Depreme dayanıklı yapı tasarımının en temel sorusu şudur: Hangi depreme karşı tasarlayacağız? Bu sorunun yanıtı, uzun yıllar boyunca tek bir senaryo üzerine kuruluydu. TBDY 2018, bu yaklaşımı kökten değiştirdi ve dört farklı deprem senaryosunu aynı anda tasarım çerçevesine dahil etti. Bu çerçevenin merkezinde, her biri istatistiksel olarak tanımlanmış, olasılıkları ve bina tasarımı üzerindeki etkileri birbirinden farklı olan dört Deprem Yer Hareketi Düzeyi (DD) yer almaktadır.

Bu yazıda TBDY 2018 Bölüm 2’de tanımlanan dört deprem yer hareketi düzeyini, bu düzeylerin istatistiksel arka planını, tasarım spektrumlarıyla ilişkisini ve bina tasarımının her aşamasını nasıl şekillendirdiğini ayrıntılı biçimde ele alacağız.

TBDY 2018’deki Dört Deprem Yer Hareketi Düzeyi

TBDY 2018 Madde 2.2, dört farklı deprem yer hareketi düzeyini net biçimde tanımlar ve her birinin istatistiksel parametrelerini belirtir.

DD-1: Çok Seyrek Deprem (Gözönüne Alınan En Büyük Deprem)

TBDY 2018 Madde 2.2.1 bu düzeyi şöyle tanımlar: Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığı %2, buna karşılık gelen tekrarlanma periyodu 2475 yıl olan çok seyrek deprem yer hareketi. Yönetmelik bu düzeyi aynı zamanda “gözönüne alınan en büyük deprem yer hareketi” olarak da nitelendirir.

İstatistiksel arka plan: 50 yılda %2 aşılma olasılığı, yapının tasarım ömrü boyunca (tipik olarak 50 yıl varsayılır) bu şiddette bir depremle karşılaşma ihtimalinin yaklaşık %2 olduğu anlamına gelir. Başka bir ifadeyle, belirli bir yılda bu büyüklükte deprem yaşanma olasılığı yaklaşık %0,04’tür. Ancak ülke genelinde çok sayıda yapının her birinin bu riski taşıdığı düşünüldüğünde, toplumsal ölçekte bu senaryo son derece somut bir anlam kazanmaktadır.

2475 yıllık tekrarlanma periyodu, özellikle Doğu Anadolu Fay Zonu ve Kuzey Anadolu Fay Zonu boyunca yüksek sismik aktivite gösteren bölgelerde, tarihsel kayıtlarda ve jeolojik kanıtlarda izleri görülebilen depremlere karşılık gelmektedir. Bu nedenle DD-1 düzeyi, salt teorik bir sınır değil, bölgenin jeolojik tarihiyle tutarlı bir sismik tehlike tanımıdır.

Tasarımdaki rolü: DD-1 yalnızca iki kritik senaryoda tasarımın birincil girdisi olur: Yüksek binaların (BYS=1) üçüncü tasarım aşaması olan “Göçmenin Önlenmesi” performans değerlendirmesi ve kritik binalarda (DTS=1a, 2a) “Kontrollü Hasar” ileri performans hedefinin doğrulanması. Bu iki senaryoda doğrusal olmayan hesap zorunludur.

DD-2: Seyrek Deprem (Standart Tasarım Depremi)

TBDY 2018 Madde 2.2.2 bu düzeyi şöyle tanımlar: Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığı %10, tekrarlanma periyodu 475 yıl olan seyrek deprem yer hareketi. Yönetmelik bu düzeyi “standart tasarım deprem yer hareketi” olarak da adlandırır.

İstatistiksel arka plan: 50 yılda %10 aşılma olasılığı, yapı ömrü boyunca bu şiddette deprem karşılaşma ihtimalinin yaklaşık %10 olduğunu gösterir; bu, belirli bir yılda ~%0,21 olasılığa karşılık gelir. Herhangi bir yılda DD-2 düzeyinde deprem yaşanma olasılığı DD-4’e kıyasla çok daha düşüktür, ama yüzyıllık zaman dilimleri içinde bu depremlerle karşılaşmak istatistiksel olarak beklenir.

475 yıllık tekrarlanma periyodu, uluslararası deprem mühendisliği uygulamalarının büyük çoğunluğunda (ASCE 7, Eurocode 8) da referans alınan bir değerdir. Bu tekrarlanma periyodunun seçimi, belirli sismik bölgelerde tarihin kaydettiği büyük depremlerle örtüşen, toplumun kaynaklarıyla tasarım hedefleri arasında makul bir denge kuran bir standart olarak onlarca yıllık uygulama deneyimiyle yerleşmiştir.

