PREFABRİKE BETONARME PANOLU YAPILARIN DEPREM GÜVENLİĞİNİN İRDELENMESİ Turgut ÖZTÜRK1
Tozturk@ins.itu.edu.tr
Öz: Prefabrike betonarme panolu sistemlerin depreme dayanıklı yapı sistemi olduğu bilinmektedir. Bu sistemlerde, prefabrike döşeme ve duvar panoları ile bağ sistemleri ve birleşimlerin yanında, yerinde dökme temeller kullanılmaktadır. Birleşim bölgelerine ve taşıyıcı sistemin teşkiline özen gösterilmelidir. Planda iki doğrultuda taşıyıcı duvarlı sistemler deprem bölgeleri için uygun olmaktadır. Bu çalışmada, depreme dayanıklı prefabrike eleman birleşimleri için yapılan deneylerin sonuçları, birleşimler ve taşıyıcı sistemin teşkili, tasarım esasları, değişik ülkelerin deprem yönetmeliklerindeki deprem yükü değişimleri, gözlenen deprem hasarları, bu sistemlerin onarım ve güçlendirilmesi üzerinde durulmuş, uygun tasarım için öneriler öneriler sunulmuştur.
Anahtar Kelimeler : Çok Katlı Bina, Deprem, Prefabrike Giriş
Prefabrike sistemlerin; inşaat süresi kısalığı, işgücü ile kalıp ve iskeledeki tasarruf, iklim şartlarına bağlı olmama, imalat ve inşaatın birlikte sürdürülmesi, elemanlara ve birleşimlere istenilen şeklin verilebilmesi, iyi ve üniform bir kalitenin elde edilmesi gibi üstünlükleri bilinmektedir. Bu özellikleri nedeniyle prefabrike eleman ve sistemlerin kullanımı hızla yaygınlaşmıştır. Prefabrike inşaatın deprem bölgelerinde uygulanması ile düktil sistemler ve birleşimler geliştirilmiş olup bu konuda çalışmalar sürmektedir (Priestley ve diğ., 2000, Watanable ve diğ., 1994). Bu çalışmanın amacı, prefabrike panolu sistemlerin teşkilini ve birleşimleri tanıtmak, tasarım esaslarını vermek, çeşitli ülkelerin deprem yönetmeliklerindeki kayıtları irdelemek, bu yapılarda gözlenen deprem hasarları ile onarım ve güçlendirme detaylarını belirtmek ve önerilerde bulunmaktır.
Kullanılan Yöntem
Taşıyıcı Sistem Düzenlemesi : Prefabrike betonarme panolu sistemler, birbirleriyle yatay ve düşey doğrultularda bağlantıları yapılan düşey panolarla, tek veya çift doğrultuda çalışan döşeme panolarından oluşan, taşıyıcı duvarlı sistemlerdir. Bu sistemde duvar ve döşemeler pano veya panel olabilmektedir. Genellikle çok katlı konut binalarında uygulanan bu sistemde, stabilite problemlerinin çözümü daha kolay olduğundan büyük panolar kullanılmaktadır (Şekil 1). Kat yüksekliğinde olan büyük duvar panoları düşey ve yatay kenarlarında diğer duvar panolarıyla, yatay kenarlarında ise döşeme panoları ile birleşerek istenilen büyüklükte hacimleri ve aynı zamanda taşıyıcı sistemi meydana getirirler (TS9967, 1992). Dış duvar panolarında, taşıyıcı tabakanın dış tarafında izolasyon ve cephe kaplama tabakası vardır. Cephe panoları genelde yük taşıyıcı değildir. Bu sistemler, planda binanın uzun veya kısa kenarına paralel duvarların yada her iki doğrultudaki duvarların taşıyıcı olmalarına göre sırasıyla boyuna veya enine duvarlı sistem ve iki yönlü sistem isimlerini alırlar. Kat döşemeleri ilk iki sistemde bir doğrultuda ve üçüncü sistemde iki doğrultuda çalışan plak şeklindedir. İki yönlü sistemlerin deprem bölgeleri için en uygun tip olduğu bilinmektedir (Şekil 2).
