KOLON-KİRİŞ BİRLEŞİMLERİ MAFSALLI PREFABRİKE YAPILARDA DEPREM ETKİLERİNDEN OLUŞAN SORUNLAR VE ÖNERİLER Mustafa TÜRKMEN *, Fuat DEMİR *, İffet Feyza ÇIRAK * ve Hamide TEKELİ * *Süleyman Demirel Üniv., İnşaat Müh. Böl., Isparta ÖZET Ülkemizde yaygın olarak kullanılan, özellikle alttan ankastre üstten mafsallı tek katlı prefabrike yapıların depremlerde yeterli performansı gösteremediği ve bunun başlıca nedenlerinin mafsallı birleşim, özensiz yapım ve detay hataları ile yanlış sistem seçiminden kaynaklandığı bilinmektedir. Önlem alınmadığı taktirde, hasar sadece yapı hasarı ile sınırlı kalmamakta, daha çok sanayi yapılarında kullanılan prefabrike sistemlerin yıkılması neticesinde maddi hasar da çok fazla olmaktadır. Bu çalışmanın amacı; son yıllarda yurdumuzda meydana gelen depremlerde, prefabrike yapılarda ortaya çıkan hasarların incelenmesi ve Antalya yöresinde olası bir depremde bu tür yapılardaki hasarların önlenebilmesi veya en aza indirilmesi için alınması gereken önlemleri içermektedir. Anahtar Kelimeler: Mafsallı Bağlantı, Prefabrike Yapılar, Deprem Hasarı
SUGGESTIONS FOR PROBLEMS DUE TO EARTHQUAKE EFFECTS IN PRECAST STRUCTURES WITH HINGE JOINTED COLUMN-BEAM CONNECTIONS ABSTRACT It is known that, especially, fixed supported from the bottom and hinge supported from the top one-story precast structures which are commonly used in our country can not show the sufficient performance because of the connection details, inadequate construction techniques, errors in details, and selecting wrong systems. If necessary precautions are not taken, the damages are not only the structural damages, but also material damages occur. The aim of this study is; examining the damages occurred in precast structures subjected to the recent earthquakes in our country and to minimize the damages or to prevent the structures from the damages in Antalya region. Key Words: Jointed Constitutions, Precast Structures, Eartquake Damage 1.GİRİŞ Temel kavram olarak prefabrike betonarme eleman, bitmiş yapıdaki yerinden başka bir yerde dökülerek üretilmiş, taşınmış ve yerine monte edilmiş yapı elemanı olarak tarif edilebilmektedir. Hızlı montaj, nakliye kolaylığı ve modülerlik, prefabrike yapıların başlıca tercih nedenleridir. Prefabrike yapılar, birçok prefabrike betonarme elemanların birleşimi ile oluşturulabilmektedir. Bu elemanlar prefabrike kolon, kiriş, döşeme ve duvar elemanları gibi taşıyıcı; veya parapetler, güneş kırıcı cephe elemanları gibi yük taşımayan elemanlar olabilmektedir. Ülkemizde prefabrikasyon teknolojisi ile inşa edilmiş yapıların %70 i sanayi yapıları olarak kullanılmaktadır. Bu tür yapılar genellikle tek katlı, büyük açıklıklı kolon-kiriş ve çatı elemanlarının kullanıldığı, temelden ankastre kabul edilen, çerçeve tipi sistemlerdir (Şekil 1). Şekil 1. Tipik prefabrike sanayi yapısı Prefabrike betonarme elemanlar kullanılarak büyük açıklıklar geçilebilmektedir. Geçilebilecek açıklığın belirlenmesinde, statik sistemin ve taşıyıcı elemanların seçimi büyük rol oynar.
