Dr. Bahadır ŞADAN Dr. Cüneyt TÜZÜN

Transkript

1 DEPREM GÜÇLENDİRMESİNDE DEPREM YALITIM SİSTEMLERİNİN KULLANIMI Dr. Bahadır ŞADAN Dr. Cüneyt TÜZÜN Dr. Bahadır ŞADAN 203

2 DEPREM GÜÇLENDİRMESİNDE DEPREM YALITIM SİSTEMLERİNİN KULLANIMI Dr. Bahadır Şadan 1, Dr. Cüneyt Tüzün 1 OBS Proje Mühendislik Müşavirlik Ltd. Şti., İstanbul ÖZET Geçmiş depremlerde meydana gelen yapısal hasarlar incelendiğinde hasar oluşumuna neden olan en büyük etkenin, depremin yüksek yerdeğiştirme talebine karşılık olarak yapısal elemanların sekil değiştirme kapasitelerinin yetersiz olması gelmektedir. Yerdeğiştirme kapasitesi yetersiz elemanlara sahip binalarda, yapısal hasarın önüne geçmek için yapılan geleneksel güçlendirme çalışmalarında iki metot izlenmektedir. Bu iki metot beraber veya ayrı ayrı uygulanabilmektedir. i. Yapıya betonarme perde, çelik çapraz vb. ekleyerek yatay rijitliğin arttırılması, dolayısı ile göreli kat ötelememelerinin ve yapı elemanlarındaki yer değiştirme isteminin azaltılması. ii. Yerdeğiştirme kapasitesi yetersiz elemanlarda, lokal olarak, mantolama veya fiber elyaf malzeme ile sargılama gibi kapasiteyi arttırıcı güçlendirme yöntemleri uygulanması. Geleneksel yöntemlerden farklı olarak deprem yalıtım sistemlerinin (sismik izolasyon) kullanıldığı durumlarda, depremin yerdeğiştirme talebi, yalıtım birimleri (sismik izolatör) tarafından karşılanmakta ve deprem enerjisi sönümlenerek üst yapıya etki eden deprem yüklerinde dolayısı ile göreli kat ötelemelerinde büyük oranda azalma elde edilmektedir. Bu bildiride geleneksel yöntemler ile deprem yalıtım sistemleri kullanılarak yapılan güçlendirme çalışmaları karşılaştırılmakta ve günümüzde Türkiye de uygulanmış deprem yalıtımlı güçlendirme projeleri ile ilgili kısa bilgi verilmektedir. Anahtar Kelimeler: Deprem yalıtımı, izolatör, güçlendirme, sismik izolasyon 1. GİRİŞ Dünyadaki modern deprem yönetmeliklerindeki tasarım felsefesi olan can güvenliği hedefi günümüzde Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY2007) için de geçerlidir. Bu hedef sadece yapıdaki taşıyıcı elemanların deprem davranışlarını kontrol etmektedir. Ayrıca can güvenliği hedefini sağlayan, deprem yönetmeliğine uygun tasarlanmış ve detaylandırılmış bir yapıdaki taşıyıcı sistem elamanlarında belirli bir oranda hasara izin verilmektedir. Diğer bir değiş ile deprem yönetmeliği kurallarına uygun olarak yapılmış bir binanın deprem sonrası hasar yapısal hasar görmesi kaçınılmaz bir durumdur. Deprem yönetmeliği tasarım yaklaşımının bina hasar ilişkisi Şekil-1 de gösterilmiştir. Geçmiş yıllarda meydana gelen depremlerin ülke ekonomisine getirdiği büyük etkinin ana kaynaklarından biri de belirli derecede hasar görmesine izin verilerek tasarlanan yapılardır. Özellikle son 10 yılda hızla artan yapı stoğu ve bu alandaki maliyetlerin giderek yükselmesi, olası bir deprem sonrası büyük bir ekonomik riski beraberinde getirmektedir. Söz konusu riskin azaltılması hatta minimum düzeye indirilmesi için deprem mühendisliği alanında çeşitli araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmaların sonucunda geliştirilen yöntemlerden biri de deprem yalıtım teknolojisidir. Deprem yalıtımı teknolojisi son 25 yılda uygulama sayısı giderek artan, deprem riski yüksek bölgelerde deprem kayıplarının azaltılması amacı ile geliştirilmiş bir deprem mühendisliği uygulamasıdır. Tüm dünyada deprem sonrası meydana gelen yapısal ve yapısal olmayan hasarlar ekonomik kaybın en önemli kaynağı olduğu geçmiş depremlerde görülmüştür. 204

