Depreme Dayanıklı Betonarme Yapı Tasarımı
Öğr. Gör. Dr. Ali KOÇAK(Yıldız Teknik Üniversitesi) 1. Giriş
Önemli bir deprem kuşağında bulunan Türkiye’ nin alan olarak %92’ si, nüfus olarak %95’ i aktif deprem kuşağı üzerinde bulunmaktadır. Büyük bir toprak kısmı bu kuşak üzerinde bulunan ülkemizde, oldukça sık deprem olmakta ve her depremde can ve mal kaybına uğranılmaktadır. Tarihsel ve hatta 1894-1999 yılları arasında oluşmuş daha yakın dönem 66 yıkıcı deprem bunun bir göstergesidir. Özellikle 17 Ağustos 1999 Gölcük ve 12 Kasım 1999 Düzce Depremleri, “meydana getirdiği yıkım, can ve mal kaybı, oluşturduğu şiddetin büyüklüğü” deprem olgusunun Türkiye için önemini bir kez daha ortaya çıkarmışlardır. Bu depremlerde de daha önceki depremlere benzer hasarların oluşmuş olması, Türkiye’ de hala “depreme dayanıklı yapı” üretilemediğini, oluşmuş depremlerden gerekli dersin çıkarılmadığını göstermektedir.
Depremlerde meydana gelen yapısal hasarlara deprem özellikleri, yerel zemin koşulları ve yapı kalitesi olmak üzere üç faktör etki etmektedir. Deprem özelliklerini; bölgenin depremselliği, deprem riski ve oluşabilecek deprem büyüklüğü, yerel zemin koşullarını; zemin büyütme faktörü, zemin sıvılaşma potansiyeli, yapı kalitesini ise depreme dayanıklı mimari ve taşıyıcı sistem tasarımı, kaliteli işçilik ve beton ile yapısal denetim oluşturmaktadır. Hemen her deprem sonunda yapılan incelemelerde hasar göre yapıların tasarımının kötü, işçilik ve beton dayanımlarının yetersiz olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte donatı detaylarında yapılan kusurlarda hasar oranını arttırmıştır. Dolayısıyla bina tasarımından bina üretimine kadar bütün uygulamaların kaliteli ve denetimli olması gerekmektedir.
“Mimari ve taşıyıcı sistemin belirlenmesi”nden oluşan tasarım aşamasında, bölgenin depremselliği kesinlikle göz önüne alınmalı, tasarlanan yapının mimari geometrisi, planı ve taşıyıcı sistemi depreme uygun olmalıdır. Bütün hesap kurallarına uyularak hesaplanmış bir yapının deprem esnasındaki davranışının iyi olamayacağı, başka bir deyişle deprem dayanımının yeterli olamayacağı, iyi bir hesabın yanısıra, mimari ve taşıyıcı sistemin de düzgün seçilmiş ve oluşturulmuş olması gerekmektedir. Dolayısıyla daha başlangıçta mimari tasarımda yapılan hatalar, yanlış geometri seçimleri, estetik ve görünüş kaygıları nedeniyle
yapılan hatalı, yanlış geometri seçimleri yapıyı önemli ölçüde riske sokmaktadır. Oluşan bu riski de taşıyıcı elemanlarla gidermek mümkün olmamaktadır. Bu nedenle tasarım aşamasında bazı ilkelere uyulması da zorunlu olmaktadır.
Yapı tasarımından başlayıp, üretim aşamasına kadar, estetik ve görünüş ile ekonomik olguların yanısıra sağlamlık ve dayanıklılık da ön plana çıkartılmalıdır. Amaç nitelikli ve çağdaş yapı üretimi olup, yapı üretiminden amaçlanan yalnızca insanın yaşayacağı bir mekan olarak ele alınmamalıdır. Çağdaş ve nitelikli yapıdan kasıt, yapısal kirliliği olmayan, çevreyle uyumlu, estetik, amacına uygun, kullanışlı, yangın güvenliği olan, su ve ses yalıtımına sahip, mimari ve taşıyıcı sistemi iyi seçilmiş yapılardır. Böyle bir yapının oluşumunda bütün mesleki disiplinlere önemli görev ve sorumluluklar düşmektedir.
Yapı tasarım ve üretim sürecinde yapısal güvenliği etkileyen faktörleri özetleyecek olursak; • Deprem ve özellikleri
• Yerel zemin ve geoteknik koşullar • Kullanılan yapısal malzemeler ve kalitesi • Mimari tasarım
• Taşıyıcı sistem tasarımı • İmalattaki özen ve işçilik • Proje ve yapı denetimi
olarak sıralayabiliriz. Bu çalışmada “mimari tasarım” ve “taşıyıcı sistem tasarımı” üzerinde durulacaktır.
