Kırıkkale şehir merkezinin deprem risk analizi ve sismik mikrobölgelemesi
Earthqauke risk analysis and siesmic microzonation in the city center of Kırıkkale (Turkey)
Yazar: YETİŞ BÜLENT SÖNMEZER
Danışman: DOÇ. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Türkiye, deprem potansiyeli oldukça yüksek olan önemli fay sistemlerinin bulunduğu bir ülkedir. Türkiye deprem bölgeleri haritasına göre I. derece deprem bölgesi içerisinde yer alan Kırıkkale şehir merkezi çalışma alanı, etrafında önemli faylar bulunması sebebiyle aktif bir sismik bölge içerisinde yer almaktadır. Bu çalışmanın amacı, kentsel planlamaya yönelik olarak çalışma alanının, sismik mikrobölgelemesini yapmak ve mevcut yapı stoğunun deprem riskini ortaya koymaktır. 

Kırıkkale'nin sismik mikrobölgelemesi ve yapı stoğunun deprem riski ayrıntılı jeolojik, jeofizik ve geoteknik verilere dayanılarak değerlendirilmiştir. İnceleme alanında, tarihi ve aletsel dönem deprem verilerinden faydalanılarak 50 yılda %10 aşılma ihtimaline göre meydana gelmesi muhtemel deprem, Poisson olasılık dağılımı kullanılarak belirlenmiştir. Belirlenen deprem büyüklüğüne, çalışma alanının faya olan mesafesine ve yerel zemin koşullarına göre yeni nesil azalım ilişkileri kullanılarak anakaya seviyesi için hedef ivme spektrumu elde edilmiştir. Hedef spektrumla ölçeklenmiş deprem kayıtları kullanılarak, 500 m × 500 m boyutlarındaki hücre sistemini temsil eden zemin profilleri üzerinde, 1–D eşdeğer lineer zemin davranış analizleri SHAKE2000 programında gerçekleştirilmiştir. Davranış analizlerinde zemin büyütmesi, pik yer ivmesi, pik yer hızı, zemin hakim periyodu, kısa periyot (0,2 s) ve uzun periyot (1 s) spektral ivme değerleri belirlenmiş ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) kullanılarak haritalanmıştır.

Çalışma alanının deprem potansiyeli yüksek bir bölge olması sebebiyle mevcut yapı stoğu sokaktan hızlı tarama metodu kullanılarak incelenmiştir. İnceleme yönteminde, 1-7 katlı betonarme binalar sokaktan gözlenebilen bina parametreleri kullanılarak (bina kat sayısı, yumuşak kat, ağır çıkma vs.) bir risk değerlendirmesine tabi tutulmaktadır. Kırıkkale'de 2074 adet bina bu yöntemle incelenmiş ve yüksek riskli ve düşük riskli bina oranları belirlenmiştir. Ayrıca zemin davranış analizlerinde elde edilen yüzey ivme spektrumuna, Eurocode 8 Yönetmeliği ve Türkiye Deprem Yönetmeliği 2007 (DBYBHY 2007) spektrumlarına ölçeklenerek elde edilen deprem kayıtları kullanılarak, yapı stoğunda seçilen tipik binalar üzerinde SAP2000 programında zaman tanım alanında doğrusal elastik analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucu yapılan karşılaştırmalarda, binalardaki taban kesme kuvveti, devrilme momenti, tepe deplasmanı ve göreli kat ötelenmesi değerlerindeki farklılıklar belirlenmiştir.

Yapılan çalışmalar sonucunda, 50 yılda %10 aşılma ihtimaline göre çalışma alanını etkileyebilecek deprem büyüklüğünün M=7 olduğu belirlenmiştir. Çalışma alanında, zemin büyütmesi oranları 2,5-3 arasında değişmekle birlikte, deprem etkileri sonucu özellikle alüvyon birimlerin bulunduğu bölgelerin nispeten daha yüksek büyütme oranı, pik yer ivmesi ve periyot değerleri verdiği belirlenmiştir. Sokak taraması yöntemi kullanılarak yapılan inceleme sonucunda, meydana gelmesi muhtemel depremde yapı stoğunda yıkılabilecek ve ağır hasar görebilecek yüksek riskli binaların oranının %11 ile %25 arasında olduğu tespit edilmiştir.


Anahtar Kelimeler: Zemin Davranış Analizi, Deprem Risk Analizi, Zemin Büyütmesi, Sokaktan Hızlı Değerlendirme, Doğrusal Elastik Analiz, Kırıkkale.

Abstract:
Turkey hosts a number of major faults with high earthquake potential. Located within the first degree earthquake zone according to Turkey earthquake zone map, the study area, i.e., the Kırıkkale city center, is actually in an active seismic region with major faults around it. The scope of this thesis is to carry out seismic microzonation and analysis studies for city planning purposes in the study area. 

The seismic microzonation and the earthquake risk of building stock in the study area were evaluated based on detailed geological, geophysical and geotechnical data. In the study area, the probability of an earthquake in 50 years with 10% exceedance probability was determined via the Poisson probability distribution using the historical and measured earthquake data. The target acceleration spectrum at the bedrock level was obtained using the new generation attenuation relationships based on the earthquake magnitude determined from seismic hazard analysis (i.e., M=7), the distance of the study area to the fault and the local soil characteristics. One dimensional (1D) equivalent linear soil response analyses on soil profiles representing 500m x 500 m cells were performed by SHAKE2000 software program using the earthquake accelerations scaled to the target spectrum. The soil amplification, peak ground acceleration, peak ground velocity, predominant soil period, short period (0.2 s) and long period (1 s) spectral accelerations were then identified and mapped using Geographical Information Systems (GIS). 

Since the study area is located in a high risk earthquake zone, the current building stock in the study area was examined by the rapid street detection method. In this method, 1-7 story buildings are subjected to risk analyses utilizing the building parameters such as number of stories, presence of soft stories and overhangs etc. A total of 2074 buildings were investigated with this methodology and then their high and low risk ratios were determined. Also, linear elastic time history analyses on the selected typical buildings were carried out with SAP2000 software program using earthquake accelerations scaled to the surface acceleration spectra obtained from the soil response analyses, the Eurocode 8 and the Turkish Earthquake Code 2007 in a comparative manner. The analyses results enabled to determine the differences between base shear forces at foundation level, overturning moments, displacement at top of buildings and story drift. 

The study results indicated that the earthquake magnitude which may impact the study area was determined as M=7. Although the soil amplification ratio in the study area was found to range between 2.5 and 3.0, especially, the regions with alluvial units were determined to produce relatively higher soil amplification ratios, peak ground accelerations and periods. According to the rapid street detection method, 11-25% of the building stock with high risk buildings were found to collapse or get damaged during a probable earthquake. 


Keywords: Soil Response Analysis, Earthquake Risk Analysis, Soil Amplification,  Rapid Street Detection, Linear Elastic Time History Analysis, Kırıkkale.