3 Son yıllarda dünyada ve ülkemizde meydana gelen depremler sonucunda ortaya çıkan yapısal ve yapısal olmayan hasalar, iş gücü ve üretim kayıpları düşünüldüğünde söz konusu maliyetler ülke ekonomilerinde ciddi etkiler yaratmıştır. Şekil 1. Deprem yönetmeliği tasarım felsefesi 2. DEPREM YALITIM FELSEFESİ Yapılardaki deprem hasarlarının azaltılması için yapının belirli düzlemlerine deprem yalıtım birimi olarak adlandırılan cihazların yerleştirilmesi ile yapıların deprem davranışları değiştirilmekte ve böylece hasar görmeleri önlenebilmektedir. Deprem yalıtım uygulamasının binaların deprem davranışını değiştirmesi Şekil-2 de gösterilmiştir. Şekil 2. Deprem yalıtımlı binanın davranışı Deprem yalıtımı uygulaması ile binaya etkiyen deprem yükleri oldukça azaltılmakta ve böylece binanın taşıyıcı sistemini oluşturan kolon, kiriş ve perde gibi elemanların hasar görmesi engellenmektedir. Bu uygulama sadece yapısal elemanları değil bina içindeki eşya ve ekipmanların da devrilmesi ya da hareket etmesini engellemektedir. Özellikle depremden hemen sonra kullanılması gerekli olan hastane, iletişim binaları, enerji santralleri gibi kritik binaların klasik tasarım ile beklenen davranışı göstermesi oldukça zor bir süreçtir. Diğer yandan binaların içinde bulunan eşya ve ekipmanların yatırım maliyetleri düşünüldüğünde söz konusu elemanlarda oluşabilecek hasarlar çok büyük ekonomik boyutlara ulaşabilecektir. Yapısal olmayan elemanlarında deprem güvenliğini sağlayan bu uygulama iş sürekliliği kavramının gerçekleştirilebilmesi için rasyonel deprem tasarım yaklaşımıdır. 205

