Önceki Depremlerden Edinilen Tecrübeler ZEMİN ile ilgili tehlikeler Yapı Elemanlarının Davranışı Yrd. Doç. Dr. Barış ÖZKUL MİMARİ tasarım dolayısıyla oluşan hatalar 1- Burulmalı Binalar (A1) 2- Döşeme Süreksizlikleri (A2) 3- Girinti ve Çıkıntılar (A3) 4- Yumuşak Kat (B1-B2) 5- Düşey Süreksizlikler (B3) STATİK tasarım dolayısıyla oluşan hatalar 1- Yanlış Taşıyıcı Sistem Seçimi 2- Güçlü Kiriş Zayıf Kolon Teşkili 3- Rijit Olmayan Düğüm Noktası Teşkili 4- Malzeme Kalitesi Yetersizliği İŞÇİLİK ve KULLANICI hataları 6- Kısa Kolonlar 7- Bitişik Nizam Yapılar 8- Ağır Döşemeler 9- Ağır Cephe Panelleri 5- Gereksiz Saplamalar 6- Kirişsiz Döşemelerde Zımbalama 7- Balkonlarda Donatı Hataları KISA KOLONLAR Herhangi bir katın kolonları arasında dolgu duvarları kat yüksekliği boyunca örülmeyip ışıklık ve benzeri nedenlerle, belli bir yüksekliğe kadar örülürse kısa kolonlar oluşur. Kısa kolonlara gelen kesme kuvvetleri, depremde normal yükseklikteki katın kolonlarına gelen kesme kuvvetinden çok fazladır. Kolon kısaltıldıkça üzerine aldığı kesme kuvveti; kolonun ilk boyunun, kısaltılmış boyuna oranının küpü ile orantılı olarak artmaktadır. V 1 = V 0 (L 0 /L 1 ) 3 Kolon boyu yarısına indirilmiş bir kısa kolona gelen kesme kuvveti 8 kat artmaktadır. Video (Kısa Kolon) L 0 L 1 TDY 2007, Madde 3.3.8 e göre kısa kolona etkiyen maksimum kesme kuvvetinin değeri; V e =(1.4M ralt + 1.4M rüst )/l n ile hesaplanacaktır. 23 Aralık 1972, Managua, M=6.2 Yüksek Kiriş veya Dolgu Duvar
12.05.1971 Burdur 22.05.1971 Bingöl, M=6.7 27.06.1998, Adana, M=5.9 10.10.1980 Cezayir, M=7.2
3 Şubat 2002, Afyon, M=6.0 Bitişik Nizam Yapılar Birbirine bitişik olarak inşa edilen binalar deprem sırasında eğer aralarında yeterli mesafe yoksa birbirlerine çarparak beklenmedik ağır hasarlara neden olabilirler. Özellikle farklı periyotlara sahip komşu binaların yatay deplasmanları, belli bir anda birbirinin aksi yönünde gerçekleşirse, o iki binanın çarpışmaması için aralarındaki en küçük boşluğun her iki binanın birbirlerine doğru maksimum yatay deplasmanlarının toplamından daha büyük olması gerekir.
TDY 2007 ye göre, İki yapı arasındaki minimum mesafe; 1) Her iki binanın hesaplanan maksimum deplasmanlarının karelerinin toplamının karekökünün aşağıda belirtilen katsayısı ile çarpımından küçük olmayacaktır. Komşu Binaların veya Bina Bloklarının kat döşemelerinin bütün katlarda aynı seviyede olmaları durumunda =R/4 Komşu Binaların veya Bina Bloklarının kat döşemelerinin bazı katlarda olsa bile, farklı seviyelerde olmaları durumunda tüm bina için =R/2 alınacaktır. 2) Bırakılacak minimum derz boşluğu, 6m yüksekliğe kadar en az 3cm olacak bu değere 6m den sonraki her 3m yükseklik için en az 1 cm eklenecektir. Örnek: Yapı Yükseklikleri 15 m ve 12 m olan, taşıyıcı sistemleri tamamı sünek çerçeveler ile oluşturulmuş, kat döşemeleri bütün katlarda aynı seviyede olan ve statik hesap sonucu maksimum deplasmanları sırasıyla 6 cm ve 8 cm olan iki komşu yapı için bırakılması gereken derz boşluğu; 1) =R/4 =8/4 =2 (6 2 +8 2 ) 0.5 = 10 cm 2 x 10 = 20 cm 2) Yapı yüksekliği 15m olan yapı için 2. maddeye göre minimum bırakılması gereken derz boşluğu 6 cm dir. 20 cm 19 Eylül 1985, Meksika, M=8.1 19 Eylül 1985, Meksika, M=8.1 1 Ekim 1995, Dinar, M=5.9
