Katalog

Depreme dayanıklı yapı tasarımı için yeni bir yöntem Ülkemizde, yerküremizin dinamik davranışı depremi hayatımızın önemli bir parçası kılıyor. Geçen yüzyıl içerisinde adımları atılan deprem mühendisliği, kendisine insanların can ve mal güvenliği açısından gerekli olan bilimsel çalışmaları yapmayı görev edindi. Bu bilim dalı, yaşanan deneyimlere ve sismolojik verilere dayanarak, güvenilir yaşam alanlarını tasarlamayı ve yapıların deprem etkisi altındaki davranışlarını irdelemektedir. Ülkemizin jeolojik koşulları, depremlerin yıkıcı etkilerini güncel bir konu olarak tutmaktadır. Dr. Ahmet Anıl Dindar (İstanbul Kültür Üniversitesi) Ancak, mevcut yöntemlere göre deprem etkisi hakkında daha geniş bilgi sağladığından dolayı, birçok bilim insanı geleceğin yapı tasarım ve değerlendirme yönetmeliklerinin içinde yer alacağı düşüncesindediler. Enerji esaslı yöntemler, yapıya etkiyen depremi bir enerji büyüklüğü olarak ele almakta ve etkitepki prensibiyle bu deprem enerjisini yapı içinde bir takım mekanizmalar tarafından paylaşıldığını kabul etmektedir (Şekil 3). Enerji yöntemlerinin anlaşılması için bir örnek vermek gerekirse, lisedeki fizik derslerinde gösterilen, bir ucu sabit diğer ucunda bir kütle bulunan tek bir yay düzeneği düşünülmelidir. Böyle bir yayı ifade ederken kullanılan büyüklük yay direnç katsayısıdır. Şimdi elimizde tuttuğumuz bu yayın ucundaki kütleyi yukarıaşağı yönde hareket ettirdiğimizi düşünelim. Kütleyi çektiğimizde uyguladığımız kuvvet veya kütlenin yer değiştirdiği mesafeyi bir değerlendirme kriteri olarak dikkate alalım. Yayın elastik olarak esnediği sınırlar içinde, düzenekte hissedilir bir değişim (kalıcı bozulma=hasar) oluşmayacaktır. Ancak, kütleyi daha kuvvetli çeker veya yayı elastik sınırlarından daha fazla zorlarsak, artık düzenekte bozulmaları hissediyor oluruz. Kuvvet ve performans esaslı yöntemler, yaya ne kadar kuvvet uygulandığını veya yayın ne kadar esnediğini hesaba kaŞekil 3. Deprem etkisinin yapı içindeki karşılandığı mekanizmalar Ü CBT 1182 / 12 13 Kasım 2009 lke olarak sıkıntısını çektiğimiz en önemli konuların başında duyarlılık ve eğitim gelmektedir. Birbirini tamamlayan bu iki olgu, ülkemizde zamana bağlı olarak değişiklik kazanmakta, ancak toplumsal ölçekte çoğu zaman esas hedefine varamamaktadır. Bir deprem ülkesi olan Japonya’da, günlük hayatta sıkça rastlanan yer sarsıntıları karşısında halk olay anında ve sonrasında neler yapması gerektiği konusunda okullarda ve iş yerlerinde devamlı bir eğitim içinde ve duyarlıdır. Öte yandan bilim insanları, yeri ve şiddeti tam olarak bilinemeyen depremlerin yapılarda yarattığı etkiyi irdelemek için bitmeyen bir çalışma içindedirler. Bunun en güzel örneği, 1995 yılında Kobe şehrine 20 km uzaklıkta gerçekleşen 6.9 şiddetindeki Büyük Hanshin depreminde görüldü. Yapım yönetmeliklerinin çok sıkı bir şekilde uygulandığı ve doğal afetlere karşı her türlü önlemin alındığı bu ülkede, Şekil 1. Büyük Hanshin (1995) Büyük Hanshin depremi esdepreminde çöken köprü (EERC, nasında 200,000’nin üzerinde bina yıkıldı, önemli ulaşım UCB) yapıları tahrip oldu ve şehrin su, elektrik, gaz altyapıları ağır hasar gördü. Deprem sonrasında yaşanan olaylar değerlendirildiğinde, bina yapım yönetmeliklerindeki bazı kuralların gözden geçirilmesi gerekti. Örneğin Büyük Hanshin depreminde dairesel Şekil 2. 1999 İzmit depreminde yı köprü ayaklarının tasarımınkılan bir binanın altında kalan da yapılan bazı kurallar dearaç (EERC, UCB) ğiştirildi (Şekil 1). Benzer bir değerlendirme, bu olaydan yaklaşık 1 yıl önce ABD’de meydana gelen Northridge depremi sonrasında özellikle çelik binaların birleşim yerleri hakkında yönetmeliklerde bulunan kriterler için yapıldı. Ülkemizde ise 1999 İzmit ve Düzce depremleri sonrasında yapı yönetmelikleri ve daha da önemlisi projelerin uygulanması yönetmelikleri gözden geçirildi (Şekil 3). Ülkemizde birçok aktif fay bulunduğundan (Kuzey Anadolu, Doğu Anadolu Fayı vd..) sismolojik açıdan dinamik bir coğrafyada yer almaktadır. Bu nedenle Türk bilim insanları depremlerin karakteristikleri, yapılardaki etkileri ve depreme dayanıklı yapı elemanı tasarımı konusunda güncel akademik çalışmalar içindeler. Depremlerin yapılardaki etkisinin incelenmesinin ardından elde edilen teorik bilgi birikimleri, ülkenin ilgili yasa koyu cuları tarafından düzenlenen yapı tasarım yönetmeliklerinde