2. ÇALIŞMA YÖNTEMİ Ülkemizde yaygın biçimde uygulanan tek katlı çok açıklıklı endüstri türü prefabrike çerçeveli yapı sistemlerinde genel olarak kullanılmakta olan kolon-kiriş ve temel kolon bağlantı ayrıntıları Şekil 2 de verilmektedir. Şekil 2. Prefabrike çerçeveli yapıda kolon-kiriş bağlantı detayı [1] Şekil 3. Prefabrike çerçeveli yapıda kolon-temel bağlantı detayı [2]
Gerçekte prefabrike betonarme elemanlar, fabrikasyon üretiminde kalite kontrolünün sağlanabilmesi nedeni ile oldukça yüksek dayanımlı betonla üretilmekte; dolayısıyla, tek başlarına depremde hasar görmeyecek kadar yüksek malzeme kalitesine ve dayanım gücüne sahiptirler. Ancak, birleşim noktalarındaki zayıflıklar, bu çok sağlam elemanların oluşturduğu prefabrike sistemlerde çoğu zaman beklenmedik hasarlara neden olabilmektedir. Yani, prefabrike betonarme kolon, kiriş ve aşıkların beton ve donatı dayanımlarının "yüksek" olması bu yapıların depreme dayanıklı olmasını sağlayamamaktadır. Prefabrike yapılardaki en önemli sorunun; yatay yüklerin karşılanması ve rijit diyaframın sağlanamaması olduğu son depremlerden açıkça anlaşılmaktadır. Dolayısıyla, birleşim bölgeleri zayıf prefabrike betonarme çerçevelerde, gerekli önlemler alınmadığı taktirde şiddetli depremler altında sorun çıkması kaçınılmazdır. Bu zayıflığı gidermek için, kolonlar katların orta noktalarında, kirişler ise, deprem momentlerinin en etkin olduğu mesnet bölgelerinin dışında eklenerek avantaj sağlanabilmesi mümkün olabilmektedir. Yaşanan Son Depremlerde Prefabrike Endüstri Yapılarında Meydana Gelen Hasarlar Ülkemizde, son yıllarda meydana gelen depremlerde, özellikle 1998 Adana-Ceyhan ve 1999 Kocaeli depremlerinde, bazı prefabrike betonarme yapılar başarılı bir performans sergilemişlerse de, bazılarında maalesef çok acı tecrübeler yaşanmıştır. Depremlerden sonra yapılan, hasar incelemelerinde; deprem kuvvetinin, prefabrike çatı kirişlerinin yana devrilmesine neden olduğu görülmüştür. Devrilmenin etkisiyle, kolondaki konsoldan çıkan kirişin ucundaki betonlaşmış delikten geçen donatılar bükülmüş, delikten düşmüş ve devrilen kiriş yere düşmüştür (Şekil 4). Şekil 4. Prefabrike yapı kirişlerinin depremde yere düşmesi [3] Son yaşanan depremlerde; bazı binalarda, kolon tabanında plastik mafsallaşma izlenimini veren çatlama ve ezilmeler gözlenmiştir. Kolonlarda meydana gelen burkulma ve kırılmalar yük kabullerinin yanlışlığından, hesap hatalarından, detay hatalarından, yer değiştirme sınırlamalarına uyulmamasından, zemin özelliklerinin dikkate alınmamasından veya donatının simetrik şekilde yerleştirilmemesinden kaynaklanmaktadır [4].
Şekil 5. Prefabrike yapıda kolon altında meydana gelen kırılma [4] Depremlerdeki hasarlar incelendiğinde, kolonların 1998 Afet Yönetmeliğinde yanal ötelenme sınırını sağlayacak kesite sahip olmadığı görülmüştür. Yani yapıda yeterli yanal rijitlik sağlanamamıştır. Aşırı yanal ötelenme bağlantılarda aşırı zorlanmalara yol açmış ve zaten yetersiz olan bağlantılar kırılarak kirişlerin düşmesine neden olmuştur [5]. Prefabrike yapıları depreme dayanıklı yapmak için tasarım depremine karşı sünek davranış göstererek dayanması ve depremde oluşan yükleri karşılayabilecek rijitlikte olması hedeflenir [6]. Yetersiz rijitlik nedeniyle meydana gelen kolon hasarı Şekil 6 da verilmiştir. Şekil 6. Prefabrike yapı kolonunda meydana gelen hasar [5] mafsallaşma Şekil 7. Prefabrike yapı kolonu alt ucunda meydana gelen Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik te mafsal bağlantılı bu tür çerçeveler için davranış katsayısının (R) 5,0 olması öngörülmüştür. Bu birdöküm çerçeveye oranla yatay yüklerin %60 artması anlamına gelir. Yönetmelikte bu tür mafsallı bağlantılara ancak tek katlı yapılarda izin verilmektedir [5]. Deprem yapıya bir enerji yüklemesi yapar. Bu enerji yapı içerisinde tüketilmelidir. Kirişler, düğüm noktalarından mafsallı bağlantılı oldukları için, bu bölgelerde herhangi bir enerji tüketimi oluşmaz. Dolayısıyla mafsallı birleşimlerden oluşan prefabrike yapılarda
