DEPREME DAYANIKLI YAPI SEM YRD DO DR VAROL

DEPREME DAYANIKLI YAPI SEÇİMİ YRD. DOÇ. DR. VAROL KOÇ

n n Depreme dayanıklı yapı tasarımı yapıda rijitlik, süneklik, dayanım, enerji tüketme gücü özelliklerinin en iyi karışımı ile gerçekleştirilir. Yapılarda bu karışımlarda temel prensiplerin en iyi şekilde uygulanması ile depreme dayanıklı yapı tasarımı oluşturulur. Deprem yönetmeliğinin özünde yapıların sık olan büyüklükteki depremlerde önemli bir hasar görmemesi şiddetli depremlerde ise içindeki canlılara zarar gelmeden stabilitesini korunması gerektiği belirtilmiştir.

n n Depreme dayanıklı yapı kavramının geliştirilmesinde, deprem sırasında yapılara etki eden kuvvetlerin belirlenmesi gerekir. Bu kuvvetler altında yapının davranışına, yapının türü göz önüne alınarak karar verilir. Ayrıca ekonomik kısıtlamalar, yapıda olması gereken dayanımın, güvenliğin ve estetiğin birlikte olması ile gerçekleşir. Yapıların hasar görme riski ve hasar düzeyi ne kadar küçülürse yapı maliyeti de o kadar artar. Depremde yapı riskini yapının ekonomisi ile dengeleyen, bir yapı tasarımı yapılması gerekmektedir.

Betonarme taşıyıcı sistem: Yapıya düşey(döşeme, kiriş, kolon, eşya, insan, … ağırlıkları) ve yatay (deprem, rüzgar kuvveti, toprak ve sıvı basıncı) yükler etkir. Taşıyıcı sistem bu kuvvetleri zemine ulaştıran ve yapıyı ayakta tutan betonarme iskelettir. Betonarme taşıyıcı sistem döşeme, kiriş, kolon, perde ve temel elemanlarından oluşur. Kapı, pencere, duvar, sıva, kaplama gibi mimari elemanları içermez.

Betonarme taşıyıcı sistem türleri: n n n Salt çerçeveli sistem(kolon+kiriş+döşeme) Salt perdeli sistem(perde+döşeme) Perde-çerçeveli sistem (Kolon+perde+kiriş+döşeme). Karma sistem de denir. Kemer kabuk(eğrisel yüzeyli )

n n n Betonarme taşıyıcı elemanlar: Döşeme: Kirişleri ve kolonları birbirine bağlar. Genelde kalınlığı az, büyük yüzeyli ve yataydır. Kendi ağırlığını, üzerindeki eşya, depolanmış malzeme ve insan yükünü taşır ve bu yükleri kirişlere aktarır. Kiriş: Kolonları birbirine bağlar. Genelde yataydır. Kendi yükünü, duvar yükünü ve döşemelerden gelen yükü taşır, bu yükleri oturduğu kolonlara aktarır.

n n Temel: En alt kolonların oturduğu, kolonlardan gelen yükü zemine aktaran betonarme sistemdir Kolon/perde: Genelde düşeydir. Kirişlerden gelen yükü, rüzgâr ve deprem gibi yatay yükleri taşır, bu yükleri kolondan-kolona ve sonuçta temele aktarır.

1) Kolon-perde rijitliklerinin planda x ve y yönünde düzgün dağıtılmaması İstenmeyen düzensizlik: kolon ve perdelerin tümü aynı yönde: n Tüm kolon ve perdeleri, uzun kenarları yapının sadece bir yönünde olacak şekilde yerleştirmek çok sık karşılan bir düzensizliktir. Bu durumda yapı, yatay kuvvetlere karşı, bir yönde güçlü diğer yönde ise zayıf olmaktadır. genelde iki farklı düşünce bu düzensizliğe neden olur:

n n 1) Tüm kolon ve perdelerin yapının caddeye bakan cephesine dik doğrultuda yerleştirilmesi: Yapı sahibi ve/veya mimar, zemin kattaki iş yerlerinde cepheye paralel geniş yüzeyli kolon ve perde olmasını istemez. 2) uzun yapılarda tüm kolon ve perdelerin kısa doğrultuda yerleştirilmesi: Yapının uzun kenarlı cephe alanı diğer cephe alanından büyüktür. Rüzgar yükü cephe alanı ile orantılı olduğundan, uzun kenarlı cepheye etkiyen rüzgar kuvveti kısa kenarlı cepheninkinden büyük olacaktır.