Monolitik davranışı sağlamak için yatayda ve düşeyde bağ hatılları ve bağ çubuklarından oluşan bağ sistemleri teşkil edilir. Yerinde dökme betonarme temel sistemi genelde iki doğrultuda sürekli temel veya radye temel olarak düzenlenir.
Birleşimler : Prefabrike yapıların en önemli kısmını oluşturan ve prefabrike betonarme elemanlar arasında veya bu elemanlarla yerinde dökme beton arasındaki birleşimler; genelde metal parçalarla oluşturulan kuru birleşim veya yerinde dökme beton ve donatı kullanılarak oluşturulan ıslak birleşim şeklinde olabilirler (TS9967, 1992-SDM, 1978).
Panolu sistemlerde aşağıda belirtilen birleşim bölgeleri uygulanmaktadır.
- Döşeme Panolarının Ara ve Mesnet Birleşimleri: Diyafram davranışı sağlayabilmek için döşemeler; pano uç ve kenarındaki düşey, panoların arasındaki düşey ve kayma kuvvetini, panolar ile taşıyıcı duvar veya kiriş arasındaki kuvvetleri, kat döşemesi başlık kuvvetlerini kuru veya ıslak birleşimlerle aktarmalı ve taşımalıdır (Şekil 3).
1 İTÜ İnşaat Fakültesi Yapı Anabilim Dalı, Maslak, İstanbul
Şekil 1. Prefabrike Panolu Taşıyıcı Sistemi Olan Şekil 2. Her İki Doğrultuda Yük Taşıyan Bina Görünüşü Panolu Sistem
- Taşıyıcı Panolar Arasında Kayma Birleşimleri: Yekpare davranış için panolar arasındaki düşey ve yatay birleşimlerde kayma olmamalıdır. Bunlarda kuru veya ıslak birleşim uygulanabilir. Kuru birleşimler, aktarılan kuvvetin küçük olduğu durumlarda kullanılmalıdır. Islak kayma birleşimlerinde, birleşen kenar kesitler kenetsiz ve kenetli yapılabilir. Pano kenarına dik konulan kayma donatıları kaynak veya fiyonglu bindirme ile eklenebilir. Ake=bke hke n ≤ 0.2Aj ise birleşim kenetsiz kabul edilir ve bu yalnız yatay birleşimlerle artırılmış kesme kuvvetinin sürtünme kuvvetinden küçük olduğu durumlarda uygulanır. Kayma birleşimleri, kenet sayısı metrede bir veya daha az ise tekl kenetli, fazla ise yayılı kenetli birleşim olarak adlandırılır. Deprem bölgelerinde düşey birleşimler yayılı kenetli yapılmalıdır. Düşey kesme kuvvetinin büyük olmadığı durumlarda ve yatay birleşimlerde tekil kenet kullanılabilir. Kenetlerde hke≥50 mm, tke≥10 mm, hke/tke<8 ve αk≤300 dir (Şekil 4). Birleşimin güvenliği için Vres>γerVd olmalıdır. Burada γer=4/3 olup Vd artırılmış kesme kuvvetidir. Kayma donatısı oranı ωs=(As fyk)/( Aj fcd)≥ 0.01 olmalıdır. Aşağıda verilen düşey kayma kapasitesi Vres , ωs ≤ 0.15 ise Vres=β1Ake fcd + β2As fyk , ωs > 0.15 ise Vres=β1(Ake+0.02 Aj) fcd +β3As fyk (1)
Vres<0.30Ajfcd olup As toplam enine donatı alanı, fyk donatı karakteristik akma dayanımı, fcd birleşim betonu hesap dayanımı, Aj=bj.lj, bj ve lj birleşim genişliği ve uzunluğu, Ake kenet kesit alanları toplamıdır. Kesme, normal kuvvet ve eğilme momenti etkisindeki birleşimin hesabı, yalnız basınç ve çekme veya basınç+çekme gerilmelerine göre yapılır.
Kayma donatısı, düşey çekme çubukları şeklinde; pano kenarına, içine veya komşu pano ile düşey birleşim yerlerine, kapı-pencere kenarına konulabilir.