enerjinin tüketildiği tek yer kolonun temele ankastre bağlandığı bölgedir (Şekil 7). Ancak yapıyı ayakta tutan elemanlar kolonlar olduğu için, hasar görmesine müsaade edilmemelidir. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik te verilen (R) taşıyıcı sistem davranış katsayısının belirlediği düzeyde enerjiyi tüketebilen detayları uygulamak zorunludur. Son yıllarda yurdumuzda meydana gelen depremlerde hasar gören prefabrike betonarme yapı taşıyıcı sistemlerinin genel olarak, yaklaşık 20.00 m çerçeve açıklığına, 7.50 m çerçeve yüksekliğine, 7.50 m çerçeve aralıklarına sahip olduğu ve bu sistemlerin temelde ankastre, kolon-kiriş bağlantısı mafsallı olan çerçevelerden oluşturulduğu belirtilmektedir [3]. Antalya Yöresinde Prefabrike Endüstri Yapılarında Görülen Hasarlar Göçen veya kullanılamayacak kadar hasarlı olan prefabrike betonarme binalar incelendiğinde, sorunun genelde birleşim yerlerindeki zayıflıklar olduğu görülmüştür. Özellikle son yıllarda prefabrike yapılarda ortaya çıkan hasarlar ve bunların genel nedenleri bilinmesine rağmen, sanayileşmenin bir sonucu olarak, bu tür yapılaşmaya Antalya ve civar illerde hiçbir değişiklik yapılmadan devam edilmesi, olası bir depremde benzer hasarların peşinen kabul edilmesi anlamına gelmektedir. Antalya yöresinde yer alan çoğu prefabrike betonarme yapıların taşıyıcı sistemleri incelendiğinde, daha önce hasar görmüş yapılarla benzer özellikleri taşıdığı görülmektedir. Bu bölgede Ceyhan ve Adapazarı depremlerinde sonra yapılmış ve halen yapılmakta olan bazı prefabrike betonarme yapıların teknik özelliklerine bakıldığında, daha önceki depremlerde hasar gören prefabrike betonarme yapılarla aynı tipik özellikleri taşıdığı görülmektedir. Bu özellikler, 20 22 m çerçeve açıklığı, 8 10 m çerçeve yüksekliği ve yaklaşık 8 m çerçeve aralıkları şeklindedir. 1998 2003 yılları arasında benzer yapılaşma ile, Süleyman Demirel Üniversitesi kampüs alanı içerisinde yaklaşık 20.000 m 2 örtülü alan oluşturulmuştur. Şekil 8 de bu yapılardan biri verilmektedir. Bu yapıların bir kısmı işletime açılmış, bir kısmının ise, ince işleri halen devam etmektedir.
Şekil 8. Süleyman Demirel Üniversitesi kampüs alanı içerisinde görülen tipik prefabrike betonarme yapı Şekil 9. Süleyman Demirel Üniversitesi kampüs alanı içerisinde görülen tipik prefabrike betonarme yapıda kolon-kiriş birleşim bölgesi Kullanımı devam eden prefabrike betonarme binalarda, bir takım yapısal sorunlar ortaya çıkmıştır. Bu sorunların giderilmesi amacı ile bir çalışma başlatılmış ve yapılan incelemelerde; bazı prefabrike betonarme yapılarda, kolon ve temel betonlarında çözülmeler olduğu, donatıların korozyona uğradığı, zemine bağlı problemlerin daha belirgin olarak ortaya çıktığı görülmüştür. Bunun yanı sıra beton dayanımlarının bazı prefabrike betonarme yapılarda C14 seviyesinde olduğu belirlenmiştir. Bu dayanım, proje dayanımının yaklaşık olarak yarısına karşı gelmektedir. Zemindeki problemler ve malzeme dayanımındaki bu düşüklük, bazı prefabrike yapılarda kolon-kiriş bağlantısında, kiriş
mesnetlenme bölgesinde ezilme ve çatlakların ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu hasar türleri Şekil 10 da verilmiştir. Şekil 10. Antalya yöresinde prefabrike yapı kirişlerinde meydana gelen hasar Şekil 11. Antalya yöresinde prefabrike yapı kirişlerinde meydana gelen hasar
