Yerel Zemin Etki Katsayıları (Fs, F1) Nedir?

Bir binanın üzerine oturduğu zemin, üzerinden geçen deprem dalgalarını olduğu gibi iletmez; yumuşak zemin katmanları bu dalgaları büyütür. Bu büyütmenin fiziksel arka planını (akustik empedansEmpedans (Sismik)Bir ortamın yoğunluğu ile içindeki dalga hızının çarpımı; iki tabaka arasındaki empedans farkı, sismik dalgaların ne kadar yansıyıp ne kadar büyütüleceğini belirler., zemin rezonansı, Fourier analizi) zemin büyütmesi yazımızda ayrıntılı olarak ele aldık. TBDY 2018 bu etkiyi, kısa periyot bölgesi için F_S ve 1.0 saniye periyot için F₁ olmak üzere iki ayrı yerel zemin etki katsayısıyla hesaba katar. Bu yazıda F_S ve F₁’in TBDY 2018 tablolarından nasıl okunduğunu ve tasarım spektral ivmeSpektral İvmeBelirli bir doğal periyot ve sönüm oranına sahip tek serbestlik dereceli bir sistemin bir depreme verdiği azami ivme tepkisi; S_a(T) ile gösterilir. katsayılarının (S_DS, S_D1) nasıl hesaplandığını örnek üzerinden göstereceğim.

Yerel Zemin Etki Katsayısı

Yerel zemin etki katsayısı, zemin büyütmesi yazımızda anlatılan empedans kontrastı ve rezonans etkisini, TBDY 2018 zemin sınıfına bağlı sayısal katsayılara dönüştürür. Hangi deprem dalgalarının ne kadar güçlendirileceği zemin tipine göre değişkenlik gösterir. Bu katsayılar TBDY 2018 Madde 2.3.3’te tanımlanmıştır.

Zemin Sınıfı

F_S ve F₁ değerlerini belirleyebilmek için önce zemin sınıfını tespit etmek gerekir. TBDY 2018, zemin özelliklerine (V_s30, N₆₀, s_u) göre sahaları ZA’dan ZF’ye altı sınıfa ayırır; ZA sert kayayı, ZF ise sahaya özel analiz gerektiren zeminleri temsil eder. Zemin sınıfının nasıl belirlendiği, her sınıfın özellikleri ve ZF’nin özel durumu hakkında detaylı bilgi için yerel zemin sınıfları yazısına bakabilirsiniz.

F_S (Kısa Periyot Yerel Zemin Etki Katsayısı) Nedir?

F_S, 0.2 saniye (kısa periyot) bölgesindeki tasarım spektral ivmesini zemin koşullarına göre ölçeklendiren katsayıdır. Değeri zemin sınıfına ve AFAD deprem tehlike haritalarından alınan haritalanmış kısa periyot spektral ivme katsayısı S_S’e bağlıdır.

Tablo 2 - Table 2 - Kısa Periyot Yerel Zemin Etki Katsayısı F_S (TBDY 2018 Tablo 2.1)

Zemin sınıfı	SS ≤ 0.25	SS = 0.50	SS = 0.75	SS = 1.00	SS = 1.25	SS ≥ 1.50
ZA	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
ZB	0.9	0.9	0.9	0.9	0.9	0.9
ZC	1.3	1.3	1.2	1.2	1.2	1.2
ZD	1.6	1.4	1.2	1.1	1.0	1.0
ZE	2.4	1.7	1.3	1.1	0.9	0.8
ZF	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz

Tablodaki S_S değerleri arasında kalan durumlarda doğrusal enterpolasyon uygulanır. Birkaç önemli gözlem:

• ZA ve ZB için F_S < 1.0: sert kaya, kısa periyot enerjisini büyütmek yerine küçültür.
• ZE için F_S değeri düşük S_S koşulunda 2.4’e ulaşır; ancak S_S arttıkça bu değer belirgin biçimde düşer.
• ZD ve ZE’deki bu azalma doğrusal olmayan zemin davranışının bir yansımasıdır: büyük depremlerde zemin plastisite sınırına yaklaşır ve enerjiyi kısmen söner.

F₁ (1.0 Saniye Yerel Zemin Etki Katsayısı) Nedir?

F₁, 1.0 saniye (uzun periyot) bölgesindeki tasarım spektral ivmesini ölçeklendiren katsayıdır. Değeri zemin sınıfına ve haritalanmış 1.0 saniye spektral ivme katsayısı S₁’e bağlıdır.