2. Mimari Tasarım
Yapı tasarımı mimari ve taşıyıcı sistem tasarımı olarak iki ayrı evrede oluşmaktadır. Mimari tasarımda etkili olan faktörler yapının kullanma amacı ve mimari sanat anlayışı olarak nitelenebilir. Taşıyıcı sistem tasarımına etkiyen faktörler ise yapı malzemesinin nitelikleri ve yapıya gelen dış kuvvetler yanında mimari tasarım da bulunmaktadır. Yapı tasarımında mimari tasarım ile taşıyıcı sistem tasarımı arasında karşılıklı bir etkileşme bulunmaktadır.
Türkiye’ de yapım uygulamasında mimari tasarım mimarların taşıyıcı sistem tasarımının da inşaat mühendislerinin ilgi alanı olması kabul edilmiştir. Ancak bu iki meslek disiplini arasında, mimari tasarım aşamasında karşılıklı danışma çok sınırlı kalmaktadır. Çeşitli nedenlerle genel olarak mimarlar yapıların taşıyıcı sistem tasarımı üzerinde durmamakta; inşaat mühendislerinin taşıyıcı sistemin bütün sorunlarını nasıl olsa çözecekleri ve işin bu yanının yalnızca inşaat mühendislerini ilgilendiren bir konu olduğu yaklaşımından giderek mimari tasarımlarında olabildiğince özgür davranmaktadırlar. Eğer depreme dayanıklı yapı tasarımı yalnızca taşıyıcı sistemin deprem etkilerinin de dikkate alınması ile yalnızca inşat mühendisine kalmış bir işlem olsaydı, mimari tasarım sırasında mimarların olaya deprem açısından yaklaşmalarının gerektiği ileri sürülmeyecekti.
Gerek Türkiye’de gerekse dünyada depremlerden edinilen deneyimler depreme dayanıklı yapı tasarımının daha mimari tasarım sırasında başladığını ortaya koymaktadır. Depremlerde hasar gören yapıların hasar nedenleri bazen doğrudan doğruya mimari tasarım ile bağlantılı olmaktadır. Mimari tasarımda olabildiğince özgür davranmak normal koşullarda bile taşıyıcı sistem tasarımında güvenli bir çözüme ulaşılmasını güçleştirirken, deprem etkileri altında taşıyıcı sistem tasarımında çok daha önemli problemler yaratabilmektedir.
Düzenli taşıyıcı sistem seçimi, öncelikle mimari tasarım ile ilgilidir. Gerek planda ve gerekse düşey doğrultuda, mimari tasarımın olabildiğince karmaşıklıktan uzak, basit ve sürekli taşıyıcı sistemlerin kullanılabilmesine olanak verecek biçimde düzenlenmesi depreme karşı başarılı bir yapısal tasarımın ilk koşuludur. Bu noktada, depreme dayanıklı yapı tasarımının sadece yapı mühendisi tarafından değil, mimar ile yapı mühendisinin hatta diğer meslek disiplinlerinin de ortak çabası ile gerçekleşebileceğini söylemek yerindedir.
Ülkemizde sistemle ilgili deprem hasarları oldukça yaygındır. Özellikle son Erzincan ve Dinar depremlerinde meydana gelen hasarların nedeninin mimari ve taşıyıcı sistem hatalarından kaynaklandığını göstermiştir. Burada betonarme binalarda sıkça rastlanan tasarım hataları ve dikkat edilmesi gereken bazı kurallar sıralanacaktır;
A
A
Uygun dilatasyonlarla ayrılmış yapı
UYGUN DEĞİL UYGUN AÇIKLAMA
1 Plan şekli itibariyle
karmaşık ve ani rijitlik değişimlerine neden olan şekiller derzlerle bölünerek kare, dikdörtgen gibi plan şekillerine
dönüştürülmelidir.
2 Bina planda olabildiğince
basit geometrik ve simetrik şekilde olmalıdır. Bununla birlikte birkaç eksen etrafında simetrilik de deprem ve yapısal burulma açısından faydalıdır. 3 Plandaki girinti ve çıkıntılar nedeniyle köşelerde gerilme yoğunlaşmaları, ekzantrisiteden dolayı aşırı burulma etkileri oluşacaktır.
4 Merdiven boşluğu, asma
kat gibi nedenlerle bırakılan döşeme yırtıkları diyafram süreksizliği ve yapısal burulma meydana getirece-ğinden sakıncalıdır. 5 Cephe süreksizlikleri
yada cephedeki ani rijitlik değişimleri, büyük gerilme yığılmalarına ve depremde katlar arasında
Planda ani rijitlik değişimi
Planda simetriden ayrılma
Döşeme boşluklu yapılar
Bina kesitinde ani rijitlik değişimi Planda girintili ve çıkıntılı yapılar Planda simetri Planda simetri Uygun dilatasyonlarla ayrılmış yapı Rijitlik düzenlemesi
Ağır Kütle
Kütle düzensizlikleri Rijitlik düzenlemsi
simetri
farklı davranışa neden olacaktır.
