Deprem Tasarım Parametreleri: S_DS, S_D1, PGA, PGV

Deprem Tasarım Parametreleri: $S_{DS}$, $S_{D1}$, PGA, PGV

1. Türkiye'nin Sismik Yapısı ve Mevzuat Arka Planı

Türkiye, Avrasya, Afrika ve Arap levhalarının dinamik etkileşimi içinde yer alan Anadolu levhasının üzerinde bulunmaktadır. Yılda yaklaşık 2,0–3,5 cm hızla batıya hareket eden Anadolu levhası, KAF ve DAF boyunca büyük gerginlikler biriktirmektedir.

AFAD tarafından 18 Mart 2018 tarihli Resmî Gazete'de yayımlanan ve 1 Ocak 2019'da yürürlüğe giren Türkiye Deprem Tehlike Haritası (2018/11275 sayılı Bakanlar Kurulu Kararı), olasılıksal sismik tehlike yöntemiyle üretilmiş dört farklı dönüş periyoduna göre 24 farklı parametre haritasını içermektedir.

Saha Notu: Türkiye'de toplam 485 diri fay bulunmakta olup 45 il ve 110 ilçe bu faylar üzerinde yer almaktadır (AFAD/MTA 2025 güncel haritası). Proje sahasının hangi fay hattına yakın olduğunu mutlaka kontrol edin; yakın fay (<5 km) varlığında TBDY 2018 Madde 2.5 kapsamında yakın fay etkileri değerlendirilmelidir.

Dikkat: 2018 TDTH, 1996 haritasına kıyasla özellikle yumuşak zeminlerde ve belirli bölgelerde spektral ivme değerlerini önemli ölçüde artırmıştır. Eski haritaya dayalı parametrelerle yapılan hesaplar geçersizdir; mutlaka güncel AFAD haritası (tdth.afad.gov.tr) kullanılmalıdır.

2. Tanımlar

2.1 Kısa Periyot Harita Spektral İvme Katsayısı ($S_S$)

• Tanım: 0,2 saniye (kısa) periyot için %5 sönümlü elastik spektral ivme katsayısı; yerçekimi ivmesi $g$ cinsinden adimensiyonel.
• Kaynak: AFAD TDTH haritası, DD-2 deprem düzeyi için koordinata bağlı
• Birim: Adimensiyonel (g cinsinden)
• Türkiye değer aralığı: İç Anadolu'da 0,10–0,35g; KAF hattı üzerinde 0,80–2,50g

2.2 1,0 Saniye Periyot Harita Spektral İvme Katsayısı ($S_1$)

• Tanım: 1,0 saniye periyot için %5 sönümlü elastik spektral ivme katsayısı
• Birim: Adimensiyonel (g cinsinden)
• Türkiye değer aralığı: İç Anadolu'da 0,03–0,10g; KAF hattı üzerinde 0,20–0,60g

2.3 Kısa Periyot Tasarım Spektral İvme Katsayısı ($S_{DS}$)

$F_S$, kısa periyot bölgesi için yerel zemin etki katsayısıdır (TBDY 2018 Tablo 2.1). Tasarım spektral ivme katsayısı:

$$S_{DS} = S_S \cdot F_S$$

• Kullanım: DTS belirleme (TBDY Tablo 3.2), taşıyıcı sistem seçimi, minimum taban kesme kuvveti, PGA tahmini

2.4 1,0 Saniye Periyot Tasarım Spektral İvme Katsayısı ($S_{D1}$)

$F_1$, 1,0 saniyelik bölge için yerel zemin etki katsayısıdır (TBDY 2018 Tablo 2.2). 1,0 saniye periyot tasarım spektral ivmesi:

$$S_{D1} = S_1 \cdot F_1$$

• Kullanım: Spektrum köşe periyotları $T_A$, $T_B$ hesabı; uzun periyotlu yapıların ivme değerlendirmesi

2.5 Tepe Yer İvmesi (PGA)

Zemin yüzeyi için tepe yer ivmesi, kısa periyot tasarım spektral ivmesinden aşağıdaki bağıntıyla elde edilir (TBDY 2018 Madde 2.3.2.2):

$$PGA = 0{,}4 \cdot S_{DS}$$

• Birim: g veya m/s² (1g = 9,81 m/s²)
• Kullanım: Sıvılaşma değerlendirmesi (TBDY 2018 Denklem 16B.5), bina dışı yapılar, zemin hasar analizi, gömülü boru hatları

Not: Bu ilişki kaya (ZA/ZB) zemin yüzeyi için geçerlidir. Yumuşak zeminlerde zemin yüzeyi PGA değeri bu ilişkiden farklılaşabilir; TBDY Madde 2.4 kapsamında sahaya özel analizle belirlenir.

