Bingöl ili şehir merkezindeki binalarda deprem performansı, yapısal riskler ve kayıpların incelenmesi
Investigation of earthquake performance, structural risks and losses of buildings in Bingol city center
Yazar: ÖMER FARUK NEMUTLU
Danışman: PROF. DR. ALİ SARI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLAL BALUN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Türkiye bir deprem ülkesidir. Sınırları içerisinde Dünya'da bir çok araştırmacının 
ilgisini çeken aktif faylar mevcuttur. Geçmişten günümüze kadar Kuzey Anadolu 
Fay Zonu(KAFZ) ve Doğu Anadolu Fay Zonu(DAFZ) yüksek sismisitesi 
nedeniyle ülkenin büyük bir bölümünü tehdit eden depremler üretmiştir. 1939 
Erzincan Depremi, 1971 Bingöl Depremi, 1992 Erzincan Depremi, 1999 Gölcük 
Depremleri, 2003 Bingöl Depremi, 2020 Elazığ Depremi ve 2023 yılında meydana 
gelen Kahramanmaraş Depremleri bu faylar üzerinde meydana gelmiş önemli 
depremlerdir. Bu depremlerde depremin etkilediği bölgelerdeki yapılar büyük 
hasarlar görmüş ve yapısal hasar kaynaklı can kayıpları olmuştur. Can kayıplarının 
yanında deprem kaynaklı hasarlar nedeniyle ciddi maddi kayıplar da meydana 
gelmiştir. Maddi ve manevi kayıplar, ülkemizde gelecekte meydana gelmesi 
muhtemel depremlere hazırlıklı olmamız gerektiğini göstermiştir. Aktif fayların 
büyük bir bölümünü sınırları içerisinde bulunduran Doğu Anadolu Bölgesi, 
ülkemizin depremler nedeniyle zarar gören bölgelerin başında gelmektedir. Bingöl 
ili, Doğu Anadolu Bölgesinde KAFZ ve DAFZ'nın kesiştiği ve bu fay zonlarının 
başlangıcı olan noktaları sınırları içerisinde bulundurması nedeniyle deprem 
tehlikesi ve deprem risklerinin değerlendirilmesi açısından öncelikli şehirlerden 
biridir. Literatürdeki bilgilerden yola çıkılarak güneyinde ve kuzeyinde sismik 
boşluklar bulunmaktadır. Bu sismik boşluklarda depremlerin olması Bingöl ili 
şehir merkezini doğrudan etkilemesi beklenmektedir. Bu sismik boşluklarda 
meydana gelmesi muhtemel depremlere hazırlıklı olunması gerekmektedir. Olası 
depremler sırasında yapıların nasıl davranacağı, yapıların hasar görebilirliklerinin 
belirlenmesi ve meydana gelebilecek kayıpların değerlendirilmesi amacıyla bu tez 
çalışması hazırlanmıştır. Tez çalışması hazırlanırken ilk olarak şehrin zemin 
özellikleri ve çalışmada kullanılacak enerji odaklı parametreler elde edilmiştir. 
Dayanım odaklı deprem parametrelerine bir alternatif olacak şekilde depremin en 
büyük tepkisinin yanında depremin süresini de dikkate alan enerji parametreleri bu 
çalışmada elde edilmiş, enerji odaklı spektrumlar ile dayanım odaklı spektrumlar 
karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında, giriş enerjisine eşdeğer ivme parametresi 
geliştirilerek depremin etkili süresini dikkate alan efektif enerji parametreleri 
önerilmiştir. Bu parametreler literatürde kullanılan enerji parametrelerine alternatif 
olacağının yanında dayanım odaklı parametrelere de alternatif deprem 
parametreleridir. Efektif yaklaşım ile yapısal analizlerdeki iş gücü ve zaman 
kaybının en aza indirgenebileceği görülmüştür. Bu çalışmanın devamında çalışma 
sahası olarak deprem riskinin yüksek olduğu Bingöl ili belirlenmiş ve şehirdeki 
konut yapı stoku envanteri çıkarılmıştır. Bu aşamada sokak taramasından elde 
edilen yapısal veriler ile değerlendirme yapılmış ve yapılar olumsuzluk 
parametrelerine göre sınıflandırılmıştır. Sokak taraması yöntemi sonuçlarına göre 
düşük performans puanına sahip binaların Bingöl ili şehir merkezindeki yaşlı yapı 
stokuna sahip mahallelerde olduğu belirlenmiştir. Sonrasında, sokak taraması 
sonucunda riskli olarak belirlenen 32 binanın lineer olmayan zaman tanım 