UYGUN DEĞİL UYGUN AÇIKLAMA
6 Cephe süreksizlikleri
yada cephedeki ani rijitlik değişimleri,
büyük gerilme
yığılmalarına ve depremde katlar arasında farklı davranışa neden olacaktır. 7 Yapı yüksekliği boyunca kat alanlarında ani ve büyük değişimler depremde yapı davranışına olumsuz yönde etki eder. Yapı derzlerle birkaç binaya ayrılmalıdır.
8
Dolgu duvarlarda yapıya önemli bir rijitlik kazandırmakta, deprem esnasında taşıyıcı elemanlar gibi davranmaktadır.
Herhangi bir katının tuğla veya benzeri malzemeli duvarla örülmemiş “yumuşak kat”lı yapılar deprem açısından oldukça sakıncalıdır.
9 Rijitlik ve kütle
düzensizlikleri ile kolon
5
Bina kesitinde ani
rijitlik değişimi Rijitlik düzenlemesi
Rijitlik düzenlemesi Rijitlik düzensizliği
Bina kesitinde simetriden ayrılma
Bina kesitinde simetri
Kütle düzenlemesi (yumuşak kat)
Bina kesitinde narinlik Bina kesitinde uygunluk
boylarındaki değişimlerin bulunduğu yerlerde depremde büyük gerilme birikimleri oluşur.
1 0
Plandaki bir boyutu diğer boyutuna nazaran büyük olan yapılar; titreşim, ısı, rötre ve farklı oturmalar nedeniyle uygun dilatasyonlara
ayrılmalıdır.
UYGUN DEĞİL UYGUN AÇIKLAMA
1 1
Çok dar alanlara çok yüksek yapılar oturtulmamalıdır. Yapı yüksekliğinin genişliğe oranı 6’yı geçmemelidir. (H/D)<6
1 2
Bitişik binaların birbirine çarpma etkilerini ortadan kaldırmak için en üst kenarın deplasman değeri kadar araya dilatasyon derzi bırakılmalıdır.
1 3
Bitişik veya kademeli yapıların yada bir bölümünün döşemesi diğerinden farklı bir düzeyde olan yapılarda bir rijitlik düzensizliği vardır. Diğer kolonlara göre yüksekliği daha az olan kolonlar kısa kolon davranışı gösterirler ve büyük yatay kesme kuvvetleriyle zorlanırlar.
Yapı planında narinlik Planda dilatasyon
Dilatasyonlaayrılmış yapılar Çarpışma etkisindeki yapılar
Kolonları ayrılmış yapılar
1 4
Bodrum kata konulan bant pencereler ile asma kat teşkili gibi durumlarda kısa kolonlar oluşacaktır. Deprem esnasında bu kolonlarda büyük gerilme yığılmaları olacak ve kolonlar kırılma konumuna son derece gevrek olan kesme
kırılması ile
ulaşacağından büyük sorun yaratırlar.
3. Depreme Dayanıklı Taşıyıcı Sistem Tasarımı
Bir yapının seçilen taşıyıcı elemanları yada taşıyıcı sistemi, öncelikle mimari tasarıma ve yapının kullanım amacına uygun olmalıdır. Taşıyıcı elemanlar ne az kullanılmalı ne de yapıyı ağırlaştırmalıdır. Sistem makine, elektrik tesisatlarına kolay kullanım imkanı vermelidir. Sistem elemanları, ısı ve ses köprüsü oluşturmamalı, yangına karşı dayanıklı olmalıdır. Gerekiyorsa korunmalıdır. Bununla birlikte, en önemlisi de, olası bir deprem dahil bütün yüklere karşı yapı yeterli dayanımı göstermelidir.
Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkındaki Yönetmelik’ (1998) yapıların depreme dayanıklılığını, yapının deprem enerjisini tüketmesi ile korunmasını ve bu amaçla yapının yeterince sünek olmasını ister. Yönetmeliğin amacı, çok şiddetli depremlerde dahi yapının tamamen yıkılmamasıdır. Bu yaklaşım üç aşamalı bir yapısal davranış esasına dayanır:
1. Sık oluşabilecek hafif şiddetteki depremlerde yapıların elastik davranması, yapısal ve yapısal olmayan sistem elemanlarının herhangi bir hasar görmemesi,
2. Orta sıklıkta oluşabilecek orta şiddetteki depremlerde yapıların elastik limitine yaklaşması, yapısal ve yapısal olmayan sistem elemanlarında oluşabilecek hasarın onarılabilir düzeyde kalması,
7 Kısa
kolon
Bant pencere etkisiyle oluşan kısa kolonlar
3. Seyrek olarak oluşabilecek şiddetli depremlerde ise yapıların plastik davranması, can kaybını önlemek amacıyla binaların kısmen veya tamamen göçmesini önlemektir.