2.6 Tepe Yer Hızı (PGV)

• Tanım: Zemin yüzeyinde oluşan en büyük yer hızı
• Birim: m/s veya cm/s
• TBDY 2018 referansı: AFAD TDTH haritasından doğrudan okunur (DD-2 için)
• Türkiye değer aralığı: Alçak sismisiteli bölgelerde 5–15 cm/s; KAF yakını yüksek riskli bölgelerde 50–120 cm/s

Saha Notu: PGV, özellikle İstanbul gibi büyük kentlerdeki su isale hattı ve doğalgaz boru hatları için kritik parametredir. PGV > 25 cm/s eşiği özel tasarım gerektirir.

3. Deprem Yer Hareketi Düzeyleri (TBDY 2018 Madde 2.2)

TBDY 2018 ile birlikte tek deprem düzeyi anlayışından çıkılmış ve dört farklı olasılıksal deprem düzeyi tanımlanmıştır.

Tablo 1: Deprem Yer Hareketi Düzeyleri (TBDY 2018 Madde 2.2)

Dikkat: Yeni bina tasarımında DD-2 (475 yıl) standarttır ve $S_{DS}$, $S_{D1}$ bu düzey için hesaplanır (TBDY 2018 Madde 3.5.1, Tablo 3.4a). DD-1 ise performansa göre değerlendirme ve tasarım (ŞGDT) kapsamında kullanılır.

4. Yerel Zemin Sınıfları (TBDY 2018 Madde 2.1 ve Tablo 16.1)

Zemin sınıfı, temel alt kotundan itibaren en üst 30 m için belirlenir. Temel parametreler ortalama kayma dalgası hızı $\overline{V}_{S30}$, ortalama SPT darbe sayısı $\overline{N}_{60,30}$ ve ortalama drenajsız kayma dayanımı $\overline{c}_{u,30}$'dur.

Tablo 2: Yerel Zemin Sınıfları (TBDY 2018 Madde 2.1 ve Tablo 16.1)

ZF sınıfı: Kalın yumuşak kil (>3 m, $c_u$ < 25 kPa), yüksek plastisiteli kil (PI > 50, >8 m), sıvılaşabilir kumlar ve diğer hassas zeminler.

Saha Notu: Türkiye'de en yaygın zemin tipleri; Ege ve Marmara kıyılarında alüvyon (ZD-ZE), İç Anadolu'da sert kireçtaşı ve volkanik kayaç (ZA-ZB), Karadeniz kıyısında gevşek alüvyon ve organik killer (ZE-ZF) şeklindedir. Adana, İzmir ve İstanbul'daki çukur alanlarda ZE ve ZF sınıfı zeminler yaygın olup zemin etkisi büyütme oranı 2–4 kat arasına ulaşabilmektedir.

Dikkat: Zemin sınıfı belirlemesi için zemin etüdü (TS EN ISO 22476 serisi) zorunludur. Varsayım kabul edilemez; yanlış zemin sınıfı belirlenmesi $F_S$ ve $F_1$ katsayılarında %40–100 hataya yol açar.

5. Belirleme Yöntemleri

5.1 AFAD Web Haritasından Belirleme (Standart Yöntem)

1. tdth.afad.gov.tr adresine gir (e-Devlet kimlik doğrulaması gerekebilir)
2. Yapı koordinatlarını (WGS-84 enlem/boylam, ondalık derece) gir veya haritadan seç
3. DD-2 deprem düzeyi seç (standart tasarım: T = 475 yıl)
4. Zemin sınıfını seç (ZA–ZF) — zemin etüdüne göre
5. $S_S$, $S_1$, PGA, PGV değerlerini oku
6. $F_S$ ve $F_1$ katsayılarını Tablo 2.1–2.2'den bul (doğrusal interpolasyon)
7. $S_{DS} = S_S \cdot F_S$ ve $S_{D1} = S_1 \cdot F_1$ hesapla

5.2 Sahaya Özel Zemin Davranış Analizi (TBDY 2018 Madde 2.4)

• ZF zemin sınıfı için zorunludur (TBDY 2018 Madde 2.4.1)
• Güçlü zemin hareketi kayıtları veya yapay ivme kayıtları kullanılır (TBDY Madde 2.4.2)
• 1D/2D/3D zemin modeli uygulanır; genellikle SHAKE2000, DEEPSOIL, PLAXIS gibi yazılımlar
• En az 3 ivme kaydı ile analiz yapılır; 7'den fazla kayıt varsa ortalaması alınır

6. Yerel Zemin Etki Katsayıları

Tablo 3: Yerel Zemin Etki Katsayıları

ZF için sahaya özel analiz gereklidir.