Tablo 3 - Table 3 - 1.0 Saniye Yerel Zemin Etki Katsayısı F₁ (TBDY 2018 Tablo 2.2)

Zemin sınıfı	S1 ≤ 0.10	S1 = 0.20	S1 = 0.30	S1 = 0.40	S1 = 0.50	S1 ≥ 0.60
ZA	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
ZB	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
ZC	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.4
ZD	2.4	2.2	2.0	1.9	1.8	1.7
ZE	4.2	3.3	2.8	2.4	2.2	2.0
ZF	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz	Özel analiz

F₁ değerleri F_S’ye kıyasla çok daha yüksek seviyelere çıkabilir. ZE sınıfı zeminde F₁ = 4.2, düşük S₁ koşulunda 1.0 saniye bölgesindeki enerjinin dört katına çıkabileceğine işaret eder. Bu durum özellikle çok katlı ve yüksek yapılar için kritik önemdedir; bu yapıların doğal titreşim periyotları 1.0 saniyenin üzerinde olabilir.

ZC sınıfı için F₁, S₁ ≤ 0.50 aralığında 1.5 değerinde sabit kalır ve yalnızca S₁ ≥ 0.60’ta 1.4’e düşer: bu zemin uzun periyot bölgesinde büyük ölçüde tutarlı bir büyütme gösterir.

Fs ve F1 Değerleri Nerede Kullanılır?

F_S ve F₁, AFAD haritalarından alınan ham spektral değerleri (S_S ve S₁) yerel zemin koşullarına göre dönüştürerek Tasarım Spektral İvme Katsayıları S_DS ve S_D1’i verir:

• S_DS = F_S × S_S (kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısıKısa Periyot Tasarım Spektral İvme KatsayısıTasarım spektrumunun yatay plato bölgesindeki ivme değerini belirleyen, harita spektral ivme katsayısının yerel zemin etkisiyle büyütülmüş hâli (S_DS).)
• S_D1 = F₁ × S₁ (1.0 saniye tasarım spektral ivme katsayısı)

Bu iki parametre, TBDY 2018 yatay elastik tasarım spektrumunun tüm köşe periyotlarını (T_A, T_B, T_L) ve tepe ivme değerini doğrudan belirler. Zemin sınıfı yanlış tespit edildiğinde üzerine inşa edilen tüm yapı hesabı hatalı bir spektrum üzerinde kurulur.

Örnek Hesap

S_S = 1.0, S₁ = 0.30 ve ZD zemin sınıfı için Tablo 2 ve Tablo 3’ten F_S = 1.1 ve F₁ = 2.0 okunur:

• S_DS = F_S × S_S = 1.1 × 1.0 = 1.1
• S_D1 = F₁ × S₁ = 2.0 × 0.30 = 0.60

Bu iki değer, tasarım spektrumunun köşe periyotlarını ve tepe ivmesini belirlemek için doğrudan kullanılır.

Sonuç

Yerel zemin etki katsayıları F_S ve F₁, zemin sınıfına ve harita spektral ivme değerlerine (S_S, S₁) bağlı olarak TBDY 2018 tablolarından okunur ve tasarım spektral ivme katsayılarını (S_DS, S_D1) doğrudan belirler. Kısa periyot bölgesinde F_S, 1.0 saniye bölgesinde ise F₁ devreye girer; ikisi de aynı mantıkla ama farklı periyot aralıklarında zemin büyütmesini tasarım spektrumuna yansıtır.

Zemin sınıfının ve bu katsayıların doğru belirlenmesi, üzerine kurulan tüm deprem hesabının güvenilirliğini doğrudan etkiler; bu nedenle hem zemin etüt raporunun hem de AFAD harita verilerinin doğruluğu kritik önem taşır.

Sıkça Sorulan Sorular

Düşey spektrum da Fs ve F1'den etkilenir mi?

Evet. Düşey spektrumun sabit ivme platosu 0.8×SDS'e eşittir ve SDS = Fs×Ss olduğundan Fs doğrudan içeride yer alır. Düşey köşe periyotları da yatay spektrumun TA ve TB değerlerinden türetildiği için F1 de dolaylı olarak etkilidir. Fark, düşey spektrumun kendi katsayılarıyla (0.32, 0.8) ve TBDY 2018 Bölüm 2.4'teki kendi köşe periyot oranlarıyla tanımlanmasıdır.