Deprem yönetmelikleri çerçevesinde depreme dayanıklı yapı tasarımı, yukarıda tanımlanan üçüncü aşama esas alınarak yapılır. Bu aşama için kullanılan “çok şiddetli deprem” belirli bir zaman dilimi içinde, ilgili coğrafi bölge için öngörülen belirli büyüklükteki bir depremin belirli bir olasılıkla oluşabileceği esasına göre tanımlanır. Yönetmeliklerde bu şekilde tanımlanan depreme göre yapılan yapı tasarımının ilk iki aşamada öngörülen yapı davranışını güvenli bir biçimde sağlayacağı kabul edilir.
Yönetmeliklerde tanımlanan çok şiddetli depremin etkisi altında yapının göçmeksizin ayakta kalabilmesi, yapıda belirli bir dayanımın bulunmasıyla birlikte, önemli ölçüde enerji yutabilme kapasitesinin sağlanmış olmasına bağlıdır. Bu iki yapısal özellik, yukarıda ikinci aşamada belirtilen yapısal davranış için de gereklidir. Birinci aşama için öngörülen doğrusal elastik davranış ise tümüyle yapı elemanlarının yeterli dayanımı ile sağlanır.
Önemle vurgulanması gereken husus, dayanım ve süneklik özelliklerinin birbirlerinden bağımsız olmadıkları, aksine birbirlerinin tamamlayıcısı oldukları hususudur. Çok şiddetli deprem altında yapının göçmesini önlemek için zorunlu olan süneklik özelliğinin sağlanabilmesi için, büyük ölçülerde enerji yutması beklenen yapı elemanlarının aynı zamanda yeterli bir dayanıma da sahip olmaları gerekir.
3.1. Süneklik
Yapı ve elemanlarının deprem esnasında ortaya çıkan enerjinin büyük bir bölümünü, mukavemetinde önemli kayıplarla, kararsız denge hali olmaksızın büyük şekil değiştirme ve elastik olmayan davranışla yutma yeteneğine süneklik denir.
Süneklik sayesinde, yüklemenin aşırı artmasında akmaya ulaşan kesitlerde plastik şekil değiştirmelerle enerji alınırken, iç kuvvetlerin daha az zorlanan kesitlere dağılması sağlanır. Şekil 1’ de görüleceği gibi, dayanımlar hemen hemen sabit olmasına rağmen sünek olmayan bir yapı elastik şekil değiştirmelerle sınırlı kalırken, sünek bir yapıda ise şekil değiştirmeler elastik sınırı geçip elastik olmayan şekil değiştirmeler yapabilmektedir. Bu sayede yapı ve elemanları, oluşan deprem kuvvetlerinin büyük bir kısmını sönümleyecektir.
Şekil 1. Sünek ve sünek olmayan yük-şekil değiştirme bağıntısı 3.2. Betonarme Yapılarda Sünekliğin Sağlanması
Süneklik, yapının güvenliği ile doğrudan ilgili olduğu için, projelendirilen ve inşa edilen yapıların sünek olması istenir. Hiperstatik bir yapıda süneklik sayesinde, yapının çok zorlanan kısımları yük taşımaya devam ederken meydana gelen şekil değiştirmelerle, daha az zorlanan kısımların yük taşımaya katkıda bulunması sağlanır. Döşeme ve kirişlerde süneklik sayesinde, aşırı yükleme sonucunda çatlamalar ve büyük şekil değiştirmeler meydana gelir. Böylece göçme tehlikesi önceden haber verilmiş ve tedbir alınması sağlanmış olur. Deprem ve patlama gibi yükleme durumlarında enerjinin yutulması gerektiği için süneklik önemli olur.