alanındaki analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, Bingöl ilinin depremselliğini 
ve fay mekanizmasını yansıtacak 36 adet deprem kayıdı seçilmiş ve analizlerde 
kullanılmıştır. Ayrıca bina modellemeleri temin edilen yapı projeleri yardımıyla gerçekleştirilmiş ve malzeme özellikleri tanımlanmıştır. Üçüncü aşamada ise 
kırılganlık eğrileri geliştirebilmek için şiddet ölçüsü, hasar limitleri ve hasar 
durumları dayanım ve enerji odaklı olmak üzere 4 deprem parametresi üzerinden 
belirlenmiştir. Çalışmada dikkate alınan spektral ivme parametresi ve enerji odaklı 
Ai ve Aa parametreleri yapıların 1.moduna ait periyot değerleri üzerinden elde 
edilmiştir.Hasar sınıflarının ve seviyelerinin belirlenmesi aşamasında mühendislik 
parametresi olarak literatürden farklı bir şekilde analizlerden elde edilen plastik 
mafsal verileri değerlendirmeye alınmıştır. Yapısal analizler sonucunda elde edilen 
plastik mafsal yüzdeleri kolon ve kiriş elemanlarda meydana gelen plastik 
mafsalların % cinsinden değerleri dikkate alınarak kullanılmıştır. Kırılganlık 
eğrilerinden elde edilen veriler yorumlanmıştır. Elde edilen kırılganlık eğrileri 2 
farklı yaklaşımla gruplandırılmış, bu gruplandırmalardan biri incelenen her 
binanın kırılganlık eğrisinin dağılımına göre yapılırken, diğer gruplandırma ise 
incelenen yapılarda gözlemlenen yapısal olumsuzluk durumlarına göre 
gruplandırılmıştır. Bu kırılganlık eğrileri alt sınıflara ayrılarak Bingöl ilindeki 
yapıların davranışını yansıtan hasar görebilirlik eğrileri olduğu görülmüştür. 
Kırılganlık eğrileri ve azalım ilişkileri kullanılarak 3 farklı senaryo deprem durumu 
için Bingöl ili kayıp değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Kayıp değerlendirmesi 
sonuçlarına göre, depremin günün hangi saatinde meydana geleceği, senaryo 
depremlerin inceleme sahasına olan mesafesi ve deprem parametrelerinin 
değerlerinin yükselmesi meydana gelecek can ve mal kayıplarını etkilemektedir. 
İncelenen senaryo depremlerden Palu senaryo depremine göre en yüksek can ve 
mal kayıpları meydana geldiği görülmüş, ekonomik kayıpların çok yüksek değerler 
aldığı belirlenmiştir. Yedisu depremi değerlendirilen kayıpların tamamı için en 
düşük değerleri verirken Palu senaryo depremi en yüksek kayıp değerleri vermiştir. 
İncelenen 4 deprem parametresinden Sa parametresi en yüksek kayıp değerlerini 
verirken pga parametresi yapısal özelliklerden etkilenmemesi nedeniyle en düşük 
değerleri vermiştir. Ayrıca incelenen yapı stokundaki yapı periyotları arttıkça 
kayıplar azalmaktadır. Depremin gece meydana gelmesinin gündüz meydana 
gelmesine göre daha yüksek kayıplar meydana getireceği görülmüştür. Kayıp 
değerlendirmesi sonuçlarının değerlendirme aşamasındaki yapı stoku ve senaryo 
deprem durumlardan önemli şekilde etkilendiği görülmüştür. Çalışmanın 
başlangıcında önerilen enerji odaklı deprem parametrelerinin günümüzde 
kullanılan dayanım odaklı parametrelere iyi bir alternatif olacağı net bir şekilde 
görülmüştür. Deprem parametreleri üzerinden yapılan değerlendirmede genel 
olarak diğer çalışmalardan farklı bir şekilde enerji odaklı deprem parametreleri pga 
parametresinden daha yüksek Sa parametresinden daha düşük değerler alarak 
ortalama değerleri vermektedir. Parametreler içerisinde optimum değerler alması 
deprem davranışından enerji odaklı parametrelerin daha iyi etkilendiğini ve 
sonuçları yansıtmada daha güçlü olduğunu göstermektedir. Ayrıca, enerji odaklı 
parametrelerin kırılganlık eğrilerinde dayanım odaklı parametrelere paralel 
sonuçlar vermesi hasar görebilirlik açısından da iyi bir alternatif olduğunu 
göstermiştir. Sonuçlar incelenmiş, elde edilen sonuçlar gerekçeleriyle 
irdelenmiştir.

