TABAN İZOLASYON SİSTEMİNİN ORTAYA ÇIKIŞ FELSEFESİ VE TÜRKİYEDE SİSMİK İZOLASYON

 

DÜNYADA YAPI TAŞIYICI  SİSTEMLERİNİN MODELLENMESİ VE GELİŞİMİ

                Dünyada nüfusun büyük bir bölümünün kasırgalar depremler ve tusunamiler gibi kuvvetli dinamik etkilerin oluşabileceği coğrafyalarda yaşadığını göz önüne aldığımızda ve bu etkiler sebebi ile her yıl önemli ölçüde can ve mal kayıplarının yaşandığını düşündüğümüzde insanoğlunun uzun yıllar boyunca bu etkilerden korunabilen yapılar yapma amaçlarını da net bir şekilde anlayabiliyoruz.

                Günümüzde teknolojinin ilerlemesi ile birlikte yapıları tehdit etmekte olan bu güçlü dinamik etkilere karşı korunmada yeni yöntemler ve tasarım ilkeleri geliştirilmiştir. Bu gelişim aslında geçmişten günümüze kadar aralıksız olarak ilerlemekte olan bir gelişimdir. Bu ilerleme dönemleri Klasik, Modern ve Post modern olmak üzere üç başlıkta incelenebilir.

                1.1.Klasik Dönem

              Bu dönemde yapılar sadece statik kuvvetlere karşı koyabilecek şekilde dizayn edilmektedir ve dönemin başlangıcı oldukça eski zaman dilimlerine dayanmaktadır. Kullanılan malzemelerin sürekli gelişerek değişmesi ve insan oğlunun çok katlı yapılar yapmaya olan istek ve ihtiyaçları ile beraber sadece statik yükler ile yapılan yapı tasarımların yetersiz olduğu bilincine varılmış yeni ve daha akılcı hesap yöntemlerine ihtiyaç duyulmuştur.

                1.2. Modern Dönem

           Bilgi birikiminin artması ve edinilen tecrübelere yenilerinin eklenmesi ile birlikte yapı malzemesi de zaman içerisinde gelişmiş ve eskiye nazaran daha dayanıklı yapı malzemelerinin üretimine geçilmesi ile bu gelişim ve ilerlemeler daha yeni hesap ve tasarım ilkelerinin geliştirilmesine ihtiyaç uyandırmıştır. Statik yüklerin yanı sıra yapılara etkiyen dinamik yüklerde artık yapı analiz ve hesaplarında dikkate alınmaya başlanılmış ve buda daha kapsamlı analizlerin önünü açmıştır. Klasik dönemde sadece yük taşıma durumu analizde kullanılıyor iken artık malzemede esneklik kavramı da önem kazanmış ve hesaplara dahil edilmiştir. Yapılan araştırmaların sonucunda yapının rijitliği ile beraber enerji yutma kapasitesi yüksek ve sünek olması yapının dinamik yükler karşısındaki performansını çok yüksek seviyelere çıkardığı görülmüştür.

            Esneklik kavramı ile birlikte yapı tasarımcısı ikilem içerisinde kalmıştır. Yapıların güçlü dinamik etkilere karşı direnci ya yüksek dayanım yada yüksek süneklilik ile sağlanmaya çalışılmıştır. Günümüzde de yapılan  yapıların büyük bölümü bu ilkeler ile yapılmaktadır. Buradaki en büyük amaç hem göreli kat ötelemelerinin hem de kat ivmelerinin azaltılmasıdır. fakatbu kolay bir iş değildir. Göreli kat ötelemelerini azaltmak döşemeler döşemelere bağlı kolonlar duvarlar kirişler ve hafif donanımlar gibi yapısal ve yapısal olmayan elemanların deprem hareketinden doğan zararların minimum seviyeye inmesini sağlayacaktır. Fakat bunun için yatay rijitliğin artması gerekmektedir.

