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