Katalog

Depreme dayanıklı yapı tasarımında gelişmeler Yeni gelişen "akıllı b'ma" teknolojisi ve aktif kontrol sistemi ile binalar, deprem gibi dış etkilerin büyük şiddetlerine dayanabilecek hale getiriliyorlar. Mehmet Bakioğlu(*) epreme dayanıklı yapı tasanmı duşuncesı yapı tarıhı kadar eskıdır Eskıden ınsanlar çeşıth yontemler kullanarak ydpüarını depreme karşı konımaya çakşmışlardır Insanlann bu konuda ne kadar başanlı oldukları çeşıtlı depremlerden test edılerek, esla çaglardan gunumuze kadar gelen yapüardan bellı olmaktadır Depreme ddyanıklı yapı tasaıımında ük duşunulecek onlem, tajıyıcı sisteminde yapıldcak duzenlemelerdır Taşıyıcı sıstemdekı duzerüıhk, betonarme yapüarda uygun yerlere konulan perdeler gıbı Bunun yarundan yapıyı depreme karşı mumkun olduğu kadar izole etmek de depreme karşı sıkça kullanılan bır onlemdır Yapının depreme karşı ızolasyonu temellerınden yapıldıgında bu ızolasyona çok zaman taban ızolasyonu adı da verüır Izolasyonun ana gayesı deprem sırasında sısteme fazla enerjı gırışmı onlemek ıçın yapı ıle zerrun arasın dakı bag rıjıdlığını azaltmak Depreme kaışı bır dığer onlem ıse sısteme deprem sırasında gıren enerjinin bır kısmım yapıya üave edılen plemanlara aldırıp bu elemanlarda sondurmektır Gunumuzde depreme dayanıklı yapı tasarımına çok daha genış bır açıdan bakıbyor Depremın yanı sıra ruzgâr ve ddlga etküen de, bu çevre etkıletının yapı uzerınde meydana getırdığı tıtreşımlerın kontrolu olarak ele alınmak tadır Bu kontrole kısaca "Yapıaal Kontrol" denılıyor Bu durumda yuksek bmalardakı ınsanı rahatsız edıcı salınımların orılenmesı de ayra gruba gırıyor Olaya bu şekılde bakınca bır otomobıün yolda gıder ken tıtreşırnını onlemek veya bır uzay a/acını veya bır roke tı onceden belırlenen yorungede tutmak ıçın kullarulan yontemler de, yapısal kontrolun ıçındedır Konuya boyle yem bır bakış açısı getırmek şu nedenlerden kaynakldnıyor a) Yapılardaki esneklik Yenı malzemelerm dayanımlan artarken rıjıdlıklerı aynı orarıda artmamaktadır Bu nedenle yenı malzemelerle yapılan bınalarda az malzeme kullanılmasına karşın, binalar daha esnek olmaktadır Kuvvetlı nızgârlarda eskı malzeme ıle yapılan Empire State Building'm tepe noktası 510 cm hareket ederken yenı malzeme üe yapılan World Trade Towers'm tepe noktası 6090 cm hareket etmektedır Ayrıca yenı malzemeleıde dayanım artışı yuksek yapı yapmaya ımkân verdıgınden yapüar daha yuksek ve esnek olmaktadır Yuksek yapılann esneklığınden dolayı ortaya çıkan tek nık pıoblemlerın yaranda konfor problemlerı ortaya çıkmaktadır Bugun 500 katlı bına tasanmı gundeme gelmektedır D nüması normal bır yapı tasarımında goz onune alınması gereken bır durum olmakla bırlıkte yere bagk olmayan ve portabl yapılarda çok onemlı bır etken olarak ortaya çıkmaktadır Yukarıda belırrden çok genış ıhtıyaçlara gore tasarım yapabdmek ıçın çeşıtlı matematık modellemeler ve hesap yontemlerı gelıştırddı Bügısayarlaruı gelışmesı de, daha once bılmen fakat salt ınsan yeteneğı ıle çozulemeyen matematık modellemelerın çozumunu mumkun küdı Bu arada ıstenılen sonuçları alabümek ıçın yapı sıstemıne bazı kontrol elemanları eklendı Bunlar yapısal kontrolun esasını oluşturuyorlar 1972 yılmda J TP Yao'nun dıger muhendıslık