               F=k.x ( F: kuvvet k: yay sabiti x: ötelenme ) Diğer biryandan ise hasta hane acil yardım merkezi enerji santralleri nükleer santraller gibi ekipmanlarının son derece hassas ve değerli olan yapılarda şiddetli deprem sonucunda oluşacak zararları minimuma indirmek için ise kat ivmelerini düşürmek gerekmektedir. Bunun en kolay yolu ise kat rijitliğinin azaltılmasıdır. Görüldüğü gibi geleneksel yöntemlerle kat ivmelerini ve kat ötelemelerini aynı anda azaltmak mümkün değildir. rijitlik arttıkça kat ötelemeleri azalmakta fakat ivmeler artmakta rijitlik azaldıkça ise ivmeler azalmakta fakat ötelemeler artmaktadır. Dolayısı ile tasarımda optimum bir çözüme gitmek gerekmektedir. bu optimum çözüm doğacak tehlikeleri azaltsa da ortadan kaldırmaya asla yeterli olmaz. Ayrıca geleneksel hesap metodu dediğimiz bu metot da dinamik yükleme etkisinde yapıya giren enerji çeşitli mafsallaşmalar ile tüketilebilmektedir. Buda yapının hasar görmesine razı gelmek manasını taşımaktadır ( Yapı davranış katsayısı bu amaç ile kullanılmaktadır. ) Bu durumun alternatifini oluşturarak daha az hasar ve isteklere daha net çözüm oluşturabilmek için yapılarda yeni tasarım felsefelerinin ortaya çıkması zaman içerisinde zorunlu bir hal almıştır.

              1.3. Post Modern

          Bu dönem içinde, geleneksel yapılarda ortaya çıkan sorunların çözülmesi için yeni tasarım felsefeleri ortaya konulmuştur. Bu felsefeye göre, yapı ile zemin arasına yatay yönde esnek düşey yönde rijit bir izolasyon sistemi yerleştirerek, yapının deprem ve diğer dinamik yüklerden etkilenmesini minimum seviyeye inmesi amaçlanmaktadır. Orta yükseklikteki bir yapının etkin rezonans periyodu genellikle 0.1 ile 1 saniye aralığındadır. Bu periyot aralı_ı aynı zamanda pek çok şiddetli depremin baskın periyot aralığını da kapsamaktadır. Çok kaba bir ifadeyle bu baskın periyot aralığı 1ile 10 katlı binaların periyotlarına tekabül etmektedir. şekil 1.1 a’da görüldüğü gibi yapının periyodunun artmasıyla yapıya etki eden ivme değerleri azalmaktadır. Benzer şekilde yapının periyodunun artmasıyla taban seviyesindeki yer değiştirmeler artmaktadır. izolasyon sisteminin asıl felsefesi bu ilkeye dayanmaktadır.

şekil.1.1:  ivme periyot ve deplasman periyot ilişkileri

      Sismik izolasyonlu yapının periyodu, kullanılan izolatöre ve yapı cinsine başlı olmak kaydıyla genellikle 2-4 sn arasındadır. Konvansiyonel yapılar, güçlü yer ivmelerini temelden alarak kat yüksekliği boyunca artırmaktadır. Bunun sonucu olarak şekil 1.2 a’da görüldüğü gibi yer değiştirme miktarı da yükseklik boyunca etkili bir şekilde artmaktadır. Konvansiyonel yapının bu davranışı, depremden meydana gelen taban kesme kuvvetinin yüksekliğe bağlı olarak artmasına neden olmaktadır. izolasyonlu sistemlerde ise temelden gelen deprem ivmeleri izolatör sayesinde minimuma indirilir ve bu değerin kat yüksekliği boyunca artması önlenir. Dolayısıyla şekil 1.2 b’de görüldüğü gibi göreli kat deplasmanları minimum seviyelere iner ve yapıya etki eden taban kesme kuvvetleri büyük oranda azaltılmış olur.

 

TABAN İZOLASYON SİSTEMİNİ GELİŞİM AŞAMALARI

                2.1.Dünyadaki gelişim      

Sismik izolasyon kavramı ilk olarak 1876 yılında Tokyo Üniversitesi maden mühendisli_i profesörlerinden John Milne tarafından ortaya atılmıştır. Milne yapının altına izolasyon amaçlı 25cm çapında çelik bilyeler yerleştirerek 1876-1895 yılları arasında çeşitli deneyler yapmıştır. Bu deneylerde kullanılan 25 cm çaplı demir bilyelerin hafif depremlere karşı başarılı oluşu, buna karşı sürtünme kuvvetlerinin az olmasından dolayı rüzgara karşı başarısız olduğu gözlemlenmiştir. Sürtünme yüzeylerini arttırmak için bilye çapını 2,5 cm ye düşürerek yeniden deneyler yapmıştır. Yapılan bu deneyler, küçük çaplı bilyelerin hem depreme karşı hem de rüzgara karşı daha etkili oluşunu göstermiştir (Tezcan ve Cimilli, 2002).

                Yapıları deprem hareketlerinden yalıtmak ile ilgili ilk bildiri 1891 yılında Japonya’da yayınlanmıştır (Beskos ve Kausel, 2000).

