TR|EN
Güncel
E-Bülten Aboneliği
Casp 2022
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 72 - Eylül - Ekim 2021

Eğitim


TÜRKİYE’DE DEPREM YALITIMI TASARIM ve UYGULAMA

TİS Teknolojik İzolatör Sistemleri Genel Müdürü ve Deprem İzolasyon Derneği Yönetim Kurulu Üyesi Uğurcan Özçamur, 7 Nisan 2021 tarihinde Türk Yapısal Çelik Derneğinin (TUCSA) düzenlediği web seminerinde katılımcılarla bir araya geldi. Özçamur, ülkemizdeki deprem yalıtımı tasarım ve uygulama aşamalarıyla ilgili tecrübelerini aktardı.

Açıklamalarımın temeli, deprem yalıtımının ne olduğu, faydaları, dünyada ve ülkemizde deprem yalıtımının bulunduğu seviye, yalıtım cihazlarının testleri, saha montaj uygulamaları ve detay uygulama örneklerinden oluşacak.
 
Deprem yalıtımının ne olduğuna geçmeden önce kısaca performans esaslı deprem mühendisliğine değinmek gerekir. Güncel yönetmeliklere göre tasarım yapan tüm inşaat mühendislerinin kullandığı bir sistemden bahsediyoruz. Buna göre her yapıda bir performans hedefi olur. Bu hedefe göre tasarım yapılır. Asgari şartları sağlamak koşuluyla bazı yapılarda daha yüksek deprem performansı istenebilir. Bu daha çok işverenin ya da mal sahibinin verdiği bir karar olarak geçerlidir. Performans seviyelerine dair örnek verecek olursak, deprem esnasında “benim binam can güvenliği sağlasın” diyorsanız siz yönetmeliğin belirttiği asgari şartı ortaya koymuşsunuz demektir. Ama deprem sonrasında “benim binam operasyonel kalsın, yapısal olarak hiçbir hasar görülmesin” diyorsanız o zaman siz yönetmeliklerde tanımlanmış bir takım performans hedeflerinin üstünde bir istekle ortaya çıkıyorsunuz demektir. Burada standart yapım teknolojileri ve teknikleri yetersiz kalıyor. Bu tip yüksek performans hedefiyle yola çıkılan binalara en net örnekler, tarihi yapılar, enerji santralleri, hastaneler gibi deprem anında ve depremden hemen sonra operasyonel kalması istenen yapılardır.
 
Burada kritik bir not olarak değinmemiz gereken bir diğer konu ise deprem yönetmeliklerindeki hasarlılık kabulüdür. Tüm deprem yönetmelikleri, konvansiyonel tarzda tasarlanan tüm yapılarda belli bir hasarlılık kabulü ile hareket eder. Başka türlü tasarım yapmak ekonomik açıdan mümkün değildir. 2007 ile 2017 deprem yönetmeliğini karşılaştırırsak, 2007 deprem yönetmeliğinde (DBYBHY 2007) 1.2.1 maddesi özet olarak der ki “Bu yönetmeliğin amacı orta şiddetteki depremlerde yapısal ve yapısal olmayan elemanlarda sınırlı ya da onarılabilir hasar olsun, şiddetli depremlerde ise yıkılmasın. Can güvenliği sağlansın.” Bina ikinci plandadır, tasarım buna göre yapılır. 2018 yönetmeliğinde ise (TBDY 2018) biraz daha performans esaslı deprem mühendisliğinin etkileri görülür. Bu yönetmelikte Kesintisiz Kullanım, Sınırlı Hasar, Kontrollü Hasar ve Göçmenin Önlenmesi başlıklarıyla çeşitli performanslar tanımlanmıştır.  Siz binanızda hangi performansı istiyorsanız o seviyeyi seçip ona göre tasarım yaparsınız.
 
