şiddetli depremler önem taşır. Ülkemizin tümünde deprem etkisinin varlığı kabul edilmiş ancak şiddetini göstermek üzere farklı deprem bölgeleri tarif edilmiştir. Bu durumda deprem mühendisliği konusunun, her inşaat mühendisinin mesleği ile ilgili bilgiler içine girdiği söylenebilir. Yeni yapılacak yapılarda olumlu bir deprem davranışı elde etmek amacıyla Deprem Yönetmeliklerinde belirtilen koşulların sağlanmasına önemle dikkat edilmelidir. Daha önce inşa edilmiş mevcut binalarda ise yeni gelişmeler ve düşüncelerle ortaya çıkan modern bir deprem yönetmeliği esaslannın ne derece sağlandığı kontrol edilmelidir. Bu çalışmada 1998 Adana - Ceyhan depreminde hasar gören betonarme yapılar Sismik Endeks yöntemine göre incelenmiştir. Bu tür mevcut binalann deprem davranışının belirlenmesinde "Standard For Evaluation of Seismic Capacity of Existing Reinforced Concrete Building" [2] de verilen deprem davranışı için indeksleme yöntemi kullanılmıştır. XI Sismik Endeks Yöntemi Alçak ve orta yükseklikteki betonarme binaların depreme karşı dayanıklılığının belirlenmesi amacıyla, uzun süreli çalışma ve araştırmalar sonucu Japonya'da geliştirilmiş olan Sismik Endeks Yöntemi "Standard for Evaluation of Seismic Capacity of Existing Reinforced Concrete Building (1990)" da verilen ilkeler doğrultusunda elde edilecek olan "Deprem Davranış İndeksi" ile yapının deprem davranışının belirlenmesi esasma dayanmaktadır. Yöntemin uygulanmasından önce binanın yaşı, boyuttan ve taşıyıcı sistemi doğru bir şekilde tesbit edilmelidir. Bu yöntem; taşıyıcı sistemi perdeli veya perdesiz çerçevelerden oluşan altı ve daha az katlı yapılara uygulanabilir. Taşıyıcı sistemi yıpranmış, 30 yıldan daha yaşlı, çeşitli bozulmalara maruz kalmış, yangın geçirmiş, malzeme kalitesi çok düşük, taşıyıcı sistemi belirsiz yapılara uygulanması uygun değildir. Binanın muhtemel bir depremdeki davranışının tesbitinde kullanılacak olan deprem davranış indeksinin, taşıyıcı olan ve olmayan elemanlar için üç ayrı inceleme seviyesinde elde edilmesi mümkündür. Birinci inceleme seviyesi hızlı bir ön inceleme hassaslığında olup ikinci ve üçüncü seviyelerde daha ayrıntılı inceleme ve hesaplar yapılmaktadır. Buna mukabil olarak da yüksek seviyelerde elde edilen sonuçlara olan güven artmaktadır. Binaların bu yöntem ile değerlendirilmesi, her bir kat için her iki yönde ve her bir çerçeve (varsa perde) ekseni doğrultusunda bazı nümerik sonuçların elde edilmesi şeklinde özetlenebilir. Her iki yönde her bir katın birinci, ikinci ve üçüncü derece değerlendirmeleri sonucunda bulunana rakamsal sonuçların elde edilmesi yanında mühendislik yargılaması "Engineering Judgement" ile hasar - ekonomi ilişkisi de göz önünde bulundurularak bazı kriterler geliştirilmektedir. Sismik Endeks Yönteminde Binanın Sismik Emniyeti Is, Yapının Sismik Endeksi ve İn, Taşıyıcı Olmayan Elemanların Sismik Endeksi ile ifade edilmektedir. Aşağıda hesap yöntemleri açıklanan endeksler yükseldikçe binanın sismik emniyeti yükselmektedir. Is, Yapının Sismik Endeksi Is = E0SDT (1) şeklinde tammlanmaktadır. Burada; Eo : Binanın yapısal davranışını, Sd : Binanın yapısal tasarımını, T : Binanın zamana bağlı olarak yıpranmasını, tanımlayan alt endekslerdir. Yapının Sismik Endeksinin hesabında önemli bir rol oynayan Eo alt endeksi, taşıma gücü ile ilgili hesaplanan C ve sünekliliği ifade eden F endekslerinin çarpılmasıyla hesaplanmaktadır. C ve F endeksleri yapmm çerçeve veya perde-çerçeve sistemi oluşuna, kısa kolon bulunmasına bağlı olarak değişik bağıntılarla hesaplanır. XII Bu yöntemde elemanların sünekliğinden hareketle dayanımları hesaplanarak deprem davranışını temsil etmek üzere bir endeks tanımlanır. Daha sonra bu endeks göz önüne alman inceleme seviyesindeki yapının deprem davranışının değerlendirilmesinde kullanılmak üzere tanımlanan bir Iso deprem davranışı karşılaştırma endeksi ile kıyaslanarak yapının muhtemel bir depremdeki davranışı tahmin edilmeye çalışılır. Is > Iso (2a) Is < Iso (2b) h > Iso durumu binanın muhtemel bir depremde olumlu bir deprem davranışı göstereceğine, toptan göçmeye karşı güvenli olduğuna Is < Iso durumu ise deprem davranışının yetersiz olduğuna ve daha ayrıntılı bir inceleme yapılması gerektiğine karşılık gelir. Bu yöntem bir yapınm muhtemel bir depremde sergileyeceği davranışın ayrıntılı bir çerçeve analizine gidilmeden sağlanmasına imkan vermektedir. Şayet yapıda deprem açısından önemli eksiklikler görülüyorsa yapılacak tam bir çerçeve analiziyle güçlendirilmeye karar verilebilir.

