Depremlerde meydana gelen tipik betonarme yapı hasarlarına 2018 türkiye bina deprem yönetmeliğine göre alınabilecek önlemler
Precautions for typical reinforced concrete structural damages occurred in earthquakes based on 2018 turkish building earthquake code
Yazar: ERDAL YILMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP DEĞER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Deprem Mühendisliği ve Afet Yönetimi Enstitüsü / Deprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deprem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Deprem Mühendisliği = Earthquake Engineering

Özet:
Dünya üzerinde her yıl birçok deprem meydana gelmekte ve birçok yapı yıkılıp hasar görmektedir. Son yüzyılda meydana gelen şiddetli depremler milyonlarca insanın hayatını kaybetmesine ve büyük ekonomik kayıpların oluşmasına neden olmuştur. Farklı bölgelerde meydana gelen depremler sonrasında yapılan saha incelemelerinde oluşan göçme mekanizmalarının ve hasar tiplerinin benzer özellikler taşıdığı görülmektedir. Depremlerin neden olduğu yapısal hasarları belirli başlıklar altında toplamak ve çözüm yollarını belirlemek mümkündür.
Binaların kütle merkezi ile rijitlik merkezleri arasındaki farklılıklar ve taşıyıcı sistemin simetrik olarak yerleştirilmemesi nedeniyle depremler sonrasında birçok binada burulma etkilerini gözlemlemek mümkündür. Mimari nedenlerden dolayı L, T, U gibi farklı tasarımlarda inşa edilen binalarda gerilme yığılmaları nedeniyle yapısal hasarlar sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. Katlar arasındaki ani dolgu duvar değişimleri engellenmesi, kolon ve perdelerin planda olabildiğince simetrik yerleştirilmesi, yapılarda katlar arasındaki göreli kat ötelemelerinin yönetmelikte belirtilen sınırın altında tutulması ile burulma düzensizliği nedeniyle meydana gelebilecek yapı hasarlarının önüne geçilir.
Konut ve ticari amaçlarla inşa edilen yapılarda odaların teşkil edilmesi için dolgu duvarlar kullanılırken; işyerlerinde geniş hacimler elde etmek için dolgu duvarlara ihtiyaç duyulmamaktadır. Katlar arasında dolgu duvar dağılımındaki ani değişmeler yapıda yumuşak kat ve zayıf kat düzensizliğine neden olmaktadır. Deprem etkileri nedeniyle bu tip yapılarda ofis katlarının göçmesi sıklıkla karşılaşılan yapı hasarıdır. Zayıf kat ve yumuşak kat hasarını engellemek adına zemin katlarda kolon ve perde ilaveleri, çapraz elemanlar eklenerek yanal deplasmanlar azaltılır. Ayrıca iç kuvvetler arttırılarak kolon kiriş birleşimlerinde sargı donatısı ilave edilerek kesitler güçlendirilerek zayıf kat ve yumuşak kat hasarlarının önüne geçilir.
Binalarda alan kazanmak için yapılan kapalı çıkmalar sıklıkla görülen mimari tasarımlardır. Bu tip yapılar bina kütle dağılımını ve bina geometrisini olumsuz etkilemektedir. Kapalı çıkmalar inşa edilirken taşıyıcı sistemde konsol kirişler meydana gelir ve çerçeve sistem zayıflar. Taşıyıcı sistem deprem anında yapıya gelen yanal deprem kuvvetini kolonlara aktaramaz ve kapalı çıkmalarda ya da binanın tamamında göçmeler meydana gelir. Binalarda kütle rijitlik dengesini bozacak asimetrik kapalı ve açık çıkmalar inşa edilmemeli, taşıyıcı sistem yatay elemanları kesintiye uğratılmamalıdır.
Deprem yönetmeliklerinde kolon ve perde süreksizliklerine, kolon üzerine oturan perdelere ve kiriş üzerine oturan kolonlara kesinlikle izin verilmez. Taşıyıcı sistemin tüm bina boyunca kesintiye uğramadan devam etmesi istenir. Mimari açıdan aydınlık elde etmek için döşemelerde açılan döşeme yırtıkları yatay deprem kuvvetlerinin kolonlara aktarılmasını zorlaştırır. Döşemelerin diyafram olarak davranmaması deprem performansını olumsuz etkiler. Döşeme boşluğu toplam kat alanının %33'ünden fazla olamayacağı yönetmelikte belirtilmiştir.
Betonarme yapı tasarımının en önemli kuralı kuvvetli kolon zayıf kiriş prensibidir. Yapılar tasarlanırken kolonların kirişlerden daha güçlü olması beklenir. Binalarda plastik mafsalların kiriş uç bölgelerinde oluşması istenir. Kiriş uçlarında oluşan plastik mafsallar yapı sünekliğine katkı sağlarken kolon uç bölgelerinde az sayıda oluşan plastik mafsallar yapılarda göçme mekanizmaları oluşmasına neden olur. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'nde kolonların kirişlerden % 20 oranında daha güçlü olarak tasarlanması istenir. Donatı düzenleme kurallarına uyularak, kaliteli beton kullanılarak, kolon kiriş bağlantı noktalarında gerekli sıklaştırmalar yapılarak inşa edilen yapılarda kapasite tasarım hasarları engellenir.
Büyükşehirlerde arazilerin değerli olması nedeniyle aralarında hiç boşluk bırakılmaksızın bitişik bloklar halinde yapılar inşa edilmektedir. Yeterli derz boşlukları bırakılmadan inşa edilen bitişik nizamlı binalar sarsıntının etkisiyle birbirine çarpmakta ve çekiçleme hasarları meydana gelmektedir. Yönetmeliklerde binalar arasında bırakılması gereken derz boşlukları belirtilmiştir. Yeterli derz boşlukları bırakılarak çekiçleme etkisi engellenir.