4 3. DEPREM YÖNETMELİKLERİNDE DEPREM YALITIMI 2007 yılından beri yürürlükte olan Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY2007) madde da deprem yalıtımlı binaların yönetmelik kapsamında olmadığı açıkça belirtilmiştir. Deprem yalıtımlı bina tasarımı için en sık başvurulan yönetmelik, Amerika İnşaat Mühendisleri Birliği (ASCE) tarafından hazırlanan ve 2010 yılında yürürlüğe giren ASCE/SEI 7-10 yönetmeliğinin 17. bölümüdür. Bu yönetmelik kapsamında daha çok deprem yalıtımlı bina tasarımına ve yalıtım birimi testlerine vurgu yapılmakta, deprem yalıtım sistemi tasarımına ise değinilmemektedir. Deprem yalıtımlı bina tasarımında diğer sıklıkla başvurulan yönetmelik ise Avrupa Standartları tarafından yayınlanan depreme dayanıklı yapı tasarımını işleyen Eurocode 8 ve depreme karşı kullanılan cihazların tasarımını, testlerini, üretim koşullarını belirleyen EN15129 gelmektedir. ASCE/SEI 7-10 dan farklı olarak EN15129 da yapısal tasarım ile ilgili hiçbir konu bulunmayıp tamamıyla bu cihazların tasarımı ve imalatı ile ilgili hususlar ele alınmaktadır. Bunlar dışında deprem yalıtım konusunun işlendiği diğer yönetmelikler, köprü tasarımı için kullanılan AASHTO 2010, Japon Sismik İzolasyon Yönetmeliği MLIT 2000, Çin Deprem Yönetmeliği GB , Tayvan Deprem Yalıtımlı Bina Yönetmeliği 2002 ve Meksika Deprem Yönetmeliği MOC-2012 dir yılında Deprem İzolasyon Derneği tarafından, Bina Deprem Yalıtım Yönetmeliği taslak olarak yayınlanmıştır yılında Sağlık Bakanlığı tarafından yayınlanan bir genelge ile 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde, 100 yatak ve üzeri hastanelerin taşıyıcı sistemleri sismik izolatörlü olarak projelendirilmesi zorunlu tutulmuştur. Bu genelge eki olarak Deprem Yalıtımlı Olarak İnşa Edilecek Yapılara Ait Proje ve Yapım İşlerinde Uyulması Gereken Asgari Standartlar yayınlanmıştır. Bu genelge eki her ne kadar yeterli olmayıp eksik/yanlış bilgiler içerse de bu zamana kadar projelendirilen bütün deprem yalıtımlı sağlık yapısı projelerinde dikkate alınmıştır. Başbakanlık Afet ve Acil Durum yönetimi Başkanlığı (AFAD), 2012 yılında, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (2007) nin geliştirilmesi ve güncellenmesi için çalışma başlatmış ve Pasif Yapısal Kontrol (Deprem Yalıtımı ve Söndürümü) komisyonu Prof.Dr. Mustafa Erdik başkanlığında kurulmuştur. Aradan geçen 4 yıl sonunda, 2016 yılı Haziran ayında Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği nin (TBDY2016) taslak versiyonu yayınlanmış, 2018 yılının ilk yarısında ise resmi versiyonun yayınlanması beklenmektedir. 4. DEPREM YALITIMI İLE GÜÇLENDİRME Deprem yalıtım sistemlerinin kullanıldığı güçlendirme çalışmalarında esas hedef yalıtım birimlerinin üzerinde kalan katlarda ek güçlendirme çalışması yapılmaması veya minimize edilmesidir. Geleneksel yöntemler ile yapılan güçlendirmelerde binanın tüm katlarında betonarme perde eklenmesi, kolon mantolaması vb. güçlendirme uygulamaları nedeni ile bina mahallerinde daralmalar ve kullanımda aksamalar olması muhtemeldir. Deprem yalıtım sistemi ile yapılan güçlendirmelerde ise çalışmaların tamamına yakını yalıtım birimlerinin yerleştirileceği katta olacağı için böyle bir durum söz konusu değildir. 206

