SİSMİK İZOLASYON SİSTEMLERİ
SİSMİK İZOLASYON GENEL FELSEFESİ
Taban yalıtımı kavramının kullanılması oldukça basittir. Deprem sırasında, yeryüzünde bir hareket meydana gelir. Bu olay bir dalga şeklinde her doğrultuda yayılır ve hareket bir yapıya eriştiğinde temellerini sallamaya başlar. Temeller de kendisine bağlı olan taşıyıcı sistemi sallar ve sistem elemanlarının kesitlerinde atalet kuvvetlerinin oluşturduğu etkiler meydana gelir. Yapının temelinin taşıyıcı sistemden ayrılarak titreşimin yapıya erişmesinin önlenmesi, depremde taban yalıtımının ana fikrini oluşturur.
Taban izolasyonu olmayan ve doğrudan temele bağlı bir sistemde deprem titreşimleri temel yoluyla yapıya iletilir. Bu kısa zamanda yön değiştiren titreşimler, temel ile üst yapı arasında relatif küçük yerdeğiştirmeler meydana getirmesine rağmen, yapı elemanlarına ve birleşim bölgelerinde önemli etkiler oluşturur. Temel izolasyon sistemi sayesinde, yatay deprem titreşimlerinin ancak bir bölümü üst yapıya geçer. Bunun sonucu olarak üst yapıdaki etkiler azaltılmış olur. Ancak, temel deprem etkisinde hareket ederken, üst yapı ise sabit kalır veya çok az hareket eder,bu sebeple temel ile yapı arasında önemli bir relatif hareket görülür.
şekil.1: El Centro depremi ivme spektrumu
Genel prensipler
• Uzun periyotlu yapılara gelen deprem yükleri ve ivmeleri küçüktür. Yapının periyodu "uzatılırsa" daha küçük bir deprem kuvvetine göre tasarım yeterlidir. Yapıya daha az deprem kuvveti gelecektir. Ancak uzun periyotlu yapılar daha çok ötelenmektedir. Yapı periyodu daha uzun ise ivme azalacak, ancak ötelenme artacaktır.
• Yapının sönümü artırılırsa yapıya gelen hem ivme hem de ötelenme azalacaktır.
• Yapının periyodu yaklaşık 2.0-2.5 s 'ye kadar uzatılırsa, deprem kuvvetlerinde önemli bir azalma olmaktadır.
• Yapı periyodu yapının kütlesi ile doğru, rijitliği ile ters orantılıdır. Yapının ağırlığının azaltılması daha güç olduğu için yapının rijitliği azaltılabilir ve yapı periyodu uzatılabilir. Yapı tabanına konulacak yalıtım araçlarının:
• Düşey yönde rijitliği büyük olmalıdır. Böylece düşey yönde tabanda rijit kütle olarak dönmesi azaltılmalıdır.
• Yalıtım araçları yapının düşey yükünü normal kullanım koşullarında büyük güvenlikle taşıyabilmelidir. Temel ayırıcı kullanılmasıyla, depremde gelecek kuvvetleri azaltarak yapı hasarını önleme ve yapının her koşulda kullanımını sağlanacaktır. şekil 1de görüleceği 4 gibi yapıların altına yatay yüklere göre rijitliği az olan temel ayırıcılar konularak yapının periyodu uzatılırsa yapılara gelen yatay yüklerde 5 kat azalma olmaktadır.
Video1: Muhammet HAYAL - Sismik izolasyon teknolojisi ne işe yarar ?
YUMUŞAK ZEMİNLERDE SİSMİK İZOLASYON
Yapı yumuşak zemin üzerinde ise; Şekil 1'de verilen spektrum örneği oldukça sert bir zemin üzerinde ve depremin merkezine oldukça yakın bir noktada ölçülmüş ElCentro 1940 depreminin kaydından hesaplanmıştır. Ancak daha yumuşak zeminler üzerinde ve oldukça uzakta olmuş depremlerin kuvvetli yer hareketi kayıtlarından hesaplanmış spektrumlar biraz farklıdır.
Yandaki Şekil 2'de de görüldüğü gibi Vrança 1977 depreminde periyot ivme ilişkisi daha farklı ve eğrinin dalga boyu daha uzundur.
ANKASTRE MESNETLİ YAPI İLE TEMEL İZOLASYONLU YAPI DAVRANIŞLARI
Davranışları Şekil 3'de ankastre mesnetli bir yapı ile temel ayırıcı sistem uygulanmış yapının deprem esnasındaki davranışı görülmektedir. Ankastre mesnetli taşıyıcı sistem yatay deprem yükünü binaya üst katlara doğru lineer artan şekilde uygulamakta ve dolayısıyla yüksek kat kuvvetleri ve büyük kat ötelenmeleri meydana gelmektedir.
Temel ayırıcı sistem uygulanmış bir yapıda ise önemli yerdeğiştirmeler temel ayırıcı katı seviyesinde oluşur ve üstyapı neredeyse rijit ötelenme hareketi yapar. Kat kuvvetlerinin azalması sonucu yapıdaki yerdeğiştirmelerin istenen sınırlar içerisinde kalması sağlanır. Böylece taşıyıcı sistem ve yapısal olmayan mimari elemanlardaki hasar önlenerek yapı güvenliği arttırılmış olur [4].
Şekil.2: Vrança depremi, 1977, kuzey-güney bileşeni deprem ivme spektrumu
şekil.3: Ankastre mesnetli yapı ile temel izolasyonlu yapı arasındaki salınım farkı
TEMEL İZOLASYONLU SİSTEMLERDE YAKIN FAY ETKİSİ
1994 Northridge depremi ile temel ayırıcı sistemler ilk olarak ciddi bir tehdit almıştır. Aktif fay yakınlarında elde edilen sismik kayıtlarda yüksek periyotlu bileşenler tespit edilmiştir. Bu bileşenler temel ayırıcı sisteminde rezonans benzeri büyük yatay yer değiştirmeler meydana getirmektedir. Yönetmeliklerde de bu sebeple aktif fayların belli bir mesafe yakınında yapılara temel ayırıcı uygulanmaması gerektiği belirtilir. Bunun üzerine temel ayırıcıları korumak için temel ayırıcıların seviyesinde pasif viskoz sönümleyiciler eklenmiştir. Bu sayede temel ayırıcı hareketi sınırlandırılmış fakat bu seferde üst yapıdaki katlar arası deplasmanlar ve ivmeler artmıştır. Bu ise temel ayırıcı sistem felsefesine tamamen terstir. Temel ayırıcı seviyesinde eklenmesi gereken optimum sönüm miktarı ise yer hareketinin dinamik karakteristiklerine bağlı olduğundan önceden kesin olarak belirlenmesi zordur. Konu ile ilgili olarak 1998 yılında ABD ve Japonya’lı araştırmacılar 5 yıl süren ortak bir çalışma yapmışlar ve temel ayırıcı seviyesinde yerleştirilmek üzere yarı aktif sönümleyiciler geliştirmişlerdir. Bu tür yarı aktif temel ayırıcıları sayesinde hem temel ayırıcılar korunmakta hem de üst yapıdaki katlar arası deplasman ve ivmeler artmamaktadır
Muhammet Hayal Çalışma notlarından esinlenerek hazırlanmıştır.