MESUT ADALI - Yüksek İnşaat Mühendisi / Yapı ve Deprem Mühendisi
Yazıyı E-Dergiden okumak için aşağıdaki linke tıklayabilirsiniz.
https://dergi.insaathesabi.com/index.php/e-dergi/#flipbook-df_420/80/
Büyük bir kısmı deprem tehlikesi altında olan ülkemizde mevcut yapı stoğunun depreme dirençli hale getirilmesi büyük önem arz etmektedir. Haliyle mevcut yapılar, deprem etkisindeki performanslarının bilinmesi ve risk değerlendirmesinin yapılabilmesi için ulusal ve uluslararası yönetmelikler, araştırmalar ve pratikler çerçevesinde tanımlanan değerlendirme ve güçlendirme metotları ile ele alınmalıdır.
Deprem sonrası hemen kullanımı devam etmesi gereken hastane, sağlık ocakları ve itfaiye binaları gibi yapılar ile insanların yoğun bulunduğu yapılar, birinci derece ele alınması gereken yapılardır. Bunlara ek olarak insan can güvenliği riski barındıran konut yapıları ile ekonominin can damarı olan endüstri yapıları da depremlere dirençli hale getirilmelidir. Yapısal tasarım ve sahada uygulanması aşamasında yetersiz mühendislik hizmeti alan mevcut yapılar can güvenliği açısından büyük risk oluşturmaktadır. Sismik detayları az olan eski yönetmeliklere uygun tasarlanan yapılar güncel deprem yönetmeliği koşulları ve güncellenen deprem haritasından ortaya çıkan ivme artışları da dikkate alınarak mutlaka deprem performans analizine tabi tutulması gerekmektedir.
Türkiye’de deprem performans değerlendirme ve güçlendirme çalışmaları 1999 Kocaeli depreminden sonra bölge civarındaki yapılarda sınırlı sayıda başlamıştır. Günümüzde güncellenen şartnameler ve yönetmelikler, gelişen analiz programları ve yöntemleri, performans değerlendirme ve güçlendirme alanında tecrübe kazanmış mühendis sayısının artması ve bu konular üzerine yoğunlaşmış pro çokça akademik çalışmalar ve araştırma projeleri olması gibi olumlu etkenlerle birçok yapıda performans değerlendirme ve güçlendirme çalışması yapılmaktadır.
Mevcut yapıların deprem performans değerlendirmesi kavramı ilk olarak Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik 2007 (DBYBHY 2007) dokümanında tanımlanmıştır. 2019 yılında yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) DBYBHY 2007’de tanımlanan kavramları temel alarak daha kapsamlı bir bölüm ortaya koymuştur. TBDY 2018 ile gelen en önemli değişiklik dört farklı deprem yer hareketi düzeyi ve performans hedefleridir. Yapılar için Kesintisiz Kullanım (KK), Sınırlı Hasar (SH), Kontrollü Hasar (KH) ve Göçmenin Önlenmesi (GÖ) olmak üzere dört farklı performans seviyesi tanımlanmıştır.
Bir yapı, bina önem katsayısı ve deprem tasarım sınıfı dikkate alınarak belirlenen bir deprem yer hareketi düzeyinde performans hedefini sağlamalıdır. Yapının deprem etkisindeki dayanımını gösteren temel bir grafik olan kuvvet-yerdeğiştirme ilişkisi performans düzeylerini daha açık tanımlamaktadır, Şekil 1. Deplasmanın artarak devam etmesine karşın kuvvet dayanımının stabil olmaya ve sonrasında azalmaya başlamasından itibaren Kontrollü Hasar performans seviyesi aşılmıştır. Kuvvet dayanımının ani azalması ile yapı, Göçme durumuna gelmektedir. Yeni tasarımda da yapıların çoğu için hedeflenen Kontrollü Hasar performans seviyesi, deprem etkisinde insanların güvenli şekilde yapıyı tahliye edebilecekleri düzeyde yapısal hasarı temsil eden bir hasar seviyesi olarak da tanımlanır. Değerlendirmeler sonucunda hedeflenen performans seviyesini sağlayamayan yapılar için maliyet ilişkisi de göz önüne alınarak güçlendirme ya da yıkım kararı verilmelidir.
Şekil 1. Performans Seviyelerinin Kuvvet-Deplasman İlişkisi Grafiğinde Gösterimi
DEPREM PERFORMANS ANALİZİ
Yukarıda tanımlanan performans düzeyleri ile ilintili olarak mevcut bir yapı, kendisi için tanımlanan performans hedefini sağlayıp/sağlayamadığının tespiti amacıyla performans analizine tabi tutulmalıdır. Deprem performans analizinin gerçekleştirilebilmesi için yapıya ait bir takım verilerin elde edilmesi gerekmektedir. İlk olarak yapı, deneyimli mühendisler tarafından görsel ve yapısal olarak incelenir. Yapı taşıyıcı sistemi, boyutları, geometrisi ölçüm ve fotoğraflama teknikleri kullanılarak çıkartılır, mevcut yapıya ait rölöve elde edilir. Yapıda görülen yapısal düzensizlikler ve hasarlar da not edilerek hasar tespit rölövesi elde edilmiş olur. Bu aşamada gözlem yapan mühendisin yapının karakterini kabaca tanımlayıp olası deprem davranışını öngörebilmesi kritiktir.
