Yapı stoklarının tam ölçekli modellenmesi ve analizi için sistem geliştirilmesi
System development for full scale modeling and analysis of building inventory
Yazar: HASAN ATMACA
Danışman: DOÇ. DR. ABDURRAHMAN ŞAHİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Ülkemiz yeryüzündeki depremlerin yaklaşık beşte birinin gerçekleştiği Alp-Himalaya deprem kuşağında; tek yönlü hareket kabiliyeti yüksek, Afrika, Arap ve Avrasya plakalarının arasında yer almaktadır.  Fay hatlarına yakın konumlanan yoğun yerleşim bölgelerinin taşınması ve büyük bir çoğunluğu kaçak, denetimsiz ve depreme dayanıksız olan yapı stokumuzun yenilenmesi, kısa vadede çözümü mümkün olmayan ve deprem sonucu oluşacak hasarı önemli ölçüde artıran etkenlerdir. Topraklarımızın ve nüfusumuzun yaklaşık %98' i deprem riski altındadır.  Son 30 yıldaki büyük depremler sonucu yaşanan can kayıpları ve oluşan ekonomik bilanço gelişmiş ülkelerin oldukça gerisinde kaldığımızı gözler önüne sermiştir. 
Aniden gelişmesi ve yıkıcı etkisi sebebiyle bireyin hayatını derinden sarsan depremin toplum üzerinde bıraktığı ağır psikoloji uzun yıllar boyunca tahmin bile edilemeyecek sonuçlar doğurmaktadır. Sonrasında oluşan ve ikincil etkenler olarak nitelendirebileceğimiz ulaşım, enerji, telekomünikasyon gibi altyapı sistemlerinin tahribatı neredeyse deprem kadar maddi ve manevi yıkıma sebep olmaktadır.  Can kayıplarının önüne geçilmesi, toplumun ruh sağlığının korunması ve oluşabilecek hasarın minimize edilmesi ile ekonomik kayıpların engellenmesi için deprem öncesinde yüksek riskli bölgeler tespit edilerek gerekli iyileştirme ve hazırlık çalışmaları yapılmalı; deprem sonrasında ise ülkenin hali hazırdaki müdahale yeteneği mümkün olan en etkin şekilde kullanılmalıdır. 
Elbette ki bu sorunun çözülmesinde en analitik yöntem bilişim sistemlerinin kullanılması olacaktır. Deprem gibi geniş coğrafyalara etki eden ve sonrasında birçok toplumsal soruna sebep veren çok boyutlu afetler için sistematik ve çok yönlü yaklaşımı ile bünyesinde konumsal ve konumsal olmayan birçok verinin kolay bir şekilde saklanıp analiz edilmesini, güncellenip sorgulanmasını sağlayan CBS' nin (Coğrafi Bilgi Sistemleri) kullanılması oldukça işlevsel ve bütünleşik bir seçenektir. Bu doğrultuda geliştirilen ve dünyanın çeşitli ülkelerinde resmi olarak kullanılan hali hazırda yazılımlar mevcuttur.  Ülkemizde yapılan çalışmalarda ise FEMA - NIBS işbirliği ile ABD için üretilen HAZUS-MH yazılımı referans alınarak İTÜ - MAE Center - PEER Center işbirliği ile geliştirilen HAZTURK ve Avrupa Birliği NERIES projesi kapsamında Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü tarafından üretilen ve veri bankası sürekli güncellenen ELER yazılımları kullanılmaktadır. 
Yapılan çalışmalarda yapısal veri envanterinin kısıtlı olması sonuçların güvenilirliği açısından şüphe uyandırmaktadır. Analiz sonucu ağır hasarlı çıkan bir bina için yapısal veri olarak yalnızca cinsinin, kat yüksekliğinin, yaşının ve yerinin referans alınması, kuvvetli yer sarsıntıları için yeterli arşivimizin olmaması sebebiyle San Andreas Fay' ından ithal edilen azalım ilişkilerinin kullanılması ve tanımlanan deprem senaryosunun gerçekleşme olasılığı göz önüne alındığında elde edilen sonuçların oldukça sorgulanabilir seviyede olduğu görülmektedir. Mevcut altlıklar içerisinde gerçeğe yakın hale getirilmesi mümkün olan en iyi seçenek yapısal verilerdir. Gerek uluslararası gerek ulusal çapta kullanılan hiçbir kayıp tahmin yazılımında tam ölçekli yapı modellemesi kullanılmamaktadır. 
