Nur-u Osmaniye Camii'nin deprem performansının belirlenmesi ve koruma önerileri
Determination of the earthquake performance of Nur-u Osmaniye Mosque and conservation proposals
Yazar: ÖMER DABANLI
Danışman: PROF. DR. YEGAN KAHYA SAYAR ; PROF. DR. FERİDUN ÇILI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Restorasyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Mimarlık = Architecture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İstanbul Tarihi Yarımada'da Çemberlitaş bölgesinde Kapalı Çarşı'nın hemen yanında konumlanmış, aynı isimli külliyenin en önemli yapısı olan Nur-u Osmaniye Camii, 18.yüzyıldaki dönüşümün simgesi olarak Osmanlı mimarlık tarihi açısından özgün mimarisi ve teknik özellikleriyle önemli bir eserdir. Caminin inşaatı 1748 yılında I. Mahmud tarafından başlatılmış, 1755 yılında kardeşi III. Osman tarafından tamamlanmıştır.
Nur-u Osmaniye, 18. yüzyılda artan Batı etkisiyle İstanbul'da yaygınlaşmaya başlayan Barok sanatın dini mimariyle ilk defa buluştuğu eser olarak bu yeni akımın Osmanlı gelenek ve birikimiyle harmanlanmasıyla ortaya çıktığından Osmanlı Baroğu olarak da nitelendirilmiş özgün bir yapıdır. Camideki oval avlu, çokgen mihrap nişi ve cephelerdeki yoğun bezemeler öne çıkan Barok özelliklerindendir.
Nur-u Osmaniye Camii, sadece mimarlık ve sanat tarihi açısından değil, Osmanlı mimarlık ve inşaat teknolojisi açısından da özel bir yapıdır. Camide kullanılan ahşap kazık ve ızgaralı temel sistemi, temel ile üstyapı arasında bulunan geniş kesitli duvarlardan oluşan altyapı bölümü ile üstyapıda kullanılan yapım tekniği ve demir kuşaklama sistemiyle Osmanlı mimarlık ve inşaat teknolojisinin 18. yüzyılda ulaştığı ileri seviyeyi temsil etmektedir. Yapıyı önemli hale getiren hususlardan bir diğeri de inşaatı sırasında bina kâtibi Ahmed Efendi tarafından kaleme alınan Tarih-i Cami-i Şerif-i Nur-u Osmanî isimli risaledir. Söz konusu Risale sayesinde yapının inşaat safhaları ayrıntılı olarak bilinebilmektedir.
Yapı, inşa edildiği günden bu yana pek çok yıkıcı depreme maruz kalmıştır. İstanbul Tarihi Yarımada'da bulunan büyük tarihi camilerin çoğu bu depremlerde çeşitli derecelerde hasarlar almasına rağmen Nur-u Osmaniye Camii'nde söz konusu depremlerde kayda geçen belirgin bir hasara rastlanmamaktadır. Çalışma kapsamında yapı üzerinde gerçekleştirilen incelemeler de söz konusu hasarsızlık durumunu teyit etmektedir.
Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar on iki bölümde değerlendirilmiştir. İlk bölümde, tezin amacı, kapsam ve yöntemi ele alınmış, ayrıca yapı hakkındaki mevcut çalışmalar incelenmiştir. Bu bölümde ayrıca, önceki çalışmaları da dikkate alarak, tezin alanda ve yapıyla ilgili mimarlık-mühendislik ara kesitinde katkı vermeyi hedeflediği hususlar açıklanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, caminin inşa edildiği 18.yy ortamında, Osmanlı mimarlığına genel bir bakışla birlikte, genel hatlarıyla Barok üslup ve Osmanlı Baroğu incelenmiş, ardından külliyeye kısaca değinilerek sonrasında caminin mimari mekân kurgusu, cephe düzeni ve bezeme unsurları üzerinde durulmuştur.
Caminin tasarımı ve yapım süreci, Ahmed Efendi tarafından yazılan Risale ekseninde, diğer tarihi kaynaklardan da faydalanılarak hafriyat, alt ve üstyapı inşaatı ile açılış töreni çerçevesinde üçüncü bölümde irdelenmiştir. Yapıda kullanılan malzemelerden olan doğal taş, tuğla, harç, ahşap ve demir ise dördüncü bölümde ele alınmış, söz konusu malzemelerin tanımları yapılarak yapıda hangi konumlarda kullanıldığı araştırılmıştır.