Örneğin düşey elemanlarının kesitleri küçük olan bir yapı veya döşemesi nervürlü olan bir yapı gördüğünde taşıyıcı sistemin yanal rijitliğinin düşük olduğunu ve haliyle yapının fazla deplasmanlardan dolayı yüksek moment ve kesme kuvvetlerine maruz kalacağı yorumunu yapabilir. İkinci aşamada yapının mevcut malzeme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla tahribatlı ve tahribatsız testler gerçekleştirilir. Betonarme yapılardan karot numuneleri alınır ve kırım testine tabi tutulur. Donatı evsafının tespiti amacıyla sıyırma ve tarama testleri yapılır. Çelik yapılarda uygun elemanlar yerinden sökülerek çekme testine tabi tutulur.
Diğer yandan yapının zemini sondaj ve sismik çalışmalar vasıtasıyla tetkik edilir. Zemin sınıfı belirlenir, geoteknik rapor kısmında ise zemindeki riskler (sıvılaşma vb.) ele alınır. Elde edilen tüm veriler derlenerek mevcut yapı ulusal ve uluslararası geçerliliği olan analiz programlarında modellenir. Modelleme ve analiz yöntemleri, değerlendirme kriterleri hem TBDY 2018’de hem de birçok uluslararası yönetmelik ve makalelerde geniş çaplı olarak tanımlanmıştır. Yapının, mühendisin karar ve inisiyatif iradesini sağlayan, yeterli doğrulukta ve otoritelerce kabul görmüş metotları içeren bir analiz programında değerlendirilmesi elbette faydalı olacaktır. Program arkasında takip edilemeyen birçok hesap yapan, otomatik girdi ve tanımlamaları çok olan hazır (paket) programlara performans değerlendirme ve güçlendirme çalışmalarında kritik rol verilmemesi inşaat ve deprem mühendisliği açısından çok olumlu olacaktır. Unutulmamalıdır ki, bir yapının performans değerlendirme sonucu sadece bilgisayar programından çıkan çokça sayılara dayanılarak belirlenemez. Mühendisin yapı hakkında deprem ve statik konular özelindeki değerlendirmeleri, ilgili programlarda yapılan analiz sonuçları ile desteklenerek performans değerlendirme sonucu elde edilmelidir.
Şekil 2. Deprem Performans Değerlendirme Aşamaları
GÜÇLENDİRME ALTERNATİFLERİ ANALİZLERİ
Mevcut yapı, deprem performans değerlendirme sonucunda güçlendirmeye uygun bulunmuş ise ilk olarak yapı ön güçlendirme analizlerine tabi tutulmalıdır. Bir yapının güçlendirilmesi metodolojik olarak iki kısımdan oluşur. İlk önce yapı “sistem” olarak ele alınıp güçlendirme alternatifleri denenmelidir. Güçlendirme metotuna karar verildikten sonra lokal olarak eksenel, kesme veya moment kuvveti kapasitesi yetersiz olan elemanlara “eleman” bazlı güçlendirme yapılmalıdır. Güçlendirme metoduna karar verirken ilgili yapının fonksiyonu (konut, endüstri yapısı vb.), güçlendirme yönteminin maliyeti, uygulanabilirliği ve sürdürülebilirliği gibi kriterler göz önüne alınmalıdır. Bir endüstri yapısı için güçlendirme metoduna karar verirken en önemli kriter ekonomik kaybı en aza indirmek için yapının faaliyetinin en az süre kesintiye uğratılması olurken, bir konut için güçlendirme metodu seçiminde en önemli kriter kullanım alanlarının minimum düzeyde kaybıdır. Pratikte uzun zamandır uygulanan konvansiyonel güçlendirme metotları olan perde ekleme, manto, çelik sargı vb. yöntemler ile yakın zamanda uygulamaları artan BRB, sönümleyici, FRP, dışarıdan güçlendirme gibi yöntemler güçlendirme alternatifleri olarak mühendisler tarafından çalışılmaktadır. Ele alınan yapı için yapının kendi özelindeki yetersizlikler dikkate alınarak, maliyet ve uygulama kolaylığı hususları da birer kriter olacak şekilde güçlendirme alternatifleri karşılaştırılarak nihai karar verilmelidir.