n n Bu nedenle mühendis, rüzgar kuvvetinin büyük olduğu yönde yapının daha güçlü olmasını istemektedir. Her iki düşünce de hatalıdır. Birinci durumda estetik ön plana çıkmakta, ancak güvenlik önemsenmemektedir. İkinci durumda rüzgar açısından güvenlik sağlanmaya çalışılmakta, ancak deprem önemsenmemektedir. Türkiye’de, genelde rüzgar değil deprem hakimdir.

n n Deprem kuvveti yapı cephe alanı ile değil, yapının kütlesi ile orantılıdır. Deprem kuvveti de her iki yönde genelde aynı olur. Dolayısıyla yapının her iki deprem yönünde de aynı rijitliğe sahip olması gerekir. Ne yapılmalı ? Kolon ve perdelerin bir yöndeki toplam rijitlikleri diğer yöndekine eşit (veya yakın) olmalıdır. Kolon ve perdeler, elden geldiğince, kütle merkezine göre simetrik olmalıdır. Perdeler, elden geldiğince, yapı cephelerine yakın yerleştirilmelidir. (burulma rijitliğini artırmak için )

Dikkat edilecek husus, kolon rijitliklerinin tüm sistemde x ve y yönünde orantılı verilmesi gerekliliğidir. Çünkü sistemin ağırlık merkezi ile rijitlik merkezi ne kadar yakın olursa sistemde oluşacak burulma momenti o kadar az olur.

Bunun sonucu olarak oluşabilecek akardiyon tipi göçme örnekleri:

2) Süreksiz kiriş-kolon perde

n n n n Rijitliklerde ani değişiklik önlenmeli Kolonlar kirişlerden daha kuvvetli olmalı Kolonlar temelden çatıya kesilmeden devam etmeli Perdeler temelden çatıya kesilmeden ve kesit değişmeden devam etmeli Kirişler, elden geldiğince aks boyunca kesit değişmeden devam etmeli Kesik kolonlar yüksekliğince sık etriye ile sarılmalı Kirişe kolon oturtulmamalı. (önlenemiyorsa deprem yönetmeliği madde 2. 3. 2. 4 b maddesi titizlikle uygulanmalı)

n Yukarıdaki planlarda gösterilen yapılmayan kirişlerin doğrultusunda yapıya deprem kuvveti geldiği durumda kirişler yerinde olmadığından düşey elemanlar arası yatay deprem kuvveti iletilemeyecek ve T , L , H tipi kanatlı yapılarda görülen burulma etkileri yapının kolayca zarar görmesini kaçınılmaz hale getirecektir.

3) İstenmeyen düzensizlik: Asma Kat = Tehlike ! n n n Yapıların genellikle iş yeri olarak kullanılan zemin katı ile 1. katı arasında bulunur. Plandaki alanı zemin kat alanından küçüktür. Asma kat yapıda kısa kolon oluşumuna, bölgesel yumuşaklığa ve depremde yapının burulmasına neden olur. Yumuşak kat düzensizliğine benzer bir davranış sergiler. ( ne yapılabilir bakınız yumuşak kat )

4) Yüksek giriş n Ülkemizde depo, işyeri, otopark gibi sebeplerle binaların zemin katları çoğunlukla yüksek kat olarak imal edilmektedir. Bu imal edilen yüksek giriş katları yumuşak kat davranışı sergilemekte ve yapı katlar arası rijitlik farkı büyük boyutlara ulaşmaktadır. İstenmeyen bu düzensizlik tedbir alınmadan yapıldığı durumlarda büyük can ve mal kayıplarına neden olmaktadır.

