Deprem bölgelerinde yığma yapı tasarımının yönetmeliğe göre incelenmesi
Examination of masonry structure design on seismic zones in accordance with the relevant regulation
Yazar: NURGÜL AKGÜNDÜZ
Danışman: DOÇ. DR. BİLGE IŞIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Bina Bilgisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Türkiye deprem bölgeleri haritasına göre yurdumuzun %92'si deprem bölgeleri içindedir ve nüfusumuzun %95'i bu deprem bölgelerinde yaşamaktadır. Yapı tasarımında dikkat edilmesi gereken konu, yapının deprem dayanımıdır. Yapı çeşitleri içerisinden yığma yapılar seçilmiş ve yönetmeliğe göre incelenmiştir. Son dönemde depreme dayanıklı tasarım konusunda betonarme, çelik ve ahşap yapılar gündeme gelmiş ve yığma yapılar bu konuların dışında kalmıştır. Depremler sonucu kırsal bölgelerde edinilen gözlemler ile yığma yapıların depreme dayanıksız olduğu kanısı yaygınlaşmıştır. Türkiye'de büyük bir yığma yapı stoğunun bulunduğu ve bunların büyük kısmının korunması gereken tarihi ve geleneksel yapılar olduğu göz önünde bulundurularak, çalışmanın amacı; yapılmış ve yapılmakta olan yığma yapıların deprem sonrasında mevcut durumlarının irdelenebilmesi, yeni yapılaşmalar için yığma yapıların deprem güvenliğinin arttırılması yönünde çalışmaların sürdürülmesidir. Yığma yapı tasarımı konusuna geçilmeden önce deprem bölgelerinde mimari tasarımı etkileyecek faktörler ele alınmıştır. Bu faktörler deprem, zemin ve yapı özellikleri olarak sıralanabilir. Bölüm 2.1 'de anlatılmakta olan depremler, yerkabuğundaM fay adı verilen kırıklarda meydana gelir. Faylar, kayanın kırılgan özelliğe sahip olmasından dolayı yüksek basmç altında kırılmasıyla oluşur. Gerilme levhaların kademeli hareketi sonucunda yerkabuğunun değişik noktalarında meydana gelir. Depremler, kayalık bir alanda oluşan gerilmenin ani bir harekete yol açacak kadar yükselmesiyle oluşur. Bunun sonucunda, gerilmenin boşalmasıyla olağanüstü büyük boyutta enerji açığa çıkar. Bu enerjinin çevredeki kaya kütlelerinde oluşturduğu titreşim depremi yaratır. Bölüm 2.2' de zemin türleri ve yapılan anlatılarak, zeminlerin depremde davranışları açıklanmıştır. Depremlerde oluşan hasarların her noktada önemli farklılıklar göstermesi, zemin tabakalarının davranış biçirderinin ve özelliklerinin de daha ayrıntılı olarak incelenmesini gerektirmektedir. Bununla birlikte, yapıların zemin üzerinde mesnetlenmiş olmaları ve deprem dalgalarının zeminden yapıya doğru ilerleyerek yapılarda hasara yol açması, deprem zemin ilişkisinin incelenmesinin önemini ortaya çıkarmaktadır. xıvYapısal hasarlar zemin özelliklerinden oldukça etkilenirler. Bu etki temel zeminin deprem titreşimleri sırasında, zemin tabakalarının aşın oturması, göçmesi veya sıvılaşması sonucunda görülür. Taban kayada oluşan titreşimlerin yapıya iletilmesi sırasında, titreşim, genlik ve frekans özellikleri değişir. Böylece yapıyı etkileyen kuvvetler değişir. Zemin tabakalarının çeşitleri, kalınlıkları, yer altı su seviyesi gibi özellikleri kısa mesafelerde çok değişmektedir. Yapılarda oluşan hasarların zemin tabaka kalınlıkları ile ilişkisi mevcuttur. Bölüm 2.2'de anlatılmakta olan jeolojik yapı ile bina arasında periyot etkileşimi sebebiyle; katı ve sert zeminlerde az katlı yapılar çok hasara, katı ve sert zeminlerde çok katlı yapılar az hasara, kaim yumuşak zeminlerde çok katlı yapılar çok hasara, kaim yumuşak zeminlerde az katlı yapılar az hasara uğrayabilmektedirler. Bitişik iki yapının zemin mühendislik özellikleri birbirinden çok farklı olabilmektedir. Hatta aynı yapının kendi zemini içerisinde bile önemli farklılıklar bulunabilmektedir. Bu bakımdan, deprem hasarını en aza indirebilmek için, inşaat yapılacak bir zeminin gerçek doğal özellMerinin, öncelikle parsel bazında belirlenmesi, sismik davranış özelliklerinin zemin etüdü ile saptanması ve yapının bu doğrultuda projelendirilmesi gerekmektedir. Bölüm 2.3 'de yapılarda deprem kuvvetlerinin oluşması, yapı taşıyıcı sistemleri, yapıya gelen yükler ve yapıların bu yükler altodaki davranışları özetlenerek anlatılmıştır. Yapılar taşıyıcı sistemlerine göre, yığma ve karkas yapılar olarak incelenebilirler. Yığma yapılar; taş, tuğla gibi gereçlerin harçlı ya da harçsız olarak ve kendi ağırlıklarının gücü ile üst üste yerleştirilerek örülmesiyle oluşturulan sistemlerdir. Bu tür yapılarda duvarlar, mekânları birbirinden ayıran (oda, salon, mutfak gibi) mimari bir işlev görürler, hem de taşıyıcıdırlar. Karkas yapılarda ise taşıyıcılık görevini betonarme, çelik ya da ahşap malzemeden oluşan bir iskelet yapar. Her yapı, yapım şekli, boyutları ve malzemesi ne olursa olsun çeşitli yüklerin etkisi altodadır. Bu yükler insanlardan ve doğadan kaynaklanan yükler, öz