Tasarımdaki rolü: DD-2, TBDY 2018’de tasarımın merkezine oturmaktadır. Türkiye genelindeki standart binaların büyük çoğunluğu için birincil tasarım girdisi bu düzeydir. Tablo 3.4(a)‘ya göre yeni yapılacak betonarme ve çelik binaların “Normal Performans Hedefi” olarak DD-2 altında Kontrollü Hasar (KH) performans düzeyine ulaşması zorunludur. Bu, Dayanıma Göre Tasarım (DGT) yaklaşımıyla sağlanır.

DD-2 aynı zamanda Deprem Tasarım Sınıfı’nın (DTS) belirlenmesinde de esas alınır: Binanın konumlandığı saha için hesaplanan kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısı (SDS), yalnızca DD-2 deprem yer hareketi düzeyi için hesaplanmaktadır.

DD-3: Sık Deprem

TBDY 2018 Madde 2.2.3 bu düzeyi şöyle tanımlar: Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığı %50, tekrarlanma periyodu 72 yıl olan sık deprem yer hareketi.

İstatistiksel arka plan: 50 yılda %50 aşılma olasılığı, istatistiksel anlamda medyan büyüklüğe karşılık gelir: Bir yapının 50 yıllık ömrü içinde bu şiddette depremle karşılaşma ihtimali “yazı ya da tura” kadar yüksektir. 72 yıllık tekrarlanma periyodu, günümüzde hayatta olan pek çok insanın yaşam süresiyle kıyaslanabilir bir zaman dilimidir. Bu gerçeklik, DD-3 düzeyini soyut bir istatistiksel büyüklük olmaktan çıkarıp günlük mühendislik pratiğinde somut anlam taşıyan bir risk parametresine dönüştürür.

Herhangi bir yılda DD-3 düzeyinde deprem yaşanma olasılığı yaklaşık %1,4’tür. Bu, yüksek aktiviteli fay sistemleri yakınındaki yerleşim bölgelerinde insanların aktif çalışma hayatları boyunca böyle bir olayla karşılaşmasını neredeyse kaçınılmaz kılmaktadır.

Tasarımdaki rolü: DD-3, doğrudan tasarım girdisi olarak yalnızca kritik binalar ve yüksek binalar için devreye girer. Tablo 3.4(a)‘ya göre DTS=1a ve DTS=2a kapsamındaki binalar için (BYS=2, 3) Sınırlı Hasar (SH) performans hedefi DD-3 altında sağlanmalıdır. Ayrıca göreli kat ötelemesi kontrolünde yönetmelik, λ katsayısını DD-3 ile DD-2 depremlerinin elastik tasarım spektral ivmeleri arasındaki oran olarak tanımlar. Bu oran, tasarımın göreli kat öteleme sınırını dolaylı biçimde etkiler.

DD-4: Çok Sık Deprem (Servis Depremi)

TBDY 2018 Madde 2.2.4 bu düzeyi şöyle tanımlar: Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığı %68 (30 yılda aşılma olasılığı %50), tekrarlanma periyodu 43 yıl olan çok sık deprem yer hareketi. Yönetmelik bu düzeyi “servis deprem yer hareketi” olarak adlandırır.

İstatistiksel arka plan: DD-4’ün istatistiksel parametreleri, bu düzeyi tasarım mühendisliğinin diğer yükleme senaryolarıyla karşılaştırılabilir kılar. 43 yıllık tekrarlanma periyodu, birçok mühendislik projesinin tasarım ömrünün altındadır; bu da DD-4 düzeyindeki bir sismik olayın bina ömrü boyunca birden fazla kez yaşanmasının son derece muhtemel olduğunu gösterir.

Herhangi bir yılda DD-4 düzeyinde deprem yaşanma olasılığı yaklaşık %2,3’tür; bu, diğer üç düzeyin olasılıklarının toplamından daha yüksek bir değerdir.

Tasarımdaki rolü: DD-4, yalnızca en karmaşık yapı kategorisi olan yüksek binaların (BYS=1) performans değerlendirmesinde doğrudan yer alır. Tablo 3.4(b)‘ye göre yüksek binaların normal performans hedefi kapsamında DD-4 servis depremi altında Kesintisiz Kullanım (KK) performans düzeyi sağlanmalıdır. Yüksek binaların, yoğun kullanıma açık yapılar olması nedeniyle sık karşılaşılan depremlerde hiçbir hasar görmeden işlevini sürdürmesi zorunluluğu buradan kaynaklanmaktadır.

Neden Tek Bir Deprem Değil, Dört Düzey?