                1905 yılında ABD’de yapılan silindir sistemle yapılan izolasyon çalışmalarınındepreme karşı etkili olduğu ortaya konulmuştur ve bu çalışma sonucunda ilk resmi belgeye dayalı patent alınmıştır (Beskos ve Kausel, 2000).

şekil.1.2:  ivme periyot ve deplasman periyot ilişkileri

      1908 yılında İtalyan hükümeti ilk defa depreme karşı dayanıklı yapı tasarımını tartışmaya açmıştır. Bu konu üzerine 1909 yılında J. A. Calantarients tarafından bir mektup yazılarak çeşitli çözümler önerilmiştir. Aslen bir tıp doktoru olan Calantarients yazdığı bu mektupta kaymaya dayalı bir sistemden bahsetmiştir. Bu sistemde temelle zemin arasına yağlanmış kum, mika veya talk malzemeleri yerleştirilerek yapının deprem anında serbest olarak hareket edebilmesi öngörülmüştür. Calantarients yapmış olduğu bu çalışmanın Serbest Nokta adı altında patentini almıştır (Puffenberg ve Virginia, 2006).

     1921 yılında Amerikalı Mimar Frank Lyond Wright, Tokyo’daki Imperial Hotel’in temellerinde, taban izolasyon fikrini uygulayan ilk kişi olmuştur. Wright, yaptığı ön incelemede binanın altında 3 farklı tabaka olduğunu ve orta tabakanın çamurdan oluştuğunu gözlemlemiştir. Yapının altına gelecek şekilde üst tabaka ile alttaki sağlam tabakayı birbirine yakın kazıklarla birleştirmiştir. Böylece yapı çamur tabakası üzerinde yüzen bir sistem olarak depremden izole edilmiştir. Bu sistemle yapılan Imperial Hotel 1923 yılında meydana gelen Tokyo depremini hasarsız bir şekilde atlatmıştır (Kelly, 1981).

       1929 yılında Martel tarafından birinci katın esnek yapılması fikri ortaya atılmıştır. Bu konu daha sonra 1935 yılında Gren ve 1938 yılında Jakobsen tafından çalışılmıştır. Yapılan bu çalışmalar sismik izolasyon fikrinin gelişmesine ve yaygınlaşmasına sebep olmuştur. Bu konuda ilk bilgisayar programı Chopra tarafından yapılmıştır.

     1969 yılında dünyada ilk kauçuk sismik izolasyonlu yapı, İsviçreli mühendisler tarafından Makedonya’nın Skobje şehrinde bir ilkokul binasında uygulanmıştır (_ekil 1.3). Kullanılan kauçuk malzeme saf kauçuktan yapılmış ve içine başka bir malzeme konulmamıştır. Dolayısıyla depremden meydana gelen yatay ve düşey kuvvetlere karşı aynı rijitlikte tepki vermektedir. Bundan dolayı yapı düşeyde harmonik hareket yapmaktadır (Kelly, 2007).

     1976 yılında Kalifornia Üniversitesi (Berkeley) Deprem Mühendisliği Araştırma Merkezi (EERC) kurularak daha detaylı çalışmalar yapılmaya başlanmıştır (Kelly, 1997).

         1981 yılında Yeni Zelanda’da inşası tamamlanan William Clayton binası, kurşun çekirdekli izolatörlerin kullanıldığı ilk yapıdır. Bu tarihten sonra Yeni Zelanda’da izolasyonlu yapıların sayısı hızla artmıştır (Skinner, Robinson ve McVerry. 1993). 1982 yılında Japonya’da ilk izolasyonlu sistem Yachiyodai binasında uygulanmıştır. 2 katlı, 114 m2 alana sahip bu bina elastomerik kauçuk sistemiyle yapılmıştır (Skinner, Robinson ve McVerry 1993).

1985 yılında ABD’de ilk kez bir adliye binası (Foothill) 96 adet kauçuk izolatör kullanılarak sismik izolasyon tekniğine uygun olarak yapılmıştır. Bu tarihten itibaren ABD’de sismik izolasyon teknolojisiyle yapılan binalar hızla artmıştır (Naeim ve Kelly, 1999).

Bilgi birikiminin artması ve teknolojik gelişmeler izolasyon sisteminin teorik ve deneysel çalışmalarının yapılmasını kolaylaştırmıştır. Ayrıca sismik izolasyon yöntemiyle yapılan yapıların depremleri hasarsız şekilde atlatmaları bu sisteme olan güveni arttırmış ve son yıllarda yapılma oranı hızlı bir şekilde artmıştır. Kobe depreminden sonra Japonya’daki izolasyonlu yapıların sayısını hızla artmıştır.