ağırlık, kullanım yükleri gibi düşey yükler ve rüzgar, deprem yükleri gibi yatay yükler olarak sıralanabilirler. Bu yükleri uygun biçimde taşıyıp zemine aktaran elemanların tümü yapının taşıyıcı sistemini oluşturur. Deprem hareketinin yapıyı etkilemesi şu şekilde gerçekleşir; yapıya etkiyen yatay yükler olarak kabul edilen depremler sırasında, zemin titreşim hareketi yapar ve yapıların temellerinde ani ötelenme ve dönmeler olur. Temelin bu hareketlerine binanın üst yapısı (kolon, kiriş ve döşemeler) aynı anda ayak uyduramadığı için buralarda zıt yönde atalet (eylemsizlik) kuvvetleri oluşur. Yapının her yeri titreşim yapmaya başlar, elemanlar değişik biçimler alır, her an değişen büyük kuvvetler, zorlanmalar ortaya çıkar. XVHer yapı çeşidi İçin, yönetmelikler belli sınırlamalar getirmiştir. 1998 Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik'te yapıların depreme dayanımı için gerekli tasarım kuralları anlatılmaktadır. 3. bölümde yığma yapı tasarımı deprem yönetmeliğine göre anlatılmaktadır. Yığma yapı tekniği, insanlık tarihi boyunca bilinip uygulanan, günümüzde de kullanılmakta olan bir tekniktir. Yığma yapıların binlerce yıl önce yapılmış görkemli örnekleri bugün de pek çok yerde sağlam olarak görülebilmektedir. Yığma binaların en önemli elemanı duvar ve duvarın en kritik parçası da yapı bloklarını birbirlerine bağlayan harçtır. Harç yığma bir binanın geometrik düzen, mekanik homojenlik ve dolayısıyla yanal rijitliğini artıran önemli bir faktördür. Yığma yapının yanal rijitliğini artıran bir diğer önemli faktör de doğru yer ve şekilde kullanılan hatıllardır. Çünkü duvarları çepeçevre saran hatılların sismik hareketin yapının üç boyutluluğu içinde düzgün bir dağılım sağladığı ve etkin bir kontrol sağladığı bilinmektedir. Yaşanmış olan depremler sonucu yıkımlar çoğunlukla hatılsız yapılarda meydana gelmektedir. Yığma yapıların doğal periyotları genellikle küçüktür. Yapı periyotları yapının kat yüksekliği, eni boyu ve dolu duvar oranlan ile ilgilidir. Yapı yükseldikçe periyodu uzar. Ayrıca eni ve boyu büyük yapıların periyodu kısalır. Yapıya gelen büyük boyutlu deprem kuvvetleri yapıda hasar ve çatlama yaptıkça kesitlerin azalması sonucu yine yapının doğal titreşim periyodu uzamaktadır. Periyodu kısa olan bir yapı rijitbir yapıdır. Yanal deprem kuvvetleri duvara, duvarın rijitliği oranında dağıhrlar. Duvarın rijİtliği, duvarın boyutlarına, malzeme karakteristiklerine (elastisite ve kesme modülüne) ve de duvarın üst ve alt bağlantılarının durumuna bağlıdır. Yapı elemanlarının dayanımları, taşıyıcı sistemin dayanımı için gerekli olduğu gibi, elemanların birleşim bölgelerinin gerektiği gibi uygun düzenlenınesi de, elemanların öngörülen dayanımlarının ortaya çıkması için önemlidir. Bu yerlerdeki çözülmeler ve büyük dönmeler sistemdeki elemanlarda önemli zorlamalar oluşmadan göçmeyi doğurabilir. Depreme karşı güvenliğin sağlanmasında, taşıyıcı sistemin tasanmınm iyi yapılması çok önemlidir. Yığma yapılar tasarlanırken göz önünde bulundurulması gereken prensipler; yapının her iki aksa göre simetrik olması, kütle merkezi ile rijitlik merkezinin çakışması, taşıyıcı duvarların tek doğrultuda düzenlenmesi, yığma yapıların mimari biçimlerinin ve planlarının basit ve düzenli olması, basit dikdörtgen veya kare plana sahip olması, planda ince uzun dikdörtgen binaların yapılmaması, uzun kenarın kısa kenarın üç katından az olması ya da kare ve dikdörtgen parçalara bölünerek burulma etkisinin azaltılması, dilatasyon derzlerinin 3 cm' den az yapılmaması, binanın rijitliğinin yüksekliği boyunca sürekli olması, duvarlar xvıtemelden çatıya kadar sürekli olması, yapının temellerinin sürekli olması, inşaatta kullanılan malzemelerin standartlarda belirtilen özelliklere sahip olması, köşe birleşimlerinin ve duvar örgülerinin standartlara uygun biçimde yapılması, yapıda betonarme rijit döşeme kullanılması, duvardaki boşluk yerlerinin ve büyüklüklerinin yönetmeliklere uygun yapılması, hatılların pencere üst ve altlarında, duvar üstlerinde-döşeme birleşimlerinde yönetmeliklere uygun olarak yerleştirilmesi, çatıların hafif yapılması, zemin özellilerinin saptanarak, yapı ve zemin periyotlarının çakışmamasına özen gösterilmesidir. Yığma yapıların inşası, diğer sistemlere göre daha basit ve kolaydır. Yapımda önemli olan yönetmelik ve standartlar ile verilen kurallara uyulmasıdır. Özellikle kırsal bölgelerde kendi evlerini inşa eden kitleler için ya da 1-2 katlı konut yapımında yığma yapılar tercih edilmelidir. Yüzyıllardır ayakta duran geleneksel yapılar, yığma yapıların deprem kuvvetleri altında daha bağışlayıcı davrandığının göstergesidir. Yüzyıllar önce yapılmış olan yığma yapılar, onlarca deprem geçirmiş olmalarına rağmen, sapasağlam ayaktadırlar. Bu durum göstermektedir ki, deprem sonucu yıkıma mahkum olan yapılar, standart ve yönetmeliklere uyulmadan yapılmış olanlardır. Sonuç olarak; yaygın olan yığma yapı dayanıksızdır görüşüne son verilmeli, konu mevcut hasarlı ve hasarsız yığma yapılar incelenerek gündeme getirilmelidir. Yönetmelikte ampirik kurallar ile verilen ve deprem hesabma gerek duyulmadan inşa edilebilen yığma yapıların tüm bu avantajları kullanılarak, günümüzde kaliteli malzemeler ile çağdaş ve sağlam yapılar yapılabilmelidir.