dallarında bılhassa uzay uçak muhendıskğmde başarı üe kullanılan kontrol teordennın yapısal kontrolde de kulldnılabılecegını behrtmesı uzerıne yapısal kontrol sağlam temeller uzerme orurdu Kontrol elemanlanrun bır kısmı uygulama salhasında, nulan elastik mesnetler, bır taban ızolasyon olarak kullanılan elemanlaı ıçınde onemlı bır gruptur Elastik mesnetler duşey dogrultuda rıjıt, yatay dogrultuda esnektır Bu nedenle yatay dogrultuda olan deprem kuvvetının az hsmını bınaya ıletır Sıkça kullanılan bır elemandır Her depremden sonra uzerınde kalıcı deformasyonlar oluşabüır Bu üp ele manlar yukspk bmalarda kullanümaz Sürtünme sönümleyicilerl: Bu tıp • pasıf kontrol elemanları sısteme gıren enerjıyı surrunme plakaları yardımıyla ısı enerjısme çevırırler Bu tıp elemanlar yapı temel lerıne konulabılecegı gıbı yapı ıçınde kırışlerın altına konulabılır Bu elemanlar bırbırlerı uzerınde kaymaya başlayınca devreye gırerler Surrunme katsayıcı ayarlanarak elemanların devreye gırecegı etkı lımıtı belırlenu Yukanda belurtılen elemanlar dışında viskoelastik sonumleyıcıler, viskos «ıvı sonumleyıcıler gıbı çeşıtlı so numleyıcüer bulunmaktadır Pasıf kontrol sıstemlerı kmeük enerjıyı başka formlara çevırrr veya kendı uzerlerıne alırlar Enerjı konusunda bunlann en onemk ozellıgı sısteme ılave enerjı vermezler Aktif kontrol Yapı tasarımında en onemlı konu sıstemın dayanabı lecegı dış etkinin siddetının beurlenmesıdır Dış etkının şıddetı buyuk alındığında yapı boyutlan buyuk olur ve sıstem ekonomık olmaz Dış etkının şıddetı kuçuk alındığında ıse daha buyuk şıddeüı dış etkılpre karşı sustem dayana maz Bu soruya şu anda en ıyı cevap verebılecek kontrol sıstemı aktif kontrol sıstemıdır Aktıf kontrolde yapının tepkısını belırlı olçuler ıçınde tutmak ıçın gerı besleme sıstemının belırledıgı ve her an degışen kontrol kuvvetlennı kontrol suresınce yapıya uygulanır Dış etkı olmadıgı zaman yapıya kontrol kuvvetı uygulanmaz, yapıya dış etkı gelıp yapı bu dış etkıye tepkı gostennce, kontrol sıstemı sensorlerı yardımıyla bu tepkıyı olçer ve tepkının beürlı olçuler ıçınde olacak şekılde kontrol kuvvetlennı yapıya uygular Kısaca kontrol sıstemı yapının tepkısını her an olçer ve bu tepkılerı kontrol kuvvetlerı yardı mıyla ıstenılen sevıyede tutar Kontıol kuvvptlerı sıstemde hazır bulundurulan enerjı yardımıyla uretüır Yapının rıjıthk ve sonum gıbı yapısal parametreleı ını kontrol algontmasına gore kontrol kuvvetı ıle her an degıştınr ve bu sayede yapı nın dış etkılere tepkısı ongorulen lımıtler ıçınde bulunur Bu tıp yapüara dınamık bakundan akıllı yapılar ısmı venl mektedır Hk akıllı bma 1989 yüırıda Japonyada yapılan Kyobaıhi Seiwa Building dır On bır kdtlı ve çelık tdşıyı cı sıstemı olan bu bınanın genışlığı 4,01 m derınlıgı 12,44 m ve yukseklıgı ıse 32 8 m dır Yapının bodrum katı kazık lı temeller uzerıne oturmaktadıı Yapının en ust katında bırı 4 ton ve dıgerı 1 ton olan ıkı tane aktif kutle sonumleyıcısı vardu" Bınanın ıkıncı aktif kutle sorıumleyıcının gorevı burulma tıtreşunlerıru azaltmaktır Bınadakı aktıf kontrol sıstemı şıddetlı nızgârlarda ve orta şıddetlı depremlerde bına tırreşımleruıı azaltacak şekılde tasarlanmıştır Bınada bulunan sensorler bodnım, 6 ve 11 kata