5) Yumuşak kat etkisi n Yapıların genellikle zemin katı, bazen de üst katlarından bazıları, otopark veya ticari amaçla cam vitrin yapılmakta, diğer katlar ise dolgu duvar ile örülmektedir. Ülkemizde çok sık görülen bir uygulamadır. Dolgu duvarlı katlar duvarsız veya vitrinli katlara göre çok daha rijit olmakta, duvarsız veya vitrinli katlar zayıf kalmaktadır. Sadece yeni inşaatlarda değil, eski konutların işyerine dönüştürülmesi sonucunda da bu durum ortaya çıkmaktadır.

n n Bu tür zayıf katlara “yumuşak kat” denilmektedir. Bir katın yüksekliğinin diğer katlardan fazla olması da yumuşak kat düzensizliğine neden olur. Sakıncaları: Yumuşak kat düzensizliği, çok katlı yapıların depremde yıkılmasının ana nedenidir. Deprem kuvvetinden oluşan yatay yer değiştirmenin % 70 -80’i yumuşak katta oluşur. Yumuşak kat kolnları aşırı yatay yer değiştirerek yıkılırlar ve yapı aniden yıkılır.

n n n Ne yapılabilir ? Yumuşak kat oluşum nedeni ortadan kaldırılabilir, vitrin yerine duvar yapılabilir. (mimar) Taşıyıcı sistem sadece kolonlardan oluşmamalı, perde taşıyıcıya ağırlık verilmeli, deprem kuvveti mutlaka perdeler ile karşılanmalıdır. Yumuşak kattaki tüm kolonlar kat yüksekliği boyunca sık etriye ile sarılmalıdır. R katsayısı düşük alınabilir. ( örneğin: R=4 )

Giriş katları bomba kat… Türkiye Deprem Vakfı Başkan Yardımcısı ve Boğaziçi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Fakültesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Semih Tezcan uyardı : “Ara duvarları olmayan giriş katları BOMBA KAT’tır” 21 Eylül 1999 n Yukarıda görülen yapı şekillerindede görüldüğü gibi yumuşak kat etkisi yapı içi rijitlik dengesini bozarak deprem sırasında yapıya ciddi zararlar vermektedir.

6) Kısa Kolon Etkisi

Okul, kışla ve yatakhane gibi yapılarda genellikle kat ortalarındaki koridorların ve bodrum katların aydınlatılması için çerçevenin dolgu duvarlarının üst başlarına boydan boya bant biçiminde pencereler yapılmaktadır. Şekil 2. 23. Böyle durumlarda çerçeve kolonlarının pencere seviyesine kadar olan bölümlerinde bölme duvarlar tarafından yandan desteklenirken, pencere olan bölümde böyle bir yan destekten yoksundur.

n n n Bu durumda kolonun pencere olan bölümdeki rijitliği duvar olan bölümündeki rijitliğinden çok daha küçük olmakta ve yatay yükler altında yalnızca duvarsız bölüm öteleme yapılabilmektedir. Sonuçta kolonun burkulma boyu bant pencerenin yüksekliği kadar olmakta, kolon boyu kısalmakta ve boyu kısalmış kolon, tüm kat yüksekliğince uzanan bir kolona göre, çok daha yüksek bir rijitlik kazanmaktadır. Şekil-2. 23’de bu biçim kolonunun kısalmasına yol açan başka uygulamalarda verilmektedir.

n Bu biçimde rijitleşen kolonlar depremde çok daha büyük yatay yükler gelmekte ve kolon da kesme etkisi nedeniyle kırılmaktadır. Taşıyıcı olmayan bölme duvarı, hatıl ve benzeri elemanların etkisi ile boyu kısalan kolonların moment kapasitelerine ulaşmak için çok daha büyük kesme kuvvetleri gerekir. Ancak kolon bu artan kesme kuvvetini taşıyabilecek güçte değilse, kolonda moment kırılmasından önce kesme kırılması olur.