Earthquakes result from motion between plates comprising the earth's crust. These plates are driven by the convective motion of the material in the earth's mantle, which in turn is driven by heat generated at the earth's core. Heat from the earth's core causes material to rise to the earth's surface. Forces between the rising material and the earth's crust cause the plates to move. The resulting motions of the plates relative to one another generate earthquakes. These large pieces of the earth's surface, termed tectonic plates, move very slowly and irregularly. Forces may build up for decades or centuries at the interface between plates, until a large movement occurs all at once. These sudden, violent motions produce the shaking that is felt as an earthquake. The shaking can cause direct damage to buildings, roads, bridges and other man-made structures as well as trigger fires, landslides, tidal waves and other damaging phenomena. Four major factors can affect the severity of ground shaking and thus potential damage at a site. These are the size of the earthquake, the type of the earthquake, the distance from the source of the earthquake to the site and the types of soil at the site. Larger earthquakes will shake longer and harder, and thus cause more damage. Generally, the farther from the source of an earthquake, the less severe the motion. The rate at which motion decreases with distance is a function of the regional geology and inherent characteristics of the earthquake and its source. The underlying geology of the site can also have a significant effect on the amplitude of the ground motion. Many different types of damage can occur in buildings. Damage can be divided into two categories: Structural damage and non-structural damage, both of which can be hazardous to building occupants. Structural damage means degradation of the building's structural support systems (i.e., vertical and lateral force resisting systems), such as the buildings frames and walls. Non-structural damage refers to any damage that does not affect the integrity of the structural support system. Examples of non-structural damage are a chimney collapsing, windows breaking or ceilings falling. The type of damage to be expected is a complex issue that depends on the structural type and age of the building, its configuration, the proximity of the building to neighboring buildings and the type of non-structural elements. Damage can be due to structural members (beams and columns) being overloaded and/or differential movements between different parts of the structure. If the structure is sufficiently strong to resist these forces or differential movements, little damage will result. If the structure cannot resist these forces or differential movements, structural members will be damaged and collapse may occur. XIV In order to provide a tool to evaluate the danger of building collapse due to earthquakes, in this research Evaluation of Seismic Capacity using Seismic Index (Japanese Standard) is given. Evaluation of Seismic Capacity Using Seismic Index (Japanese Standard) This method may be applied to evaluate the seismic performance of an existing reinforced concrete building, except for high rise buildings. Three screening procedures with the different phases are available to estimate the seismic performance of a building and to evaluate the results; the first, second and third level screening. The result estimated on a building presents a serial Seismic Index. The preliminary inspection, which includes the building scale, the structural system and the building age should be conducted properly before applying this method. This method may be applied basically to the building whose number of stories less than six and whose structural system is the moment resisting frame with/without shear walls. The very old building over 30 years and with the severe deterioration, the fire experience, the extremely low material strength or unusual structural system should not be adaptable for this method. The seismic performance of a building is represented by the two indices; seismic index of structure, Is, and seismic index of non-structural elements, In. As for the indices estimated, it may be recognized that the higher value, the more excellent seismic performance. These indices are usually estimated independently but the structural performance, in particular the ductility of the frame, should be referred to estimate the seismic index of non-structural elements. A index of Is should be estimated by using the following equation: Is = E0SDT (1) Eo : The basic structural performance So : The sub-index on the structural design of the building T : The sub-index on the time dependent deterioration of the building Either phase screening procedure among the first, second and the third may be available to estimate the index Is. However, basically the higher level procedure applied, the more reliable estimation obtained. The index Eo is calculated using mainly the Ultimate Strength Index, C, and the Ductility Index, F, of a structure. The result computed may be recognized as that the higher strength or the higher ductility the structure has the larger index Eo the building must have. The equations to compute the index Eo differ with the level of screening used. The influence of irregularity of a structure or stiffness and/or mass concentration to the seismic performance should be estimated by the sub-index Sd, taking account of the emprical or technological decision. The structural performance, such as the member strength, stiffness, ductility, etc., is computed assuming the structure without any cracks or deformations, because any reasonable and simple technique to take account of the influence of such deterioration has not been developed yet. The influence of deterioration may be macroscopically taken account by the sub-index T. XV The seismic performance of the possible falling objects, which are attached on the exterior walls on a building, is evaluated by the index In. The basic policy to evaluate the seismic performance of non-structural elements should be focussed on the potential how injurious to a human life the falling objects are. The seismic performance would be judged individually for the structure and the non-structural elements. The concept of seismic judgement for a structure is generally represented following equation.