2011 Van depreminden etkilenmiş bir yapının farklı kabullerle deprem güvenliğinin belirlenmesi ve karşılaştırılması
Seismic performance evaluation with different assumptions and comparison of a real building which was exposed to 2011 Van earthquake
Yazar: EBRU TOY
Danışman: PROF. DR. FATMA GÜLTEN GÜLAY ; YRD. DOÇ. DR. İHSAN ENGİN BAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Türkiye'nin aktif bir deprem kuşağında yer almasının yanı sıra ülkemizde meydana gelen depremlerin büyük hasarlara yol açmasının ikinci bir sebebi de geçmiş yıllarda bina tasarımlarının bir çoğunda deprem etkilerinin dikkate alınmamış olması ve böylelikle binaların sadece düşey yük etkisi altında olduğu varsayımına dayanıp buna göre inşa edilmeleridir. Türkiye'de meydana gelebilecek olası depremlerde oluşacak hasarları azaltabilmek için öncelikle mevcut binaların deprem güvenliğinin belirlenmesi gerekmektedir. Türkiye'de bir yapıda deprem performans kavramı oldukça yeni bir kavram olup ilk kez 1997 Deprem Yönetmeliği'ne ilave bir bölüm eklenerek oluşturulmuş olan 2007 Deprem Yönetmeliği'nde ele alınmıştır. Bu yönetmelikte 7. Bölüm olarak eklenen "Mevcut Binaların Değerlendirilmesi ve Güçlendirilmesi" ile kritik bir deprem kuşağı üzerinde olan ülkemizde deprem mühendisliği uygulamalarında yeni bir saha açılmıştır.
2007 Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bölüm 7'de ayrıntılarıyla izah edilen mevcut bina ve bina türü yapıların deprem performans seviyelerini belirlemede uygulanacak olan adımlar, yeni yapılmış ya da yapılacak olan binaların değerlendirilmesinden biraz farklıdır. Bunun nedeni mevcut bir binada deprem performans seviyesinin tespiti için toplanması gereken bilgi düzeyinin yapım yılına bağlı olarak sınırlı kalması, binanın yapım aşamasında dönemin inşaat mühendisliği yönetmeliğine ne kadar bağlı kaldığı hususu ve yapıda kullanılan malzeme kalitesi gibi belirsizliklerdir. Bu yüzden mevcut bina ve bina türü yapıları değerlendirirken bu durum göz önüne alınarak yeni yapılmış binalara kıyasla daha güvenli koşullarda incelememiz gerekmektedir.
2007 Türk Deprem Yönetmeliği, Bölüm 7'ye göre mevcut bina ve bina türü yapıların deprem performans analizi doğrusal elastik hesap yöntemleri (Doğrusal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi, Doğrusal Mod Birleştirme Yöntemi) ve doğrusal elastik olmayan (Artımsal Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi, Artımsal Mod Birleştirme Yöntemi ve Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Hesap Yöntemi) ile çözümlenebilir.
Dolgu duvarlı betonarme çerçeveler, Türkiye'de yaygın olarak kullanılan yapım uygulamalarıdır. Dolgu duvarlar yapı içerisinde herhangi bir düzensizliğe sebebiyet vermeyecek şekilde düzgün bir dağılım gösterip, tasarımda uygun bir şekilde göz önüne alınırsa, o zaman herhangi bir depreme maruz kalan yapının sismik performansına olumlu katkıları olacaktır. Bunun yanı sıra eğer dolgu duvarların planda ve düşeyde düzensiz bir yerleşimi varsa o zaman yapıya olan olumsuz etkileri de kaçınılmaz olur. Dolgu duvarlı yapılar için genelde en alt katın çökmesiyle sonuçlanan yumuşak kat örneği bu olumsuz etkiye  örnek olarak gösterilebilir.
