Performance evaluation of existing reinforced concrete buildings in sivrice -pütürge segment considering local site conditions and fault characteristics

Abstract

Milattan yüzyıllar öncesine dayanan ve günümüzde hâlâ medeniyetlerin kuruluşu, gelişimi ve ilerlemesinde temel bir unsur olan yapı inşası, insanlığın tarih boyunca karşılaştığı doğal afetler, özellikle depremler karşısında sürekli bir evrim geçirmiştir. Bu süreçte, yapıların sismik dayanıklılığını artırmaya yönelik çeşitli mühendislik yaklaşımları geliştirilmiş ve bilimsel çalışmalar ile yönetmelikler doğrultusunda modern yapı tasarım kriterleri oluşturulmuştur. Türkiye, Alp-Himalaya Sismik Kuşağı üzerinde yer almakta olup, dünyanın en aktif deprem bölgelerinden biri olması nedeniyle sık sık depremler meydana gelmektedir. Türkiye'nin sismotektonik yapısını belirleyen ana unsurlar arasında Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ), Doğu Anadolu Fay Zonu (DAFZ) ve Batı Anadolu'daki genişlemeli tektonik rejimler bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında, öncelikle Malatya ilini etkileyen iki büyük fay zonundan biri olan Malatya-Ovacık Fay Zonu'nun (MOFZ) Sivrice-Pütürge segmenti incelenmiş, segmentteki sismik belirsizlikler nedeniyle fay zonunun tamamı kapsamlı bir şekilde ele alınmış ve açık kaynaklı Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yazılımları kullanılarak modellenmiş, ardından Olasılıksal Sismik Tehlike Analizi (PSHA) gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucunda, fay bazlı en büyük yer ivmesi (PGA) değerlerini gösteren bir deprem tehlike haritası oluşturulmuş ve 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan deprem yer hareketi düzeyi için bir elastik spektrum elde edilmiştir. Daha sonra, Malatya-Merkez'de belirlenen bir lokasyon ve lokasyona en yakın AFAD ivmeölçer istasyonlarından alınan yerel zemin sınıfı verileri baz alınarak, TBDY-2018 yönetmeliği doğrultusunda, DD-2 Deprem Yer Hareketi Düzeyi esas alınarak bir tasarım spektrumu oluşturulmuştur. Bu spektrum ile sismik tehlike analizinden elde edilen spektrum karşılaştırılmış ve daha yüksek ivmelere sahip spektrum temel alınarak analizler gerçekleştirilmiştir. TBDY-2018'de tanımlanan Basit Ölçeklendirme Yöntemi ile deprem kayıtları seçilmiş ve belirlenen spektruma göre ölçeklenmiştir. Malatya ilinde etkili olabilecek yakın saha etkilerini içeren deprem kayıtları dikkate alınarak toplamda 11 gerçek deprem kaydı belirlenmiştir. Seçilen kayıtlar, Malatya Havalimanı ve çevresindeki olası yerleşim alanları için doğrultu etkisi ile arttırılmış ve sonuç olarak analizler için iki takım deprem kaydı hazırlanmıştır. Yapıların sismik performans değerlendirmesi, Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Analiz Yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Malatya'da bulunan üç adet betonarme bina analiz için seçilmiş ve bilgisayar ortamında nümerik modelleri oluşturulmuştur. İncelenen binalar, az katlı bir devlet kütüphanesi, orta katlı bir kamu kurumu binası ve yüksek katlı bir konut yapısı olup, TBDY-2018'de yapılan taşıyıcı sistem sınıflandırmasına göre, yalnızca moment aktaran betonarme çerçevelere sahip olan yapılar ile hem çerçeve hem de betonarme perde içeren sistemler kapsamında değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda, elde edilen tüm veriler işlenmiş ve doğrultu etkisinin farklı kat seviyelerine ve doğal titreşim periyotlarına sahip yapılar üzerindeki etkileri belirlenmiştir.Since ancient times, construction has been a cornerstone of civilizations, continually adapting to natural disasters, especially earthquakes. In response, engineering advancements have strengthened seismic resilience, shaping modern building design based on scientific research and regulations. Turkey, situated on the highly active Alp-Himalayan Seismic Belt, frequently experiences earthquakes. Its seismicity is shaped by the North Anatolian Fault Zone (NAFZ), the East Anatolian Fault Zone (EAFZ), and extensional tectonic regimes in Western Anatolia. Within this study, one of the two major fault zones affecting Malatya, the MalatyaOvacık Fault Zone (MOFZ), specifically its Sivrice-Pütürge segment, was examined. Due to seismic uncertainties, the entire fault zone was analyzed, modeled using opensource Geographic Information Systems (GIS) software, and subjected to Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA). This analysis produced a seismic hazard map illustrating peak ground acceleration (PGA) values and an elastic spectrum with a 10% probability of exceedance in 50 years. Then a design spectrum was developed for the DD-2 Earthquake Ground Motion Level in accordance with the Turkish Building Earthquake Code (TBEC-2018), using soil classification data from nearby AFAD accelerometer stations. This design spectrum was compared with the seismic hazard spectrum, and the one with higher acceleration values was selected for further analysis. Earthquake records were selected based on the Simple Scaling Method defined in TBEC-2018, and these records were scaled according to the determined spectrum. A total of 11 real earthquake records, including those representing near-fault effects that could impact Malatya, were identified. The selected records were further amplified for directivity effects considering their influence on Malatya Airport and surrounding potential settlement areas, ultimately forming two sets of earthquake records for analysis. The seismic performance assessment of structures was conducted using the Nonlinear Time History Analysis Method. Three reinforced concrete buildings in Malatya were selected for the analyses, and their numerical models were created in a computational environment. The investigated buildings included a low-rise public library, a mid-rise public office building, and a high-rise residential building. According to the structural system classification defined in TBEC-2018, these buildings were evaluated as structures either with only moment-resisting reinforced concrete frames or with a combination of frames and reinforced concrete shear walls. As a result of the conducted analyses, all obtained data were processed, and the effects of directivity on structures with different story levels and natural vibration periods were identified.