Seismic Performance Assessment of Medieval Turkic Brick Minarets: A Comparative Study

Öz

Historical structures are key elements of cultural heritage, offering insights into past societies and linking them to the present. Many were built using masonry, which is strong in compression but weak in tension. Advances in computational technologies have allowed more precise analysis of such structures, especially under seismic effects. This study examines three notable Turkish minarets from the 12th to13th centuries: The Kalyan Minaret, the Jam Minar, and the Sivas Great Mosque Minaret. The historical development of minarets and their significance in art history are briefly reviewed, along with the evolution of construction techniques, such as brick and brick–stone masonry. Structural behaviour was analysed through the Finite Element Method, and seismic performance was assessed using Time History Analyses with acceleration records from the 1999 Kocaeli Earthquake. Results reveal that seismic responses vary significantly depending on material, geometry, and construction methods. The Kalyan Minaret, with its thick conical shaft, displayed the best performance, showing limited displacements and stress levels. The Jam Minar, the tallest and slenderest, experienced greater stresses, particularly in its upper sections, consistent with its current partial collapse. The Sivas Great Mosque Minaret performed least favourably, with high tensile and compressive stresses concentrated at the pedestal and transition zone. Overall, the study highlights that the design of masonry minarets was influenced not only by artistic and symbolic concerns but also by structural needs. Their development reflects efforts to ensure earthquake resistance and stability under lateral loads, emphasising the integration of aesthetic and engineering considerations in medieval architecture.

Anahtar Kelimeler

• Earthquake Performance
• Jam Minaret
• Kaluyan Minaret
• Sivas Great Mosque
• Turkic Historical Masonry Minarets

Ortaçağ Türk Tuğla Minarelerinin Sismik Performans Değerlendirmesi: Karşılaştırmalı Bir Çalışma

Öz

Tarihi yapılar, geçmiş toplumlara dair önemli bilgiler sunarak onları günümüze bağlayan kültürel mirasın temel öğeleridir. Bu yapılar çoğunlukla basınca dayanıklı ancak çekmeye zayıf yığma teknikleriyle inşa edilmiştir. Hesaplama teknolojilerindeki ilerlemeler, özellikle sismik etkiler altında bu yapıların daha hassas analizine imkân tanımıştır. Bu çalışma, 12–13. yüzyıllara ait üç önemli Türk minaresini incelemektedir: Kalyan Minaresi, Jam Minaresi ve Sivas Ulu Cami Minaresi. Öncelikle minarelerin tarihsel gelişimi ve sanat tarihi içindeki önemi özetlenmiş, ardından tuğla ve tuğla–taş örgü kombinasyonları gibi inşaat tekniklerinin evrimi ele alınmıştır. Yapısal davranışlar Sonlu Elemanlar Yöntemi ile, sismik performans ise 1999 Kocaeli Depremi’ne ait ivme kayıtları kullanılarak Zaman Tanım Alanı Analizleri ile değerlendirilmiştir. Sonuçlar, sismik performansın malzeme, geometrik form ve yapım yöntemine göre büyük farklılıklar gösterdiğini ortaya koymuştur. Kalın konik gövdesiyle Kalyan Minaresi en iyi performansı sergileyerek sınırlı deplasman ve gerilme değerleri göstermiştir. En ince ve en yüksek olan Jam Minar ise üst kısımlarında yüksek gerilmelere maruz kalmış, bu durum kısmi çöküşüyle de örtüşmektedir. Sivas Ulu Cami Minaresi ise en zayıf performansı göstererek özellikle kaide ve pabuç bölgesinde yüksek çekme ve basınç gerilmeleri ortaya koymuştur. Genel olarak, minarelerin gelişiminin sadece estetik kaygılarla değil, aynı zamanda deprem dayanımı ve yatay yüklere karşı stabilite gibi yapısal gerekliliklerle de şekillendiği sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Deprem Performansı
• Jam Minaresi
• Kaluyan Minaresi
• Sivas Büyük Camii
• Türk Tarihi Taş Minareleri

Kaynakça

1. Adamec, D. (2006). Minaret of Jam, detail [Photograph]. Wikimedia Commons. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Jam_afghan_architecture_harirud_brick.jpg
2. Ahunbay, Z. (1988). Mimar Sinan yapılarında kullanılan yapım teknikleri ve malzeme. Mimarbaşı Koca Sinan: Yaşadığı çağ ve eserleri (pp. 531–538). Vakıflar Genel Müdürlüğü.
3. Aksoy, İ. H. (1982). İstanbul’da tarihi yapılarda uygulanan temel sistemleri. İTÜ İnşaat Fakültesi.
4. Aktaş, Y. (2006). Technological characteristics of a brick masonry structure and their relationship with the structural behaviour. [Unpublished master’s thesis, Middle East Technical University].
5. Anthoine, A. (1995). Derivation of the in-plane elastic characteristics of masonry through homogeniza-tion theory. International Journal of Solids and Structures, 32(2), 137–163. https://doi.org/10.1016/0020-7683(94)00140-R
6. Arseven, C. E. (1955). Türk sanatı tarihi. Millî Eğitim Basımevi.
7. Aslanapa, O. (1984). Türk sanatı. Remzi Kitabevi.
8. Ateş, E. (2014). Türk din mûsikîsinde ezan. Review of the Faculty of Divinity, Süleyman Demirel Uni-versity, (163), 1–15.

