Yapı sistemine etkiyen deprem ve rüzgâr gibi dinamik etkilerden kaynaklı titreşim enerjileri yapının kendi bünyesindeki yapısal ve yapısal olmayan malzemelerle sönümlenmeye çalışılır. Yapıya uygun şekilde tasarlanmış ilave enerji sönümleyicileri eklenirse enerjinin büyük bir kısmı bu sayede sönümlenebilir. Böylece yapının kendi bünyesindeki sönümlemesi gereken enerji miktarı azaltılarak yapının hasar görmesi veya göçmesinin önüne geçilmiş olur. Söz konusu bu sistemler, yapıların dinamik etkilere karşı rehabilitasyonunu sağlamak, zemin yapı etkileşiminden kaynaklı etkileri azaltmak, titreşim etkilerine karşı yapı konforunu artırmak, yapısal ve yapısal olmayan elemanların zarar görmesini önlemek gibi fonksiyonları da vardır. Yapı kontrol sistemleri, sismik yalıtım, pasif kontrol, aktif, yarı aktif kontrol ve karma kontrol sistemleri olarak
sınıflandırılabilir. Çizelge 1.1’de yapı kontrol sistemleri ve alt türleri görülmektedir (Aydın, 2005). Özellikle deprem ve rüzgar gibi dinamik dış etkilerin baskın olduğu bölgelerde inşa edilecek olan yapıların geleneksel yöntemler ile titreşimlerinin kontrolü yapılarda belli bir hasarın ve zararlı titreşimlerin kabulünü beraberinde getirir. Geleneksel olarak bahsedilen yapı tasarımında, bu dış dinamik etkiler altında titreşimin azaltılması için yapı elemanları kendi bünyelerinde yaptıkları deformasyonlar ve doğrusal olmayan davranışları ile enerjiyi sönümlemektedirler. Modern dönemde ortaya çıkan dinamik analizler ve tasarım ilkeleri halen geçerli iken, post modern dönem olarak ifade edilen dönemde yapılar, artık dinamik etkilere karşı yukarıda bahsedilen teknolojik araç ve yöntemler ile daha güvenli tasarlanmaktadırlar.
Post modern dönemin getirdiği bu kontrol sistemlerinin bazıları enerjiyi kendi bünyelerinde, metallerin elastik olmayan davranışları, akışkanların viskoz hareketleri, visko elastik malzeme davranışları, sürtünme kuvvetleri, kütle hareketleri ve rijitlikleri ile sönümlemektedirler. Pasif sistemler bu sönümleme özelliğini sağlamak için dış bir enerjiye ihtiyaç duymazlar. Aktif sistemler, değişken dış etkiler altında kendini adapte edebilen ve dış enerjiye ihtiyaç duyan sistemlerdir. Özellikle deprem gibi kuvvetli dış etkiler altında bu dış enerji ihtiyacını karşılamak zor olabilir. Yarı aktif sistemler değişken kuvvetleri oluşturabilirken, büyük enerji ihtiyacını da azaltarak piller gibi elemanlar kullanarak kontrolü sağlayabilmektedirler. Pasif sistemler dış etki altında adapte olabilen özelliklere sahip olmadıkları bilinmekle beraber herhangi bir dış enerjiye ihtiyaç duymamaktadırlar. Bu elemanların yapısal titreşimleri azalttığı ve buna bağlı hasarları en aza indirdiği de bilinmektedir. Gerek maliyet gerekse yapısal titreşimlerin en aza indirilmesi için bu kontrol sistemlerinin optimum olarak tasarlanması gerekmektedir.