Abstract:
"The Earthquake Zoning Map of Turkey" shows that 92% of the country, where 95% of the population lives, falls within earthquake zones. In the seismic zones, the response of the material and system of the buildings are essential. Hence there are huge number of masonry structures in the seismic area, they will be examined according to the Turkish Regulation About Buildings in Seismic Zones 1998. Reinforced concrete, steel and wood constructions have become more popular in earthquake resistant design recently and masonry structures were excluded from this list. Due to the observations from rural areas after earthquakes, the idea that masonry structures are not resistant to earthquakes spread out. There is a big amount of masonry structures in Turkey and most of them are the historical and traditional buildings which must be conserved. The aim of this thesis is that to examine the existing situation of the masonry buildings, which have been built and will be built, after the earthquakes and increase the earthquake resistance of the masonry structures, which will be built recently. Before the masonry design is reviewed, the factors affecting the architectural design on seismic zones will be covered. These factors can be classified as earthquake, ground and structure properties. Earthquake, which explained in Part 2.1, is the vibration of the earth's surface that follows a sudden release of energy in the crust. This energy release can be caused by a sudden dislocation or fracture of a part of the earth's crust, or a volcanic eruption, or a manmade explosion of great magnitude. Vibrations, called seismic waves, emanate from the location of the energy release and travel through the earth's mass. On the surface of the earth, the wave action of these traveling vibrations causes motions of a typical harmonic nature. Ground structures and properties is expained in Part 2.2. Different damages of earthquakes necessitate that more detailed research must be done about the behavior of ground layers and ground properties. However the earthquake-ground and building relation must also be considered. xvuiI^s clarified that, the structural damages are fairly affected by the ground properties. This effect can be seen a^s a result of excessive settlements, failures or liquefactions qf the ground layers during the earthquake vibrations. During the transfer of the vibrations, which occur in the base rock, the properties of vibration, amplitude and frequency are changed so that the forces subjected to building change. Ground layers' properties, thickness and underground water level can be changed in small distances so that the damages on buildings change according to them. On rigid grounds low cpflstructions may be heavily damaged and the damage to multistorey constructions may be little whereas on thick and soft ground multistorey constructions may be heavily damaged and the damage to low constructions may be little due to the interaction between the building and the geological structure, which explained in Part 2.2. Ground properties of close buildings could be too different from eachothers. Also the same building could has different ground layers within its own parcel. Because of this natural properties of the ground on which the building will be constructed must be determined properly and the building must be designed according to these codes. Earthquake effects on the buildings, building bearing systems, loads which effects to the buildings and the building behaviours under siesmic loads are explained in Part 2.3. Buildings can be classified into two categories according to their bearing system: masonry structures and skeleton structures. Masonry structures are built by placing materials like stone, brick or adobe one on the other with mortar successively. Walls are the main bearings in such buildings. The skeleton structures have bearings of steel, reinforced concrete or wood. All structures regardless of their materials are subjected to several loads. These are natural loads created by the inhabitants of the building and nature, vertical loads such as usage loads or the building's own weight and horizontal