Dolgu duvarları modellemek zor ve karmaşık bir işlem olmasından ötürü yapının tasarım ve analiz aşamasında çoğu zaman dolgu duvarlar göz önüne alınmaz. Yapısal bir eleman olarak ihmal edilseler bile, yıllardır yürütülen çalışmalar ve araştırmalar dolgu duvarların yapının dayanımını ve taşıyıcı sistemin yanal rijitliğini nasıl değiştirdiğini ve neticesinde ise binanın doğal titreşim periyodunu küçülttüğünü ortaya koymuştur. Daha basit açıklamak gerekirse, dolgu duvarlar doldurdukları betonarme taşıyıcı çerçevenin yanal rijitliğini arttırırlar. Bunun yanı sıra 2007 Deprem yönetmeliğinde ise dolgu duvarlar yalnızca sabit yük olarak yapıya etkitilmekte bunun dışında yapının analiz aşamasında binanın dinamik özelliklerini (rijitlik, doğal periyot, sönümleme vs.) değiştirmediği varsayılmaktadır.
Sunulan yüksek lisans tezi 6 bölümden oluşmaktadır. Tez çalışmasının ilk bölümünde genel olarak tezin amaç ve kapsamı hakkında kısa bir bilgi verilmiştir.
İkinci bölümde, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik 2007, Bölüm 7'de ayrıntılarıyla izah edilen, mevcut binaların performans değerlendirmesi ile ilgili aşamalar hakkında genel bir bilgi verilmiştir.
Üçüncü bölümde, yapı davranışı açısından dolgu duvarların öneminden bahsederek, bina taşıyıcı çerçevesine olan olumlu veya olumsuz etkilerinden yani ilave bir eleman olarak yapının yükünü nasıl etkilediği ve yapının dinamik karakteristik özelliklerini nasıl değiştirebileceği konusu üzerinde durulmuştur. Bunun yanı sıra aynı bölümde, dolgu duvarların betonarme çerçeve ile birlikte nasıl modelleneceği hakkında birkaç modelleme tekniği anlatılmıştır. Bu öneriler eşdeğer diyagonal basınç çubuğu ve sonlu elemanlar yaklaşımıdır.
Dördüncü sayısal uygulamalar bölümünde ise 2007 Türk Deprem Yönetmeliği'ne göre, 23 Ekim 2011 Van Depremine maruz kalmış gerçek bir yapının farklı kabuller yapılarak oluşturulan üç farklı  modelinin deprem performansı analizi yapılmıştır. İlk model olan TSM-1 yapı modeli SAP 2000 Yapı Analizi programı yardımıyla gerçekte yapının kendi statik projesi ile uyumlu olacak şekilde modellenmiştir. İlk yapı modelinin (TSM-1) aksine, ikinci model olarak TSM-2 taşıyıcı sistemi, 2,8 m yüksekliğinde ilave bir kat ve binanın yan cephesi boyunca ilave balkonlar içerecek şekilde modellenmiştir. En son yapı modeli olan TSM-3 taşıyıcı sisteminde ise, dolgu duvarların yapı yanal rijitliğine olan katkısı eşdeğer diyagonal basınç çubuğu yardımı ile modellenmiştir. 3 farklı modelin performans değerlendirmesi 2007 Deprem Yönetmeliği'nde verilen doğrusal elastik hesap yöntemleri ile yapılmıştır.
Son olarak altıncı bölümde ise tüm bir çalışmaların sonuçları özetlenmiştir. Bu bölümde, farklı kabuller yapılarak çözümlenen üç farklı yapı modelinin sonuçları detaylı olacak şekilde karşılaştırılarak 2011 depremini yaşamış mevcut binanın gerçek durumu ile karşılaştırmalı olarak yorumlanmıştır.

Abstract:
Turkey is surrounded by three major African, Arabian and Eurasian plates, and mainly situated on the Anatolian plate. These plates create three major fault lines throughout Turkey, and they are called the North Anatolian Fault (NAF), Northeast Anatolian Fault (NEAF) and the East Anatolian Fault (EAF). As a result of this seismicity in Turkey, a large position of the country is in first-degree earthquake zone. Many regions of the country suffered and affected by these earthquakes throughout the centruies.
Besides the fact that Turkey is located along an active earthquake belt, the secondary reason behind the massive damages by the earthquakes in our country is because  the buildings haven't been designed – no matter in what year - by taking into account of the impacts of the earthquakes and they haven't been constructed as earthquake resistant. First and foremost, the seismic performance of existing buildings should be assessed in order to reduce the damages by the probable earthquakes that may occur in the country. The seismic performance of a building is a new concept in Turkey and for the first time it has taken a place in Turkish Seismic Code 2007 which has been created by adding some annexes to the Seismic Code 1997. Adding a new chapter in this code as Chapter 7, 'Evaluation and Invigorate of the Existing Buildings', has opened a new field of application for earthquake engineering. 