n n Bunu önlemek için kolonun bu bölümüne 5 -10 cm ara ile en azından 10 mm çapında etriye olması gerekir. Bu miktar enine donatısı olmasına karşın kısa kolonlar yine de çatlayabilir. Normal olarak böyle bir etkinin oluşacağı düşünülmez ise kolonun kesme kuvveti taşıma gücü moment kırılması için gereken kesme kuvveti kadardır, kolonun boyunun kısalması ise aynı moment kapasitesine ulaşması için kolona çok daha yüksek ve kolonun kesme kuvveti taşıma gücünün çok üstünde bir kesme kuvvetinin gelmesine yol açar.

n n n Kolonda kesme kırılması ile belirlenen kısa kolon kırılması olur. Kesme kırılması sünek olmayan bir kırılma biçimidir. Kolonun boyuna donatıları akma gerilmelerine varamadan kolon ani olarak kırılır. Kesme kırılması ile tahrip olan kolonlar düşey yükler altında ezilir ve kat yüksekliği azalır. Bu aşamadaki bir hasarın onarımı da güçtür. Bu tür kısa kolon kırılmasını önlemek için, bölme duvarı ile kolonun arasına esnek malzemeler yerleştirilebilir (şekil 2 -24 ) ya da özellikle betonarme bodrum kat perde duvarlarının kolonlar ile birleşen bölümlerine şekil 2 -24’ de gösterilen biçimde ‘zayıf’ kesitler konulabilir.

7) ZAYIF KOLON KUVVETLİ KİRİŞ ETKİSİ:

n Betonarme çerçeveli yapılarda yatay elemanların, kirişlerin, düşey elemanlardan önce mafsallaşması deprem açısından daha az sakıncalıdır. Kiriş hasarının onarımı, kolon hasarının onarımından daha kolay ve de kiriş hasarının yapının tümü için oluşturacağı tehlikeden çok daha azdır. Kiriş hasarı yapının tümünü yıkmaz. Kolon hasarı ise yıkabilir. Kirişlerin kalıcı deformasyon, hasar görerek mafsallaşma ile tüketeceği enerji kolonlara göre çok daha büyüktür. Kolonların mafsallaşma ile hasarı düşey yük taşımada sorun çıkararak yıkılmaya yol açar.

n n Kiriş uçlarında mafsallaşma ile oluşan yıkılma mekanizması ile kolon uçlarında olan mafsallaşma ile yıkılma mekanizması farklıdır. ( Şekil 1. 11) Kirişlerde mafsallaşma ile yapının labil duruma gelmesi için bütün kiriş uçlarının ve daha sonra zemin kat kolonlarının tabanda mafsallaşması gerekir. Kolonlarda mafsallaşma ile yapının labil duruma gelmesi için ise yalnızca zemin kat kolonlarının alt ve üst uçlarının mafsallaşması yeterlidir. Perdeli bir sistemde ise önce perdeleri birbirine bağlayan bağ kirişlerinin uçlarında mafsallaşma ve sonra perdenin zemin kat alt ucunda mafsallaşma gerekir.

n n Kirişlerin mafsallaşma ile büyük miktarda deprem enerjisi tüketmesi nedeni ile daha bütün kat kirişleri mafsallaşmadan depremin bitmesi olasılığının daha yüksek olması nedeni ile yıkılma olmayacaktır. Kolonların mafsallaşma ile çok daha az enerji tükettiği ve yalnızca zemin katın az sayıdaki kolonlarının mafsallaşmasının yıkılma için yeterli olması nedeni ile yapının daha deprem bitmeden yıkılma olasılığı daha yüksektir.

