Development of peak ground acceleration (PGA) based pre-code reinforced concrete frame building fragilities for istanbul

Abstract

İstanbul'da özellikle geçmiş yıllardaki kontrolsüz yapılaşma ve yetersiz denetimler, deprem performansı bilinmeyen yapı stoku ile sonuçlanmıştır. Muhtemel bir depremin bu yapı stokuna vereceği zararın önceden tahmin edilmesi, deprem öncesinde yenileme çalışmalarının planlanmasında ve deprem sonrasında acil müdahale edilecek bölgelerin belirlenmesinde önemlidir. Deprem risk analizi çalışmalarının unsurlarından olan kırılganlık eğrileri, farklı deprem seviyeleri için bir hasar düzeyinin ulaşılması ve aşılması olasılığını vermektedir. Kırılganlık eğrileri, büyükşehirlerin yapı stoklarının deprem performansı incelenmesine hızlı çözüm getirmektedir. Bu çalışma kapsamında İstanbul ilinde bulunan ve güncel deprem şartnamelerine göre tasarlanmamış betonarme konut tipi yapıların kırılganlık eğrileri sunulmaktadır. Bu amaçla, Zeytinburnu ilçesinden 800 adet orta katlı, konut tipi binanın betonarme detayları incelenmiştir. İncelenen yapılar 1975'den sonra yayınlanan hiçbir deprem yönetmeliğine uygun değildir. Mevcut yapıların deprem performanslarını etkileyebilecek parametreler üzerine yapılan istatistiksel bir çalışmanın sonucunda, temsili 16 adet model türetilmiştir. Çalışma kapsamındaki bina envanterinde, yapıların taşıyıcı sistemi ağırlıklı olarak çerçevelerden oluştuğundan sadece bu tip binalar değerlendirilmiştir. Yapı modellerinin tepki parametreleri, OpenSees (Open System for Earthquake Simulation) yazılımda gerçekleştirilen üç boyutlu doğrusal olmayan zaman tanım analizleriyle belirlenmiştir. Muhtemel yer hareketi düzeylerinin dikkate alınabilmesi ve kırılganlık eğrilerine gerekli istatistiksel verinin sağlanabilmesi için çok kayıtlı Artımsal Dinamik Analiz yöntemi uygulanmıştır. Yapısal analizlerde, İstanbul İli için gerçekleştirilen olasılıksal sismik tehlike analizinin deprem ayrıklaştırma sonuçlarına uygun olarak seçilen, gerçek deprem kayıtları kullanılmıştır. Bu bağlamda elde edilen kırılganlık ilişkilerinde yapısal değişkenlik ve yer hareketi kayıtlarındaki değişkenlik dikkate alınmıştır.

An important portion of pre-code building stock in Istanbul runs significant earthquake risk. Given a building class, the uncontrolled construction of pre-code buildings in the past leads to a considerable model variability and complicates the prediction of losses for future earthquakes in Istanbul. However, the social and economic loss estimations are necessary for Istanbul to have planned actions to improve the earthquake resilience in the city. At this point, fragility curves; which represent the exceedance probability of a particular damage state are one of the most important components of resilience-based building inventory studies for large building stocks at large metropolitan areas. This study aims to provide fragility curves for pre-code reinforced concrete frame residential buildings in Istanbul. For this purpose, 800 mid-rise frame buildings located in the Zeytinburnu district in Istanbul are compiled and 16 representative building models are developed to account for the model variability of the same building class. The examined buildings do not comply with the code requirements of any period after 1975 and they can be considered as low code. The fragilities are based on Peak Ground Acceleration because such practical ground-motion intensity measures are being popularly used in the loss assessment of large building stocks. Nonlinear building responses are derived from three-dimensional nonlinear response history analysis that are carried out by using OpenSees Software (Open System for Earthquake Simulation). Incremental Dynamic Analysis is performed to determine the statistical distribution of the response parameters. A set of real ground motions, which are consistent with the disaggregation results of a probabilistic seismic hazard assessment for Istanbul are considered in the development of fragilities for each building model. Therefore, the variability in building models of the same building class as well as the record-to-record variabilities are considered in the developed fragilities. The fragility model is a backbone cure with upper and lower bounds covering the model and ground-motion variabilities for mid-rise low-code reinforced concrete frame buildings in the investigated building stock.