Tablo 4: Yerel Zemin Etki Katsayıları

Ara değerler için doğrusal interpolasyon uygulanır (TBDY 2018 Madde 2.3.2.1).

Dikkat: ZE zemini, $S_1 \leq 0{,}10$ durumunda $F_1 = 4{,}2$ değeri alır; bu ZA zeminine kıyasla 5,25 kat büyütme anlamına gelir. Yumuşak zemin üzerindeki uzun periyotlu ve yüksek katlı yapılarda $S_{D1}$ değeri son derece büyük çıkabilmekte ve tasarım kritik hale gelmektedir.

7. Elastik Tasarım Spektrumu (TBDY 2018 Madde 2.3.2.2)

Önce köşe periyotları belirlenir:

$$T_A = 0{,}2 \cdot \frac{S_{D1}}{S_{DS}}, \quad T_B = \frac{S_{D1}}{S_{DS}}, \quad T_L = 6{,}0 \text{ s (sabit)}$$

Daha sonra her periyot bölgesi için yatay elastik tasarım spektral ivmesi hesaplanır (TBDY 2018 Denklem 2.2–2.3):

$$S_{ae}(T) = \begin{cases} \left(0{,}4 + 0{,}6 \cdot \dfrac{T}{T_A}\right) S_{DS} & T \leq T_A \\[6pt] S_{DS} & T_A < T \leq T_B \\[6pt] \dfrac{S_{D1}}{T} & T_B < T \leq T_L \\[6pt] \dfrac{S_{D1} \cdot T_L}{T^2} & T > T_L \end{cases}$$

Saha Notu: $T_B$ köşe periyodu zemin yumuşadıkça uzar. ZA zemini için $T_B$ ≈ 0,20–0,30 s iken ZD zemini için $T_B$ ≈ 0,35–0,50 s'ye çıkabilir. Bu, orta yükseklikteki (4–8 kat) binaların çoğunun sabit ivme platosunda kaldığı anlamına gelir; dolayısıyla zemin sınıfı bu binalarda doğrudan deprem yükünü belirler.

8. Tipik Değer Aralıkları

Tablo 5: Tipik Değer Aralıkları

Koordinata özel değerler için mutlaka tdth.afad.gov.tr kullanılmalıdır.

9. Deprem Tasarım Sınıfı (DTS) ve Bina Kullanım Sınıfı (BKS) İlişkisi

DTS, yapı tasarımının birçok önemli gereksinimini (BYS, taşıyıcı sistem seçimi, süneklik düzeyi) doğrudan etkiler.

Tablo 6: Deprem Tasarım Sınıfı (DTS) ve Bina Kullanım Sınıfı (BKS) İlişkisi

Tablo 7: Deprem Tasarım Sınıfı (DTS) ve Bina Kullanım Sınıfı (BKS) İlişkisi

DTS=1 ve DTS=1a en yüksek deprem tasarım gereksinimlerini ifade eder.

Saha Notu: Türkiye'de inşa edilecek binaların büyük çoğunluğu (yaklaşık %65–70'i) DTS=1 veya DTS=2 grubuna girmektedir. İç Anadolu'da küçük bir kasabada bile $S_{DS}$ değeri ZD zeminde 0,40–0,60g'ye ulaşabilmektedir.

10. Parametre Belirleme Akış Diyagramı

Aşağıda TBDY 2018 Bölüm 2 kapsamında deprem tasarım parametrelerinin adım adım nasıl belirleneceği gösterilmektedir.

11. Çözümlü Örnekler

Problem 1 — Kolay

Senaryo: Konya ili merkezinde (enlem: 37,87° K, boylam: 32,49° D), ZC zemin sınıfında inşa edilecek bir konut binası için AFAD TDTH haritasından aşağıdaki değerler okunmuştur. Tasarım parametrelerini hesaplayın.