Deprem Yalıtımı
Deprem yalıtımı, yapının ve içindeki tüm bileşenlerin (yapısal, yapısal olmayan) beklenen en büyük depremi sıfır hasar ile atlatmasını sağlayan; böylece yapının depremden sonra kesintisiz kullanımını garanti eden, kanıtlanmış ve uygulanabilen tek yöntemdir. Bunu nasıl sağlıyor? Sistem hem kat ötelenmelerini hem de kat ivmelerini kontrol altına alabiliyor. Dolayısıyla deprem yalıtımı kullanılan bir yapıdan beklenen performans hedefi, deprem sonrası kesintisiz kullanım ya da operasyonel kalmasıdır. Bütün tasarım parametreleri buna göre şekillendirilir. 
 
Deprem yalıtımını sağlamak için binanın kendisi ile temeli arasına deprem yalıtım cihazları yerleştiriyoruz. Bu cihazların özelliği, binanın düşey yükünü taşıma kapasitelerinin yanı sıra yatay yönde oldukça esnek olmaları. Deprem yalıtımı bir yapının doğal salınım periyodunu çok yükseltmiş olur. Buna ek olarak deprem yalıtım cihazları aynı zamanda standart sönüm özellikleri gösteren cihazlar değildir. Standart betonarme bir yapıda hasarlılık kabulüyle %5 sönüm düşünülür. Ancak deprem yalıtım cihazlarının genelde sönüm oranları %20’nin üzerindedir. Dolayısıyla enerjinin sönümlenmesine de ekstra katkı sağladığı için ikili bir avantaj sağlamış olur. 
 
Büyük depremler yaşamış deprem yalıtım cihazlarına sahip binalarda nelerin gözlemlendiğine bakalım. 2011 Büyük Japonya Depremi sırasında deprem yalıtımı depremin yıkıcı kuvvetlerini (ivmeleri) yaklaşık 5-6 kat azalmıştır. Beklenen davranış da budur. 29 konutta yapılan ve depremi yaşayanların gözlemlerinin olduğu çalışmada ise deprem yalıtımlı evlerin sadece 2’sinde bazı mobilyaların devrildiği bildirilmiş, 22 evde ise sofra eşyaları dahi kıpırdamamıştır. 
 
1994 yılında Northridge Depremi (California-ABD) oldukça yıkıcı bir depremdir. Yalıtıma sahip ve yalıtıma sahip olmayan iki hastaneden toplanan verilerde deprem yalıtımına sahip hastanenin zeminde 0,5 g olan, temel seviyesinde 0,37 g olan ivmeler 3’de 1 seviyesinin altında hissedilmiştir. 
 
Dünyada deprem yalıtımına gelecek olursak, en yaygın uygulamamanın herkesin tahmin edebileceği üzere Japonya’da kullanıldığını görmekteyiz. 1980’li yıllardan beri aktif olarak kullanıyor. 1995 Kobe ve 2011 Büyük Japonya Depremi sonucunda deprem yalıtımının kullanımının arttığı görülüyor. 300 binden fazla deprem yalıtım cihazı şu an kullanımda.  Sadece büyük projelerde değil konutlarda, ofis ve depo yapılarında da kullanılıyor.  İtalya’da deprem tehlikesi Japonya’ya nazaran oldukça düşük olmasına rağmen burada da deprem yalıtımı sıkça uygulanıyor. Yine Japonya gibi farklı projelerde deprem yalıtımını kullanıyorlar. Butik otellerde de görülüyor. Yeni Zelanda da ciddi deprem tehlikesi içerisinde bulunan bir ülke. Yeni yapılan bina sayısı çok az olması nedeniyle deprem yalıtımlı bina sayısı çok değil ancak ülkede 1980’li yıllardan beri deprem yalıtımlı hastane, köprü, viyadük, otel, konut, ofis, veri merkezi gibi binalar inşa ediliyor. Bu ülkeleri Çin ve ABD takip ediyor. İran, Meksika, Şili, Kolombiya, Peru, Yunanistan, Tayvan, Endonezya, Hindistan ve Vietnam ise uygulamaların olduğu ülkeler arasında.  Şili burada önemli. Bizde olduğu gibi bu ülkede de hastanelerde deprem yalıtımı kullanımı mecburi tutuldu. Bu açıdan Türkiye’den sonra dünyada ikinci ülke oldular. 
 
