Ülkemizdeki betonarme binaların deprem performansını...
Transcript of Ülkemizdeki betonarme binaların deprem performansını...
ÜÜlkemizdeki betonarme binalarlkemizdeki betonarme binalarıın n deprem performansdeprem performansıınnıı etkileyen etkileyen
genel genel öözelliklerzellikler
General characteristics influencing General characteristics influencing seismic performance of RC buildings seismic performance of RC buildings
in Turkeyin Turkey
Ahmet Yakut Ahmet Yakut
Orta DoOrta Doğğu Teknik u Teknik ÜÜniversitesi niversitesi (METU)(METU)
İİççerik erik (Content)(Content)
• Bina İstatistikleriBuilding statistics
• BA Binaların Geometrik özellikleri Geometrical properties of RC buildings
• Geçmiş depremlerde gözlenen performansObserved performance from past earthquakes
• Hasara yol açan faktörlerParameters influencing performans
• Kapasiteye ilişkin özelliklerCapacity related properties)
• Mevcut binaların deprem performans hesaplarıSeismic performance assessment of existing buildings
• SonuçlarConclusions
Bina istatistikleriBina istatistikleriBuilding statisticsBuilding statistics
2000 B2000 Binaina İİstatistikleri statistikleri 2000 Building statistics2000 Building statistics
Türkiye Geneli (Nationwide)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1984 2000Year
Sayı
/Num
ber(
mill
ion)
Bina/BuildingHane/Unit
2000 B2000 Bina ina İİstatistikleristatistikleri2000 Building statistics2000 Building statistics
Büyük şehirler (large cities)
0
2
4
6
8
10
12
1984 2000Year
Sayı
/Num
ber(
mill
ion)
Bina/BuildingHane/Unit
BBinaina envanterienvanteri: : KullanKullanıım amacm amacıına gna göörereBuilding inventory: based on occupancyBuilding inventory: based on occupancy
İşyeri/Commercial %6Eğitim/Education %0.36
Kültürel/Cultural, Sağlık/Health, Eğitim/Education, Spor/Recreational % 0.25
Endüstriyel/Industrial % 1.8
Institutional %0.42
Konut veİşyeri/Residential & Commercial % 12.1
Dini/Religious % 0.34Diğer/Other 3.72%
Bilinmeyen/Unknown % 0.049
Konut/Residential 74.9%
2000 B2000 Binaina saysayıımmıı: : yapyapıısal sistemsal sistem2000 Building census: structural sistem2000 Building census: structural sistem
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Çerçeve/Frame Yığma/MasonryTunnel Form Prefabricated Unknown Toplam/Total
Yapısal sistem/Structural system
Sayı
/Num
ber (
mill
ion)
Bina envanteri (Bina envanteri (ŞŞehir): Kat sayehir): Kat sayııssıı ve yapve yapıı ttüürrüüBuilding Stock (Urban): Per Height and typeBuilding Stock (Urban): Per Height and type
01020304050607080
Perc
ent
Type
RCMasonryOther
0
10
20
30
40
50
60
Perc
ent
Height
1-34-7>7
BA/RCYığma/MasonryDiğer/Other
Yapı türü/Type Kat sayısı/Height
Yüzd
e/Pe
rcen
t
Yüzd
e/Pe
rcen
t
Hatay’da In Hatay
• Bina sayısı/ Number of buildings:– 79 098 (1984)- % 80.3 konut/ residential– 176 048 (2004)- % 77.7 konut/ residential
• Hane sayısı/ Number of dwellings:– 107 508 (1984)– 273 294 (2000)