AĞIR DÖŞEMELER Kimi zaman çeşitli nedenlerle binaların bazı katlarına gereksiz ağırlıklar yığılabilmektedir. Bazen bir katın balkonunun kömürlük olarak kullanılması, bazen teras katlarına toprak dökülmek sureti ile çiçeklik olarak kullanılması, kimi zaman da en üst kata çakıl yığılarak izolasyon yapılmaya çalışılması gibi durumlarla karşılaşılmaktadır. Yapıda gereksiz yere ağır bir kütlenin oluşturulması ile taşıyıcı sistem depremde risk altına girebilmektedir. Ağır kütleler deprem titreşimi sırasında civarındaki kiriş ve kolonları aşırı derecede yükleyerek göçmeye sebep olabilmektedirler. Böylesi bir riski önlemek için, bina içinde ağır kütlelerin oluşmasından ve kütlelerin üniform yayılmasını engelleyecek tasarım alternatiflerinden kaçınmak gerekir. 09.02.1971, ABD, M=6.5 AĞIR CEPHE PANELLERİ Binaların cephelerini giydirmek amacıyla yerleştirilen ağır paneller yapının sismik davranışını olumsuz yönde etkileyebilmektedirler. Yapıya gereksiz ek ağırlık ve dolayısıyla ek deprem kuvvetleri etkimesine sebep olarak, yapıda hasar oluşmasına yol açabilmektedirler. Kimi zaman depremin oluşturduğu titreşimler ile bağlantı noktalarından koparak beklenmedik can ve mal kayıplarına sebep olabilen bu tür ağır panellerin teşkilinden kaçınılmalıdır. Gereksiz yere risk almamak için, cephe kaplaması olarak beton paneller, sandviç paneller kullanmak yerine, ince metalik malzemeden yapılmış hafif kaplama malzemeleri tercih edilmelidir.
STATİK TASARIM DOLAYISIYLA OLUŞAN HATALAR Taşıyıcı Sistem Seçimi Bugüne kadar depremlerde binaların yıkılmaması en önemli kaygımızdı. Halbuki, gittikçe deprem güvenliği ilkesinin içine, yıkılmayı önlemekten çok hasarın kontrol altında tutulması çabaları girmektedir. Hasarı kontrol altında tutabilmenin en etkin ve mantıklı yolu, binaya deprem perdeleri yerleştirmektir. Geçmiş deprem hasarlarının incelenmesi bize gösteriyor ki; betonarme binaları deprem perdesiz inşa etmek hiç de akıllı bir davranış değildir. Depremlerde binaların göçmesi genellikle kat arası rölatif deplasmanların, beklenilenden büyük olması sonucu, kolonların yıkılmasından ileri gelmektedir. Yatay deprem yükleri kiriş-kolonlardan ibaret çerçeveler yerine, birbirine dik her iki yönde, betonarme perdeler ile tasarlanırsa, perdelerin rijitliği nedeni ile kat arası rölatif deplasmanlar küçülür ve böylece hasar ihtimali azalır. Mark FİNTEL
Çok katlı yapılara ait taşıyıcı sistemlerin yatay yükler altında deformasyonu iki farklı şekilde tanımlanabilir. Kirişleri sonsuz rijit kabul edilen çerçevelerin yatay yük altındaki deplasmanı (a) da gösterildiği gibi kayma deformasyonları şeklinde oluşur. (b) de gösterilen perde ise, yatay yükler altında bir konsol kiriş gibi davrandığından, esas olarak eğilme deformasyonlarına maruzdur. Perde-çerçeve etkileşimli yapılardaki yatay deformasyon kayma ve eğilme deformasyonlarının arasında bir durumdadır. Genel olarak (c) de görüldüğü gibi perde ve çerçeveler arasında üst katlarda çekme ve alt katlarda basınç kuvvetleri oluşur. Etkileşim Kuvvetleri (a) (b) (c) Çerçeve türü yapılar; eğer yapı gerçekten sağlıklı ve sünek bir davranış sergilerse taşıma gücü ve stabilitesini yitirmeksizin büyük deformasyonlar yapabilir ve böylece yeterli enerji tüketebilir. Bu nedenle, sünekliği sağlamaya yönelik, donatı detaylandırma koşulları çok büyük önem taşımaktadır. Bu koşulların sağlanamadığı çerçeve yapılar yapacakları yatay ötelemeler dolayısıyla deprem anında göçme tehlikesi ile burun buruna gelmektedirler. Taşıyıcı sisteminde