Deprem kuvvetlerinin yapı elemanlarında oluşturduğu kesit tesirlerine karşı yeterli mukavemette kesit tayin etmek şart olmakla birlikte, sünekliliğin ve deplasman sınırlamasının sağlanması da oldukça önemlidir. Betonarme yapılarda yada yapı elemanlarında sünekliğin sağlanması için aşağıdaki temel birtakım noktalara dikkat edilmesi gerekmektedir;
•
Donatı oranının sınırlandırılması : Betonun basınç altındaki davranışı elastik olmadığı gibi, aşırı yükleme ile kırılgan bir davranış gösterir. Kiriş ve döşemelerde kesite sünek olan donatı koyarak ve donatı miktarını sınırlandırıp betonun basınç altında kırılmasından önce donatısının akmaya ulaşmasını sağlayarak süneklik elde edilebilir.•
Etriye yada enine spiral kullanılması : Kolonlarda beton genel olarak basınç altında bulunduğu için davranışının sünek olduğu söylenemez. Ancak etriyeler veya daha iyisi enine spiral donatılarla sınırlı bir süneklik elde etmek mümkündür.•
Kuvvetli kolon-zayıf kiriş teşkili: Deprem yüklerinin karşılanmasında kiriş ve kolon birleşimlerinin yeterli sünekliğe sahip olacak şekilde düzenlenmesi önemlidir. Depremyönetmeliğinde de belirtildiği gibi kolon-kiriş birleşim noktalarında sünekliğin kuvvetli kolon-zayıf kirişle sağlanması istenir. Başka bir deyişle kirişlerin daha sünek olması istenir ve hem göçmenin haberli olarak meydana gelmesi hem de kolonların mukavemetini kaybetmesiyle yapının elastik sınırlar içinde göçme durumuna gelmemesi sağlanmış olur.
•
Kolon-kiriş bağlantı noktalarında oldukça sık etriye kullanılması: Kiriş ve kolonlarda sık etriye düzeni kullanılarak, betonun hem dayanımını ve hem de sünekliği artırılmalıdır. Örneğin, depremde en çok zorlanması beklenen kolon-kiriş birleşim bölgelerine yakın kiriş ve kolon kesitlerinde etriye sıklaştırılmasının yapılması gibi.•
Yeterli aderans, yeterli kenetlenme yapılması : Moment etkisinde bulunan kiriş, döşeme, temel gibi yapı elemanlarında sünekliliği azaltan faktörlerden biri aderans zayıflaması, diğeri ise kesme kuvveti etkisidir. Yeterli aderans sağlanmaması kesme kuvvetini karşılayan iç kuvvet oluşumlarını azaltmaktadır.Aderansın sağlanması yeterli kenetleme boyu ve kenetleme boyunca sık etriye bulundurmakla temin edilebilir. Kesme kırılmasının önlenmesi, kesmenin maksimum olduğu bölgelerde yeterli etriye bulundurmakla mümkün olabilmektedir.Türkiye’ de yakın zamana kadar kolon-kiriş türünden az katlı (1- 6 katlı) binalar yapılırken, teknolojik gelişmelere paralel olarak çeşitli yapı sistemleri gelişmiştir. Bu yapı sistemlerinin bazıları, yığma yapı, kolon-kiriş sistemli çerçeve karkas yapı, perde sistemli yapı, tüp sistemli yapı, perde-çerçeve sistemli yapı, çelik ve kompozit yapılardır (Şekil 2).
Şekil 2. Çeşitli Yapı Sistemleri
Betonarme çerçeve yapıların enerji tüketme güçleri azdır. Plastik enerji tüketme gücünde olabilmeleri için donatı, eksenel yük ve boyut ayrıntılarına, hem proje hem de inşaat sırasında
Çerçeve Yapılar Perde-Çerçeve
Yapılar Perdeli Yapılar
Tüp Sistemli Yapılar
özen göstermek gerekir. Bu tür yapılar deprem tehlikesinin az olduğu yerlerde çok katlı, deprem tehlikesinin biraz daha büyük olduğu yerlerde ise az katlı yapılmalıdır. Perde-çerçeve yapılarda ise, yanal ötelemeler kısıtlanmakta, perde duvarın hasar sonucu taşıma gücünün azalmasından sonra çerçeve ikinci savunma unsuru olarak devreye girmektedir. Deprem tehlikesinin orta ve daha yüksek olduğu bölgelerde yapıların perde-çerçeve şeklinde yapılması daha uygun olacaktır. Enerji tüketme güçleri en yüksek olan yapılar perdeli yapılardır ve önemli yapıların bu tarzda yapılması önerilmektedir.
Sağlıklı bir yapı üretiminde betonarme yapılarda sıkça karşılaşılan ve uyulması gereken taşıyıcı sistem tasarımına ilişkin birtakım yöntemler aşağıda verilmiştir;
UYGUN DEĞİL UYGUN
Açıklama: Kolonlar, aks aralıkları olabildiğince eşit olacak şekilde bir aks
sistemine göre ve cephelere dik doğrultuda yerleştirilmelidir. Her iki doğrultuda
11
İki doğrultuda düzgün çerçeve düzeni İki doğrultuda düzgün çerçeve düzeni Açık olmayan çerçeve davranışı
Açık olmayan çerçeve davranışı ve iç konsol
kons ol
İki doğrultuda iyi çerçeve düzeni y doğrultusunda yetersiz çerçeve
rijitlikler arasında fark olmayacak şekilde eşit sayıda ve düzgün olarak dağıtılmalıdır. En önemlisi de her iki doğrultuda birbirine etkileri aktaracak şekilde kirişlerle bağlanmalıdır.
