Deprem etkisindeki betonarme bir yapıda meydana gelen toptan göçme durumunun incelenmesi: 30 ekim 2020 İzmir depremi örneği
Investigation of total collapse in a reinforced concrete structure under earthquake effect: The case of 30 october 2020 İzmir earthquake
Yazar: RECEP VARAN
Danışman: PROF. DR. ERCAN YÜKSEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Dünyada ve ülkemizde sismik olarak birçok aktif bölge bulunmaktadır. Bu bölgelerde modern tasarım hükümlerine uygun olarak tasarlanmayan ve inşa edilmeyen çok sayıda betonarme bina bulunmaktadır. Yakın geçmişte meydana gelen depremler sonucunda bu tür yapılarda büyük zararlar görülmüştür. Ayrıca, depremlerden sonra yerinde yapılan inceleme ve gözlemlerde bu yapılarda kullanılan beton ve donatı kalitesinin son derece düşük olduğu belirtilmiştir. Bütün bu olumsuz durumların bir sonucu olarak bu tür yapılar düşük yanal yer değiştirme kapasiteleri ve güçlü yer hareketleri sırasında kesme dayanımındaki hızlı düşüş nedeniyle kısmi veya toptan göçmeye karşı hassastır. Tipik olarak, bu tür binalardaki kolonlar, tersinir yükleme altında yeterli dayanım ve sünekliğe sahip değildir.  Bu yüzden gevrek kesme kırılması ve eksenel yük taşıma kapasitesinde kayıp yaşar. Deprem hasarına karşı hassasiyeti değerlendirmek ve gereken güçlendirme seviyesine karar vermek için, dayanım ve deformasyon kapasitesi açısından kolonların beklenen davranışı değerlendirilmelidir. Bu, eksenel, eğilme ve kesme davranışıyla ilişkili tüm olası göçme mekanizmalarını göz önünde bulundurarak yük-deformasyon tepkisini tahmin ederek elde edilebilir. Gelişen bilgisayar teknolojisi ve yapı mühendisliği alanında yapılan çalışmalar kolonlarda kesme ve eğilme davranışının birlikte değerlendirilmesini daha gerçekçi bir yaklaşımla olanaklı kılar. Bu nedenden ötürü tez kapsamında yapı ve deprem mühendisliğindeki en güncel çalışmaları içeren TBDY 2018 yönetmeliği esasları referans alınarak 1975 Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmeliğe göre tasarlanmış ve toptan göçme durumunda olan betonarme bir binanın performans analizi yapılmıştır.
Bu tez çalışmasında ele alınan yapı 30 Ekim 2020 İzmir Depreminde hasar alan bir sitenin toptan göçen bir bloğudur. Taşıyıcı sistemi perde ve çerçevelerden oluşan 7 katlı betonarme yapının TBDY 2018'de belirtilen kriterler ışığında yapılan performans değerlendirmesi sonucunda göçme durumuna gelmesine sebebiyet veren durumlar araştırılmıştır.
Toplam dört ana bölümden oluşmakta olan tez kapsamında ilk bölümünde dünyanın sismik olarak aktif bölgelerinde kolon eksenel ve kesme kapasitelerinden ötürü hasar almış birçok yapı örneği verilmiştir ve ülkemizde meydana gelen şiddetli depremler sonucunda meydana gelen can kayıpları tablo halinde özetlenmiştir.
İkinci bölümde, TBDY 2018 içerisinde belirtilen plastik mafsal hipotezi kavramı detaylı bir şekilde açıklanarak yapılan deneysel çalışmalar sonucu elde edilen sayısal formüller özet halinde verilmiştir. Ardından TBDY 2018 içerisinde yer almayan ama tezimizde değindiğimiz konunun altyapısını oluşturan, kolonlar için faklı davranış durumlarının birlikte modellenmesi hakkında yapılan deneysel ve sayısal çalışmalar özet halinde sunulmuştur.

Üçüncü bölümde, TBDY 2018 Bölüm 5'te mevcut binaların deprem etkileri sonucu davranışının belirlenmesinde esas alınacak hesap ilkeleri belirtilmiştir. Yönetmelik ilkelerine göre mevcut binaların değerlendirilmesi için malzeme bilgilerinin alınması, yapı elemanlarının hasar sınırlarının belirlenmesi ve yapının analiz edileceği hesap yöntemine dair temel adımlar sunulmuştur. Ardından taşıyıcı sistemi perde ve çerçevelerden oluşan 7 katlı betonarme yapının statik itme analizi yapılarak kendi yapıldığı dönemdeki yönetmeliğe göre belirlenen deprem kuvvetini karşılayıp karşılayamadığı belirlenmiştir. Son olarak bu binada zaman tanım alanında doğrusal olmayan hesap yöntemine göre performans analizi yapılmıştır. Fakat bu adımda yönetmeliğin şartlarına uygun 11 deprem kayıt takımı kullanılmamış olup sadece 30 Ekim 2020 İzmir Depremi sırasında 3513 Bayraklı ivme istasyonundan alınan ivme kayıtları kullanılmıştır. Yapılan analizler ışığında elde edilen sistem ve eleman bazında sonuçlar belirtilerek bu bölüm tamamlanmıştır.