Abstract:
Türkiye is an earthquake country. There are active faults within its borders that 
attract the attention of many researchers in the world. From the past to the present, 
the North Anatolian Fault Zone (NAFZ) and the East Anatolian Fault Zone 
(DAFZ) have produced earthquakes that threaten a large part of the country due to 
their high seismicity. 1939 Erzincan Earthquake, 1971 Bingöl Earthquake, 1992 
Erzincan Earthquake, 1999 Gölcük Earthquake, 2003 Bingöl Earthquake, 2020 
Elazığ Earthquake and 2023 Kahramanmaraş Earthquake are important 
earthquakes that have occurred on these faults. In these earthquakes, the structures 
in the regions affected by the earthquake suffered great damage and there were 
casualties due to structural damage. In addition to the loss of life, serious financial 
losses have also occurred due to earthquake-related damages. Material and moral 
losses have shown that we need to be prepared for earthquakes that may occur in 
the future in our country. The Eastern Anatolia Region, which contains most of the 
active faults within its borders, is one of the regions in our country that has been 
damaged by earthquakes. Bingöl province is one of the priority cities in terms of 
earthquake hazard and earthquake risk assessment, as it contains the points where 
NAFZ and EAFZ intersect in the Eastern Anatolian Region and where these fault 
zones begin. Based on the information in the literature, there are seismic gaps in 
the south and north. The occurrence of earthquakes in these seismic gaps is 
expected to directly affect the city center of Bingöl. It is necessary to be prepared 
for possible earthquakes that may occur in these seismic gaps. This thesis study 
has been prepared in order to determine how the structures will behave during 
possible earthquakes, to determine the vulnerabilities of the structures and to 
evaluate the losses that may occur. While preparing the thesis, first of all, the 
ground characteristics of the city and the energy-oriented parameters to be used in 
the study were obtained. As an alternative to the strength focused earthquake 
parameters, the energy parameters that take into account the duration of the 
earthquake as well as the greatest response of the earthquake were obtained in this 
study, and the energy focused spectra were compared with the strength focused 
spectra. Within the scope of the study, an acceleration parameter equivalent to the 
input energy has been developed and effective energy parameters that take into 
account the effective duration of the earthquake have been proposed. These 
parameters are alternative to the energy parameters used in the literature, as well 
as alternative earthquake parameters to the strength-oriented parameters. It has 
been seen that with the effective approach, the loss of labor and time in structural 
analysis can be minimized. In the continuation of this study, the province of 
Bingöl, where the earthquake risk is high, was determined as the study area and 
the housing stock inventory in the city was prepared. At this stage, an evaluation 
was made with the structural data obtained from the street scanning and the 
buildings were classified according to their negativity parameters. According to 
the results of the street scanning method, it was determined that the buildings with 
low performance scores were in the neighborhoods with old building stock in the 
city center of Bingöl. Afterwards, non-linear time history analyzes of 32 buildings, 
which were determined as risky as a result of street scanning, were carried out. For this purpose, 36 earthquake records that reflect the seismicity and fault mechanism 
of Bingöl province were selected and used in the analyses. In addition, building 
modeling was carried out with the help of the provided building projects and 
material properties were defined. 
In the third stage, in order to develop fragility curves, severity scale, damage limits 
and damage conditions were determined over 4 earthquake parameters, namely 
strength and energy. The spectral acceleration, Sa parameter and energy-oriented 
Ai and Aa parameters considered in the study were obtained over the period values 
of the 1st mode of the structures. In the stage of determining the damage classes 
and levels, the plastic hinge data obtained from the analyzes in a different way 
from the literature were taken into consideration as an engineering parameter. The 
percentages of plastic hinges obtained as a result of structural analyzes were used 
considering the % values of plastic hinges formed in column and beam elements. 
