Inventory data based prediction of building damages caused by earthquakes and geographical information systems (GIS) applications

Ülkemizde yaşanan son depremlerde meydana gelen ekonomik ve can kayıpları yapılarımızın kalitelerinin oldukça düşük olduğunu göstermiştir. Bunun neticesinde muhtemel depremlerde can ve mal kayıplarının azaltılması için mevcut bina stoklarının deprem risklerinin gözden geçirilerek gerekli önlemlerin alınması için çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır. Bu tez çalışmasında binalarda olası depremlerin yaratacağı hasarların önceden tahmin edilmesi ile ilgili yöntemler incelenmiş ve geliştirilmiştir. Bu amaç doğrultusundaki çalışmalarda Denizli'de belirlenen pilot bölgede ve tüm Denizli'de bina stoğu kullanılmıştır. Veri girişi ve analizlerinde Coğrafi Bilgi Sistemlerinden (CBS) faydalanılmıştır. Denizli şehrinin jeolojisi, depremselliği incelenmiş ve Denizli Mücavir alan sınırları içinde bulunan seçilmiş 12 mahallede (pilot bölge) sokak taraması yapılmıştır. Binaların dışarıdan gözlenen özellikleriyle değerlendirilmesi amacıyla Pamukkale Üniversitesi yaklaşımı olarak isimlendirilen bina kalite puanlama sistemi (PAÜ yaklaşımı) getirilmiştir. Pilot bölgede sokak taraması sırasında 2510 betonarme 956 yığma bina ile ilgili toplanan parametrelerin genel bina performansı üzerindeki etkileri, betonarme ve yığma binalar için geliştirilen puanlama kriterleri kullanılarak değerlendirilmiş ve söz konusu binalar iyi, orta ve kötü olmak üzere 3 alt sınıfta toplanmıştır. Binalara ait performansın belirlenmesi için Kapasite Spektrumu Yöntemi (K.S.Y.) kullanılmıştır. Binalarda oluşabilecek hasar miktarları, iki farklı fay kırığı (Pamukkale ve Karakova-Akhan Fayı) ve 4 farklı deprem büyüklüğü (M6.0, M6.3, M6.5 ve M7) kullanılarak 8 farklı deprem senaryosu için belirlenmiştir. Dışardan görünen özelliklerle binaların hızlı değerlendirme metotlarından olan FEMA154, ÇTAG (2004) ve EMS98 yöntemleriyle toplanan pilot bölge verileri değerlendirilmiştir. Devlet statistik Enstitüsü (DE 2000) tarafından yapılan çalışmada tüm Denizli bina verileri değerlendirilerek Denizli pilot bölge verileriyle karşılaştırılmıştır. DE (2000) verisi bina sayılarının seçilen mahallelerde yapılan envanter çalışmalarından elde edilen veriler ile genel olarak uyumlu olduğu gözlenmiştir. Tüm Denizli için DE (2000) verileri kullanılarak bina hasarları PAÜ yaklaşımı kullanılarak hesaplanmıştır. HAZUS (1999)'da bulunan yaralanma seviyeleri ve can kaybı sayısı oranlarının Türkiye için güncellenmiş halleri kullanılarak pilot bölge ve tüm Denizli için yaralanma seviyeleri ve can kaybı sayısı hesaplanmıştır. CBS programı olan ArcView programında PAÜ yaklaşımı ile ara işlemleri görmeden analizleri yapabilen DepremRisk-Bina yazılımı yazılmıştır. DepremRisk-Bina ile hasar olasılık yaklaşımını bilmeyen kişilerin bile ellerinde bina ve sismik verilerin olması şartıyla, bina hasar miktarlarını elde etmeleri sağlanmaktadır. Ayrıca bu yazılımla can kaybı ve yaralanma seviyelerinin de belirlenmesi mümkün olmaktadır. Bu sayede yerel yönetimlerin bina stoklarını hızlı bir şekilde değerlendirebilmeleri ve risk altındaki insan sayısını belirleyebilmeleri ile de afet bilgi sistemi için önemli bir alt yapı olmaktadır. Denizli için yapılan analizler göstermiştir ki, olası farklı büyüklükteki depremler bina stoğuna önemli ölçüde zarar vermektedir. Olası bir deprem sonrası maddi zarar ve can kaybını en aza indirmek için bu çalışmada anlatıldığı üzere belediyeler kendi bina stoklarının deprem performanslarını değerlendirmeli ve gerekli önlem ve iyileştirme çalışmaları yapmalıdır. Afet bilgi sistemleri hazırlanmalı, afet öncesi ve afet sonrası müdahalelere hazır olunmalıdır.Following substantial economic losses and casualties in recent devastating earthquakes in Turkey, there has been an increasing awareness among governmental and non-governmental organizations for reducing earthquake risks and emergency response and recovery preparation. With increasing economic loss and casualties after each earthquake near urban areas, the reduction of risk in urban areas is of primary concern in a global earthquake response planning. Earthquake loss estimates at regional scales are very valuable and important in these planning efforts. The most vulnerable structures regarding economic and human losses in developing countries are buildings, which is the main interest of this thesis. Loss estimation methodologies for buildings are investigated and some improvements were made herein. Data from the pilot region and all Denizli were used. All inventory data were assembled in a Geographical Information System (GIS) database and analysis were performed by GIS. The field study used street survey method and covered a pilot region which consist of 12 out of 54 sub-districts of Denizli. The inventory includes information about the buildings such as story numbers, construction year, pounding of adjacent buildings, soft story-short column properties, presence of heavy overhangs and apparent building quality. Contributions were made to existing loss estimation methods for buildings. In particular, a procedure (which is renamed herein as PAU aproach) is introduced to estimate the seismic quality of buildings using a scoring layout for the effective parameters in seismic behavior. Buildings in the selected region are composed of masonry and reinforced concrete (RC) structures (2510 RC and 956 masonry buildings). Spectral displacement based fragility curves and Capacity Spectrum Method (CSM) were utilized in the analyses. Vulnerability scores to quantify the building quality as good, fair and poor which is effective in the building capacity determination were developed herein and their use in the analyses was also presented. Considering the tectonics and earthquake occurrence and activity around Denizli city and its surroundings, eight scenario earthquakes with four different earthquake magnitudes (M6, M6.3, M6.5 and M7) caused by two different fault ruptures (Pamukkale and Karakova-Akhan Faults) were used. The building inventory in the pilot region were also evaluated by using FEMA-154, ICTAG (2004) and EMS98 methods. Results obtained from the pilot region have shown that there is a correlation between the structural damage and the building height. This damage relationship and damage ratios obtained from the sub-districts in pilot region were extended to all other 44 subdistricts of Denizli. Statistical data by Statistical Instititute of Goverment were evaluated during this process and possible reinforced concrete building failures in whole Denizli were calculated. The casualties are estimated for four injury severity levels described in HAZUS (1999) according to casualty model established by Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute to reflect experience from past earthquakes in Turkey. A new loss estimation software program which works under GIS program ArcView was produced in this thesis. The program was named as DepremRisk-Bina and provides a tool even for users who are not experienced in loss estimation procedures. The users provide to the program building inventory and seismic data and obtain the building damages and casualties. It is expected that the program will be useful for municipalities, government institutions, engineers, and researchers. The damage assessment and loss studies showed that significant casualties and economic losses may result during the scenario earthquakes. It is recommended that loss estimation studies and emergency management studies should be performed for cities and regions as soon as possible and improvements in building stocks should be made without any delay