Türkiye’de Deprem Yalıtımı
Türkiye’ye gelirsek, ilk üç ülke dışında saydığımız ülkelerden geride değiliz. Ülkemizde deprem yalıtımlı bir binanın baştan sona deprem yalıtımı ile uygulanması için gerekli tüm altyapı mevcut. Sismolog, yapı mühendisi, deprem mühendisi, test laboratuvarı, üretici ve uygulayıcı ülkemizde bulunuyor.  Bunda en büyük etken 2013 ve 2018 yıllarında Sağlık Bakanlığının yayımladığı 100 yatak ve üzeri tüm hastanelerin deprem yalıtımlı inşa edilmesi yönündeki genelgesi. Ayrıca 2019 yılında yürürlüğe giren 2018 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde deprem yalıtımının ayrı bir bölüm olarak tanımlanması hem “mevzuat yok yapamayız” diyenleri engellemiş oldu hem de bu konuya bir regülasyon getirdi. 
 
1990’lı yıllardan beri ele alırsak, ülkemizde 150’yi aşan deprem yalıtımlı proje yapıldı. Bunların çoğu hastane, bunların yanı sıra köprü ve viyadüklerde, veri merkezlerinde, havalimanlarında, statlarda, otellerde ve tarihi yapı projelerinde deprem yalıtımı kullanılmakta. Ancak toplamda sadece 3 adet konut projesi deprem yalıtımına sahip. Deprem yalıtımlı projelerin yaklaşık %10’u deprem yalıtımı ile güçlendirme kapsamında yapıldı. Şu ana kadar gerçekleştirilen proje sayısı dünyadaki diğer ülkelere kıyaslanınca çok fazla olmasa da projelerin çok büyük olması nedeniyle son 5 yıldır dünyada en fazla deprem yalıtım cihazı kullanan ülke Japonya hariç Türkiye’dir. Dünyada şu ana kadar metrekare bazında deprem yalıtımı uygulanmış en büyük 10 projenin 5’i Türkiye’de. Önümüzdeki yıllarda daha da artması bekleniyor.
 
İzolatör tiplerine değinecek olursak, ilk olarak kauçuk esaslı izolatörler, düşük sönümlü, yüksek sönümlü, kurşun çekirdekli olarak üçe ayrılıyor. Düşük ve yüksek sönümlü kauçuk izolatörlerin genel yapısı neredeyse birbirinin aynıdır. Yalnızca kauçuğun içeriği ve davranışı farklıdır. Kurşun çekirdekli kauçukta ise tam ortasında bir ya da birden fazla kurşundan bir çekirdek bulunur. Bu hem rijitliğine hem de sönümüne katkı sağlar. Üç cihazdan daha çok deprem yalıtımı için yüksek sönümlü ve kurşun çekirdekli olanı kullanılıyor. 
 
Sürtünmeli sarkaç tipi izolatörlere gelirsek, bu cihazda çalışma sürtünme prensibine bağlıdır. Tek, çift veya üç yüzeyli sürtünmeli sarkaç tipi izolatörler olabilir.  Sürtünme yüzeyine deprem etkisi geldiği zaman sürtünme katsayısına bağlı olarak hareket gerçekleşir. Yüzeylerin küresel olması nedeniyle deprem sonrasında geri merkezlemeye fayda sağlamış olur. Burada kritik konu, sarkaç prensibi ile çalıştığı için tüm davranış ya da hareket sırasındaki periyodun sarkacın küresel yüzeyindeki eğiklik yarı çağına bağlı olmasıdır. Dolayısıyla sizin rijitlik merkezi, kütle merkezi gibi ayarlar yapmanıza gerek yok. Zaten bu cihazlar otomatik olarak binalarda vurulma ya da vurulma tarzı gibi olumsuz etkileri ortadan kaldırmış oluyor. 
 