The data obtained from the fragility curves were interpreted. The fragility curves 
obtained were grouped with 2 different approaches, one of these groupings was 
made according to the distribution of the fragility curve of each building examined, 
while the other grouping was grouped according to the structural negativities 
observed in the examined buildings. These fragility curves were divided into 
subclasses and it was observed that there were vulnerability curves reflecting the 
behavior of the buildings in Bingöl province. By using fragility curves and 
attenuation relations, loss assessment of Bingöl province was carried out for 3 
different scenario earthquake situations. According to the results of the loss 
assessment, the time of day the earthquake will occur, the distance of the scenario 
earthquakes to the study area and the increase in the values of the earthquake 
parameters affect the loss of life and property. Among the scenario earthquakes 
examined, it was observed that the highest loss of life and property occurred 
compared to the Palu scenario earthquake, and it was determined that the economic 
losses took very high values. 
While obtaining the seismic energy parameters, firstly, analyzes were carried out 
on single degree of freedom systems using 28 different real earthquake records. In 
these analyses, input, kinetic, damping and absorbed energy parameters in certain 
period classes of single degree-of-freedom systems were obtained, and parameters 
equivalent to velocity and acceleration that can be used in earthquake calculations 
were obtained by using the obtained energy parameters. Spectra were created using 
acceleration parameters equivalent to energy parameters, and these spectra were 
compared with strength-oriented parameters. In addition, the effective energy 
parameters taking into account the effective duration of the earthquake were 
obtained with the help of the effective times calculated over the arias intensity. It 
has been determined that it will be a good alternative to the parameters that are 
used extensively in strength-oriented regulations, taking into account the time, 
providing an advantage during the analyzes in terms of time.
After this stage, it was started to evaluate the earthquake behavior of the structures. 
First of all, the street scanning method was applied to the buildings in the city 
center of Bingöl province, and the performance scores of the buildings were 
determined. In this examination, which was carried out in 1261 buildings, a 
prioritization was carried out according to the risk or non-existence of the 
buildings, and it was deemed necessary to examine the buildings below 90 points. 
By filtering the buildings under 90 points according to certain structural 
parameters, 32 buildings to be analyzed within the scope of the study were 
determined. On these 32 buildings, earthquake analyzes were carried out in nonlinear time history using 36 earthquake records reflecting the seismic 
characteristics of the region. As a result of the analysis, the number of plastic 
hinges in the structures were obtained. Damage limits and damage levels were 
determined based on these plastic hinge numbers. By using these damage levels, 
fragility curves were obtained that allow us to evaluate the vulnerabilities of the 
structures as probabilistic. It has been seen that fragility curves with 2 different 
groupings reflect the positive and negative situations of different building types in 
Bingöl province well. In the last part of the study, loss assessment studies were 
carried out according to 2 strength-oriented and 2 energy-oriented parameters over 
3 different scenario earthquakes by using all the data obtained in the study. 
Structural damage, loss of life and economic losses were determined by using 
fragility curves for all buildings in 14 neighborhoods in the city center of Bingöl 
province. It has been determined that in the event of an earthquake at night, all of 
the people living in residential buildings will be at home, so the loss of life will be 
higher than if the earthquake occurred during the day. In addition, the casualty 
coefficients, which are frequently used in the literature, have been modified and 
updated according to the success rates of research and rescue activities in recent 
earthquakes. With these different situations, material and moral losses were 
estimated. It has been observed that the highest structural damage, loss of life and 
economic loss will occur for each parameter and for each combination case if the 
Palu scenario is realized. While Yedisu earthquake gave the lowest values for all 
the evaluated losses, the Palu scenario earthquake gave the highest loss values. 
Among the 4 earthquake parameters examined, Sa parameter gave the highest loss 
values, while pga parameter gave the lowest values since it was not affected by 
structural features. In addition, as the building periods in the examined building 
stock increase, the losses decrease. It has been observed that the occurrence of the 
earthquake at night will cause higher losses than its occurrence in the daytime. It 
has been observed that the results of the loss assessment are significantly affected 
by the building stock and scenario earthquake situations at the evaluation stage.
It has been clearly seen that the energy-oriented earthquake parameters proposed 
at the beginning of the study will be a good alternative to the strength-oriented 
parameters used today. In the evaluation made on the earthquake parameters, 
generally different from other studies, the energy-oriented earthquake parameters 
take higher values than the pga parameter and lower values than the Sa parameter 
and give the average values. The optimum values within the parameters show that 
the energy-oriented parameters are better affected by the earthquake behavior and 
are stronger in reflecting the results. In addition, the fact that the energy-oriented 
parameters gave parallel results to the strength-oriented parameters in the fragility 
curves showed that they were a good alternative in terms of vulnerability. The 
results were examined and the results were examined with their justifications.