Beşinci bölüm, yapının taşıyıcı sistem özelliklerinin ele alındığı kısımları kapsamaktadır. Bu bölümde, yapının taşıyıcı sistem kurgusu, taşıyıcı sistem elemanları ve yapım teknikleri incelenmiştir. Her bir taşıyıcı sistem elemanının ayrıntılı olarak ele alındığı bu bölümde, camide kullanılan yapım tekniklerinin geçmiş dönemlerdeki kökeni ve gelişimi de irdelenmiştir. Ayrıca bu bölümde Barok üslubun taşıyıcı elemanlar üzerindeki etkileri genel olarak değerlendirilmiştir. 
Çalışmanın altıncı bölümünde yapının yaşadığı depremler ile geçirdiği onarımlar ele alınmıştır. Bu bölümde, yapının inşa edilme sürecinden itibaren yaşadığı önemli depremlerdeki davranışı tarihi kaynaklar üzerinden değerlendirilmiştir. Ayrıca yapının geçmiş dönem onarımları tarihi belgeler ve yapı üzerinde gerçekleştirilen gözlemler üzerinden irdelenmiştir.
Tez kapsamında yapıdan alınan malzeme numuneleri üzerinde yürütülen laboratuvar deneyleri yedinci bölümde ele alınmıştır. Bu kapsamda gerçekleştirilen laboratuvar araştırmalarında, malzemelerin fiziki, kimyevi, petrografik ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Yapı üzerinde gerçekleştirilen operasyonel modal analiz deneyleri ise sekizinci bölümün konusudur. Bu kapsamda yapıda gerçekleştirilen iki ayrı deneyin yapılışı ve sonuçları üzerinde durulmuştur. Söz konusu deneylerde serbest titreşim durumuna ait ölçümler esas alınarak, yapının dinamik parametreleri elde edilmiştir. İlk deneyde elde edilen veriler üzerinde yapılan sayısal analizlerle yapının hâkim titreşim frekansları, Fourier ve güç spektrumlarından faydalanılarak belirlenmiştir. İkinci deneyde ise kaydedilen verileri analiz ederek temsili model üzerinde simülasyon yapabilen bir yazılımdan faydalanılmıştır. Yapının söz konusu yazılım marifetiyle oluşturulan basit modeli üzerinde, cihazların bulunduğu ilgili noktaların tanımlanması ve kayıtların analiziyle mod şekilleri tespit edilmiştir. 
Çalışmanın dokuzuncu bölümünde, tez kapsamında hazırlanan sonlu eleman modeli üzerinde gerçekleştirilen 3 boyutlu statik ve dinamik analizlerle yapının düşey ve yatay yükler etkisindeki davranışı araştırılmıştır. Söz konusu analizlerde kullanılan sonlu eleman modeli, yapı deneylerinden elde edilen verilere göre kalibre edilerek kullanılmıştır. Onuncu bölümde ise tez kapsamında önceki bölümlerde gerçekleştirilen inceleme, araştırma deney ve analizlerden elde edilen sonuçlar bir arada değerlendirilmiş ve yapının deprem performansı irdelenmiştir. 
On birinci bölümde, mimari özellikleri kadar teknik özellikleriyle de öne çıkan eserin korunması ve gelecek nesillere özgün nitelikleri korunarak aktarılabilmesi için uluslararası yaklaşımlar ve koruma ilkeleri çerçevesinde öneriler geliştirilmiştir. On ikinci ve son bölümde ise tez kapsamında elde edilen sonuçlar bir arada verilmiştir. 
Osmanlı mimarlık ve inşaat teknolojisi açısından ender nitelikte bir eser olan Nur-u Osmaniye Camii, mimarlık ve mühendislik ara kesitinde, mimari, malzeme ve yapım tekniği ile düşey ve yatay yükler etkisindeki davranışı açısından gözlem, araştırma ve deney ve analizlerle irdelenmiştir. Çalışma, izlenen yaklaşım ve yöntemler bakımından, benzer tarihi yapıların korunması için uygun yaklaşımların geliştirilmesine katkıda bulunmak ve yol gösterici bir kaynak olmak amacındadır.

Abstract:
Nur-u Osmaniye Mosque, which is the most important building of the same named complex located in the Cemberlitas district of Istanbul Historic Peninsula, next to the Grand Bazaar, is an important Ottoman monument with original architectural and technical features, in terms of Ottoman architectural history as a symbol of the transformation in the 18th century. The construction of the mosque was initiated in 1748 by Sultan Mahmud I and was completed in 1755 by his successor Sultan Osman III.
Nur-u Osmaniye, which was first encountered by the religious architect of Baroque art that started to spread in Istanbul with the western influences of the 18th century, is a unique masonry monument, which is described as Ottoman Baroque because of being an interpretation between new western originated Baroque art trend and existing Ottoman traditions and experiences. The oval courtyard of the monument, the polygonal niche (mihrab) and the intensive profiles and decorations on the facades are characteristic of the Baroque style.