UYGUN DEĞİL UYGUN
Kirişsiz döşeme
Düşük süneklik ve zımbalama tehlikesi
Yatay etkileri karşılayan perdeler
Kolonlu kirişli sistem Yatay rijitliği iyi kolonlu bina Yatay rijitliği az kolonlu bina
Açıklama: Depreme karşı yapı tasarımında yapının yeterli dayanım ve
süneklikte olması istenir. Yapılar henüz tasarım aşamasında iken düzenli sistem seçimi yapılmalıdır. Başka bir deyişle depreme karşı dayanıklılık ön planda tutulmalıdır. Benzer şekilde yapı tasarımını son derece etkileyen arazi planlaması ve yapı imar durumları deprem etkileri dikkate alınarak yapılmalıdır. Bölme duvarlarının gerektiğinde kaldırılması ya da tavandan sarkan kirişlerin istenmemesi sonucu kirişsiz veya asmolen döşemeler kullanılmaktadır. Bu tip döşemeli yapılar daha az rijitliğe ve dolayısıyla daha çok yatay ötelenmeye sahip yapılardır. Bu nedenle bu tip yapılarda perde duvar kullanılmalıdır. Ayrıca seçilen döşeme sistemi yeterli diyafram etkisini yaratmalıdır. Asmolen tipi tek doğrultuda çalışan döşeme elemanları kullanılacak ise, asmolenler şaşırtmalı olarak her iki yönde kullanılmalıdır.
Taşıyıcı sistem tasarımında mümkün mertebe saplama kirişlerden kaçınılmalı, yükler en kısa yoldan kolonlara iletilmelidir.
UYGUN DEĞİL UYGUN
13
İyi çerçeve düzeni
Kuvvetli kolon-zayıf kiriş
Kirişe oturan kolonlar
Perdenin iki ucundan kolona oturması Perdenin kirişe oturması Kolonun konsol k irişe oturması Kiriş sürekliliğinde
Açıklama: Taşıyıcı sistemde plan ve düşeyde bulunan taşıyıcı elemanların
dayanımlarının düzgün ve sürekli olması istenir. Kolon ve kirişlerin planda düzgün dağıtılması, sistemin belirli bölgelerinin aşırı zorlanmasını önler. Bütün kolon ve perdeler temelden çatıya kadar sürekli olmalıdır. Depreme karşı davranışlarındaki olumsuzluklar nedeni ile yukarıda gösterilen düzensiz yapılardan kaçınılmalıdır. Deprem Yönetmeliği (1998), konsol ucuna oturan kolonlu sistemlerle, kiriş üzerine oturan perdeli sistemlere deprem bölgesinde izin vermemektedir. Ayrıca perdenin alt katta iki ucundan kolona oturmasına, kolonun kiriş açıklığına oturmasına izin vermekte ancak, bu elemanların birleştiği düğüm noktasındaki kesit tesirlerini %50 arttırmayı öngörmektedir. Kuvvetli kolon-zayıf kiriş ilkesi mutlaka uygulanmalıdır. Plastik mafsallaşmanın kirişlerde oluşumu ile istenen süneklik sağlanabilecektir. Yeni Deprem Yönetmeliği’nde bu durum açıkça ortaya konulmaktadır. Mafsallaşmanın kirişlerde oluşabilmesi için, bir düğüm noktasındaki kolonların taşıma gücünün toplamı, kirişlerin taşıma gücünün toplamından fazla olması gerekmektedir.
UYGUN DEĞİL UYGUN
0
Perde sistemlerinin çizgileri bir
noktadan geçtiğinden uygun değil Uygun perde yerleşimi
0
a a a a
Perde sistemlerinin çizgileri bir
noktadan geçtiğinden uygun değil İki doğrultuda dengeli rijitlik
0
a a
UYGUN DEĞİL UYGUN
15 Çekirdek perdenin uygun
yerleştirilmemesi sonucu oluşan burulma titreşimi
Perde yerleşiminin uygun olmaması
Planda simetrik olmayan perde yerleşimi
Uygun perde yerleşimi
Uygun perde yerleşimi Yalnız bir doğrultuda perde
olduğundan uygun değil Uygun perde yerleşimi
Burulma rijitliği az
Açıklama: Seçilecek düşey taşıyıcılarda mümkün mertebe perde tarzında
taşıyıcılar olmalıdır. Bugünkü denetimsiz koşullarda 4-12 katlı konut ve işyeri türü binalar için en güvenli çözüm perde elemanlardır. Yatay yükün tamamını alacak kadar perde duvar bulundurulduğunda, hem yanal rijitlik sorunu çözümlenmekte, hem de sünekliği kuşkulu çerçevelere güvenmek zorunluluğu ortadan kalkmaktadır.
