Seismic risk assessment of school buildings in Kocaeli Region

Abstract

Türkiye, coğrafi yapısı itibarıyla tehlikeli fay hatlarının kesişim noktalarından biri üzerinde yer almakta olup, bu durum ülkeyi yüksek deprem riski taşıyan bir bölge haline getirmektedir. Özellikle yoğun nüfuslu bölgelerde meydana gelebilecek depremler, geniş çaplı can ve mal kayıplarına yol açma potansiyeline sahiptir. Bu çerçevede, Türkiye'deki pek çok il gibi Kocaeli de nüfus yoğunluğu yüksek ve dolayısıyla yüksek sismik risk taşıyan bir bölgedir. Kocaeli'nin bu riskli durumu, özellikle eğitim yapıları gibi afet durumlarında insanların toplanma ve korunma alanı olarak kullanılan yapılar üzerinde kapsamlı bir sismik değerlendirme yapılmasını gerektirir.Doğal afetler sırasında ve sonrasında toplumun güvenliğini sağlamak için, kamu hizmeti sunan yapıların (okullar, hastaneler vb.) dayanıklı olması kritik öneme sahiptir. Bu yapılardan okullar, öğrenci ve personel yoğunluğu nedeniyle özellikle önemli bir konumdadır. Afet anında kalabalık ve yoğun bir şekilde kullanılabilen bu tür yapıların güvenliğinin sağlanması, olası can kayıplarını ve yaralanmaları önleyebilmek adına hayati önemdedir.Bu çalışma, Kocaeli ilindeki okul binalarının sismik risklerini belirlemeye odaklanmıştır. Bu risk değerlendirmesinin temelini oluşturan ilk adım, bölgenin tehlike analizinin yapılmasıdır. Tehlike analizi, belirli bir bölgede meydana gelebilecek depremler ve bu depremlerin yaratacağı etkilerle ilgilidir. Bu analiz sürecinde, bölgenin zemin özellikleri, geçmiş deprem kayıtları, fay hatlarının derinlikleri ve özellikleri gibi parametreler detaylı bir şekilde incelenir. Bu veriler doğrultusunda, bölgeye özgü olası depremlerin yaratacağı ivme değerleri (yer ivmeleri) hesaplanarak, bölgedeki potansiyel sismik hareketlerin büyüklüğü ve şiddeti hakkında bilgi elde edilir. Bu bilgiler ışığında, Kocaeli ili için bir tehlike haritası oluşturulmuştur.Tehlike analizinin ardından, bölgede var olan mevcut okul binaları incelenmiştir. Bu yapılar, yapısal özellikleri ve dayanıklılık seviyelerine göre analiz edilerek belirli kategorilere ayrılmıştır. Yapıların sınıflandırılmasının ardından, bu yapılara özgü kırılganlık eğrileri oluşturulmuştur. Kırılganlık eğrileri, yapıların belirli bir sismik hareket karşısında ne düzeyde hasar görebileceğini tahmin etmek için kullanılan grafiksel temsil araçlarıdır. Böylece, okul binalarının deprem sırasında ve sonrasında maruz kalabileceği potansiyel hasarlar hakkında öngörülerde bulunulmuştur. Yapı stoğu analizi ve kırılganlık eğrilerinin oluşturulmasıyla, değerlendirilen okul binalarında meydana gelmesi beklenen hasar seviyeleri hesaplanabilir hale gelmiştir. Bu hasar tahminleri doğrultusunda, okul binalarının güvenliğini sağlamak amacıyla alınması gereken önlemler hakkında öneriler sunulmuştur. Bunun yanı sıra, çalışmanın doğruluğunu ve geçerliliğini test etmek amacıyla, Kocaeli'deki okul binalarından tipik bir örneğe dayalı olarak performansa dayalı bir risk değerlendirmesi yapılmıştır. Bu değerlendirme, okul binalarının gerçek deprem koşulları altında nasıl bir performans sergileyebileceği konusunda daha ayrıntılı bilgiler sağlamaktadır.Sonuç olarak, bu çalışma Kocaeli ilindeki yüksek öneme sahip okul binalarının deprem riskini ortaya koymayı amaçlamaktadır. Yapılan risk değerlendirmesi sayesinde, söz konusu binaların güvenliğini artırmaya yönelik gerekli tedbirler hakkında bilgiler elde edilmiş ve bu tedbirlerin hayata geçirilmesi için öneriler geliştirilmiştir.Türkiye, due to its geographical location, is situated at the intersection of dangerous fault lines, making it a region with a high risk of earthquakes. Especially in densely populated areas, potential earthquakes pose a significant threat to life and property. In this context, Kocaeli, like many other provinces in Türkiye, is a region with a high population density and consequently high seismic risk. This heightened risk in Kocaeli necessitates a comprehensive seismic assessment of structures used as gathering and protection areas during disasters, such as educational buildings.During and after natural disasters, ensuring the resilience of public service structures (e.g., schools, hospitals) is crucial for community safety. Schools, in particular, are of utmost importance due to the high density of students and staff they accommodate. The safety of these structures, which can become crowded in times of emergency, is vital for preventing potential casualties and injuries during earthquakes.This study focuses on determining the seismic risks of school buildings in Kocaeli province. The first step of this risk assessment involves conducting a hazard analysis for the region. Hazard analysis is concerned with possible earthquakes in a specific area and the impact they may have. In this analysis process, parameters such as the region's soil characteristics, historical earthquake records, fault line depths, and other fault features are examined in detail. Based on this data, probabilistic ground motion values (ground accelerations) are calculated to understand the magnitude and intensity of potential seismic movements in the area. Using this information, a hazard map for Kocaeli province has been created. Following the hazard analysis, existing school buildings in the region were examined. These structures were analyzed and categorized according to their structural characteristics and resilience levels. After the classification of these buildings, vulnerability curves specific to these structures were generated. Vulnerability curves are graphical tools used to estimate the potential damage to structures in response to specific seismic activity. Thus, projections regarding the potential damage to school buildings during and after an earthquake were made. By incorporating building stock analysis and vulnerability curves, the expected levels of damage in the assessed school buildings can be calculated. Based on these damage estimates, recommendations have been provided on necessary safety measures to ensure the security of these school buildings. Additionally, to verify the accuracy and validity of the study, a performance-based risk assessment was conducted on a typical structure from the school buildings in Kocaeli. This assessment provides more detailed insights into how these school buildings might perform under real earthquake conditions. In conclusion, this study aims to highlight the earthquake risk of high-importance school buildings in Kocaeli province. Through the conducted risk assessment, valuable information has been obtained regarding necessary precautions to enhance the safety of these buildings, and recommendations have been developed for implementing these measures.