• Çerçeve/ Frame : 112 661 (%64.0)• Yığma/ Masonry : 62 729 (%35.6)
BA BinalarBA Binalarıın geometrik n geometrik öözelliklerizellikleriGeometrical characteristics of Geometrical characteristics of
RC buildingsRC buildings
ÖÖzelliklerzelliklerCharacteristicsCharacteristics
• Kat Yüksekliği/Story Height
– Giriş Katı/Ground Story– Normal Kat/ Regular Story
• Sürekli Çerçeve/Continuous Frame
• Kısa/Uzun Kenar Oranı (Short/Long Dimension Ratio)
Kat YKat YüüksekliksekliğğiiStory HeightStory Height
• Düzce, Bakırköy and Zeytinburnu Veritabanı/Database
• Toplam 3860 Bina 1 ≤ n ≤ 9Total of 3860 Buildings
• (BA Çerçeve/RC Frame)
• Toplam 3828 Bina 3 ≤ n ≤ 9Total of 3828 Buildings
0
5
10
15
20
25
2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1Ground Story Height (m )
(%)
Ground
GiriGirişş Kat YKat YüüksekliksekliğğiiGround Story HeightGround Story Height
• Ortalama/Mean = 3.01 m• Standard sapma/STD = 0.40 m
3 ≤ n ≤ 9 3828 Bina/Building
3 ≤ n ≤ 9 3828 Bina/Building
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
3 4 5 6 7 8 9Str Num ber
Gro
und
Stor
y H
eigh
t (m
)
MeanStDev
GiriGirişş Kat YKat Yüüksekliksekliğği i Ground Story HeightGround Story Height
0
5
10
15
20
25
30
35
40
2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Normal Story Height (m)
(%)
Normal
Normal Normal Kat YKat Yüüksekliksekliğği i Regular Regular Story HeightStory Height
• Ortalama/Mean = 2.72 m• STD = 0.21 m
3 ≤ n ≤ 9 3828 Bina/Building
3 ≤ n ≤ 9 3828 Bina/Building
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3 4 5 6 7 8 9
Str Number
Norm
al S
tory
Hei
ght (
m)
MeanStDev
Normal Normal Kat YKat YüüksekliksekliğğiiRegular Regular Story HeightStory Height
KKıısa kenar/Uzun Kenarsa kenar/Uzun KenarShort Dim / Long DimShort Dim / Long Dim
• Küçükçekmece, Bakırköy ve Zeytinburnu Veritabanı/Database
• Toplam 54077 BinaTotal 54077 Building
• 3 ≤ n ≤ 15 42177 Bina/Building
• S/L Ortalama/Mean = 0.73• S/L Stdev = 0.18
• Kısa kenar ortalaması= 9.48 mMean of Short Dimension = 9.48 m
• Kısa kenar standard sapma=3.84 mStdev of Short Dimension = 3.84 m
• Uzun kenar ortalaması= 13.78m(Mean of Long Dimension = 13.78 m)
• Uzun kenar standard sapma= 8.08 m(Stdev of Long Dimension = 8.08 m)
KKıısa kenar/Uzun Kenarsa kenar/Uzun Kenar(Short Dim / Long Dim)(Short Dim / Long Dim)
KKıısa kenar/Uzun Kenarsa kenar/Uzun KenarShort Dim / Long DimShort Dim / Long Dim
0
5
10
15
20
25
3 4 5 6 7 8 >9
Number of Story
Leng
th (m
) S MeanS StDevL MeanL StDev
Kısa kenar ortalaması= 9.48 m Mean of Short Dimension = 9.48 mUzun kenar ortalaması= 13.78m Mean of Long Dimension = 13.78 m
S / LS / L
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
3 4 5 6 7 8 >9
Number of Story
S/L S/L Mean
S/L StDev
ÇÇererççeve seve süüreksizlireksizliğğiiFrame discontinuityFrame discontinuity
SSüürekli rekli ÇÇererççeveeveContinuous FrameContinuous Frame
