Depremin Yapılara Etkis

Örneğin yumuşak zeminler üzerindeki deprem titreşimlerinin genlikleri, sert zeminlerdekilere oranla en az iki kat büyüktür. Bu bakımdan yumuşak zeminler, deprem bakımından, sert zeminlere oranla daha tehlikelidir. Depremi yapıya etkileyen ek bir yük olarak düşünebiliriz. Depremler binaya yatay ve dinamik yükler uygularlar. (Depremden dolayı binalara ek düşey yükler de gelir ancak bunlar ağırlık kuvvetlerine benzeyen dikkate ve hesaba alınmış yükler olup yatay yükler kadar önemli değildirler). Deprem sırasında zemin titreşim hareketi yapar ve yapıların temellerinde ani ötelenme ve dönmeler olur. Temelin bu hareketlerine binanın üst yapısı (kolon, kiriş ve döşemeler) aynı anda ayak uyduramadığı için buralarda zıt yönde atalet (eylemsizlik) kuvvetleri oluşur. Yapının her yeri titreşim yapmaya başlar, elemanlar değişik biçimler alır, her an değişen büyük kuvvetler, zorlanmalar ortaya çıkar. Sonuç olarak çok karmaşık bir mekanik olay söz konusudur. Sismoloji bilimi ve yapı mühendisliği bu karmaşık olayı teorik ve pratik alanda çözerek deprem karşısında dayanıklı, güvenli ve ekonomik yapıların tasarlanması ve hesaplanmasını amaçlar. Normal bir yapıda deprem sırasında katlar arası farklı deplasmanlardan dolayı, kolon ve kiriş birleşimlerinde hasarlar meydana gelir. Sismik yalıtılmış bir yapıda katlar arası farklı deplasman normal bir yapıda oluşandan daha az olacağı için kolon ve kirişlerde zorlanmalar minimum olacaktır[2].

Yapılarda rüzgar ve depremin sebep olduğu yatay yükleri taşıtmanın çeşitleri yöntemleri vardır. Çelik yapılar için bu yöntemlerden en bilinenleri çelik çaprazlı çerçeveler, kolon-kiriş birleşimlerinin moment aktaracak şekilde tasarlandığı rijit çerçeveler veya betonarme perdeli çerçevelerdir. Son yıllarda bu bilinen yöntemlere alternatif teşkil edebilecek kadar dikkat çeken bir sistem çelik levha perdeli çerçeve sistemlerdir. Bu sistemde çelik levha perdeler bir kat yüksekliğinde ve bir açıklık genişliğinde imal edilip, bina çerçevesi içerisine düşey olarak yerleştirilmekte ve levhayı çevreleyen kiriş ve kolonlara bağlanmaktadır (Şekil 1.5). Bu yerleşim şekli temel üst kotundan itibaren bina yüksekliği boyunca her katta tekrarlanır[3].

15

Şekil 1.5 Quebec, Kanada’da 6 katlı çelik levha perdeli bina[3]

Son yıllarda yapıları ve yapısal olmayan elemanları dinamik dış etkilere karşı daha iyi korumak için mevcut klasik tasarıma ek olarak onu tamamlayıcı yeni yaklaşımlar üzerinde çalışılmaktadır. Bu yaklaşımlar, yapıya gelen etkileri o anda ölçüp karşı kuvvetler uygulayacak veya etkiyi kendi içinde sönümleyecek malzemeler ve sistemler üzerine yoğunlaşmıştır. İnşaat mühendisliği alanındaki bu tür yeni yaklaşımlara dayalı teorik, deneysel ve uygulamaya yönelik çalışmalar hakkında geniş bilgiler literatürde mevcuttur. Bu çalışmaların ortak sonucu; bu tür yeni sistemlerin, gerek yeni yapılacak binalarda, gerekse mevcut binaların rehabilitasyonu veya güçlendirilmesinde etkin bir şekilde kullanılabileceği yönündedir. Dinamik etkilere karşı tasarıma yönelik yeni yaklaşımlar esas olarak aktif, pasif ve yarı aktif olmak üzere üç ana başlık altında toplanabilir. Aktif kontrol sistemlerinde kontrol kuvvetlerini üretebilmek için harici bir güç kaynağına ihtiyaç vardır. Zemine ve yapıya yerleştirilen algılayıcılar aracılığıyla elde edilen bilgiler kontrol bilgisayarına iletilerek daha önceden belirlenmiş bir algoritmaya göre kontrol kuvvetleri hesaplanır. Bu kuvvetler kuvvet üreten mekanizmalar aracılığıyla yapıya uygulanır. Pasif kontrol sistemleri ise harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymazlar ve sismik enerjiyi kendi içlerinde sönümlerler. Yarı aktif kontrol sistemleri sönüm ve rijitlikleri deprem esnasında kontrol edilebilen sistemlerdir. Aktif kontrolde büyük enerji ihtiyacı olmakla beraber yarı aktif sistemlerde gereken enerji çok küçük bataryalarla bile sağlanabilmektedir. Yarı aktif sistemlerin büyük bir kısmı elektrik veya manyetik alana hassas özel sıvılar içermektedir. Önceden belirli kontrol algoritmalarına bağlı olarak elektrik veya manyetik alan şiddeti değiştirilerek yarı aktif sistemlerin mekanik özellikleri kontrol edilebilmektedir. Karma sistemler; aktif, yarı aktif ve pasif kontrol sistemlerinin bir arada kullanılması durumudur. Örneğin, çelik bir yapı visko-

16

elastik sönümleyiciler ile donatılmış ve buna ek olarak aynı zamanda en üst katta aktif kütleli sönümleyici yerleştirilmiş olabilir. Benzer şekilde, bazı yapılara tabanda sismik izolatörler yerleştirilmiş ve izolatör seviyelerinde büyük genlikli hareketlere karşı bu bölgelerde yarı aktif veya pasif olarak çalışan sönümleyiciler eklenmiş olabilir. Karma sistemler yüksek enerji ihtiyacı olamadan çalışabilmektedirler. Aktif, yarı aktif ve pasif sistemlerin geliştirilmesi ve yapı içinde kullanımlarına yönelik çalışmalarda son yıllarda ciddi bir artış vardır[4].

Günümüzde deprem gibi sürekli değişen dinamik yüklere karşı kritik işlev yapan nükleer tesisler, açık deniz yapıları, radar istasyonları, hastaneler, haberleşme tesisleri ve tarihi yapıların titreşim kontrolü taban izolasyonu, pasif ve aktif kontrol yöntemleriyle gerçekleştirilmektedir. Son yıllarda bilgisayarların, elektronik ölçme tekniklerinin ve algılayıcıların gelişmesine paralel olarak bu kontrol metotları, yapıların titreşim kontrolü ile ilgili araştırmalarda sıkça kullanılmaktadır. 17 Ağustos 1999 tarihinde olan Marmara Depremi gibi şiddetli yer sarsıntılarının dünya ölçeğinde yaptığı yıkıntı, yapı malzeme ve yöntemlerinin geliştirilmesinin yanı sıra, deprem karşısında binaların titreşim kontrolü konusundaki araştırmaları da hızlandırmıştır. Bu çerçevede, son dönemlerde yapısal titreşimlerin kontrolü, gerek teorik gerekse pratik olarak oldukça hızlı bir gelişme göstermiştir.