Veriler:

• $S_S = 0{,}48$ g (DD-2, AFAD haritasından)
• $S_1 = 0{,}13$ g (DD-2, AFAD haritasından)
• Yerel zemin sınıfı: ZC
• BKS = 3 (konut)

İstenen: $S_{DS}$, $S_{D1}$, PGA, $T_A$, $T_B$ değerleri ve DTS

Çözüm:

Adım 1 — $F_S$ katsayısının belirlenmesi (TBDY 2018 Tablo 2.1)

ZC sınıfı için $S_S = 0{,}48$ (0,25 ile 0,50 arası); tablo değerleri aynı olduğundan interpolasyon gerekmez:

$$F_S = 1{,}30$$

Adım 2 — $F_1$ katsayısının belirlenmesi (TBDY 2018 Tablo 2.2)

ZC sınıfı için $S_1 = 0{,}13$ (0,10 ile 0,20 arası); tablo değerleri aynı olduğundan interpolasyon gerekmez:

$$F_1 = 1{,}50$$

Adım 3 — Tasarım spektral ivme katsayıları

$$S_{DS} = S_S \cdot F_S = 0{,}48 \times 1{,}30 = 0{,}624 \text{ g}$$ $$S_{D1} = S_1 \cdot F_1 = 0{,}13 \times 1{,}50 = 0{,}195 \text{ g}$$

Adım 4 — Köşe periyotları ve PGA

$$T_A = 0{,}2 \cdot \frac{S_{D1}}{S_{DS}} = 0{,}2 \times \frac{0{,}195}{0{,}624} = 0{,}063 \text{ s}$$ $$T_B = \frac{S_{D1}}{S_{DS}} = \frac{0{,}195}{0{,}624} = 0{,}313 \text{ s}$$ $$PGA = 0{,}4 \times S_{DS} = 0{,}4 \times 0{,}624 = 0{,}250 \text{ g}$$

Adım 5 — DTS belirlenmesi (TBDY 2018 Tablo 3.2)

$S_{DS} = 0{,}624$ g, $0{,}50 \leq 0{,}624 < 0{,}75$ aralığında; BKS = 3 → DTS = 2

Sonuç:

Tablo 8: Problem 1 — Kolay

Problem 2 — Orta

Senaryo: Erzincan ili merkezi (enlem: 39,75° K, boylam: 39,49° D), ZD zemin sınıfı, hastane inşaatı. AFAD TDTH haritasından DD-2 değerleri: $S_S = 1{,}15$ g, $S_1 = 0{,}34$ g. Tasarım parametrelerini, DTS'yi ve $T = 0{,}60$ s için elastik spektral ivmeyi hesaplayın.

Veriler:

• $S_S = 1{,}15$ g, $S_1 = 0{,}34$ g (AFAD TDTH, DD-2)
• Yerel zemin sınıfı: ZD
• BKS = 1 (hastane)
• Sorgulanan periyot: T = 0,60 s

Çözüm:

Adım 1 — $F_S$ katsayısı (TBDY Tablo 2.1, ZD zemin, $S_S = 1{,}15$)

$S_S = 1{,}15$ g, 1,00 ile 1,25 arasında; ZD için $F_S(1{,}00) = 1{,}1$, $F_S(1{,}25) = 1{,}0$:

$$F_S = 1{,}1 + \frac{(1{,}0 - 1{,}1)}{(1{,}25 - 1{,}00)} \cdot (1{,}15 - 1{,}00) = 1{,}04$$

Adım 2 — $F_1$ katsayısı (TBDY Tablo 2.2, ZD zemin, $S_1 = 0{,}34$)

$S_1 = 0{,}34$ g, 0,30 ile 0,40 arasında; ZD için $F_1(0{,}30) = 2{,}0$, $F_1(0{,}40) = 1{,}9$:

$$F_1 = 2{,}0 + \frac{(1{,}9 - 2{,}0)}{(0{,}40 - 0{,}30)} \cdot (0{,}34 - 0{,}30) = 1{,}96$$

Adım 3 — Tasarım parametreleri

$$S_{DS} = 1{,}15 \times 1{,}04 = 1{,}196 \text{ g}$$ $$S_{D1} = 0{,}34 \times 1{,}96 = 0{,}666 \text{ g}$$ $$T_A = 0{,}2 \times \frac{0{,}666}{1{,}196} = 0{,}111 \text{ s} \qquad T_B = \frac{0{,}666}{1{,}196} = 0{,}557 \text{ s}$$ $$PGA = 0{,}4 \times 1{,}196 = 0{,}478 \text{ g}$$

Adım 4 — DTS belirleme (TBDY Tablo 3.2)

$S_{DS} = 1{,}196 \geq 0{,}75$; BKS = 1 (hastane) → DTS = 1a

Adım 5 — T = 0,60 s için elastik spektral ivme

$T_B = 0{,}557$ s < $T = 0{,}60$ s ≤ $T_L = 6{,}0$ s → Sabit hız bölgesi:

$$S_{ae}(0{,}60) = \frac{S_{D1}}{T} = \frac{0{,}666}{0{,}60} = 1{,}110 \text{ g}$$

Sonuç:

Tablo 9: Problem 2 — Orta

Hastane DTS=1a → TBDY en sıkı koşulları uygulanacaktır.