• Düzce ve Zeytinburnu Veritabanı/ Database• Toplam 3796 Bina 3 ≤ n ≤ 9
Total of 3796 Buildings• Ortalama sürekli çerçeve sayısı=5.38
Mean of total continuous frame = 5.38• Sürekli çerçeve sayısı standard sapma= 1.73
Stdev of total continuous frame = 1.73
SSüürekli rekli ÇÇererççeveeveContinuous FrameContinuous Frame
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Number of Continuous Frame
%
34567>8
Beton DayanBeton DayanıımmııConcrete StrengthConcrete Strength
• 693 binadan alınan 4647 karot numunesi4647 core specimens taken from 693 buildings
• Yapım yılı ve kat sayısına göre beton dayanımıConcrete strength versus construction date and number of stories
Beton DayanBeton Dayanıımmıı--Kat sayKat sayııssııConcrete StrengthConcrete Strength--Number of storiesNumber of stories
Kat sayısı/Number of stories
Ortalama/Mean= 9 MPaStandard sapma/standard deviation=4 MPa
Beton DayanBeton Dayanıımmıı--Kat sayKat sayııssııConcrete StrengthConcrete Strength--Number of storiesNumber of stories
Yapım yılı/Construction date
Ortalama/Mean= 9 MPaStandard sapma/standard deviation=4 MPa
GeGeççmimişş depremlerde gdepremlerde göözlenen zlenen performansperformans
Observed performance from Observed performance from past earthquakes past earthquakes
Yetersiz yanal rijitlikYetersiz yanal rijitlikInadequate lateral rigidityInadequate lateral rigidity
YumuYumuşşak katak katSoft storySoft story
AdapazarAdapazarıı, 1999: Zemin kat g, 1999: Zemin kat göçöçmesi mesi Ground floor collapseGround floor collapse
BingBingööl, 2003 : Zemin kat gl, 2003 : Zemin kat göçöçmesimesiGround floor collapseGround floor collapse
KKıısa kolonsa kolonShort columnShort column
KKıısa kolon, yetersiz sargsa kolon, yetersiz sargııShort column, inadequate confinementShort column, inadequate confinement
BingBingööl, 2003 : Yetersiz sargl, 2003 : Yetersiz sargııInadequate confinementInadequate confinement
KKööttüü detaylanddetaylandıırmarmaPoor detailingPoor detailing
Eksik birleEksik birleşşim bim böölgesi detaylgesi detayııLack of connection zone detailingLack of connection zone detailing
ZayZayııf tasarf tasarıım, im, işşççilik ve malzemeilik ve malzemePoor design, workmanship and materialPoor design, workmanship and material
BitiBitişşik binalarik binalarıın n ççarparpışışmasmasııPounding of adjacent buildingsPounding of adjacent buildings
DDüüzce hasar dazce hasar dağığıllıımmııDamage distribution in DDamage distribution in Düüzcezce
• 1999 depremleri sonrası (477 bina)After 1999 earthquakes (477 buildings)
0.38
0.280.22
0.38
0.30
0.00
0.15
0.25
0.42
0.86
0.63
0.14
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
2 3 4 5+Kat A dedi
Bin
aların
Ora
nı
Hasars ız veya A zHasarlıOrta hasarlı
Ağır Hasarlı veyaÇökmüş
Kat sayısı/Number of stories
Bin
aların
ora
nı/R
atio
of b
uild
ings
Past PerformancePast Performance
01020304050607080
1 2 3 4 5 6
No. of Stories
No.