 

Türkiye’deki Gelişmeler

Türkiye aktif fay zonları içinde kalan bir ülkedir. 1900 ile 2005 yılları arasında büyüklüğü 5-6 arasında 1170, 6-6.9 arasında 155, 7-8 arasında 34 adet deprem meydana gelmiştir (Afet işleri Genel Müd., 2007).

Ülkemiz topraklarının %66’sı 1. ve 2. derecede, %34’ü de diğer derecedeki bölgeler üzerinde bulunmaktadır. Nüfuzumuzun ise %70’i 1. ve 2. derecede, %30’u da diğer derecedeki bölgeler üzerinde yaşamaktadır. Son yüzyılda depremden dolayı yıkılan konut sayısı 495.000 civarındadır. Bu da yılda ortalama 4950 konut yapmaktadır (Bayındırlık ve iskan Bkn., 2007).

Türkiye’de izolasyon kavramı özellikle Marmara depremi sonrasında önem kazanmıştır. Türkiye’de az sayıda üniversite bu konuyla ilgili çalışmalar yapmaktadır. Gerekli ekipman ve donanım eksikleri izolasyon kavramının geliştirilmesini zorlaştırmaktadır. Yapılan çalışmaların büyük bir bölümü yüksek lisans ve doktora tezleridir. Türkiye’de deprem izolasyonuyla ilgili yönetmelik ve şartnameler bulunmamaktadır. 2006 yılının sonbaharında deprem yalıtımı ile ilgilenen firmalar

şekil.1.3:  1969 yılında yapılan dünyanın ilk kauçuk sismik izolasyonlu binası. (a) genel görünü, (b)izolatör görünüü (Kelly, 2007).

şekil.1.4:  Foothill Communities Law and Justice Center binası. (a) arka görünü, (b) izolatörgörünüü(Kelly, 2007).

tarafından kurulan Deprem izolasyon Derneği (DİD) çeşitli üniversitelerin öğretim üyelerinden meydana gelen bir kurul oluşturarak bu konuda çalışmalara başlamıştır

(DİD, 2007).

1993-1998 yılları arasında ihaleye çıkarılan Tarsus-Adana- Gaziantep (TAG) otoyolu üzerindeki viyadükler, Türkiye’de sismik izolasyon sisteminin kullanıldığı ilk yapılardır. Bu viyadüklerin bir kısmı enerji sönümleyici cihazlarla bir kısmı da izolasyon sistemiyle inşa edilmiştir. Buradaki sismik izolasyonlu yapının en önemlisi No: 5 viyadüğüdür. Bu viyadükte kurşun çekirdekli izolatörler kullanılmıştır. 1993 yılında yapımına başlanan Gümüşova-Gerede otoyolu, Ankara-İstanbul otoyolunun 114 km ile en uzun kesimini oluşturmaktadır. Bu otoyol üzerinde bulunan Bolu Viyadüğü önce elasto-plastik izolatörlerle projelendirilmiştir. Gerek projenin tamamlanmamış olması gerekse yanlış bağlantılar yapılması nedeniyle 12 Kasım Düzce depreminde ciddi hasar görmüştür. 1999 AASHTO yönetmeliğine göre tekrar hesabı yapılan viyadük, sürtünmeli sarkaç izolatörler kullanılarak güçlendirilmiştir (Roussis, 2002).

2000 yılında faaliyete giren istanbul Atatürk Havalimanı Dış Hatlar Binası 20 yıl garantili sürtünmeli izolasyon sistemi ile inşa edilmiştir. Atatürk Havalimanı 365 bin metrekare üzerine kurulu, günde yaklaşık 30 bin yolcunun, 16 bin çalışanın, 5 bin karşılayanın ve 8 bin otomobilin bulunduğu bir işletme fabrikasıdır. Atatürk Havalimanı'nın 6 bin tonluk dev çatısı ile, bu çatıyı ayakta tutan 162 adet kolon arasına sürtünmeli sarkaç izolatörler yerleştirilmiştir. Bu çalışma Amerikan Mühendisler Konseyi'nin (ACEC) akademi ödülüne layık görülen ilk Türk projesi olmuştur (ARKİTERA, 2002).