5 Hatta bodrum katta yapılan güçlendirme çalışmaları esnasında, üst katlarda hizmete devam edilebilir yılında deprem yalıtım teknolojisi kullanılarak güçlendirilen Yeni Zelanda Wellington Victoria Üniversitesi bünyesindeki Rankine Brown Binası buna bir örnek olarak verilebilir. Söz konusu bina kütüphane olarak hizmet vermekte olup, bina kolonlarının kesilerek yalıtım birimlerinin yerleştirilmesi esnasında kütüphane faaliyetine devam etmiştir. Resim 1. Wellington Victoria Üniversitesi Rankine Brown Binası nda deprem yalıtımı ile güçlendirme çalışmaları Geleneksel yöntemler ile yapılan güçlendirme imalatları sırasında gerçekleştirilecek ıslak imalatlar, kir ve toz nedeni ile binanın güçlendirme çalışmaları süresince tahliye edilmesi gerekmektedir. Deprem yalıtımı ile güçlendirme çalışmaları sürerken binanın kullanımına devam etmesinin getireceği ekonomik katkı ise ayrıca değerlendirilmelidir. Her ne kadar TBDY2016 da güçlendirilen binalar için belirlenen performans hedefleri DBYBHY2007 deki performans hedeflerinden büyük farklılık göstermese de deprem yalıtım sistemlerinin kullanımı ile aynı deprem düzeyinde daha büyük performans hedefi elde etmek hiç de zor olmayacaktır. Örneğin konut veya işyeri olarak tasarlanmış bir bina, deprem yalıtımı yapılarak çok rahatlıkla hastane veya okul için belirlenen performans hedeflerine ulaşabilecektir. Deprem yalıtımı ile güçlendirilecek binalarda ilk aranan kural belirli bir seviyede mühendislik hizmeti almış ve malzeme kalitesinin en azından orta düzeyde olmasıdır. Beton kalitesi çok düşük binalarda da deprem yalıtımı ile güçlendirme uygulanabileceği gibi bu durum deprem yalıtımının getirdiği, yalıtım düzlemi üstünde kalan katlarda güçlendirme yapılmaması avantajını ortadan kaldırabilecektir. Üst katlarda yapılacak lokal güçlendirme çalışmaları ile malzeme kalitesi düşük olan binalara da deprem yalıtımı uygulanabilir. Yalıtım sisteminin hareketini sağlayacak mesafeden yoksun veya bitişik nizamdaki binalarda deprem yalıtımının genel prensibi olarak deprem yalıtımı ile güçlendirme uygulanamamaktadır. Ancak bitişik nizamda bulunan binaların birbirlerine uygun güçlendirme yöntemleri ile bağlanması ve komşu binaların tek bir blok haline getirilmesi koşulu ile deprem yalıtımı uygulanabilir. Bodrum kata sahip binalar deprem yalıtımı ile güçlendirme için uygun binalardır. Yalıtım birimlerinin yerleştirilmesi için bodrum katta uygun çalışma ortam yaratılarak, yalıtım birimi yerleşecek kolon hidrolik krikolar ile askıya alınır, kolon parçası kesilir ve yalıtım birimi yerleştirilir. Gerekmediği sürece üst katlarda herhangi bir çalışmaya gerek yoktur. Bodrum katı olmayan binalarda ise uygulama daha zor olsa da imkânsız değildir. Binanın temel seviyesinde yaratılacak ilave bir radye temel ve mevcut temel ile ilave radye temel arasına yerleştirilen hidrolik krikolar yardımı ile bina tümden yalıtım birimin yerleştirilebileceği kadar havaya kaldırılarak yalıtım birimleri yerleştirilebilir ve bina 207

6 güçlendirilir. Bu tarz uygulamalara özellikle 2009 L Aquila depremi sonrasında İtalya da rastlamaktayız (Resim-2,3,4,5). Resim 2. L Aquila 2009 depreminde hasar görmüş betonarme konut binası Resim 3. Konut binası ilave temel döşemesi üzerinde hidrolik krikoların yerleşimi Resim 4. İlave radye temel ve mevcut radye temel sistemi İlave radye temel Yalıtım Birimleri Mevcut radye temel Resim 5. İlave radye temel, mevcut radye temel ve yalıtım birimleri 208