Okul, hastane gibi kamu binalarında sıklıkla kolondan kolona uzanan alt kısmı dolgu duvarlı üst kısmı pencere olacak şekilde oluşturulan mimari tasarımlar nedeniyle kısa kolon etkisi meydana gelmektedir. Benzer bir durum da bodrum katlı binalarda ışıklandırma ve havalandırma sağlanması amacıyla oluşturulan bant pencerelerde karşımıza çıkmaktadır. Deprem anında dolgu duvarlı alt kısmın hareketi engellenirken üst kısımda aşırı kesme kuvveti nedeniyle yapısal hasar meydana gelmektedir. Tasarım aşamasında olabildiğince bant pencere oluşumundan kaçınılması alınabilecek en etkili önlemdir. Bant pencere oluşması zorunlu ise kolon uç bölgesinde sargı donatısı arttırılarak kolon hasarı engellenir.
Sonuç olarak betonarme yapılardan beklenen davranış yatay deprem yüklerini döşemelerden kirişlere, kirişlerden kolonlara, kolonlardan da temele iletilmesidir. Süneklik düzeyi yüksek, yerdeğiştirmeleri tatminkâr, içerisinde düzensizlikleri barındırmayan, kaliteli malzeme ve işçilikle inşa edilmiş yapılarda deprem etkileri minimuma indirilebilir. 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'nde üzerinde durulan kurallar dikkate alınarak projelendirilip inşa edilen yapılarda depremin neden olduğu birçok olumsuz sonucun önüne geçilir.

Abstract:
Many earthquakes occur around the world each year, causing light-to-severe damage in structures. Severe earthquakes have caused loss of lives as well as great economic losses. Earthquake reconnaissance have shown that reinforced concrete buildings experience similar characteristics of damage and/or collapse around the world. Structural damages caused by earthquakes can be grouped under certain headings and precautions against them can be identified. Typical reasons for structural damages observed in reinforced concrete buildings are as follows: torsional effects, soft story irregularity, weak story irregularity, geometric irregularity, diaphragm discontinuity irregularity, and poor quality materials and workmanship. This thesis focuses on details of such damages as well as associated regulations required by the 2018 Turkish Building Earthquake Code.
Buildings with asymmetrical configuration of lateral load resisting systems where center of mass and center of rigidity do not coincide, typically experience structural damages associated with torsion. Nonrectangular building designs (such as L, T, U shaped), mostly due to architectural reasons, cause stress concentrations which also result in torsional damage. Structural damages that likely occur due to torsional irregularity can be prevented by avoiding rapid change of infill walls between adjacent floors, providing symmetrical placement of columns and partitions in plan, keeping interstory drifts between adjacent floors below the specified limits by seismic codes.
While infill walls are used for constructing rooms in the buildings, they are not needed for getting large volumes in the stores. Abrupt changes in distribution of walls between adjacent floor levels may cause soft-story and/or weak-story damages. Story collapse of in such buildings is one of the frequently observed structural damages. Lateral displacements can be reduced by adding columns and partitions or by installing diagonal members in ground floors for preventing weak floor and soft floor damage.
To gain additional space in the buildings, overhangs are often designed by architects. Such additions adversely affect building mass distribution of buildings. While building overhangs are being constructed, cantilever beams occur in the structure consequently framework system get weakness. During an earthquake, columns are not able resist lateral forces, thus close extension as well as all building may have sags. In buildings, asymmetrical close and open extensions should not be constructed that cause mass rigidity balance as well as column system horizontal components should not be interrupted.
xxvi
Based on regulations of discontinuous vertical members, it is not allowed to use columns on beams. Column system is required to continue without any interruption through building. From architectural point of view, openings are used to acquire certain level of luminousness, however, they make the load transfer from slabs to the beams difficult, while also conflicting with the slab diaphragm behavior. In regulations, it has been stated that tiling hole could not be more than 33% of total flat area.
One of the most important principles in design of reinforced concrete structural members is the principle of "strong column – weak beam", which requires columns be stronger than beams. This principle implies that plastic hinges occur in beam ends to enhance ductility of the building. 2018 Turkish Building Earthquake Code requires that columns should be %20 stronger than beams. Reinforcement are performed in beam-column joints by adhering to reinforcement arrangement guidelines by employing high-quality concrete and capacity design damages are prevented in the structures.
In metropolitan regions, buildings in adjacent blocks are sometimes constructed without leaving any gap in between. Blocks type buildings which are constructed without leaving enough gap, collide with the quake and resulting pounding damages. The regulations have prescribed the required seismic gaps to be allocated between adjacent buildings which aim to prevent pounding effects.
In public buildings (e.g. school, hospital), short column effect occurs due to architectural design that extend from column to column which the lower part is filled wall and upper part is a window
A similar case can be seen at basement floor with band type of windows with the purpose of lighting and air conditioning. During the earthquake, while movement of lower section is prevented by the wall whereas structural damage occurs due to excessive shear force in the upper section. During the design stage, band-type windows should be avoided as much as possible. If it is obliged to create band window, column damage can be prevented by adding stirrup equipment of column.
The expected behavior of the reinforced concrete building is to transfer lateral earthquake loads from floors to beams, from beams to columns, and from columns to foundation. Earthquake effects can be minimized in the building with high ductility level, satisfactory displacement, free of irregularities and as well as high quality materials and workmanship. If structures are built and design by considering the principles as specified in 2018 Turkish Building Earthquake Code, several adverse results caused by earthquakes can be prevented.