Deprem yalıtım sistemini tasarlarken etkili olacak parametrelerin en başında düşey yükler ve depremsellik gelir. Binanın ağırlığına ve mimarisine bağlı olarak düşey yükler elde edilir. Bu tüm yönetmeliklerde tanımlanmış durumda. Diğer bir önemli madde ise tasarım spektrumları. Sahaya özgü ve olasılıksal deprem tehlike analizleri sismologlar tarafından yapılır. Bölgeye veya sahaya özel veriler kullanılarak deprem yalıtımı sistemleri analizleri gerçekleştirilir. Analizlerde kullanılacak yer hareketlerinin seçimi ve ölçeklendirilmesi yapılır. Altyapı ve üstyapının malzeme ve geometrik özellikleri büyük önem taşır.
 
Deprem yalıtım sistemleri her yapıya özel olarak tasarlanır. Bir binaya uygulanan deprem yalıtım tarzını başka bir binada da kullanalım yaklaşımı söz konusu değildir. Terzi işi, sıfırdan tasarlanan cihazlar karşımıza çıkar.

Yapı Tasarımı
Deprem yalıtımlı bir binanın tasarımında nelere dikkat etmek gerekir? 2018 Deprem Yönetmeliğinde deprem seviyeleri ve bina performans düzeyleri tanımlanmış durumda. Deprem yer hareketi seviyelerine göre deprem yalıtım cihazlarından bazı performanslar bekleriz. Tasarım bunlara göre yapılır. Klasik yapı tasarımından alışık olunan güçlü kolon-zayıf kiriş, yüksek süneklik, kuvvet azaltmak için kullanılan R katsayıları aslında deprem yalıtımı tasarımında söz konusu olmaz. Bu tip klasik yapılarda yönetmeliğe göre performans hedefi (DD2-Kontrollü Hasar) can güvenliğini sağlamaktır. Deprem yalıtımında ise hasarsızlık ilkesi esas olduğu için siz bir kuvvet azaltma katsayısı kullanamazsınız. Dolayısıyla deprem yalıtımlı bir bina zaten elastik kalacağı için kapasite tasarımı esaslarına dair birebir detaylandırma yapmanız gereksizdir. Şu anki yönetmeliğimizde bu böyle değil. Umuyorum gelecek revizyonda güncellenecektir. Deprem yalıtımlı bir binanın performans hedefleri ise yönetmeliği dikkate alırsak üstyapı için DD2 Tasarım Depremi altında kesintisiz kullanım, izolatörün kendisi ve altında kalan tüm elemanlar için ise o bölgedeki maksimum deprem olan DD1’de kesintisiz kullanım, hasarsızlık şeklindedir. Yine kişiye bağlı olarak “ben bu performans hedefini beğenmedim. DD1 seviyesinde olsun üstyapım” diyebilirsiniz. 
 
Ülkemizde deprem yalıtımlı bir yapı yapmak isteyen kişilerin uygulaması gereken adımlar ise şunlar;
  • Zemin etüdü.
  • Sahaya özel deprem tehlike analizleri ve AFAD spektrumları ile kıyaslama.
  • Yapı mimarisinin ön statik analizler ile birlikte son hale getirilmesi. (İzolatör katı detayları, açıklıklar, perdeler, vb.)
  • İlk izolatör parametreleri ile ön analizlerin yapılması. (Doğrusal ve basit, doğrusal olmayan.)
  • İlk sonuçların ardından yapı ön analizlerinin yapılması ve performans hedeflerinin belirlenmesi. (Taban kesme kuvvetleri, ivmeler, deplasmanlar vb.)
  • Yeni izolatör parametreleri ile detaylı NRHA yapılması. Performans hedeflerinin sağlandığının kontrolü (TGUA-5).
  • Nihai izolatör tasarımı ve onayı (TGUA-5).
  • İzolatör üretimi, testleri (TGUA-5), sevkiyatı ve montajı.
  • İzolatör prototip testlerine göre son NRHA analizleri (gerekirse) ve TGUA-5 son onayı.
Burada testler için bir parantez açmak lazım, bu testler oldukça kritik. Bizim yönetmeliğimizdeki test prosedürlerine göre prototip testlerinde yapıda kullanılan izolatör tipleri ile birebir aynı özelliklere sahip en az 2 cihaz üzerinde uygulanır. Bu testlerde en az 3 farklı düşey yük, 3 farklı hız ve 3 farklı deplasman olmak üzere 20-25 maddeden oluşan bir test prosedürü söz konusu. Bu hem statik hem de dinamik olarak yalıtım cihazının tüm tasarımını doğruluyor.
 