loads like wind and earthquake loads. The earthquake effects on the buildigns occur in this manner, during the earthquakes the ground generates vibrations and the footings of buildings are subjected to sudden revolve and displacement. The upper construction can not adapt itself to these movements and opposite inertia forces emerge. Each part of the building begin to vibrate and the elements take different forms. Regulations have brought certain limitations for every kind of buildings. The Regulation About Buildings in Seismic Zones 1998 establishes the design principles for earthquake resistant design. XIXIn part 3, masonry structure design on seismic zones in accordance with the relavant regulation is explained. Masonry techniques have been practiced throughout history and are still being used. Magnificent samples of masonry buildings, which were constructed thousands of years ago, are strong even today. The most important part of masonry buildings is the wall and the most critical part of the wall is the mortar. The mortar is an important factor which increases the geometrical regularity, the mechanical homogeneity and thus the lateral rigidity of the wall. Another factor which increases lateral rigidity is the accurately located lintel beams. Because, the lintels, which have been located all around the building, supply effective control and resistance. Demolitions, which occur after earthquakes, generally have been seen to the buildings which have no lintels. Masonry buildings generally have small periods. Building periods are related to the height of storey, length, width and filled wall ratio. When the building gets higher, the period will be bigger. The period will be smaller if the length and the width of the building gets bigger. The buildings with small periods are rigid buildings. The lateral earthquake forces disperse to the wall according its rigidity. The rigidity of the wall depends on the material characteristics and the connections of the walls. The design of the structure is really important for earthquake resistance. For this reason, these mentioned principles must be taken into consideration; the building must be symmetrical for both axes, the centers of mass and rigidity must collide with each other, the bearing walls must not be designed in one direction, the architectural shape and the plan of the masonry buildings must be simple and orderly, the buildings must have simple rectangular or square plans, thick and long plans must not be implemented, dilatation joints must not be less than 3 centimeters, if the height of the building is more than 9 meters for every storey, 1 cm dilatation must be added, the rigidity of the building must continue along the height of the building, the walls must continue along the footing up to the roof, the footings of the building must be continuous, the materials used in the construction must be in accordance with the standarts, low quality material like mud mortar must not be used and the stones must have sufficient strength, corner connections and walling must be in accordance with the standarts, mixed materials must not be used in the construction, reinforced concrete rigid floor must be used, empty spaces on the walls must be in accordance with the earthquake regulations, the lintels must be accurately located like on the top of or below the windows, on top of walls, roofs must be light, ground properties must be determined and taken into consideration, the building and ground periods must not collide with each other. xxBuilding masonry structures is simpler and easier compared to building other systems. The important thing is to abide by the standards and regulations. Masonry structures must be especially preferred by those people in rural areas who build their houses on their own or when building 1-2 storey houses. Traditional buildings, which have survived many centuries, indicate that masonry structures are more merciful than others. Masonry structures, which were built centuries ago, are still very strong even though they have undergone many earthquakes. This shows that the buildings, which are condemned to collapse in case of earthquakes, are the ones which not built according to the standards and regulations. As a result; the idea of "the masonry structures are not resistant to earthquakes" must be put an end. Existing damaged and non damaged masonry structures must be examined and must be put on the agenda. The masonry construction in the regulation has only empirical rules and there is no need any earthquake calculation. By using all of these advantages of masonry design should be built contemporary and resistant buildings with qualified materials.