Düşey taşıyıcıların rijitlik merkezi, ağırlık merkezinden ayrılmayacak şekilde ve planda uygun şekilde yerleştirilmelidir. Sisteme konulan perde veya tüp sistemler yapıda burulma oluşturmayacak şekilde teşkil edilmelidir. Yalnız çekirdek sistem burulmaya sebep olacağından ilave olarak sisteme perde konulmalıdır. Perdeli bir yapıda da yeterli yatay rijitlik sağlamak için, uzantıları veya çizgileri bir noktadan geçmeyen en az üç perde teşkil edilmelidir.
UYGUN DEĞİL UYGUN
Açıklama: Düşey taşıyıcı elemanlar tarafından, temele kadar aktarılan yükler, Yetersiz temel
yüksekliği
Rijit bodrum kat Bağlanmamış tekil temeller Farklı seviyedeki temeller Farklı ve simetrisiz temeller
Sürekli veya plak temeller
Rijit bodrum kat
Kuvvetli bağ kirişleri
buradan güvenle zemine aktarılmalıdır. Bu nedenle arazi ve zemin koşullarına göre o yapıya en uygun temel sistemi seçilmelidir. Hangi tip temel sistemi seçilirse seçilsin, arazi durumu, yapısal oturmalar ve zemindeki doğal etkiler yapıyı etkilememelidir.
Temellerin birbirine bağlanmamış ayrık olması halinde temeller birbirinden bağımsız yer değiştirecek ve yapıda bütünlüğün bozulmasına sebep olabilecek hasarlar meydana gelecektir.
Temelde kademe yapılması halinde, bodrum katların çevresi perde ile çevrilerek tavanı ve temeli ile rijit bir kutu kesit oluşturmak suretiyle, üst yapıya üniform olmayan titreşimlerin iletilmesi önlenmiş olacaktır.
Temel sisteminin farklı ve simetrisiz olması zeminde farklı oturmalara neden olacağından mümkün mertebe aynı tip temel sistemi seçilmelidir.
UYGUN DEĞİL UYGUN
17 kol kiriş kiriş kolo n kiri ş Kötü bağlantı kiriş kolo n kiri ş
İyi kolon- kiriş bağlantısı kolon kiriş kiri kolon kiriş Kötü bağlantı Ankastre mesnet
Ankastre bağlı merdiven detayı
Asıl
yapı Kayıcımesnet
Asıl yapıdan izole edilmiş, kayıcı bağlı merdiven merdiven detayı
Açıklama: Şekilde de gösterildiği gibi kirişlerin kolonlara eksantrisite yaratacak
şekilde bağlandığı kolon-kiriş ek yeri deprem açısından sakıncalıdır. Bu tür bir birleşimde kiriş ile kolon arasında kesme kuvveti aktarma alanı da küçüldüğünden büyük kesme gerilmeleri ortaya çıkmaktadır.
Merdivenler yapı içindeki insanların deprem sırasındaki güvenliği açısından çok önemli yapı elemanlarıdır. Betonarme yapıda depremin şiddetine göre çeşitli ölçüde hasar beklendiğinden hasarlı yapının deprem sırasında ya da hemen sonrasında güvenlik içinde boşaltılabilmesi için merdivenlerin depremde hasar görmemesi gerekir.
Merdivenlerin bulunduğu çerçeveler diğer yapı çerçevelerine göre daha rijit olduklarından bu çerçevelere çok daha büyük yatay yük gelmektedir. Yapı güvenliği açısından merdivenlerin hasarını önlemek için, merdivenler derzlerle ayrılmış bloklar olarak düşünülmeli ya da merdiven kirişi bir ucundan kayıcı mesnetli olarak yapılmalıdır.
4.SONUÇ
Yukarıda örneklerle anlatıldığı gibi depreme dayanıklı yapı tasarımı ve inşası için bütün meslek disiplinleri birlikte çalışmalıdır. Planlama, imar, tasarım ve inşanın her aşamasında deprem faktörü göz önünde tutulmalıdır. Deprem bölgelerinde arazi kullanım planları hazırlanırken, zemin durumları ve mikrobölgeleme haritaları oluşturulmalıdır. Yerleşim yerleri, kentsel fonksiyon alanları, sosyal ve kültürel faaliyet alanları afetlerden zarar görmeyecek şekilde seçilmelidir.