8) Gevrek Yapı Davranışı

n n Yapı ve yapı elemanlarında süneklik bir yapının yapabileceği en büyük kalıcı ötelenmenin, elastik limit ötelemesine oranı olarak tanımlanmaktadır. Şekil 1. 6 “sünek” bir yapı ile depremin enerjisini kalıcı deformasyon yaparak tüketen fakat yıkılmayan yapı anlaşılmaktadır. Sünek yapının tersi ise “kırılgan” yapıdır. Şekil 1. 7 a’da kırılgan ve sünek yapıların yatay yük altındaki davranışları verilmektedir. Elemanları sünek ya da kırılgan olan yapıda sünek ya da kırılgandır.

n n Belli bir yük düzeyine kadar elastik davranan yapı elemanı daha sonra çatlamaya başlar. Artık kalıcı deformasyon yapmaya başlamıştır. Bu noktadan sonraki deformasyonların geri dönüşü yoktur. Elemanın çatladıktan sonra kopma noktasına kadar yapacağı deformasyonun miktarının az ya da çok oluşu yapının kırılgan ya da sünek olmasının göstergesidir. Bu yük-deformasyon eğrisinin altındaki alan bir anlamda enerji tüketme gücüdür. “Sünek” yapıların daha çok deprem enerjisini yıkılmadan tüketme gücü vardır.

9 -) BİTİŞİK NİZAMDA KAT DÜZEYİ VE KOT FARKI:

Deprem Derzi n Bir çok imar yönetmeliği yapıların bitişik yapılmasına izin verirler. (bitişik nizam) Birbirine bitişik yapılar deprem açısından sakıncalıdır. Deprem kuvvetini birbirine aktarmakta, farklı salınım sonucunda çarpışmaktadırlar. Köşe başı denilen son yapı genelde en büyük hasara uğramaktadır.

n n Eski bir yapının yanına inşa edilecek olan yeni yapı derz ile ayrılır. Her iki yapının depremde farklı salınımlar sonucu çarpışması ve birbirine zarar vermesi (çekiçleme etkisi) önlenmeye çalışılır. Yeni yapının planda ve/veya düşeyde, çıkıntıları veya büyük boşlukları olması durumunda da yapı elden geldiğince simetrik ve dikdörtgen bloklara ayrılır. Bloklar, aralarında derz bırakılarak inşa edilirler. Bu basit tedbir ile çarpışma ve burulma etkileri önlenmeye çalışılır. Dep. Yön. 2007 ye göre en az : D>3+katsayısı-2 (cm olarak) olmalıdır.

n n Teorik olarak; bloklar arasındaki derz genişliği her iki yapının en büyük yatay yer değiştirmelerinin toplamından büyük olmalıdır : d ≥ Δ(a) + Δ(b)

10 -) ÇIKMA, ÇIKMALI YAPIDA KÖŞE KOLON: İstenmeyen düzensizlik: Çıkmalı Yapı n n Bodrum ve zemin katların inşa alanlarının üst katların alanından küçük olduğu yapılardır. Deprem açısından kötü fakat sık uygulanan bir mimaridir. Türkiye’ de bu tür çok sayıda yapı vardır. Üst katlarda daha çok dolgu duvar olduğundan bu katlar zemin kata kıyasla daha ağır ve daha rijittir. Alt kat yumuşak kat gibi davranır.

n n Üst katların cephe duvarları konsol kirişler tarafından taşınır. Bu kirişler sadece düşey yükler altında dahi çok zorlanırlar. Mevcut yapılar gözlendiğinde, hemen tümünün konsollarındaki sarkma ve çatlaklar kolayca görülür. Bu tür yapılarda bir sonraki sayfada açıklanan köşe kolon düzensizliği oluşur.

Ne yapılabilir ? n n n Çıkma yapılmayabilir. (mimar!) Kolon yerine perdeye ağırlık verilmelidir. Önerilen plan çok daha iyidir. Konsollar mutlaka devam eden kirişler ile komşu kolonlara bağlanmalı, perdeye oturmalı, perde kiriş yönünde yerleştirilmelidir. Köşe kolon, konsol ve devamındaki kiriş sık etriye sarılmalıdır. R katsayısı düşük alınabilir. ( örneğin R=4 )

Yasak düzensizlikler (Deprem yönetmeliği-2007, Madde 2. 3. 2. 4) Konsolların ucuna guse dahi olsa, kolon/perde oturtulamaz. İki konsol kiriş ucu arasına perde oturtulamaz. Kirişlere perde oturtulamaz. Kolonlara perde oturtulamaz.