betonarme perde bulunan yapıların depremi hasarsız yada kolay onarılabilir hasarla atlatmış olduğu önceki depremlerde gözlemlenmiştir. Bu gözlem, perde etkisiyle yanal rijitliği yeterli düzeyde olan yapıların daha sağlıklı davranış gösterdiğini, hatta bu yapılarda, bazı yapısal kusurlar bulunsa dahi yapının tümden göçmesinin engellendiğini göstermektedir. Yapı hasarı, genellikle yetersiz yanal rijitlik sonucu oluşan aşırı yatay deplasmanlardan kaynaklanmaktadır. Sünekliğin sağlanamadığı çerçeveler bu düzeydeki yatay ötelemelere uyum sağlayamayarak ağır hasara uğramaktadırlar. Oysa betonarme perde duvarlar yatay ötelemeyi sınırlayarak bu sorunun çözümüne büyük ölçüde yardımcı olabilmektedir. Güçlü Kiriş Zayıf Kolon Teşkili Bir elemanda bir bölgede bulunan kesitlerin dayanımına ulaşıp plastik deformasyon yapmaya başlamasına mafsallaşma denilir. Binanın tasarım depreminin üzerindeki şiddetli bir depremin oluşturduğu deprem kuvvetleri karşısında sünek davranış göstererek enerji tüketebilmesi ancak plastik mafsal oluşumu ile mümkün olmaktadır. Başka bir ifadeyle yapının hasar görerek enerji yutması plastik mafsalda olmaktadır. Burada önemli olan nokta plastik mafsalın nerede oluşacağıdır. Yapı sistemlerinde başlıca iki tür göçme modu izlenmektedir. 1) KOLON MEKANİZMASI İLE GÖÇME MODU 2) KİRİŞ MEKANİZMASI İLE GÖÇME MODU Kiriş Kiriş Kolon Kolon (1) (2)
1) KOLON MEKANİZMASI İLE GÖÇME MODU Bu göçme biçiminde kolonlar, kirişlerden önce mafsallaşmaktadır. Mafsallaşma, daha çok zorlanan ilk katlarda oluşmaktadır. Bu göçme biçiminde, yapı küçük deplasmanlar yaparak az miktarda enerji tüketmek sureti ile göçme meydana gelmektedir. TDY 2007 de, Binaların taşıyıcı sistemlerinde, her bir kolon kiriş düğüm noktasına birleşen kolonların taşıma gücü momentlerinin toplamı, o düğüm noktasında, göz önüne alınan deprem yönünde, birleşen kirişlerin taşıma gücü momentleri toplamından en az %20 daha büyük olacaktır denilmektedir. 2) KİRİŞ MEKANİZMASI İLE GÖÇME MODU Bu göçme biçiminde, mafsallar kiriş uçlarında oluşmaktadır. Mafsalların kiriş uçlarında oluşması için kolonların kirişlerden daha güçlü tasarlanması gerekmektedir. Plastik mafsalların kiriş uçlarında oluşması durumunda kolon uçlarında mafsallaşma olması durumuna göre daha fazla enerji tüketilebilmektedir. 22 Temmuz 1967, Sakarya, M=7.0 22 Temmuz 1967, Sakarya, M=7.0 1 Mayıs 2003, Bingöl, M = 6.4
Yapı inşa halinde olmasına ve üzerinde kendi ağırlığı dışında Rijit Olmayan Düğüm Noktası Teşkili hiçbir yük bulunmamasına rağmen yapılan hatalar sonucu hasara uğramış ama hiç olmazsa mafsallaşma kiriş uçlarında oluşmuş. Depreme dayanıklı yapı tasarımında genel eğilim, sünek taşıyıcı sistemlerin teşvik edilmesi şeklindedir. Bunun yanı sıra taşıyıcı sistemde yatay yer değiştirmeleri sınırlandıracak yeterli rijitliğin oluşturulması da en az süneklik kadar önemlidir. Yapıda büyük hasarların ve tümden göçmenin önlenmesi, taşıyıcı sistemin yatay yük dayanımının büyük bir kısmını büyük elastik ötesi yer değiştirmelerde de devam ettirebilmesi ile mümkündür. Taşıyıcı sistem elemanlarının veya kullanılan malzemenin elastik ötesi davranışta da, şekil ve yer değiştirmeler artarken, dayanımın önemli bir kısmını sürdürme özelliği süneklik olarak isimlendirilir. Sünek kavramı, aynı zamanda büyük şekil ve yer değiştirme yapabilme, tekrarlı yüklemede enerji söndürebilme özelliğini de içerir.
