Seismic performance evaluation of public buildings using non-linear analysis methods and solution methods

Son yıllarda ülkemizde yaşanan depremler, birçok kamu binamızın sismik performanslarının yetersiz olduğunu göstermiştir. Türkiye’de kamu yapılarının büyük bir çoğunluğu tip projeler kullanılarak inşa edilmektedir. Bu yüzden, yaygın kullanılan tip projeler üzerinde yapılacak çalışmalar öncelikle ele alınmalıdır. Bu çalışmada, doğrusal olmayan modelleme yöntemleri kullanılarak, 1975 Deprem Yönetmeliğine göre projelendirilmiş ve inşa edilmiş kamu yapılarının deprem performansların değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Böyle bir değerlendirme yapabilmek için, Bayındırlık ve İskan Bakanlığının okul ve hastane binalarında yaygın kullandığı tip projeli binalardan altı adet kamu yapısı seçilmiştir. Tip projeli binaların ve malzeme özelliklerinin belirlenmesinde, Türkiye’nin batı bölgesindeki illerde bulunan kamu yapıları üzerinde yapılan çalışmalar esas alınmıştır. Tüm yapılar her iki asal yönde de artımsal statik itme (pushover) analizine tabi tutularak, kapasite eğrileri belirlenmiştir. Doğrusal olmayan dinamik karakteristiklerin belirlenmesinde eşdeğer tek serbestlik dereceli sistem yaklaşımı yaklaşımı kullanılmıştır. Türkiye’de son 20 yılda meydana gelen depremlerden seçimler yapılmış ve Fema-307 kayıtları ile birlikte bu depremlerin yapılarda oluşturduğu sismik talepler belirlenmiştir. Yapıların sismik kapasitelerinin değerlendirilmesinde, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik-2007 esas alınmıştır. Geçmiş depremlerde karşılaşılan hasar nedenleri, tip projeli yapıların performans değerlendirmesi sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Malzeme kalitesinin sismik performans üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kapasite eğrilerinin ayrıntılı incelemesi ve performans değerlendirmesi sonucu analizi yapılan yapılardaki kusurlar ve çözüm önerileri belirlenmiştir. Kapasite eğrilerinin incelenmesinden, perde duvar oranı az veya hiç olmayan binalarda, beton dayanımı ve etriye aralığının hem yatay dayanım hem de yer değiştirme kapasitesi üzerinde belirgin etkisi varken, perde duvar oranının belli bir oranın üzerinde olduğu beton sınıfı ve etriye aralığının yer değiştirme ve yatay dayanım kapasiteleri üzerinde etkisi sınırlı seviyede kalmaktadır. Özellikle kötü malzeme ve kalitesiz işçiliğin yaygın bir problem olduğu ülkelerde, tip kamu yapılarda perde duvarlar oranının artması yapı performansını artırmaktadır. Yapısal sistemi yetersiz olan binaların öngörülen sismik performans seviyelerini karşılayabilmeleri için yeteri ölçüde güçlendirilmeleri gerekir. Kötü malzeme ve kalitesiz işçliğin yaygın bir problem olduğu ülkemiz kamu yapıları için en uygun güçlendirme yönteminin perde duvar ilavesi olduğuna karar verilmiştir. Yetersiz yapılara perde duvar ilavesiyle çerçeve elemanlarda karşılaşılan kusurlar giderilmiştir. Önerilen yöntem çerçevesinde yetersiz yapılara perde duvarlar eklenerek analitik modelleri oluşturulmuş ve tekrar performans değerlendirmeleri yapılmıştır. Son olarak, mevcut kamu yapıları için genel bir değerlendirme yapılarak, çözüm önerileri sunulmuş ve gelecek çalışmalar için yapılacaklar özetlenmiştir.Recent devastating earthquakes in Turkey have shown inadequate seismic performance of public buildings. In Turkey, template designs developed by the General Directorate of Construction Affairs are used for many of the buildings intended for governmental services (administrative centers, health clinics, hospitals, schools etc.) as common practice to save on architectural fees and ensure quality control. For that reason, these buildings must be dealt with firstly. This study evaluates seismic performance of public buildings with the selected template designs in Turkey considering nonlinear behavior of reinforced concrete components. Four school and two hospital buildings with template designs were selected to represent major percentage of public buildings in medium-size cities located in high seismic region of Turkey. Selection of template designed buildings and material properties were based on field investigation on government owned public buildings in several cities in western part of Turkey. Capacity curves of investigated buildings were determined by pushover analyses conducted in two principal directions. The inelastic dynamic characteristics were represented by equivalent single-degree-of-freedom (SDOF) systems and their seismic displacement demands were calculated under selected ground motions. Seismic performance evaluation was carried out in accordance with recently published Turkish Earthquake Code that has similarities with FEMA-356 guidelines. Reasons of building damages in past earthquakes are examined using the results of performance assessment of investigated buildings. The effects of material quality on seismic performance of public buildings were investigated. The detailed examination of capacity curves and performance evaluation identified deficiencies and possible solutions for template designs. Seismic capacity evaluation was carried out in accordance with recently published Turkish Earthquake Code (2007). Evaluation of the capacity curves for the investigated buildings points out that concrete quality and detailing has significant role in both displacement and lateral strength capacity of buildings in direction with no shear walls or relatively small area of shear walls while the capacity curves suggest that the concrete strength and detailing have limited effect on both lateral strength and displacement capacity in direction with significant amount shear walls. Also, performance of public buildings improves as the amount of shear wall increases, emphasizing its importance, especially in countries where construction with poor detailing is a common problem. Inadequate performance of public buildings makes the development of the effective and affordable retrofitting techniques essential. The most convenient technique in Turkey where poor material and construction quality is common problem is the use of additional shear walls to increase lateral load capacity and decrease displacement demands. As a result, existing deficiencies in frame elements are less pronounced and poor construction quality in buildings is somewhat compensated. Performance evaluation with additional shear walls is also presented. Finally, conclusions are provided and future research needs on the topic are outlined