Problem 3 — İleri Düzey

Senaryo: İzmir ili, sıvılaşma riski değerlendirmesi yapılacak 12 katlı konut binası. AFAD TDTH haritasından: $S_S = 1{,}45$ g, $S_1 = 0{,}42$ g (DD-2). Zemin etüdüne göre 0–8 m ZE sınıfı ($\overline{V}_{S30} = 140$ m/s), 8–20 m arası ZD ($\overline{V}_{S30} = 240$ m/s); karma profil değerlendirmesi sonucu zemin sınıfı ZE. Sıvılaşma tetikleme analizi için z = 5 m derinliğinde deprem kayma gerilmesi oranını (CSR) hesaplayın; $\sigma_v = 90$ kPa, $\sigma_v' = 65$ kPa, $r_d = 0{,}97$.

Çözüm:

Adım 1 — $F_S$ katsayısı (TBDY Tablo 2.1, ZE, $S_S = 1{,}45$)

$S_S = 1{,}45$ g, 1,25 ile ≥1,50 arası; ZE için $F_S(1{,}25) = 0{,}9$, $F_S(\geq 1{,}50) = 0{,}8$:

$$F_S = 0{,}9 + \frac{(0{,}8 - 0{,}9)}{(1{,}50 - 1{,}25)} \cdot (1{,}45 - 1{,}25) = 0{,}82$$

Adım 2 — $F_1$ katsayısı (TBDY Tablo 2.2, ZE, $S_1 = 0{,}42$)

$S_1 = 0{,}42$, 0,40 ile 0,50 arası; ZE için $F_1(0{,}40) = 2{,}4$, $F_1(0{,}50) = 2{,}2$:

$$F_1 = 2{,}4 + \frac{(2{,}2 - 2{,}4)}{(0{,}50 - 0{,}40)} \cdot (0{,}42 - 0{,}40) = 2{,}36$$

Adım 3 — Tasarım parametreleri

$$S_{DS} = 1{,}45 \times 0{,}82 = 1{,}189 \text{ g}$$ $$S_{D1} = 0{,}42 \times 2{,}36 = 0{,}991 \text{ g}$$ $$PGA = 0{,}4 \times 1{,}189 = 0{,}476 \text{ g} \qquad T_B = \frac{0{,}991}{1{,}189} = 0{,}834 \text{ s}$$

Adım 4 — DTS (TBDY Tablo 3.2, BKS = 3, $S_{DS} = 1{,}189 \geq 0{,}75$) → DTS = 1

Adım 5 — CSR hesabı (TBDY 2018 Denklem 16B.5)

Deprem kayma gerilmesi oranı (CSR), efektif düşey gerilme ile PGA değerinin bir fonksiyonu olarak hesaplanır. $r_d$ gerilme azalma katsayısı, derinliğe bağlı olarak TBDY 2018 Bölüm 16B kapsamında belirlenir:

$$CSR = 0{,}65 \cdot \frac{\sigma_v}{\sigma_v'} \cdot (0{,}4 \cdot S_{DS}) \cdot r_d$$ $$CSR = 0{,}65 \times \frac{90}{65} \times 0{,}476 \times 0{,}97 = 0{,}417$$

Sonuç:

Tablo 10: Problem 3 — İleri Düzey

CSR = 0,417; sıvılaşma tetiklenmesi için CRR ile karşılaştırılmalıdır. CSR/CRR > 1 ise sıvılaşma riski yüksektir ve TBDY 2018 Madde 16.6 gereği önlem gerekebilir.

12. Sık Yapılan Hatalar

Tablo 11: Sık Yapılan Hatalar

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
2. TS EN 1998-1:2007 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
3. AFAD TDTH 2019 — AFAD — Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı. https://tdth.afad.gov.tr
4. TS EN ISO 22476 — ISO / TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Deprem Yükü Hesaplama (TBDY 2018)
• Bina Periyodu Hesaplama
• Deprem Tasarım Sınıfı (DTS) Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.