Çizelge 1.1. Yapı kontrol sistemlerinin sınıflandırılması (Aydın, 2005)
Pasif kontrol sistemleri Taban izolasyonu (Sismik yalıtım)
Aktif kontrol sistemleri, yarı aktif ve hibrit sönümleyiciler
• Viskoz akışkan sönümleyiciler • Metalik sönümleyiciler • Visko-elastik sönümleyiciler • Ayarlı akışkan sönümleyiciler • Ayarlı kütle sönümleyiciler • Sürtünme tipindeki sönümleyiciler
• Sentetik kauçuk izolatörler • Kurşunlu kauçuk izolatörler • Sürtünme tipi sarkaç izolatörler
• Aktif tendonlu sistemler • Aktif kütleli sistemler
• Aktif kuvvet veren hidrolik sistemler • Değişken rijitlik ve sönüm veren
sistemler
• Hibrit kütle sönümleyici • Akıllı malzemeler
1.6.1 Pasif kontrol sistemleri
Pasif kontrol sistemleri yapının aktivasyonuyla çalışan sistemlerdir. Hareket esnasında yapıya gelen titreşim enerjisi bu sistemler vasıtasıyla sönümlenir. Söz konusu bu sistemler dışarıdan herhangi bir enerjiye de ihtiyaç duymazlar. Aktif sistemlerle kıyaslandığında dışarıdan herhangi bir enerjiye ihtiyaç duymamaları, tasarımlarının basit ve yerleşimlerinin kolay oluşu ve maliyetlerinin çok daha ekonomik olması pasif sistemlerin üstünlükleridir. Yapının sönümünü artırarak sistemin daha çok enerji sönümlemesini sağlarlar. Pasif sönümleme genellikle hareket eden sistemin sürtünmesinden, metallerin akmasından, metallerin faz değiştirmesinden, visko-elastik malzemelerin deformasyonundan, akışkanların viskoz hareketinden ve kütle hareketlerinden meydana gelir (Soong ve Dargush, 1997).
1.6.2 Taban izolasyonu (sismik yalıtım)
Taban yalıtım malzemeleri uzun zamandır yaygın olarak kullanılan kontrol elemanlarıdır. Esnek bir tabakayla yapıyı zeminden ayırarak depreme karşı korurlar. Bu malzemeler sayesinde ana yapının periyodu önemli ölçüde artırılarak yer hareketinin ivmesini ve depremden kaynaklı kuvvetin etkisi azaltmış olur (Chopra, 2007).
Yirminci yüzyılın başlarındaki 1906 San Francisco Depremi ve yirminci yüzyılın sonlarındaki 1999 Kocaeli depremi gibi büyük depremler, bir çok can kaybı ve milyonlarca dolara mal olan hasarlara neden olmuştur. Deprem bilinci gelişmiş ülkelerde orta büyüklükteki binalara “Sismik izolasyon” diye adlandırılan yeni bir teknoloji uygulanmaktadır. Bu teknoloji, yapıyı temelinden ayırma prensibine dayanmakla birlikte, yapıya gelen deprem yer hareketini büyük ölçüde azaltarak yüksek deprem güvenliği sağlamaktadır. Tecrübe edilmiş, etkin bir sismik izolasyon sistemi kauçuk ve çelik sönümleyiciler ile kurşun çekirdekten oluşmaktadır. Bu sismik izolasyon elemanları, her kolonun alt noktası ile kolon temeli arasına yerleştirilebilir ve zeminden yapıya gelen deprem hareketlerini bu seviyede absorbe ederler. Binaya daha az kuvvetler gelir ve bina bir rijit cisim hareketi yapar. Bunun sonucunda bina içindeki eşya ve hassas cihazlar bu titreşimlerden zarar görmez. Sonuç olarak bina kontrollü bir hareket yapar ve hasarlar en alt seviyeye düşer. Sismik izolasyon, bir depremden sonra iş kaybını minimumda tutarken, insan hayatını da korur ve ekonomik kayıpları en aza indirger. Geleneksel
inşaatlarda deprem esnasında rölatif kat deplasmanları özellikle alt katlarda olmak üzere ve ivmeler üst katlarda olmak üzere yüksek değerler alabilmektedir. İvmeler üst katlarda artarak büyür ve zararlı titreşimler oluşur. Katlar arası yerdeğiştirmeler kalıcı olabilir. Deprem esnasında izolatörlü bir yapıda büyük yer değiştirmeler izolatör seviyesinde olup, katlar arası yer değiştirmeler ve kat ivmeleri çok düşüktür; bina, içinde yaşayanlar ve eşyalar güvenliktedir.