9. Başar, M. E. (1997). XII. ve XIII. yüzyıl Anadolu minareleri. [Doctoral dissertation, Selçuk Üniversitesi].
10. Başar, M. E. (2011). The alteration effects of environmental conditions on ancient Seljuk bricks used in historical buildings of Konya, Central Turkey. Scientific Research and Essays, 6(17), 3657–3667.
11. Başar, M. E., Kara, N., Sezer, R., & Erdoğan, H. A. (2007). Anadolu Selçuklu minarelerinin deprem açısından değerlendirilmesi (Konya İnce Minareli Medrese’nin mescid minaresi). Selçuklu çağında mimarlık sempozyumu bildiriler kitabı (pp. 211–223). Mimarlar Odası Konya Şubesi.
12. Battuta, İ. (2004). İbn Battuta seyahatnamesi. Yapı Kredi Yayınları.
13. Bloom, J. M. (1983). The Mosque of al-Ḥākim in Cairo. Muqarnas, 1, 15–36. https://doi.org/10.2307/1523046
14. Bloom, J. M. (1989). Minaret: symbol of islam. Oxford University Press.
15. Cezar, M. (1977). Anadolu öncesi: Türklerde şehir ve mimarlık. Türkiye İş Bankası.
16. Chopra, A. K. (1995). Dynamics of structures. Prentice Hall.
17. Çılı, F., & Üstündağ, C. (2011). Sivas Ulu Camii minaresi ile ilgili bir çalışma. In Kâgir yapılarda koruma ve onarım semineri III (pp. 142–148). İstanbul Teknik Üniversitesi.
18. Clemente, P., Saitta, F., Buffarini, G., & Platania, L. (2015). Stability and seismic analyses of leaning towers: The case of the minaret in Jam. Structural Design of Tall and Special Buildings, 24(1), 40–58. https://doi.org/10.1002/tal.1157
19. Creswell, K. A. C. (1926a). The evolution of the minaret, with special reference to Egypt—I. The Bur-lington Magazine for Connoisseurs, 48(276), 134–140.
20. Creswell, K. A. C. (1926b). The evolution of the minaret, with special reference to Egypt—II. The Bur-lington Magazine for Connoisseurs, 48(278), 252–259.
21. Creswell, K. A. C. (1926c). The evolution of the minaret, with special reference to Egypt—III. The Bur-lington Magazine for Connoisseurs, 48(279), 290–298.
22. Creswell, K. A. C. (1989). A short account of early Muslim architecture (Rev. & enlarged ed.; J. W. Al-lan, Ed.). Scholar Press.
23. Dabanlı, Ö. (2008). Tarihi yığma yapıların deprem performansının belirlenmesi. [Master’s thesis, İs-tanbul Teknik Üniversitesi].
24. Ertek, E. (2009). Osmanlı minarelerinin yapısal modellenmesi ve deprem analizi. [Master’s thesis, Gebze Teknik Üniversitesi].
25. Federal Emergency Management Agency (FEMA). (2000). FEMA 356: Commentary for the seismic rehabilitation of buildings. Federal Emergency Management Agency.
26. Gottheil, R. J. (1910). The origin and history of the minaret. Journal of the American Oriental Society, 30(2), 132–154. https://doi.org/10.2307/3087673
27. Harangozó, A. (2018, July 31). Kalyan Minaret in Bukhara [Photograph]. Wikimedia Commons. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2a/Bukhara_Kalyan_minaret_from_the_south.jpg
28. Koçak, A. (1999). Tarihi yığma yapıların statik ve dinamik yükler altında lineer ve non-lineer analizi: Küçük Ayasofya Camii örneği. [Master’s thesis, Yıldız Teknik Üniversitesi].
29. Kuban, D. (1965). Anadolu-Türk mimarisinin kaynak ve sorunları. İstanbul Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi.
30. Kulaç, Ü. (1979). Untersuchungen der türkischen Minarette aus Naturstein und Ziegeln unter beson-derer Berücksichtigung der Wendeltreppenformen und -konstruktionen. [Doctoral dissertation, Berlin Tech-nical University].
31. Kulaç, Ü. (2002). Steinerne wendeltreppen in Türkischen minaretten. Verlag Ernst Vögel.
32. Lloyd, S., & Brice, W. (1951). Harran. Anatolian Studies, 1, 77–111. https://doi.org/10.2307/3642362
33. Lourenço, P. B. (2002). Computations on historic masonry structures. Progress in Structural Engi-neering and Materials, 4(3), 301–319. https://doi.org/10.1002/pse.120