yerleştırümıştır Kunıldugundan ben sıstemın şıddetlı nızgârlarda ve depremde başan ıle çalıştıgı gozlenmıştır Aktif kontrolun çok daha olumlu sonuçlar vermesme ragmen pasıi kontrolun daha ucıj7 vc dış enerjı ıstememesı gıbı avantajları vardır Aktif kontıol sıMemının belırgen ozellıgı dış kaynaklı enerjıye ıhtıyaç qostermesı ve ıçınde bır gen besleme sıstemının bulunmasıdır bır kısmı araştırma safhasmda ve bır kısmı ıse duşunce saf hasındadır Gelıştırılen yapısal kontrol elemanları genelde uç grupta toplamrlar Pasif kontrol, aktif kontrol ve karma kontrol. Pasif kontrol Pasıf kontrol elemanlanrun bır kısmı, sısteme gıren deprem enerjısını ısı enerjısıne çevırır Bır kısmı ıse kendı uzerlerıne alır Sonuçta yapımn dış etkılere karşı tepkısını azaltırlar En fazla kullanılan pasıf kontrol elemanlarından bırı, ayarlı ktttle sönümleyicilerıdır Bunlar yapıda bır yaya baglı olarak hareket edebılen bır kutledır Kutle, yapı kutlesının yaklaşık %l'ı kadardır Yay kutle sıstemınm perı yodu yapının bırıncı modunun perıyoduna gore ayarlanır Bu tıp kutleler genelde bınanın en ust katına veya temel sevıyesıne konulur Bazı durumlarda ıkı kutle kullanılır YapıTun burulma tıtreşunlerıru onlemek ıçm bırbırıne dık ıkı dogrultuda hareket ederler Bu tıp pasıf kontrol elemanları daha çok bınalarda ruzgânn, koprulerde ıse trafıgın mey dana getırdığı tıtreşımlerde etkılı olmaktadır Bunlann yaya baglı olmadan bır daıresel oyuk ıçınde hareket eden veya sarkaç tıplerı de bulunmaktadıı Kutleler yerıne ıçınde »ıvı bulunan tanklar da pasıf kontrol elemanlcirı olarak kullanılır Sıvı sıstemler daha ucuz ve uygulaması kolaydır Halen Japonyada ıkı kule ıle bu otelde bu elemdnlaı kullarulmaktadır Bına ternellennc ko b) Gttvenlik kriterinin yükseltilmeıi: Eskıden yapılar can kaybı olmayacak şekılde tasarlanmaktaydı Bır depremde yapının bazı bolumlerı can kaybı olmayacak şe küde çoker veya ışlevlerıru yapamaz hale gelebılırdı Şımdı duşunulen guvenlık krıterınde ıse depremden veya afetten sonra haberleşme ve hastane gıbı onemlı yapılar ışlevlere devam edebılmehdırler c) Yapılann içindeki aletlerin gttvenliği: Çok onemlı yapılarda yalnız yapı degıl ıçındekı aletlerin guvenhgının sağlanması gerekır Nukleer tesıslerde, onemlı ha berleşme merkezlerınde yapı kadar ıçındekı aletlerin guvenhğıde onemlıdır d) Büyük zararlar veıecek yapılar: Yıküdıgı zaman çevreye buyuk zarar verecek nukleer tesıs, yuksek ku le açık denız yapılan gıbı yapıların çoğalması e) Az malzeme kullanılması: Az malzeme kulla 652/10 Karma kontrol Karma sıstemler ıçınde pasıf ve aktif kontrol elemanlanrun bulundugu sıstemletdır Pasıf kontrol elemdnları aktif kontrol elemanlannın yukunu azalt.ırak, sıstemde bulundunılması gereken enerjıyı azaltır Bu npden tercüı edılen bır sıstemdır Karma ve aktif olmak uzerek 20 bına ve 10 kopruye ıçınde gerı besleme sıstemı olan kontrol sıstemı uygulanmıştu: Dınamık bakımdan akıllı binalar duşunce aşamasını geçmıştır ve uygulamalan yapılmaktadır Gerıye kalan, uygulama teknıklennın gehştırıp çok yuksek olan malıyetle rının azaltılmasıdır Bu tıp buıalann gelecpklerı hakkındd herhangı bu: kuşku duyulmayıp 21 yuzyılın buıalan olarak duşunuluyor (*) Prof Dr , lstanbul Teknık Uruv Inşaat Fak