yer almaktadır. Birçok ülkede mevcut yapı tasarım yönetmelikleri uzun yıllardır kabul görmüş olan kuvvet esaslı değerlendirme prensiplerine dayanır. Bu ilkeler, deprem etkisi altında model yapılarda oluşan en aşırı durumları dikkate alır ve tasarımı yapılan yeni binalar ile değerlendirmesi yapılan mevcut binalarda buna göre hesaplamalar yapılmasını öngörür. KUVVET ESASLI DEĞERLENDİRME Oysa dinamik bir olay olan deprem etkisi karşısında yukarıda anlatılan yöntemler ülke ekonomisi ve daha önemlisi, yapı güvenliği açısından yanıltıcı sonuçlara neden olabilir. Bu sebeple dünyanın çok çeşitli yerlerindeki bilim insanları, kuvvetle beraber yapıda oluşan yer değiştirmelerinin de hesaplamalara katılması gerektiğini düşündü ve bu yönde teorik ve deneysel çalışmalarda bulundu. Deprem etkisi altında yapının elastik olmayan yer değiştirmesinin izlenmesi, can ve mal güvenliği açısından kısıtlanması, depreme karşı yapı tasarımının temel ilkelerinden biridir. Kuvvet esaslı tasarım ve değerlendirme yöntemlerinde, yapıdaki yer değiştirmenin izlenmesi mümkün olmadığından son 1520 yıldır kullanılan veya önerilen performans bazlı tasarım yöntemleri çerçevesinde mevcut yönetmelikler düzenlenmektedir. 2006 yılında yayımlanan Türk Deprem Yönetmeliği içerisinde artık “Performans Esaslı Tasarım ve Değerlendirme” yöntemleri yer almaktadır. Modern yapı yönetmelikleri hızlı bir şekilde bu yeni yöntemi benimsiyor. Bu değişim beraberinde birtakım zorluk getirdi. Bir miktar daha hesap yükü getiren bu yeni yöntem, ilk başlarda uygulamacı mühendislere zor geldi. Ancak devamlı gelişen bilgisayar teknolojisi ve programları, mühendislerin imdadına yetişti ve hesap yükünde kolaylıklar sağladı. Fakat bu değişimin esas imgesi, yapı mühendislerinin bilgilerinin artık statik olamayacağı, mutlaka zaman içinde kendisini yenilemesi ve geliştirmesi gerçeğidir. ENERJİ BÜYÜKLÜĞÜ GÜNDEMDE Günümüzde depreme karşı yapı tasarımı ve değerlendirme yönetmelikleri kuvvet ve yer değiştirme esaslı hesaplamaları dikkate alarak oluşturuluyor. Bu hesaplamalar doğası gereği kaotik ve aynı zamanda dinamik olay olan depremlerle ilgili bazı büyüklüklerin kabul edilmesi ile ortaya çıkmıştır. Oysa, yapılan kabullerin irdelenmesi ve gerekirse yeni yöntemlerin sunulması bilimin en temel prensibidir. İlkesi 1940’larda ortaya atılan bir görüşe göre dinamik etkilerin, yapılarda yarattığı hasarların değerlendirilmesi sırasında kuvvet ve yer değiştirme yerine, enerji büyüklüğünün dikkate alınarak tasarım ve değerlendirme yapılması, son yıllarda kabul görmeye başladı. Enerjinin korunumu ilkesine dayanan yapı tasarım ve değerlendirme yöntemleri, formülasyonlarındaki elemanların fiziksel olarak karmaşık olmasından dolayı uygulamaya dönük pratik hesap yöntemlerinin ortaya çıkmasını güçleştirmektedir. tarlar. Oysaki yayın kendi mekanizması içinde itmeçekme hareketi sırasında elastik ötesi yer değiştirmelerin sayısı ve süresi direkt olarak hesaba katılmaz. Bu durumda, yaydaki etkimizi bitirdiğimizde düzenekteki bozulma için ya uyguladığımız kuvveti veya yaydaki en son yer değiştirme miktarını ölçmemiz gerekir. Ancak, gerçekte yaya arka arkaya uyguladığımız itmeçekme etkileri düşündüğümüzden daha farklı bir bozulma yaratacaktır. Görüldüğü gibi düzeneğe olan etkimizi ve düzenekteki bozulmayı değerlendirmek için kuvvet ve yer değiştirmenin haricinde yapıya giren ve yapı içinde dağılan enerji değerlerini dikkate almamız dinamik bir etki olan deprem analizinde daha gerçekçi olacaktır. Her ne kadar pratikteki uygulamaları için oldukça erken olsa da “Enerji Esaslı Yapı Tasarım ve Değerlendirme Yöntemleri”nin, gelecekteki yapım yönetmelikleri içinde yer alması çok olasıdır. Bu sebeple Türk bilim insanları deprem etkisini irdelemek için enerji esaslı yöntemler ve pratik uygulamaları konusunda akademik çalışmalarına başlamıştır. Bilimin sorgulayıcı ve her zaman daha gerçekçi açıklamalara ulaşma isteği ile insanoğlunun faydası için yapılacak her türlü çalışma mutlaka olumlu sonuçlar ortaya koyacaktır. Depremin göz ardı edilemeyecek bir gerçek olması, depreme karşı yapı tasarım ve değerlendirme konusunda yeni çözüm arayışlarını değerli kılmaktadır. Bu beklenti doğrultusunda yapılmakta olan yenilikçi ve günceli sorgulayıcı çalışmaların var olması, ülkemizde bilime yapılan katkı ve bilim insanlarının yetiştirilmesi açısından önemlidir.