Üretim testi ise üreticinin aslında kendi sorumluluğunda olan ve üretimdeki olası olumsuzlukları yakalamaya çalışan ya da üretimin doğruluğunu gösteren, görece prototip testlere göre basit testlerdir. Bir tane statik, bir tane de yarı statik test uygulanır. Testin ardından çıkan cihazlar paketlenerek sahaya gönderilir ancak prototip testinde bu olmaz. Eskişehir’deki Esquake Laboratuvarı’nda prototip testlerini yapabiliyoruz.
 
Saha Montajı
Montaj konusuna değinmek istememin sebebi işin uygulama aşamasının ne kadar önemli olduğunu göstermek.  Siz testlerde çok başarılı sonuçlar alsanız dahi yapacağınız yanlış bir uygulama bütün işi berbat edebilir. Çok olumsuz sonuçlarla karşılaşabilirsiniz. Montaj adımlarında öncelikle kolon dökümü sırasında ankrajların betona gömülü olarak bırakılması sağlanır. Ardından izolatörler bu ankrajların üzerine bırakılır ve cıvatalarla (bulonlarla) sabitlenir. İzolatörün altında bir grout tabakası mevcuttur. Groutun dökümünün son derece özenli ve dikkatli bir şekilde, profesyonel bir ekip tarafından yapılması gerekir. Bu tabakada oluşabilecek boşluklar, yükün doğru aktarılamaması ya da izolatörün altında boşluk kalması nedeniyle, üzerine bina yükü geldiği zaman plakaların eğilmesini ve ileride izolatörlerin doğru çalışmamasını sağlar. Groutu doldurduktan sonra sahada bir gün geçmesinin ardından izolatör yerinden sökülüp kaldırılır ve altında doluluk testi yapılır. Bu işlemin ardından grout kırılır ve yeniden grout işlemi uygulanır. Belirli sayıda izolatörde bu uygulama yapılarak cihaz altındaki doluluk oranı görüntü işleme yöntemiyle belirlenir. 
 
Bu işlemler bittikten sonra üst tarafın kalıbının yerleştirilmesine başlanır. Kalıp özel olarak kesilip yerleştirilir. Aşağıya beton şerbeti sızmaması için önlemler alınır. Ardından üst kısım döşeme veya kiriş, hangi sistem tercih edildiyse donatıları yerleştirilir ve üst kısma beton dökümü yapılır. 
 
İzolatörlü bir yapıda son olarak düşünmeniz gereken mimari ve tesisat detayları aşamasıdır. Atlanmaması gerekir. Dışarıdan görünmemesi ve insanların düşmemesi için dışarıdaki boşluklar kapatılmak istenir. Tamamen mimara ve projeye bağlı olarak projeler geliştirilir. Doğalgaz, su, elektrik, kanalizasyon gibi binanın içine girip çıkan tüm sistemler mekanik detaylar, izolatör seviyesinde her yöne, en az izolatörün deplasman kapasitesi kadar hareket kapasitesine sahip olmalıdır. Aksi takdirde sizin yaptığınız işin bir anlamı kalmaz. Çünkü depremden sonra bu sistemlerde oluşacak sorunlar binayı kullanılmaz hale getirebilir.  
 
Çelik Yapılar - Sayı: 72 - Eylül - Ekim 2021

Kendimizi Sınayalım

Kendimizi Sınayalım - 72



© 2014 - Türk Yapısal Çelik Derneği