10) İstenmeyen düzensizlik : çıkmalı yapıda köşe kolon = tehlike ! n Çıkmalı yapıların köşelerinde genellikle salonlar vardır. Yapı sahibi veya mimar salonda sarkan kiriş istemez. Salt estetik nedenle, salon köşe kolonu kare veya daire kesitli yapılmakta, ancak bu kolonu komşu kolonlara bağlayan kirişler yapılmamaktadır. Kiriş yerine, döşeme şeridinde donatı zenginleştirilerek “gizli kiriş” yapıldığı iddia edilmektedir. Köşe kolon sadece ince bir döşeme ile yapıya bağlıdır. Gizli kirişin bir yararı yoktur.

Sakıncaları : n n n Ağır duvar yükleri konsollara, konsollardan da köşe kolona aktarılmaktadır. Köşe kolon büyük momentler taşımak zorundadır. Köşe kolona bağlı döşeme zımbalama etkisindedir. Yapı sadece düşey yükler altında dahi tehlikededir. Yapının bu köşesi daha esnek davranır. Deprem kuvveti köşe kolondan diğer kolonlara yeterince aktarılamaz.

n n Gizli kirişin bu konuda yeterli bir yararı yoktur. Yatay yükler altında döşeme buruşur, köşe kolon uçları mafsallaşır, yapı yıkılır. Ne yapılabilir ? n n n Çıkma yapılmayabilir. ( Mimar! ) Kolon yerine perdeye ağırlık verilmelidir. Önerilen plan çok daha iyidir. Konsollar mutlaka devam eden kirişler ile komşu kolonlara bağlanmalı, perdeye oturmalı, perde kiriş yönünde yerleştirilmelidir. Köşe kolon, konsol ve devamındaki kiriş sık etriye ile sarılmalıdır. R katsayısı düşük alınabilir. ( örneğin R=4 )

Bu yapıda ne mühendislik nede taşıyıcı sistem var. Değil depremde, Kendi yükü altında dahi ayakta durması mümkün değildir. Yapı tam yüklendiğinde sorunlar ortaya çıkmaya başlayacaktır. Bu yapı Türkiye’nin 4. deprem bölgesindedir. Ne TS 500 -2000’nin nede deprem yönetmeliği 2007’nin koşullarını sağlıyor.

11 -) YAN KİRİŞSİZ BALKON DÖŞEME VE SAÇAKLAR: n Kirişsiz balkon döşemeler, saçaklar TEHLİKE! Kirişsiz balkon döşemeler betonarme yapıların en riskli bölgesidir, sadece bir kenarından yapıya bağlıdır. Hata kaldırmaz. Özenli projelendirme ve yapım ister. Geçit töreni, düğün ve spor izlemek amacıyla insanların balkonlara yığılması veya depo olarak kullanılması sonucu ön görülenin üzerinde yüklenirler.

n Uygulamada en çok karşılan sorun, üsttte olması gereken donatının bilinçsiz ustalar tarafından ortaya veya alta konulmasıdır. Sehpa kullanılmadığı takdirde beton dökümü sırasında donatı alta kayar. Kalıp alınır alınmaz veya zaman içinde aşırı yük, donma-çözülme ve paslanma sonucu, göçerler.

12) ÇIKMALARDA ÇERÇEVE DIŞINA ÖRÜLEN DIŞ BÖLME DUVARLAR n Çerçeve aralıklarında bulunmayan ve diğer döşeme üstüne oturan bölme duvarların depremde devrilerek can kaybına yol açması olasılığı vardır. Özellikle tavana kadar ulaşamayan bu cins bölme duvarlar, ters bir sarkaç gibi davranıp kolayca devrilebilirler. Betonarme çerçeve içindeki duvarlar ise kolon ve kirişlerle aralarında oluşacak sürtünme ile daha güç yıkılırlar.

n Ancak, çerçevelerin hareketinden çatlayıp yıkılmaları söz konusu olsa bile bu durum çok daha yüksek şiddetle gerçekleşecektir. Bölme duvarlar ile kirişler, (aralarında 2 m ile konacak) ahşap kamalar ile sıkıştırılmalıdır.