of B
uild
ings
None
Light
Moderate
Heavy
Collapse
Damage database in Düzce after 1999 Earthquakes
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
Ora
n/R
atio
1 Kat/Story 2 Kat 3 Kat 4 Kat 5 Kat 6 Kat 7 Kat
Hasar Derecesi 1+2Damage state 1+2
Hasar Derecesi 4+5Damage state 4+5
GGöölclcüük hasar dak hasar dağığıllıımmııDamage distribution in GDamage distribution in Göölclcüükk
ZayZayııf performansf performansıın nedenlerin nedenleriReasons of poor performanceReasons of poor performance
• Yapısal yetersizlikler/ Structural inadequacy– Taşıyıcı sistemin yetersiz olması/ Inadequate structural system– Eleman yerleşim ve dağılımının uygun olmaması/ Inproper member
layout– Donatı detayı ve malzeme özelliklerinin yetersiz olması/ Inadequate
material and detaling
• Mimari sorunlar/ Architectural features– Düzensizlikler/ Irregularities
• Yumuşak kat/ Soft story, süreksiz çerçeve/ discontinuous frame, çıkma/overhang, burulma/ torsion
– Yapı nizamı/Adjacency• Çarpışma etkisi/ Pounding• Konum/ Location
• Kötü İşçilik ve malzeme kalitesi/ Poor workmanship and material
• Yetersiz denetim/ Inadequate supervision
Hasara yol aHasara yol aççan faktan faktöörlerrlerParameters leading to damage Parameters leading to damage
En belirgin parametrelerEn belirgin parametrelerSignificant parametersSignificant parameters
• Kat sayısı/ Number of stories• Yumuşak kat/ Soft story• Ağır çıkma/ Heavy overhang• Görünen kalite/ Apparent quality• Bitişik nizam/ Adjacency• Çerçeve sürekliliği/ Frame continuity• Yetersiz dayanım/ Inadequate lateral rigidity• Kötü malzeme ve işçilik/ poor material and
workmanship• Yetersiz detaylandırma/ Inadequate detaling
Tipik riskli binaTipik riskli binaTypical vulnerable buildingTypical vulnerable building
• Orta katlı/ Mid-rise • Betonarme/ RC• Düşük beton
dayanımı/ Low concrete strength
• Çıkmalar/ Overhangs• Yumuşak kat/ Soft
story• Bitişik nizam/ Adjacent
• Farklı giriş kat yüksekliği/ First story height• Giriş katında boşluk/ Opening on ground floor
H1H2
Yüksek (Yumuşak) Kat”
YumuYumuşşak katak katSoft storySoft story
Giriş katı ve bir üst katın alanına bağlıdır(depends on the areas of ground and upper floor)
ÇÇııkma katkma katHeavy overhangHeavy overhang
Kapasiteye iliKapasiteye ilişşkin kin öözelliklerzelliklerCapacity related properties Capacity related properties
Bina veritabanBina veritabanıı ve analiz yve analiz yööntemintemiBuilding DatabaseBuilding Database and analysesand analyses
•Mevcut 2-6 katlı BA binalarExisting residential RC buildings (2-6) stories
•Kat sayısı, periyot, kat alanı ve krokiye göre seçilmiş tipik binalarTypical buildings selected based on their number of stories, fundamental period, floor area and layout
• Üç boyutlu modellerin itme analiziPushover analysis of 3D building models
Kat yKat yüüksekliksekliğği dai dağığıllıımmııHeight DistributionHeight Distribution
0
1
2
3
4
5
6
7
2 3 4 5 6
Number of Story
Num
ber o
f Bui
ldin
gs
Bina yBina yüüksekliksekliğğii--periyot iliperiyot ilişşkisikisiBuilding period versus heightBuilding period versus height
00.1
0.20.3
0.40.50.6
0.70.8
0.91
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20
Height (m)
Perio
d (s
)
TEC 1997 (T=0.07H3/4)This study
Yükseklik/
Veritabanı/database
Taban kesme kuvveti katsayTaban kesme kuvveti katsayııssııBase shear coefficientBase shear coefficient
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Period (s)
Vy/W
2 3
4 5
1975 Code
1997 Code
