Binaların deprem tasarımı için esas olan yer hareketleri, belirli bir zaman aralığında meydana gelme olasılıklarına göre tanımlanır. Türkiye Bina Yönetmeliği 2018’de tanımlanan 4 adet deprem yer hareketi düzeyi aşağıdaki gibidir:
Deprem Yer Hareketi Düzeyi 1, DD-1 : Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığının 2% ve buna karşı gelen tekrarlanma periyodunun 2475 yıl olduğu çok seyrek deprem yer hareketi
Deprem Yer Hareketi Düzeyi 2, DD-2 : Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığının 10% ve buna karşı gelen tekrarlanma periyodunun 475 yıl olduğu seyrek deprem yer hareketi
Deprem Yer Hareketi Düzeyi 3, DD-3 : Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığının 50% ve buna karşı gelen tekrarlanma periyodunun 72 yıl olduğu sık deprem yer hareketi
Deprem Yer Hareketi Düzeyi 4, DD-4 : Spektral büyüklüklerin 50 yılda aşılma olasılığının 68% ve buna karşı gelen tekrarlanma periyodunun 43 yıl olduğu çok sık deprem yer hareketi
Görüldüğü gibi, DD-1 en ‘güçlü’, DD-4 ise en ‘zayıf’ deprem yer hareketini temsil eder. Teorik olarak, binaları DD-1 depreminde çok sınırlı yapısal hasar alacak şekilde tasarlamak mümkündür. Ancak bu depremin tekrarlanma periyodunun 2475 yıl olduğu ve bir binanın ömrünün yaklaşık 100 yıl olduğu düşünülürse, böyle bir tasarım yapmanın ekonomik olarak mantıklı olmadığı görülür. Bu sebeple, binalar, oluşması beklenen yapısal hasarlarla tanımlanan Hedef Performans Seviyelerine göre tasarlanır. Başka bir deyişle, binaların deprem tasarımında yapısal hasar oluşacağı öngörülür.
Örneğin, bir prefabrike sanayi yapısını düşünelim. Eğer binada patlayıcı madde gibi özel bir durum yoksa ya da yapı sahibinin özel bir talebi bulunmuyorsa, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 bu binaların DD-2 depremi etkisinde Kontrollü Hasar Performans Seviyesi’ne göre tasarlanmasını şart koşar. Kontrollü Hasar Performans Seviyesi’ni sağlayan binanın deprem sonrası durumu, FEMA-356’da aşağıdaki gibi açıklanmıştır:
“Genel hasar hafif düzeyde. Tüm katlarda bazı artan dayanım ve rijitlik var. Düşey yük taşıyan elemanlar fonksiyonel. Duvarlarda düzlem dışı göçme ve parapetlerde devrilme yok. Kalıcı ötelemeler var. Duvarlarda hasar var. Binanın ekonomik tamiratı mümkün olmayabilir. Düşen cisimler engellenmiş ama bir çok mimari, mekanik ve elektrik sistemi elemanı hasarlı”
FEMA-356, Table C1-2
Görüldüğü gibi bu performans seviyesinin amacı binada bulunan insanların can güvenliğini sağlamaktır, ancak binanın ekonomik tamiratı mümkün olmayabilir. Çoğu sanayi yapısında oldukça pahalı makine ve ekipman olduğu düşünülürse, bazı durumlarda insanların can güvenliğini sağlamanın yeterli olmayacağı, aynı zamanda binada bulunan makine ve ekipmanın da korunması gerektiği açıktır.
Modern yapı mühendisliği, sadece can güvenliğinin sağlandığı değil, aynı zamanda yapısal hasarın da deprem sonrası binanın işletilmesine engel olmayacak kadar sınırlandığı Hasar Kontrollü Tasarım üzerine yoğunlaşmıştır. Hasar Kontrollü Tasarımı sağlamanın en efektif sistemlerinden biri ardgermeli prekast yapı sistemleridir. (Şekil 1)
Şekil 1 – Prekast ardgermeli bağlantı (Referans 1)
Prekast argermeli sistemlerde, prekast elemanlar birbirlerine kirişlerde bırakılan kılıflardan geçirilen ankrajlı ya da ankrajsız ardgerme halatları ile bağlanır. Ardgerme halatları, deprem yükler altında elastik kalacak şekilde tasarlanır. Böylece halatlar deprem sonrasında binanın ‘kendini toparlamasını’ sağlar ve kalıcı ötelemeleri oldukça sınırlar. Bağlantı davranışı düğüm noktasında oluşan ‘boşluk açılımı’ mekanizması ile sağlanır. Yapısal hasar konvansiyonel binalarda olduğu gibi elemanların kendilerinde değil, oldukça sınırlı olarak düğüm noktasında oluşur. Bir örnek olarak Wada ve ark’ın yaptığı deney sonuçları Şekil 2’de görülebilir. Görüldüğü gibi, konvansiyonel bağlantıda önemli derecede yapısal hasar oluşmuş, ardgermeli bağlantıda oluşan sınırlı hasar ise düğüm noktasında meydana gelmiştir.
The connection behaviour is provided by a ‘gap opening’ mechanism, in which the structural damage concentrates in the joint region itself, rather than the structural members, as occurs in conventional concrete construction. An example can be seen in Figure 2, which shows results of experiments done by Wada et al. (Reference 2) As can be seen, there is significant structural damage and residual drift in the conventional joint, whereas there is very limited damage in precast post-tensioned joint.
Şekil 2 – a. Konvansiyonel bağlantı b. Prekast ardgermeli bağlantı
Bu sistem, özellikle sanayi yapılarının tasarımında çok etkilidir:
- Prekast beton teknolojisi bina inşaatının çok hızlı tamamlanmasını sağlar
- Ardgerme ve öngerme uygulaması büyük yükler ve açıklıkların geçilmesini sağlar
- Deprem dayanım sistemi sadece can güvenliğini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda yapısal hasarı sınırlayarak binanın deprem sonrasında çok küçük bir tamirat masrafı ile işletilmesini sağlar
Bu sistemlerin en önemli zayıf halkası, argerme halatları elastik tasarlandığı ve konvansiyonel binalarda plastif mafsal oluşumu ile sağlanan histeretik enerji sönümlemesi bulunmadığı için, sınırlı enerji sönümleme kapasitesine sahip olmalarıdır. Bu sebeple bu binalarda kullanılmak üzere pasif enerji sönümleyici mekanizmalar geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Ekibimiz de bu tür bir mekanizma üzerinde çalışmaktadır.
KULTECH olarak, Prekast Ardgermeli Deprem Sistemleri’nin tasarımı konusunda da hizmet vermekteyiz.
Referanslar:
- The Precast Hybrid Moment Frame Definition, Clark Pacific
- Study on Damage Controlled Precast Prestressed Concrete Structure with P/C Mild-PRESSS Joint – Part 1: Overview, Wada, Sakata, Nakano, Matsuzaki, Tanabe, Machida