Nur-u Osmaniye is a particular monument not only its art and architecture, but also Ottoman construction technology. The mosque represents the ultimate levels of Ottoman construction technology in 18th century because of its wooden piled foundation system, interesting substructure with massive walls and the construction techniques such as iron ties used in the construction of superstructure of the building. The other important case to accept the significance of the building is treatise (Risale) of Ahmed Efendi, who was the clerk of construction, named Tarih-i Cami-i Sherif-i Nur-u Osmani, the history of the mosque. The stages of construction of the building are well known because of the Ahmed Efendi's treatise which gives detailed chronological and technical information as a rare historic document.
The mosque had experienced several destructive earthquakes, which damaged a lot of historic great mosques and buildings in Historic Peninsula of Istanbul, on the contrary, the mosque is completely intact. Furthermore, there is no damage record in the known historic documents. The researches and observations on the building confirmed the remarkable intact conditions.
The studies carried out within the scope of this thesis are evaluated in twelve chapters. In the first part, the purpose, scope and method of the thesis are discussed and the current studies about the structure are examined. In this section, it is also explained that the thesis aims to contribute to the architecture and civil engineering intersection related to the field and the building, taking into consideration the previous studies. In the second part of the work, Baroque style and Ottoman Baroque are examined in general with an overview of Ottoman architecture in the 18th century when the mosque was built. After that, the architectural space organization of the mosque, facade arrangement and decorative elements were examined.
The design and construction process of the mosque was investigated in the third section, by means of the excavation, construction of substructure and superstructure and opening ceremony, taking advantage of other historical sources thorough the axis of Risale written by Ahmed Efendi. Natural stone, brick, mortar, wood and iron as the materials used in the construction were discussed in the fourth chapter, and the locations of the mentioned materials were investigated by making definitions of the materials in detail.
The fifth section covers the parts in which the structural system elements and masonry system properties were addressed. In this section, the structural system of the building, the structural elements of the structural system and the construction techniques were examined. In the section, each structural system element was discussed in detail; the origins and development of the construction techniques used in the mosque have been examined. In addition, the effects of Baroque style on the elements of structural system were evaluated in general in this section.
In the sixth part of the study, the earthquakes and the repairs that were experienced by the mosque were discussed. In this section, the behaviour of structure in the case of important earthquakes that have been experienced since the construction period were evaluated on historical sources. Furthermore, past period repairs of the mosque were examined through historical documents and observation on the structure. 
The laboratory experiments carried out on the material samples taken from the mosque within the scope of the thesis were discussed in the seventh chapter. The physical, chemical, petrographic and mechanical properties of the materials have been determined in the laboratory investigations carried out in this context. In addition, the operational modal analysis experiments as in-situ dynamic tests carried out on the structure are subjects of the eighth chapter. In this section, two different experiments carried out on the structure and the results were discussed. Based on the measurements of the ambient vibration, the dynamic parameters of the structure were obtained. The numerical analysis on the data obtained in the first experiment was used to determine the main vibration frequencies using Fourier and power spectra. In the second experiment, a software capable of simulating the recorded model was used. The mode shapes were determined on the simple model created by the software, by defining the related points where the devices are located and then by analyzing the acceleration records.
In the ninth section of the study, the behavior of the structure under vertical and horizontal loads was investigated via 3 dimensional static and dynamic analysis on the finite element model of the mosque which prepared in this thesis context. The finite element model used in the analysis was calibrated according to the results obtained from the in-situ dynamic operational modal analysis tests. As a result of using calibrated finite element model, the reliability of the numerical analysis was increased. In the tenth chapter, the results obtained from the researches, experiments and analyzes carried out in the previous sections were evaluated together and the earthquake performance of the structure was investigated.
The eleventh chapter includes proposals to conserve the building and transferring to the future generations, preserving its unique and authentic characteristic features. The conservation proposals have been developed within the framework of international approaches and conservation principles, in order to preserve the outstanding mosque with its original architectural and as well as technical features. In the twelfth and last section, the results obtained within the thesis were given together.
Nur-u Osmaniye Mosque, which is a unique monument in terms of Ottoman architecture and construction technology, has been investigated in architecture and structural engineering intersection through observations, researches, laboratory and in-situ experiments and finite element analysis in terms of architecture, materials,  construction technique, structural system and its behavior under vertical and horizontal loads. As a guiding resource, the study aims to contribute to the development of appropriate approaches for the conservation of similar historical masonry structures in terms of the approaches and methods followed.