Günümüzde, deprem izolasyonu genellikle şiddetli depremlerde kısmen de olsa hasarın istenmediği, önem derecesi yüksek yapılarda uygulanmaktadır. Hastane, okul, acil yardım merkezleri, itfaiye, emniyet ve askeri birimlere ait binalar, haberleşme ve enerji dağıtım merkezleri gibi kuvvetli bir depremden sonra ayakta kalması zaruri yapılar ile nükleer enerji santralleri gibi yüksek güvenlikli yapılması gereken yapılar veya tarihi değeri yüksek olan müze ve benzeri yapılar bu sistemin en yaygın uygulandığı yapılardır.
Sismik izolasyon sistemlerinin kullanıldığı diğer yapı türlerinden birisi de yeterli sünekliğe sahip olmayan gevrek yapılardır. Eklemeler yapılarak güçlendirmenin veya onarımın zor olduğu tarihi yapıların onarım ve güçlendirilmesinde sismik izolasyon uygulamaları büyük bir başarıyla uygulanmaktadır. Buna ek olarak, sismik yalıtım yaklaşımı deprem riski yüksek bölgelerdeki bulunan pek çok yapı tipine uygulanabilir. Kullanılması uygun olmayan durumlar aşağıda belirtilmiştir.
• İzolasyon sistemleri yapıların periyotlarını uzattığı için yumuşak zeminler üzerine inşaa edilmiş yapılar için zararlıdır. Yumuşak zeminlerde deprem izolatörleri konularak yapı periyodunun artırılması durumunda yapıya gelecek deprem yükü artacaktır.
• Ayrıca bitişik nizam yapılarda sismik izolasyon uygulaması uygun değildir.
1.6.3 Aktif, yarı aktif ve hibrit kontrol sistemleri
Aktif sistemlerinde, dinamik yüklerde ve yapının davranışı sensörler yardımıyla ölçülerek yapıya hareketinin tersi yönünde kontrol kuvvetleri uygulanmaktadır. Aktif kütleli sönümleyiciler, aktif hidrolik sönümleyicileri ve aktif halatlı sönümleyiciler aktif kontrol sistemlerine örnek olarak söylenebilir.
dinamik kuvvetlere göre kendilerini adapte ederek titreşim enerjisini sönümlerler. Yarı aktif kontrol sistemleri, aktif kontrol sistemleri gibi büyük bir güç kaynağına ihtiyaç duymazlar. Aktif kontrol sistemlerine kıyasla çok daha stabildirler. Ayrıca yapı tepkisini azaltmada pasif kontrol sitemlerine kıyasla daha iyi performans sergilerler. Yarı aktif sistemlere örnek olarak değişken vana açıklıklı akışkan sönümleyiciler, sürtünmesi değişebilen sistemler, rijitliği değişen sistemler, akıllı ayarlı kütle sönümleyiciler, akıllı ayarlı sıvı sönümleyiciler ve akışkanlığı değişebilen sönümleyiciler örnek olarak verilebilir (Sonmez, 2009).
Hibrit kontrol sistemleri pasif ve aktif kontrol sistemlerinin karma olarak kullanıldığı sistemlerdir. Aktif kontrol sistemlerine göre çok daha güvenilirdirler fakat daha karmaşık sistemlerdir. Hibrit kontrol sistemlerine örnek olarak hibrit kütle sönümleyicileri verilebilir. Hibrit kütle sönümleyicilerinde ayarlı kütle sönümleyicileri ve aktif bir kontrol motoru birleştirilmiştir.