7 5. TÜRKİYE DE DEPREM YALITIMI İLE GÜÇLENDİRME UYGULAMALARI Türkiye de deprem yalıtımı teknolojisi kullanılarak güçlendirilen ilk yapı olarak İstanbul Atatürk Havalimanı Dış Hatlar Terminali kabul edilmektedir (2000). Atatürk Havalimanı yeni dış hatlar terminali inşaat aşamasındayken 1999 İzmit ve Düzce depremleri meydana gelmiş ve inşa halindeki terminal binası hasar görmüştür. Geleneksel yöntemlerle inşa edilmekte olan terminal binası deprem olduğunda kaba inşaatı bitmiş vaziyetteydi ve depremde hasar gördü. Terminal binası18 adet bloktan oluşmaktaydı. Bu 18 blok uygun yöntemler ile birleştirilmiş ve tüm kolonları mantolanarak güçlendirilmiştir. Daha sonra çatı sistemi hidrolik kriko yardımı askıya alınarak mantolanmış kolonlar kesilmiş ve 162 adet sürtünmeli sarkaç tipindeki izolatörler çatı ile kolon arasına yerleştirilmiştir Resim 6. Atatürk Havalimanı Dış Hatlar Terminali İzmit ve Düzce depremlerinde hasar gören bir diğer yapı ise Bolu Viyadükleridir. Deprem tehlike analizlerinde viyadük altından geçen fay tespit edilememiş ve 12 Kasım Düzce depreminde köprü kirişlerinin altındaki yerdeğiştirme kapasitesi yetersiz histeretik enerji sönümleyici cihazlar hasar görmüştür. Daha sonra bu enerji sönümleyiciler yerine, sürtünme esası ile çalışan eğrisel yüzeyli yalıtım birimleri yerleştirilmiştir. Resim 7. Bolu Viyadüğünde 12 Kasım 1999 Düzce depreminde hasar gören enerji sönümleyiciler ve deprem sonrası yerleştirilen yalıtım birimleri Bir diğer deprem yalıtımı ile güçlendirme örneği ise 2005 yılında güçlendirilen 50,000m 2 kapalı alana sahip Antalya Havalimanı Dış Hatlar Terminali dir. 411 adet kolon kesilerek kurşun çekirdekli kauçuk yalıtım birimi yerleştirilmiştir. Aynı şekilde yapının mevcut perdeleri de kesilerek kayıcı mesnetler yerleştirilmiştir. 209

8 Resim 7. Antalya Havalimanı Dış Hatlar Terminali kolonlarının kesilerek yerleştirilen deprem yalıtım birimleri Yine 17 Ağustos 1999 İzmit Depreminde hasar gören İstanbul Büyük Tarabya Oteli, 2005 yılında eğrisel yüzeyli sürtünmeli sarkaç tipi yalıtım birimleri kullanılarak güçlendirilmiş fakat daha sonra işletmesel ve mimari kaygılar nedeni ile yalıtım birimleri sökülerek bina yeniden geleneksel yöntemlerle inşa edilmiştir. Resim 8. Büyük Tarabya Oteli ve güçlendirmede kullanılan yalıtım birimleri 1991 yılında inşa edilen Marmara Üniversitesi Başıbüyük Eğitim ve Araştırma Hastanesi, 113,000m 2 kapalı alana sahip ve 16 bloktan oluşmaktadır. Bloklar arası kat sayıları farklılık göstermektedir (Şekil 3). Söz konusu hastane 2002 yılında geleneksel yöntemlerle betonarme perde ekleyerek ve kolon mantolayarak güçlendirilmiştir. İstanbul Proje Koordinasyon Birimi (IPKB) tarafından yürütülen ISMEP Projesi kapsamında tekrardan değerlendirilen binanın DBYBHY2007 performans gereklerini sağlamadığı tespit edilmiş ve tekrardan güçlendirme kararı alınmıştır. Bu bağlamda deprem yalıtımı ile güçlendirme proje çalışması tamamlanmış ve hastanenin deprem yalıtımı teknolojisi kullanılarak tekrardan güçlendirilmesine 2012 yılında başlanmıştır yılı sonu itibari ile kullanıma açılması planlanan hastane, inşa tarihinden itibaren aradan geçen 26 yıl boyunca hiç hizmet vermemiştir. Güçlendirme kapsamında yapı kolon ve perdeleri kesilerek toplamda 841 adet yalıtım birimi yerleştirilmiştir (Şekil 4). Resim 9. Marmara Üniversitesi Başıbüyük Eğitim ve Araştırma Hastanesi 210

9 Şekil 3. Marmara Üniversitesi Başıbüyük Eğitim ve Araştırma Hastanesi blok yerleşimi ve kat adetleri Şekil 4. Marmara Üniversitesi Başıbüyük Eğitim ve Araştırma Hastanesi yalıtım birimi yerleştirme yöntemi Resim 10. Marmara Üniversitesi Başıbüyük EAH kolon askıya alma yöntemi ve yalıtım birimleri 211