Bu çalışmada, incelenmesi istenilen bölgedeki betonarme yapılara ait, varsa ilgili idarelerden elde edilebilecek mimari ve statik proje, yoksa gerekli teknik bilgi ve beceriye sahip kişilerce yapı mahallinin incelenmesi suretiyle hazırlanacak statik röleve projesi esas alınarak tam ölçekli yapı modelinin oluşturulması; elde edilen detaylı verilerin ESRI tarafından geliştirilen ve CBS' de sıklıkla kullanılan shape (*shp) dosya formatına dönüştürülmesi; UC Berkeley tarafından geliştirilen ve ortak kullanıma açık OPENSEES yazılımı ile kullanıcı tanımlı ivme kaydı altında analiz edilmesi sonucu yapıya ait modal parametrelerin ve kat ötelemelerinin hesaplanması; araştırma kümesini temsil eden eğrilerin, denklemlerin, istatistiksel sonuçların ve örneklem yapının oluşturulması amacıyla MathWorks tarafından geliştirilen ve dördüncü nesil programlama dili olan Matlab kullanılarak "StructGIS" adı verilen bir yazılım geliştirilmiştir. Üretilen yazılımın gelecekte geliştirilmesi planlanan hasar tahmin sistemine veri üretilmesi için kullanılması amaçlanmaktadır.

Abstract:
Our country takes place in Alpine-Himalayan seismic belt where one out of five of the earthquakes in the world occur; among the Africa, Arabian and Eurasian plates whose one-way mobility is high. Transporting the densely populated areas positioned near the fault lines and renewal the building stock which are mostly illegal, uncontrolled and earthquake-vulnerable are factors which don't have a solution in the short term and increase the damage significantly due to the earthquakes. Approximately 98% of our population is at earthquake risk. The loss of human life and economic crisis due to the major earthquakes in the last 30 years show that we stayed far behind the developed countries.
Negative psychology on society due to the earthquake with sudden occurrence and devastating impact causes unforeseeable consequences for many years. Destruction of infrastructure such as transportation, energy and telecommunications which observed after the earthquake and can be described as secondary factors causes material and moral demolition as much as earthquake. Necessary improvements and the preparatory work should be carried out by determining high-risk areas before the earthquake to prevent loss of life, to protect the mental health of the community and to prevent the economic losses by minimizing the possible damages; the response capability of the country after the earthquake must be used in the most efficient way possible. 
Certainly, the most analytical method to solve this problem would be the use of the information systems. The use of Geographic Information System (GIS) which allows many spatial and non-spatial data to be stored, analyzed, updated and queried in an easy way is an integrated and highly functional option for multidimensional disasters affecting large geographical areas and causing many social problems. Computer programs were developed for this purpose and are already used officially in several countries around the world. In studies performed in our country, HAZTURK software developed in cooperation with ITU - MAE Center - PEER Center and ELER software produced by the Bogazici University Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute under NERIES project supported by European Union are used.
There is doubt about the reliability of the results obtained from these studies because of the limited inventory of structural data. The results obtained appears to be quite questionable level when considering that the heavy damaged buildings are determined by only using building type, story height, building age and location, the use of attenuation relations imported from San Andreas Fault  due to lack of adequate archive for strong ground motions and the probability of occurrence of earthquake scenarios identified. The best option is using the structural data to obtain most realistic models. None of the national and international available loss estimations tools use full scale structural modeling. 
In this study, a new Software named as "StructGIS" is developed to generate full scale models of the buildings in a selected urban area by using MATLAB which is the fourth-generation programming language developed by The MathWorks. Architectural and structural projects obtained from the relevant authorities are used to produce full scale models of any buildings in urban areas if possible.  Otherwise, static survey projects produced by experts with the necessary technical skills and knowledge performing in-situ examination of the structure are also used. The developed full scale models may be exported in .shp format widely used for GIS applications which was developed by ESRI. Full scale time history analyses of the buildings in urban areas may be performed by using OPENSEES Tool and the story displacements, story drifts may be calculated during the earthquake effect. The statistical models may be generated by using the input and output data of the building inventory in the urban area. The developed software will produce data for planned damage prediction system in the future.