3. SONUÇ Betonarme prefabrike bir yapının deprem dahil, çeşitli yük etkileri altında sağlıklı bir davranış gösterebilmesi için, sadece hesaplarla yetinilmemelidir. İyi bir sistem seçilmeli, özellikle kolon boyutları büyük seçilmeli, donatı bilinçli detaylandırılmalı ve yapıma gereken özen gösterilmelidir. Sistem seçimi, hesap ve detaylandırmada ön koşul, iyi bir davranış bilgisidir. Ülkemizde gözlenen hasar ve göçmelerin çok büyük bir yüzdesi, hesap yanlışlıklarından değil, sistem ve detay hataları ile özensiz yapımdan kaynaklanmaktadır [7]. Ülkemizde yapılmakta olan betonarme prefabrike yapıların taşıyıcı sistemlerinin büyük bir çoğunluğu, mafsallı çerçevelerden oluşmaktadır. Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik-TDY-98 in, Prefabrike Binalara İlişkin Özel Koşullar (7.12.1) maddesinde, Endüstri yapısı türü tek katlı binalar dışında, bağlantıları mafsallı olan (moment aktaramayan) prefabrike çerçeve türü taşıyıcı sistemlere, her iki doğrultuda yatay deprem yüklerinin tamamını taşıyabilen yerinde dökme betonarme perdeler yapılması koşulu ile izin verilebilir ifadesi yer almaktadır [8]. Ancak yapılan bazı çalışmalarda [9], Amerikan UBC- 97 ve Avrupa Birliği Eurocode 8 98 Yönetmelikleri ile TDY-98 in bu tür yapıların tasarımı ile ilgili esasların karşılaştırılması sonucunda, TDY-98 in yetersiz kaldığı, bu nedenle bu ifadenin tek katlı prefabrike betonarme yapıları da kapsamasının uygun olacağı görüşlerine yer verilmiştir. Ülkemizde son yıllarda meydana gelen depremlerden dolayı prefabrike betonarme yapılardaki hasarların nedenleri ortada iken, taşıyıcı sistemi, özellikleri ve kolon-kiriş birleşim detayı hemen hemen aynı olan bu türde yapıların yapılmasına bölgemizde de devam edildiği görülmektedir. Prefabrike betonarme yapılarla ilgili bazı çalışmalarda [9], Deprem Yönetmeliği nin, Prefabrike Binalara İlişkin Özel Koşullar (7.12.1) maddesinin, tek katlı yapılar için yetersiz olduğu belirtilmiştir. Yönetmelikte, bu tür iyileştirmeler düşünülürken, yönetmelik ve şartnameler dikkate alınmadan, hasar gören prefabrike betonarme yapıların genel özelliklerini taşıyan, birçok prefabrike betonarme yapının yapılmış olması ve yapımına devam edilmesi son derece dikkat çekicidir. Uygulamalara bu şekilde devam edilmesi, yapılarda ileride yapı güvenliği ile ilgili ciddi sorunların ortaya çıkmasını ve acı tecrübelerin tekrar yaşanmasını kaçınılmaz kılacaktır. Bu gibi sorunların önlenebilmesi için, prefabrike betonarme yapı elemanları üreten firmaların bir birlik çatısı altında toplanması, bu birliğin, üye kuruluşların üretimlerini yürürlükte olan şartname ve yönetmeliklere göre etkin bir şekilde denetleyecek bir mekanizma oluşturması, bu hasarların en aza indirgenmesi açısından son derece önemlidir. KAYNAKÇA [1] Prefabrike Betonarme Yapıların tasarım İlkeleri Kılavuzu, Türkiye Prefabrike Birliği, 1990, Ankara [2] Beton Prefabrike Elemanların Birleşim Detayları Taşıyıcı sistem Birleşimleri, Türkiye Prefabrike Birliği, 1997, Ankara [3] N. Bayülke, 27 Haziran 1998 Adana Ceyhan Depreminde Prefabrike Yapı Hasarı Ve Değerlendirmeler, Çözümler, Öneriler [4] H. Ataköy, 2000, 17 Ağustos Marmara Depremi ve TPB Üyelerince Yapılan Prefabrike Yapılar, Beton Prefabrikasyon Dergisi Sayı:52-53 [5] U. Ersoy, T. Tankut ve G. Özcebe, 2000, 1999 Marmara ve Düzce Depremlerinde
Gözlenen Önüretimli Yapı Hasarları, 10. Prefabrikasyon Sempozyumu Bildirileri, İstanbul [6] M. Doğan, 2000, Mevcut Prefabrike Yapıların Deprem Dayanımlarının Belirlenmesi, 10. Prefabrikasyon Sempozyumu Bildirileri, İstanbul [7] U. Ersoy, 1987, Dünya Konut yılında Prefabrike Yapıların Proje Kriterleri 2. Prefabrikasyon Sempozyumu, Ankara [8] TDY 1997 Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik Türkiye Hazır Beton Birliği, 1999 [9] S. Tezcan ve H. Çolokoğlu, 2003, Beşinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 26-30 Mayıs 2003, İstanbul [10] E. Atımtay, 2000, Açıklamalar ve Örneklerle Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, Bizim Büro, Ankara