10 İstanbul Kadıköy de bulunan ve kentsel dönüşüm kapsamında deprem yalıtım birimleri ile güçlendirme kararı alınan Moda Gurup Apartmanı 11 katlıdır. Binanın yıkılıp yeniden yapılması durumunda 2 kat kaybetme durumu olduğu için güçlendirme kararı alınmıştır. Deprem yalıtımı teknolojisi ile yapılacak güçlendirme sayesinde herhangi bir kat kaybı olmadan, kat malikleri dairelerini boşaltmadan güçlendirme çalışmaları yapılabilecektir. 33 adet kauçuk izolatör Marmara Üniversitesi Başıbüyük EAH de olduğu gibi kolonlar kesilerek yerleştirilecektir. Resim 11. Kentsel dönüşüm kapsamında deprem yalıtım teknolojisi ile güçlendirilecek olan Moda Gurup Apartmanı İstanbul Göztepe de bulunan, köprü tarzında inşa edilmiş, yığma taşıyıcı sisteme sahip ve anıtsal nitelikteki Göztepe Tren İstasyonunun mevcut taşıyıcı ayakları arasındaki mesafe, Marmaray CR3 projesi kapsamında istasyon altından geçecek 3 tren hattı için yeterli olmayınca deprem yalıtım teknolojisi kullanılarak güçlendirilmesi kararı alınmıştır. Henüz proje aşamasında olan uygulama gereği, yığma istasyon yapısını taşıyan ayaklar kesilecek ve yeni tren hattı kotu ve güzergahına uygun olacak şekilde inşa edilecek betonarme taşıyıcılar üzerine yerleştirilecek yalıtım birimleri ile binanın güçlendirilmesi önerilmektedir (Şekil 5). 212

11 Resim 11. Tarihi Göztepe Tren İstasyonu Şekil 5. Tarihi Göztepe Tren İstasyonu için deprem yalıtım teknolojisi kullanılarak oluşturulmuş yeni öneri taşıyıcı sistem 6. SONUÇ Deprem yalıtım teknolojisi kullanılarak yapılan güçlendirme, bir yandan geleneksel güçlendirme yöntemlerine alternatif olurken diğer yandan ise getirdiği üstün deprem performansı ile deprem sonrası oluşacak yapısal ve yapısal olmayan hasarın önüne geçmektedir. Türkiye de de hızla gelişmekte olan deprem yalıtım teknolojisi 2016 yılında taslak versiyonu yayınlanan ve 2018 yılının ilk yarısında resmi olarak yürürlüğe girmesi düşünülen Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği nde de kendine yer bulmuştur. Halihazırda havaalanı, köprü, hastane gibi farklı tipteki uygulamalarda kullanılan deprem yalıtım teknolojisi, kentsel dönüşümde ve özel sektörde de tercih edilmeye başlanmıştır. Deprem yalıtım teknolojisi ile güçlendirilen binaların, güçlendirme çalışmaları tarafından tahliye edilmesine gerek olmaması, bina sakinlerinin konforu ve ekonomik açıdan avantaj sunmaktadır. YARARLANILAN KAYNAKLAR 1. W.D.Clark, J.E. Mason, Base Isolation of an Existing 10-Storey Building to Enhance Earthquake Resistance, NZSEE Annual Conference, Rotorua, New Zealand, Havalimanı Referansları, Doka Endüstri, websitesi 3. Engineered Solutions that Minimize Seismic Damage, Earthquake Protection Systems, sunum, California, USA 4. A.Marioni, M.Gerçek, Applications of Antiseismic Devices in Turkey, Sunum, Moda Grup Apartmanı Yapısal Güçlendirme Projesi Güçlendirme Hesap Raporu, Ülker Mühendislik, Ekim Marmara Üniversitesi Başıbüyük Hastanesi Deprem İzolatörleri Kullanılarak Güçlendirilmesi Projesi, Freysaş, websitesi 7. Tarihi Marmaray Göztepe İstasyonu Güçlendirme Öneri Raporu, OBS Proje Mühendislik Müşavirlik Ltd. Şti.,

12 214