Tipik kapasite eTipik kapasite eğğrisirisiTypical Typical ccapacity apacity ccurve urve ((HazusHazus))
Spektral Spectral Displacement/ DeplasmanSpec
tral
Acc
eler
atio
n/ İv
me,
g
A (Sdd, Sad)
B (Sdy, Say)
C (Sdu, Sau)
2
2
4πgTSa
Sd eyy = yu SaSa λ= yu SdSd λμ=
1αγs
y
CSa =
Kapasite eKapasite eğğrisi parametreleririsi parametreleriCapacity Curve ParametersCapacity Curve Parameters
Kat sayısı/ Number of storiesParametre/ Parameter
Parametre/ Parameter
Kat sayısı/ Story Number
Ortalama/ Mean
Standard Sapma/ Standard Deviation
Taban kesme kuvveti katsayısı/
Base shear coefffcient
All 0.14 0.07
2 0.22 0.08
3 0.16 0.05
4 0.12 0.03
5 0.09 0.03
Akma ötelenme oranı/ Yield drift
ratio-%
All 0.12 0.04
2 0.12 0.05
3 0.11 0.04
4 0.13 0.04
5 0.11 0.03
Göçme Ötelenme oranı/ Ultimate drift
ratio-%
All 1.34 0.40
2 1.46 0.33
3 1.41 0.46
4 1.39 0.38
5 1.13 0.43
Kapasite eKapasite eğğrisi parametreleririsi parametreleriCapacity Curve ParametersCapacity Curve Parameters
Kapasiteye iliKapasiteye ilişşkin kin ççalalışışmalar malar –– Az katlAz katlııCapacity related studiesCapacity related studies--Low riseLow rise
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 2 4 6 8 10 12 14
Spectral Displacement (cm)
Spe
ctra
l Acc
eler
atio
n (g
) JICA
2 story (This study) BU
HAZUS
3 story (This study)
Low-rise
(a)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 2 4 6 8 10 12 14Spectral Displacement (cm)
Spe
ctra
l Acc
eler
atio
n (g
)
JICA
4 story (This study)
5 story (This study)
BU
HAZUS
Mid-rise
(b)
Kapasiteye iliKapasiteye ilişşkin kin ççalalışışmalar malar –– Orta katlOrta katlııCapacity related studiesCapacity related studies--Mid riseMid rise
Kapasiteye iliKapasiteye ilişşkin kin öözelliklerzellikler-- Okul binalarOkul binalarııCapacity related propertiesCapacity related properties-- School buildingsSchool buildings
Kat sayısı/ Number of stories
Mevcut binalarMevcut binalarıın deprem performans n deprem performans hesaplarhesaplarıı
Seismic performans assessment of Seismic performans assessment of existing buildings existing buildings
İstanbul’daki Mevcut BA Binaların Performans Değerlendirmesi
Perfomance assessment of existing RC buildings in İstanbul
• Sokak taramasında incelenen ilçeler:Districts considered in walk-down evaluation
– Zeytinburnu– Fatih– Küçükçekmece– Bayrampaşa– Güngören– Bahçelievler
Kat sayısı/ Number of storiesYumuşak kat/ Soft storyAğır çıkma/ Heavy overhangGörünen kalite/ Apparent qualityBinanın konumu/ Building adjacencyKısa kolon/ short columnDeprem tehlikesi/ Seismic hazard
Dikkate alınan parametrelerParameters considered
İİllççelereler--DistrictsDistricts
Zeytinburnu Zeytinburnu
Zeytinburnu İstanbul Oran/ Ratio
Nüfus/ Population
239,927 10,018,735 2.39
Alan/ Area(Ha)
1,150 77,054 1.49
Bina sayısı/ Number of buildings
16,030 700,942 2.28
BBİİNA ENVANTERNA ENVANTERİİ• İlk Jenerasyon (1960’s)
BBİİNA ENVANTERNA ENVANTERİİ• İkinci Jenerasyon (1970’s)
• Üçüncü Jenerasyon (1980’s)BBİİNA ENVANTERNA ENVANTERİİ
• Dördüncü Jenerasyon (1990’s)BBİİNA ENVANTERNA ENVANTERİİ
Zeytinburnu Bina Envanteri Zeytinburnu Bina Envanteri
17111230
141
4135
1505
25122601
0500
10001500200025003000350040004500
1 2 3 4 5 6 7 8
Number of Stories
Num
ber
of R
C B
ld's
Sokak TaramasSokak Taramasıı--BA BinalarBA BinalarStreet surveyStreet survey--RC buildingsRC buildings
Kat sayKat sayııssıı/ Number of stories/ Number of stories
Bina
say
Bina
say
ıı ssıı /
Num
ber
of b
uild
ings
/ N
umbe
r of