34. Menon, A., Lai, C. G., & Macchi, G. (2004). Seismic hazard assessment of the historical site of Jam in Afghanistan and stability analysis of the minaret. Journal of Earthquake Engineering, 8(S1), 251–294. https://doi.org/10.1142/S1363246904001593
35. Minaret of Jam, Afghanistan [Photograph]. Photoshelter. https://ssl.c.photoshelter.com/img-get/I0000UrHGNT_e2ik/s/750/750/SCD-Afg-Menar-Jam-88A27.jpg
36. Nefes, E. (1996). Minarenin cami mimarisine katılımı ve ilk minare örnekleri. [Master’s thesis, On-dokuz Mayıs Üniversitesi].
37. Oğuzmert, M. (2002). Dynamic behavior of masonry minarets. [Master’s thesis, İstanbul Teknik Ün-iversitesi].
38. Onur, O. (1974). Türk mimarî vesikalarından: Edirne minareleri. Yenilik Basımevi.
39. Özcan, N. (2013). Nâbî Divanı’nda Medine. Electronic Turkish Studies, 8(1), 1–12. https://doi.org/10.7827/TurkishStudies.4419
40. Peña, F., Lourenço, P. B., Mendes, N., & Oliveira, D. V. (2010). Numerical models for the seismic as-sessment of an old masonry tower. Engineering Structures, 32(5), 1466–1478. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2010.01.027
41. Peter, B. (2007, September 28). Das Kalon-Minarett in Bukhara. http://www.bernhardpeter.de/Usbekistan/architektur/kalonminarett.htm
42. Pinder-Wilson, R. (2001). Ghaznavid and Ghūrid minarets. Journal of Persian Studies, 39, 155–186. https://doi.org/10.1080/05786967.2001.11834367
43. Saoud, R. (2003). Muslim architecture under Seljuk patronage (1038–1327). Foundation for Science, Technology, and Civilization (FSTC). https://muslimheritage.com/uploads/Main%20-%20Seljuk%20Architecture1.pdf
44. Sarıgül, A. S. (2015, March 16). Bir çubuğun modal analizi. http://makina.deu.edu.tr/files/courses/4097/docs/frekans.docx
45. Sauvaget, J. (1947). La Mosquée omeyyade de Médine: Étude sur les origines architecturales de la mosquée et de la basilique. Institut Français de Damas.
46. Sezen, H., Fırat, G., & Sozen, M. (2003). Investigation of the performance of monumental structures during the 1999 Kocaeli and Düzce earthquakes. In Proceedings of the 5th National Conference on Earth-quake Engineering (pp. 26–30). Istanbul, Turkey.
47. Sourdel-Thomine, J. (2004). Le minaret ghouride de Jām: Un chef-d’œuvre du XIIe siècle. Diffusion de Boccard.
48. Stark, F. (1935). A Persian inscription on the minaret of Saveh. The Geographical Journal, 85(1), 69–70. https://doi.org/10.2307/1786616
49. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü, Deprem Araştırma Dairesi. (2007). Deprem bölgelerinde yapılacak binalar hakkında yönetmelik. Ankara.
50. Thomas, D. C., Deckers, K., Hald, M. M., Holmes, M., Madella, M., & White, K. (2006). Environmental evidence from the Minaret of Jam archaeological project, Afghanistan. Iran, 44, 253–262. https://doi.org/10.2307/4300614
51. Trousdale, W. (1965). The minaret of Jam: A Ghorid monument in Afghanistan. Archaeology, 18(2), 102–108. https://doi.org/10.2307/500595
52. Turk, A. M., & Cosgun, C. (2012). Seismic behaviour and retrofit of historic masonry minaret. Građevinar, 64(1), 39–45. https://doi.org/10.14256/JCE.629.2011
53. Turk, A. M. (2013). Seismic response analysis of masonry minaret and possible strengthening by fiber reinforced cementitious matrix (FRCM) materials. Advances in Materials Science and Engineering, 2013, Article ID 952497. https://doi.org/10.1155/2013/952497
54. Uysal, A. O. (1990). Anadolu Selçuklularından erken Osmanlı dönemine minare biçimindeki gelişmel-er. Ankara Üniversitesi DTCF Dergisi, 33(1–2), 505–533.
55. Yazıcı, N. (2002). İlk Türk-İslam devletleri tarihi. Ankara Üniversitesi İlahiyat Fakültesi Yayınları.
56. Yücel, E. (1966). Minareler ve hoparlörler konusu. Arkitekt, 28, 20-30.