Dördüncü ve son bölümde ise elde edilen sonuçlar ve öneriler açıklanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında yapılan zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz sonucunda betonarme kolon ve perde elemanlarının yeterince plastik davranış gösteremediği ortaya çıkmıştır. Yapılan statik itme analizi sonuçlarından yola çıkarak binada toplam perde kesme kapasitelerinin diğer doğrultudaki toplam kolon kesme kapasitelerinden daha az olduğu görülmüştür. Bu durum deprem sırasında göçmenin perde elemanlardan başladığını ve daha sonra tüm binanın toptan göçmesine sebep olduğunu göstermektedir. Elde edilen sonuçlara dayanarak kolon ve perde elemanlarda faklı davranış durumlarının birlikte modellenmesinin ve mevcut yönetmelik içerisinde bu konuların yer almasının mevcut binaların göçme durumlarının daha iyi anlaşılması için etkili bir yöntem olacağı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
There are many seismically active regions in the world and in our country. In these regions, there are many reinforced concrete buildings that need to be designed and constructed in accordance with modern design provisions. As a result of the earthquakes that occurred in the recent past, significant damages have been observed in such buildings. In addition, on-site inspections and observations made after the earthquakes indicated that the quality of concrete and reinforcement used in these buildings could have been much better. As a result of all these adverse conditions, such structures are susceptible to partial or total collapse due to their low lateral displacement capacity and rapid drop in shear strength during strong ground motions. Typically, the columns in such buildings do not have sufficient strength and ductility under reversible loading. Therefore, they experience brittle shear fracture and loss of axial load-carrying capacity. In order to assess the vulnerability to earthquake damage and decide on the level of retrofitting required, the expected behaviour of the columns in terms of strength and deformation capacity should be evaluated. This can be achieved by predicting the load-deformation response, considering all possible failure mechanisms associated with axial, flexural and shear behaviour. Developing computer technology and studies in the field of structural engineering make it possible to evaluate the shear and flexural behaviour of columns together with a more realistic approach. For this reason, within the scope of this thesis, a performance analysis of a reinforced concrete building designed according to the 1975 Regulation on Structures to be Built in Disaster Zones and in a state of the total collapse was carried out with reference to the TBDY 2018 regulation, which includes the most up-to-date studies in structural and earthquake engineering.
The building considered in this thesis is a complex housing block damaged on October 30, 2020, during the Izmir Earthquake. As a result of the performance evaluation of the 7-storey reinforced concrete building, whose structural system consists of shear walls and frames, in the light of the criteria specified in TBDY 2018, the conditions that caused the collapse were investigated.
In the first part of the thesis, which consists of four main chapters in total, many examples of structures damaged due to column axial and shear capacities in seismically active regions of the world are given, and the loss of lives as a result of severe earthquakes in our country are summarized in a table.
In the second part, the concept of the plastic joint hypothesis stated in TBDY 2018 is explained in detail, and the numerical formulas obtained as a result of experimental studies are summarized. Then, the experimental and numerical studies on the joint modelling of different behavioural states for columns, which are not included in TBDY 2018 but constitute the subject we address in our thesis, are summarized.
In the third chapter, the calculation principles to be taken as the basis for determining the behaviour of existing buildings as a result of earthquake effects in TBDY 2018 Chapter 5 are presented. In order to evaluate existing buildings according to the principles of the regulation, the basic steps for obtaining material information, determining the damage limits of the structural elements and the calculation method in which the structure will be analyzed are presented. Then, a static thrust analysis of a 7-storey reinforced concrete building, whose structural system consists of shear walls and frames, is performed to determine whether it can withstand the earthquake force determined according to the regulation at the time of its construction. Finally, the performance analysis of this building was performed according to the nonlinear calculation method in the time domain. However, in this step, 11 earthquake recording sets in accordance with the requirements of the regulation were not used, and only acceleration records were taken from 3513 Bayraklı acceleration station during October 30, 2020, Izmir Earthquake was used. This section is completed by stating the system and element-based results obtained in the light of the analysis.
In the fourth and final chapter, the results and recommendations are explained. As a result of the nonlinear analysis in the time domain performed within the scope of this thesis, it was revealed that reinforced concrete column and shear wall elements could not show plastic behaviour sufficiently. Based on the results of the static pushover analysis, it is seen that the total shear capacity of the shear walls in the building is less than the total shear capacity of the columns in the other direction. This situation shows that the collapse during the earthquake starts from the shear wall elements and then causes the total collapse of the whole building. Based on the results obtained, it is concluded that modelling the different behavioural states of the column and shear elements together and including these issues in the current regulations will be an effective method to understand the collapse conditions of existing buildings better.