Geleneksel deprem yönetmeliklerinde bina tasarımı, tek bir “tasarım depremi” senaryosu üzerine kurulurdu. Bu yaklaşım, yapısal mühendisliğin sınırlı hesap kapasitesiyle mücadele ettiği dönemlerde pratik bir zorunluluktu. Ancak tek-senaryo yaklaşımının ciddi bir eksikliği vardı: Bina hem çok sık yaşanan küçük depremler hem de son derece nadir yaşanan büyük depremler için aynı anda farklı beklentileri karşılamak zorundadır. Bu iki uç nokta arasındaki dengeyi tek bir kuvvet seviyesiyle sağlamak, ya aşırı muhafazakâr ya da yetersiz tasarımlara yol açıyordu.

TBDY 2018, bunu performansa dayalı deprem mühendisliği anlayışıyla çözüyor: Farklı şiddet ve olasılıktaki depremler için farklı performans beklentileri tanımlanıyor; her beklentinin karşılanıp karşılanmadığı ise ayrı ayrı doğrulanıyor. Bu anlayışın temel taşı, olasılıksal sismik tehlike analizi çerçevesinde tanımlanmış dört deprem yer hareketi düzeyidir.

Olasılıksal Sismik Tehlike Analizinin Temelleri

TBDY 2018’deki deprem yer hareketi düzeylerini anlamak için öncelikle bu düzeylerin üzerine inşa edildiği istatistiksel çerçeveyi kavramak gerekir.

Aşılma Olasılığı ve Tekrarlanma Periyodu

Bir sismik tehlike haritası, belirli bir coğrafi noktada belirli bir süre içinde belirli bir büyüklükte veya üzerinde spektral ivme oluşma olasılığını sayısal olarak ifade eder. TBDY 2018’de bu iki parametre birlikte kullanılır:

Aşılma olasılığı (P): Tanımlanan referans süre (t yıl) içinde bir sismik büyüklüğün aşılma olasılığı. TBDY 2018’de bu referans süre 50 yıl olarak alınmaktadır.

Tekrarlanma periyodu (Tr): Belirli bir şiddetle gerçekleşen depremlerin ortalama olarak kaç yılda bir tekrarlandığını ifade eden istatistiksel büyüklük. Aşılma olasılığı ve referans süreyle arasındaki ilişki yaklaşık olarak şöyle kurulur:

Tr≈−t/ln(1−P)Tr ≈ -t / ln(1 - P)

Bu formülden hareketle, 50 yılda %10 aşılma olasılığına karşılık gelen tekrarlanma periyodu yaklaşık 475 yıldır; 50 yılda %2 aşılma olasılığına karşılık gelen tekrarlanma periyodu ise yaklaşık 2475 yıldır.

Tekrarlanma Periyodunu Yorumlamak

Tekrarlanma periyodunu “kaç yılda bir olur” sorusunun yanıtı olarak yorumlamak yaygın bir yanılgıya yol açar. 2475 yıllık tekrarlanma periyotlu bir deprem, bugünden tam 2475 yıl sonra gerçekleşecek değildir. Bu değer bir beklenen değerdir: Bu şiddette depremler, çok uzun vadede bakıldığında ortalama 2475 yılda bir gerçekleşmektedir. Ancak herhangi bir yılda bu büyüklükte bir depremin yaşanma olasılığı (1/2475 ≈ %0,04) küçük olsa da bu olasılık her yıl yeniden geçerlidir. Tıpkı bir paranın her atışta %50 yazı gelme olasılığı taşıması gibi.

Dört Düzeyin Karşılaştırmalı Özeti

Tablo 1 — TBDY 2018 Deprem Yer Hareketi Düzeyleri (DD-1’den DD-4’e)

Düzey50 Yılda AşılmaTekrarlanma PeriyoduNitelemeTasarımdaki Birincil Rol
DD-1%22475 yılÇok seyrek / en büyükYüksek bina GÖ, kritik bina ileri KH
DD-2%10475 yılSeyrek / standart tasarımTüm binaların temel tasarımı (KH)
DD-3%5072 yılSıkKritik binalarda SH kontrolü, λ katsayısı
DD-4%6843 yılÇok sık / servisYüksek binalarda KK kontrolü

Sonuç

TBDY 2018’deki dört Deprem Yer Hareketi Düzeyi, yönetmeliği selefi olan eski depremi yönetmeliklerinden kökten ayıran bir bütünleşik sismik tehlike çerçevesi oluşturur. DD-4’ün 43 yıllık tekrarlanma periyodundan DD-1’in 2475 yıllık tekrarlanma periyoduna uzanan yelpaze, bina tasarımını salt “yıkılmama” hedefinin ötesine taşıyarak farklı şiddetlerdeki depremlere karşı farklı ve ölçülebilir beklentiler tanımlar.