bui
ldin
gs
Sokak Taraması (BA Binalar):Performans puanları
26301
688
1055 1167
676920
664889
522 580 642454 432 323 318 360
502
177 259
855
1884
0200400600800
100012001400160018002000
0-10
10 2
020
-30
30-3
535
-40
40-4
545
-50
50-5
555
-60
60-6
565
-70
70-7
575
-80
80-8
585
-90
90-9
595
-100
100-
105
105-
110
110-
115
115-
120
120-
150
Vulnerability Score
Num
ber
of B
uild
ings 20302030
Performans puanlarPerformans puanlarııPerformance sPerformance sccoresores
Performans puanı/ Performance score
Yüksek risk/ High risk
Uygulama: Fatih, Uygulama: Fatih, İİstanbulstanbul
Bina Kat Sayıları
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
1 2 3 4 5 6 7
Kat Sayısı
Bin
a A
dedi
16523 BA Bina16523 BA Bina
YapYapıı stokustoku
YapYapıı stokustoku
Sokak TaramasSokak Taramasıı: Fatih: Fatih
Tüm Betonarme Binalar
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
400010 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
140
150
Mor
e
Deprem Performans Skoru
Bin
a Sa
yısı 2889 bina2889 bina
AltAltıı ililççe ie iççin sonuin sonuççlarlarResults for six districtsResults for six districts
Fatih
Zeytinburnu
Bayrampaşa
Güngören
Bahçelievler
Küçükçekmece
Yüksek risk/ High risk
DeDeğğerlendirme erlendirme öözet: Senaryo deprem zet: Senaryo deprem Mw=7.2Mw=7.2Assessment summary: Scenario EQ Mw=7.2Assessment summary: Scenario EQ Mw=7.2
İlçe/ District Bina sayısı/ Number of buildings
Toplam/ Total Yüksek risk/ High risk
Zeytinburnu 14 035 5 129 (37 %)
Fatih 16 907 1 713 (10 %)
Küçükçekmece 25 287 3 781 (15 %)
Bayrampaşa-Güngören-Bahçelievler
44 586 13 567 (30 %)
İİstanbul istanbul iççin hasar tahmini: Genel modelin hasar tahmini: Genel modelDamage Prediction in Istanbul: Global modelsDamage Prediction in Istanbul: Global models
Nihai gNihai göörrüüşşlerlerFinal RemarksFinal Remarks
• Kentsel bölgelerdeki mevcut bina envanterinin en önemli bölümünü betonarme yapılar meydana getirmektedir.Majority of urban building stock is comprised of RC buildings
• Mevcut yapıların deprem performansı oldukça zayıftır.Seismic perfomance of existing RC buildings is rather poor
• Zayıf performansa yol açan en önemli parametrelerin başında düzensizlikler, yetersiz malzeme ve işçilik kalitesi, ve yapısal yetersizlikler gelmektedir.The most significant parameters leading to poor performans are irregularities, inadequate and poor workmanship and material quality, and inadequate structural details.
• Mevcut BA binaların yatay yük kapasiteleri oldukça düşük olduğundan yüksek riskli bina sayısı oldukça fazladır.Overall seismic capacity of existing RC buildings is quite low leading to significantly large number of vulnerable buildings.
Candidate 1Candidate 1
4 storiesPlan: 10mx20 m Column density: 0.23%RC Wall density:0Story height: 2.8 mIn-fill wall density:0.44%Soft story: YESOverhang: YESQuality: PoorExpected Vulnerability: High
Candidate 2Candidate 2
4 storiesPlan: 20mx25 m Column density:0.12%RC wall density:0 Story height: 3.0mIn-fill wall density:0.28%Soft story: YESOverhang: YESQuality: ModerateExpected Vulnerability: Medium
Candidate 3Candidate 3
5 storiesPlan: 22mx24 m Column density:0.19%Story height:3.1m In-fill wall density:0Soft story: YESOverhang: NOQuality: PoorExpected Vulnerability: High
Candidate 4Candidate 4
6 storiesPlan: 25mx30 m Column density:0.12% Story height:2.8m In-fill wall density:0.07%Soft story: YESOverhang: NOQuality: PoorExpected Vulnerability: High
TeTeşşekkekküürlerrler