Taşıyıcı sistem elemanlarının birbirlerine bağlandıkları bölgelerin yapıya etki edecek kuvvetleri aktarabilecek ve ortaya çıkan enerjiyi sönümleyebilecek şekilde düzenlenmesi gerekmektedir. Aksi halde düğüm noktasına bağlanan taşıyıcı sistem elemanları kapasitelerine ulaşmadan önce düğüm noktasında bir çözülme meydana gelerek yeterli enerjiyi sönümleyemeden yapının yatay yer değiştirmesinin hızla artmasına sebep olacaktır. Yatay yer değiştirmedeki bu artış ikinci mertebe etkileri ihmal edilebilir büyüklükten uzaklaştıracak ve yapıda stabilite kaybı söz konusu olabilecektir. Bu nedenle birleşim bölgesinde çözülmeyi güçleştirmek için, bu bölgelerde etriye sıklaştırmaları yapılmalı, bindirme boylarının yeterli düzeyde olmasına dikkat edilmelidir. TDY 2007 Madde 3.2.8.1 e göre; Etriyelerin her iki ucunun 135 o çirozların ise bir ucunun 90 o diğer ucunun 135 o kıvrımlı kanca yapılması ve bunların hem yatay hem de düşey doğrultuda şaşırtmalı olarak teşkil edilmesi gerektiği, minimum etriye çapının 8 olması gerektiği belirtilmektedir. Çap 5 etr 135 6 (10 ) 80 mm (100 mm) Kolonlar için; Madde 3.3.4.1 e göre; Her bir kolonun alt ve üst uçlarında özel sarılma bölgeleri oluşturulması gerektiği ve bu bölgelerin kolon kesitinin büyük boyundan, kolon serbest yüksekliğinin 1/6 sından ve 50 cm den daha büyük olamayacağı, etriyelerin aralıklarının ise kolonun en küçük kesit boyutunun 1/3 ünden ve 10 cm den fazla, 5 cm den daha az olamayacağı, Ayrıca, kuşatılmış kolon-kiriş birleşimlerinde kolon içinde kalan bölgede etriye aralığının alt kolon sarılma bölgesindeki donatının en az %40 ı ve 10 cm den az, kuşatılmamış kolon-kiriş birleşimlerinde ise kolon içinde kalan bölgede etriye aralığının alt kolon sarılma bölgesindeki donatının en az %60 ı ve 15 cm den az yapılamayacağı belirtilmektedir. Kirişler için; TDY2007 Madde 3.4.4 e göre; Kolon yüzünden itibaren kiriş derinliğinin iki katı kadar uzunluktaki bölge Sarılma Bölgesi olarak tanımlanacak ve bu bölge boyunca 3.2.8 de tanımlanan etriyeler kullanılacaktır. Sarılma bölgesinde, ilk etriyenin kolon yüzüne uzaklığı en çok 5 cm olacaktır. Etriye aralıkları kiriş yüksekliğinin 1/4 ünü, en küçük boyuna donatı çapının 8 katını ve 15 cm i aşmayacaktır, denilmektedir. 50 mm Kiriş sarılma bölgesi = 2 h k h k Kiriş orta bölgesi (minimum enine donatı TS-500 e göre) s k h k / 4 s k 8 ( = en küçük boyuna donatı çapı) s k 150 mm s k Kiriş sarılma bölgesi = 2 h k 17.01.1995, Kobe, Japonya, M=7.2 Ayrıca TS500 de kolon ve kirişlerin bindirme boyları için; Bindirmeli eklerde, bindirme boyunca sargı donatısı bulundurulması gereklidir. Sargı donatısının çapı, en az eklenen donatı çapının 1/3 ü veya 8 olmalıdır. Bindirme boyunca en az 6 sargı donatısı bulundurulmalı ve sargı donatısı aralığı eleman yüksekliğinin 1/4 ünden ve 200 mm den fazla olmamalıdır denilmektedir.
17.10.1989, San Francisco, ABD, M=7.1 17.10.1989, San Francisco, ABD, M=7.1 17.01.1995, Kobe, Japonya, M=7.2
Kolon Sarılma Hatası Yok!
Teşekkürler Haftaya; Statik Tasarım Hataları (Devam)