The Requirements for Buildings to be built in seismic zones 2007 differs slightly from the steps to be applied to determine the seismic performance levels of existing buildings and building - type structures which are described in details in Chapter 7. The reasons are the uncertainties regarding;  -depending on the construction year- the limitation on the information,which should be gathered from an existing building to determine the seismic performance level,the issue whether the building is built under the construction regulations of the period and the materials used in the building. Due to those specific reasons, while assessing the existing buildings and building type structures, we should examine these buildings under more adverse circumstances in comparison to the recent buildings.
According to the Chapter 7 of Turkish Seismic Code 2007, the seismic performance analysis procedures of existing building  are classified as linear elastic (equivalent lateral load method, mode superposition method); non-linear analysis (pushover analysis with equivalent lateral load method and mode superposition method) and non-linear time history analysis.  The main purpose of this linear analysis procedure is to reach reliable results by combining linear analyses with capacity principles in order to determine the real seismic performance of buildings.
Nonlinear analysis methods are more rigorous in evaluating the seismic performance of buildings than the linear procedures since they allow redistribution of internal actions in the post-elastic range. On the other hand, linear elastic analysis methods are preferred in practice since less effort is required to obtain the results. In addition, the calculation procedures of linear elastic analysis are straight forward and more practical. The accuracy of linear elastic procedure can be improved by using the capacity principles. The efficiency of this method can be tested by comparing the results of nonlinear procedure by the results of linear elastic analysis.
The main objective of this thesis is to assess the seismic performances of the selected case study- building with three different models by using linear elastic procedure step by step as indicated in Turkish Seismic Code (2007). 
Reinforced concrete frames with infill walls are a prevalent structural system in Turkey. If the infills are properly distributed throughout the structure and properly considered in the design, then they usually have a positive effect on the seismic response of the structure. On the other hand, adverse impact can be caused by irregular positioning of the infills in plan and in elevation. A soft-storey collapse is typical for infilled structures in which the infills are missing in ground storey.
The infill walls are ignored during the design and calculation of buildings due to modelling of infill walls are hard and complex. Although infills are neglected as a structural element in the calculations, experimental studies conducted for years and investigations revealed that, infills increase the strength, in-plane stiffness and consequently reduce the natural period of structures. But simply, infill walls improve the lateral behavior of the reinforced frames they fill up. In Turkish Earthquake Code, infills are taken into account only for the calculation of the dead load, however they do not affect dynamic properties of building like stiffness, fundamental period and damping.
The presented master thesis is composed of six chapters and the first part is designated for the brief explanation of the subject. The aim and the scope of the thesis explaned in this part.
The second chapter includes general information about performance assessment principals of existing buildings as specified in Turkish Seismic Code 2007 Chapter 7.
In the third chapter, the important effects of infills on the variation of building loads and building dynamic characteristics are highlighted. On the other hand in the same chapter, several techniques of numerical modeling infills with reinforced concrete frames are presented. These suggestions are mainly the Equivalent Strut method and Finite Element method.
In the fourth chapter numerical, investigation is presented in which the seismic performance of the three diffrent models of a reinforced concrete building which exposed to 2011 Van earthquake, analyzed according to the Turkish Seismic Code (2007). In the first model TSM-1 reinforced concrete frame is modeled in as given its own static project by using SAP 2000 structural analysis program. Unlike the first model TSM-1, the second model TSM-2 reinforced concrete frame is modeled by adding a storey (height of 2,8 m) with additional balcony at the building's lateral facade which reflects the real existing situation of the building. In the third model called as TSM-3, the stiffness of the infill walls are modeled by using equivalent compression struts in addition to the second model. For determining the seismic performance of three diffent models in this section, the linear elastic method is used. (as suggested in Turkish Seismic Code 2007- Chapter 7).
In the sixth chapter, the conclusions of the thesis study are summarized. In this chapter, discussions about 3 different models are given. Aproach and suggestions for future studies are presented.