1999 yılında izmir’in Aliağa ilçesinde yapımına bağlanan ve 2001 yılında tamamlanan Sıvılaştırılmış Gaz Depolama Terminalinde deprem izolasyon sistemleri kullanılmıştır Depolama tankları 35m yüksekliğinde ve 85m

genişliğindedir. Dünyada 2. büyük LNG deposu olan bu tesis 10 milyon dolar harcanarak güçlü deprem ivmelerinden izole edilmiştir. Her bir tank için 112 LRB ve 241 NRB olmak üzere toplam 353 adet izolatör kullanılmıştır (Erdik, 2005)

 

2003 yılında inşaatına bağlanan ve 2005 yılında faaliyete açılan Kocaeli Üniversite E_itim ve Araştırma Hastanesinde sismik izolasyon sistemi kullanılmıştır. Üç blokta temel altına, 5 blokta kolon üstüne yerleştirilen izolatörlerin

şekil.1.5:  Bolu viyadüğü ve izolatör montaj çalışmaları sırasında çekilen bir fotoğraf

şekil.1.6:  Elengaz LNG tanklarının altlarında kullanılan kurşun çekirdekli izolatörler.

toplam sayısı 256’dır. Yapı, deprem esnasında 27 cm sağa ve sola hareket edebilme kabiliyetine sahiptir. Projede sürtünmeli sarkaç izolatörler kullanılmıştır. Kullanılan her bir diskin (izolatörün) boyutu 90x90 cm’dir. Ayrıca bu yapı, Türkiye’de izolasyon sistemiyle yapılan ilk hastanedir.

Kocaeli üniversitesi Eğitim ve Araştırma Hastanesi izolasyon uygulanışı  2004-2005 tarihleri arasında güçlendirme çalışmalarına başlanan, büyüklük açısından Türkiye de ilk, dünyada ise ilk 5 proje arasında yer alan Antalya Havalimanı Uluslararası Dış Hatlar Terminali sismik izolasyon sistemiyle yapılmıştır 50.000 m² alana sahip terminal binasında 411 adet kolon kesilerek kurşun çekirdekli izolatörler yerleştirilmiştir. Kesilen perde duvarlara ise Türkiye’de üretilen kayıcı mesnetler monte edilmiştir (Yılmaz ve di_er., 2006).

Ayrıca ilk projede derzle birbirinden ayrılmış olan bloklar güçlendirme esnasında kolon bölgesinde özel sistemlerle birleştirilmişlerdir. Böylece tüm blokların deprem anında beraber hareket etmeleri sağlanmıştır. Aynı zamanda proje

gereği olarak tüm uzaysal çatı ve elektromekanik sistemler de depreme karşı izole edilmiştir.

1966 yılında yapılan Tarabya Oteli çeşitli nedenlerden dolayı depremden zarar görmüş ve yapılan araştırmalar sonucu bazı temel hatıllarının olmadığı saptanmıştır Yıkılıp tekrar yapılma imkanı olmadığından dolayı sismik güçlendirme kararı alınmış ve 2004 yılında sismik güçlendirme çalışmaları başlamıştır. Burada aşağıdaki resimde görüldüğü gibi sürtünmeli sarkaç sitemler kullanılmıştır.

Ankara Büyükşehir Belediyesi EGO Genel Müdürlüğü Söğütözü Kongre ve Ticaret Merkezi de sismik izolasyon sistemi uygulanmıştır

olarak inşa edilen bu yapıda, sürtünmeli sarkaç izolatörler kullanılmıştır. izolatörler betonarme kolonlarla üst yapı (çelik yapı) arasına konulmuştur. Her çelik kolonun altına bir adet izolatör konularak üst yapı depreme karşı izole edilmiştir.Erzurum’da 2007 yılının sonlarında bitirilmesi planlanan, Bölge Eğitim ve Araştırma Hastanesinde 386 adet kurşun çekirdekli izolatör kullanılmıştır. Yaklaşık 50 milyon dolara mal olan 400 yatak kapasiteli hastanede, 386 izolatör için yaklaşık 5 milyon dolar harcanmıştır. 6 katlı ve 106 bin metrekare alana sahip hastanede izolatörler, yapı tabanı ve temel arasına konulmuştur. Ayrıca henüz uygulamaya geçmemiş Türk Ekonomi Bankası (TEB) Genel Müdürlüğü binasında da deprem izolasyonu tasarımı yapılmıştır Bu projede 87 adet NRB ve LRB izolatörü kullanılmıştır. Yapılan hesaplar sonucunda çapları 77, 92 ve 112 cm olmak üzere üç farklı izolatör seçilmiştir (ARKİTERA, 2006).

şekil.1.7: Kocaeli Eğitim ve araştırma Hastahanesi izolatör uygulanışı 

Muhammet HAYAL

Muhammet HAYAL Çalışma notları 20013

© 2012 by   ART YAPI & PROJE

  • Siyah Instagram Simge
  • facebook-square
  • Twitter Square
  • Google Square