Şekil 3. Güçlendirme Yöntemleri
KONVANSİYONEL GÜÇLENDİRME METOTLARI
Ülkemizde perde ekleme, çelik çapraz ekleme, manto ve FRP gibi konvansiyonel metotlar gerek mühendislik ofislerinde gerek saha uygulamalarında çokça karşılaştığımız güçlendirme yöntemleridir. Sistem bazında konvansiyonel güçlendirme metotları rijitlik eksiği olan yapılarda ilk akla gelen yöntemlerdir. Görece küçük boyutlara sahip betonarme kolon-kiriş çerçeve sistemlerde deprem etkisindeki yüksek kesme kuvvetlerini karşılamak için yapıya perde eklemek çokça tercih edilir. Yapının göreli kat ötelemleerini sınırlandırmak amacıyla çelik çapraz elemanların yapıya eklenmesi de yaygın kullanıma sahiptir. Yapıya eklenecek yeni elemanlardan sonra eksenel kuvvet kapasitesi yetersiz kolonlara mantolama, kesme kuvveti yetersiz kolon ya da kiriş elemanlara FRP, manto veya çelik sargı yöntemleri ile güçlendirme uygulanabilir. Yapıya eklenecek yeni eleman yapının rijitliğini artırırken periyodunu kısaltacağı için yapıya etkiyen ivme artacaktır. Haliyle yapıya etkiyen deprem kuvvetleri artacak ve mevcut elemanlar üzerinde de daha fazla kuvvet talepleri oluşacaktır. Bu, güçlendirme projelerinde bir döngüdür. En nihayetinde sistemin ve elemanların optimum bir şekilde performans seviyelerinin yeterli olduğu bir nokta elde edilerek güçlendirme çalışması tamamlanmalıdır.
Şekil 4. Konvansiyonel Güçlendirme Yöntemleri
İNOVATİF (KONVANSİYONEL) GÜÇLENDİRME YÖNTEMLERİ
Deprem mühendisliği açısından gelişmiş ülkeler olan Japonya ve Amerika gibi ülkelerde kullanımı yaygın olan inovatif güçlendirme yöntemlerinin son on yılda ülkemizde de kullanımı önemli ölçüde artmıştır. Konvansiyonel güçlendirme yöntemleri, deprem etkisi ile oluşan kuvvetlere karşı koyacak yeni elemanlar ekleme ana düşüncesini taşırken inovatif yöntemler mevcut deprem kuvvetlerini yapının taşıyıcı sistemine etkimeden sönümleme (azaltma) gayesi taşımaktadır. Sönümleme bazen viskoz tip sönümleyicilerde bir sıvı ile , sürtünme esaslı sönümleyicilerde sürtünme etkisi ile sağlanır. Burkulması önlenmiş çaprazlar (BRB) çekme ve basınç kuvvetleri altında eşdeğer kapasite göstererek yüksek enerji sönümleme karakteristiğine sahip elemanlardır. Deprem enerjisinin önemli ölçüde sönümlenmesini sağlayarak mevcut yapı elemanları üzerindeki kuvvet taleplerini azaltırlar. Teknolojik bir diğer cihaz olan sismik izolatörlerin güçlendirme amaçlı kullanımı, yapıya sonradan eklenmesi uygulama olarak zor olduğu için çok kısıtlıdır. Bu cihazlar kolay ve yapı faaliyetini sürdürürken montaj edilmesi, kullanım alanlarını kapatmaması gibi olumlu taraflarıyla yapısal güçlendirmede avantaj sağlamaktadırlar.
Şekil 5. İnovatif Güçlendirme Yöntemleri
HARİCİ (DIŞARIDAN) BETONARME ÇERÇEVELER İLE GÜÇLENDİRME
Dışarıdan yeni betonarme çerçeve ekleyerek mevcut yapıların güçlendirilmesi yöntemi, yanal yük kapasitesi ve moment çerçeve aksiyonu zayıf olan mevcut yapıların rijitliğini artırmayı hedeflemektedir. Yöntemin en önemli avantajı yapının kullanımı devam ederken uygulamanın yapılması ve yapı içinde ilave bir güçlendirme ihtiyacı olmamasıdır. Faaliyetine devam etmesi önemli olan okul, kamu kurumları gibi yapılar için ideal bir güçlendirme yöntemidir. Ayrıca yapı içerisinde güçlendirmeye ihtiyaç bırakmaması ve ilave mekanik-elektrik maliyet oluşmaması sebebiyle ekonomik bir yöntemdir. Bu yöntem deprem çalışmalarında öncü olan Japonya’da Tokyo Üniversitesi ve Japon firmalar tarafından MASTER FRAME metodu olarak geliştirilmiş ve test edilmiş, birçok Japon kamu binasında uygulanmıştır.
Şekil 6. Japonya’da Bir Okul Yapısında Dışarıdan Çerçevelerle Güçlendirme (MaSTER FRAME / gkmc.com.tr)