Yapıların depreme dayanıklı olması, bir depremde yıkılmamaları kadar depremden sonra da fonksiyonlarını yitirmemeleri ve büyük hasar görerek can ve mal kaybına yol açmamaları demektir. Bu ise mimari ve taşıyıcı sistem tasarım aşamasında da deprem etkilerinin göz önüne alınmasını gerektirmektedir. Deprem mimari tasarımı ve dolayısıyla mimarın olanaklarını kısıtlayan en önemli faktördür. Türkiye’de genel olarak mimar, inşaat mühendisinin dışında mimari projeyi hazırlar, inşaat mühendisi de bu projeyi mimarın
koyduğu kolon ve varsa perde elemanlara göre çözümünü yapar. Bu anlamda yapının depremdeki davranışı dikkatlice incelenmez. Depreme dayanıklı olmayı önleyen birçok faktör de gözardı edilmiş olur. Dolayısıyla mimarların depreme dayanıklı yapıda nelere dikkat etmeleri gerektiğinin bilincinde olması ve yapı tasarımında deprem olayının ülkemizin bir gerçeği olduğu ve dikkate alınması gerektiğini unutmamalıdır.
İnşaat mühendisleri arasındaki yoğun rekabet ortamı, bilgisayar programları ile kolay proje üretimi sonucu oluşan düşük proje ücretleri karşısında tasarımdan başlayıp, hesap, çizim ve detaylara kadar kaliteli bir proje yapılamamaktadır. Mezuniyet sonrası üniversitelerle olan ilişkiler kesilmekte, meslek odalarınca verilen kurs ve seminerlere olan ilgide son derece az olmaktadır.
Bu günkü Türkiye gerçeğinde okulundan yeni mezun olan bir inşaat mühendisi paket programların da yardımıyla projecilik yapmaktadır. Üniversitelerimizde deprem ve depreme karşı yapı davranışı konusunda yeterince eğitim alamayan mühendisin, bilgisayarın tasarım değil de analiz yaptığının bilincinde olması beklenmemelidir. Özellikle depreme dayanıklı yapı tasarımının ana öğesi plan sistem seçimi, sünekliği artırıcı sistem düzenlemeleri gibi konular doğrudan yapı mühendisinin deneyimine ve depreme dayanıklı tasarım felsefesine yatkınlığı ile ilgilidir. Bu nedenle elinde iyi bir program da olsa her tasarımcıyı salt bu nedenle uzman kabul etmemiz olanaklı değildir. Ayrıca programların kullanım kılavuzlarının da daha açık seçik hazırlanması, kullanıcının da teorik ve sayısal yöntemlerdeki kabulleri bilmesi, bu anlamda ne tür yapıları çözebileceğinin bilincinde olması gerekmektedir. KAYNAKLAR
AYDINOĞLU,M.N. (1991), “Kalite Güvenilirliği Açısından Türkiye’de Depreme Dayanıklı Tasarım ve Yapım Sorunları” İMO, İstanbul Şubesi, İstanbul ve Deprem Sempozyumu,sayfa 130-137, İstanbul
AYDINOĞLU,M.N.,(1994), “Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı”
Depreme Dayanıklı Yapı ve Yapı Denetimi Sempozyumu, Hazır Beton Birliği, İstanbul BAYÜLKE, N.,(1989), “Depremler ve Depreme Dayanıklı Betonarme Yapılar” Deprem Araştırma Dairesi, Ankara
CELEP, Z., KUMBASAR, N.,(1993), “ Deprem Mühendisliğine Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı”, Sema Matbaası, İstanbul
ÇITIPITIOĞLU,E. , DOĞAN, E., (1993), “Depreme Dayanıklı Betonarme Taşıyıcı Sistemlerin Tasarım ve İnşaatı İçin Öneriler” Proje ve Yapı Denetimi Sempozyumu, sayfa 209-218, İMO., İzmir Şubesi
Deprem Araştırma Dairesi Başkanlığı (1998), “Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, Ankara
ERSOY, U. (1993), “Depreme Dayanıklı Yapı ve Denetimi”
Proje ve Yapı Denetimi Sempozyumu, sayfa 65-77, İMO., İzmir Şubesi KOÇAK, A., (1996) “Yapıların Dinamik Analizi ve Spektral Hesap” İMO., İstanbul Şubesi, Meslek İçi Eğitim Seminerleri, İstanbul KOÇAK, A., (1999) “Deprem Dayanıklı Yapı Tasarımı Ders Notları” YTÜ, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul
KOÇAK, A., (1999) “Deprem ve Yapısal Tasarım”
Mimarlık Dergisi, Mimarlar Odası, Trakya 1. Büyükkent Bölge Temsilciliği, Sayı 25, sayfa 35-37, İstanbul
LİN,T.Y., STOTESBURY, S.D.,(1988), “Structural Concepts and Systems for Architects and Engineers” Van Nostrand Reinhold Co., New York
ÖZMEN,G., (1991), “Depreme Dayanıklı Çok Katlı Yapılarda Tasarım ve Üretim İlkeleri” İMO, İstanbul Şubesi, İstanbul ve Deprem Sempozyumu, sayfa 120-129,İstanbul