Şekil 3. Döşeme Panosu Kuvvetleri Şekil 4. Duvar Panoları Arasında Kenetli Birleşim Detayı
- Panolar Arasındaki Basınç Birleşimleri (Pano Basınç Birleşimi): Taşıyıcı duvarlardaki düşey yükler, döşeme panoları ile aralarındaki yerinde dökme beton ve harç tarafından aktarılır. Bu birleşimler, döşeme mesnedinin dönme rijitliğe göre sürekli, kısmen sürekli ve serbest birleşimler, döşemenin üst duvar altına girme boyuna göre dar ve geniş birleşimler olarak sınıflandırılır (Şekil 5). Pano ve birleşimdeki dışmerkezlikler ile birleşimin basınç mukavemeti TS9967’ye göre hesaplanabilir. Birleşim boyunca üniform basınç gerilmesi olması durumunda birleşim basınç hesap mukavemeti RNd=ηiAwfcwd/γn dir. Burada; Aw pano yatay kesit alanı, fcwd pano betonu basınç hesap mukavemeti, ηi birleşim nedeniyle duvar mukavemetinin azaldığını hesaba katan katsayı, γn ek emniyet (1 ile 1.25 arasında) katsayısıdır.
Şekil 5. Pano Basınç Birleşim Örnekleri
- Taşıyıcı Duvarlar ile Rijitlik Duvarları Arasındaki Düşey Birleşim: Taşıyıcı duvarlar, rijitleştiren duvarlara, kuru veya ıslak bağlantıyla, iki noktada bağlanmalıdır. En fazla 6tw mesafeli iki rijitlik duvarı ile tutulan duvarlarda birleşime donatı konulmayabilir.
Prefabrike sistem birleşimlerinde; zorlamalar aktarılmalı, deformasyonlar sınırlı kalmalı, birleşimin süneklik katsayısı en az 4 olmalı, rötre, sıcaklık değişimi ve sünme etkileri hesaba katılmalı, birleşimin kontrolu ve düzeltmesi yapılabilmeli, korozyona karşı korunmalı ve yangına dayanıklı olmalıdır. Birleşimin hesap yükleri ayrıca 4/3 ile artırılmalıdır. Elastomerik ara malzemelerin hesabında katsayı ile artırılmamış yükler kullanılmalı, korniyer ve kaynaklı birleşimlerde malzeme katsayıları artırılmalıdır. Eğilmeli elemanların mesnetteki yatay yükü, düşey yükün en az 1/10’u kadar olmalıdır.
Depreme Dayanıklı Tasarım Esasları : Yapıların hafif ve orta şiddetli depremlerde hasar görmemelerini, en şiddetli depremde ise can kaybına yol açmayacak ve onarılabilecek düzeyde hasar görmelerini sağlamak, depreme dayanıklı tasarımın amacını oluşturmaktadır. Bu, yapıların orta şiddetli depremlerde elastik, çok şiddetli depremlerde ise plastik davranması demektir. Birleşim yerlerinden dolayı prefabrike yapılar, yerinde dökme yapılar kadar rijit değildirler. R taşıyıcı sistem davranış katsayısı, yerinde dökme sistemlere göre daha küçük tutularak, prefabrik sisteme etkiyen deprem kuvveti arttırılmıştır (TS9967, ABYYHY, UBC, EC8).
* Prefabrike Pano ve Birleşim Yeri Üzerinde Yapılmış Deneyler: Panolu yapıların yatay ve düşey birleşim yerlerinde statik ve dinamik yüklemelerle yapılan deneylerde, birleşimin kenetli, düz, donatılı ve donatısız olmasına, donatı durumuna ve birleşime dik kuvvetlere göre birleşimin taşıyabileceği kesme kuvvetinin değişimleri incelenmiştir (Hashim ve diğ.,1991-Sachanski, 1978). Mehlhorn-Scwhing ve Tassios-Tsoukantas yaptıkları statik yükleme deneylerinden, kenetlerin birleşimin kesme kapasitesini artırdığı, panolar arasındaki ötelemenin artmasıyla kenet betonunun kırıldığı ve kesme kapasitesinin hızla azaldığı, kesme direncinin yüzeyler arasındaki sürtünmeye ve birleşim donatısının pim etkisine bağlı olduğu sonucuna varmıştır. Verbic ve Terzic, dinamik ve tersinir yükleme deneylerinden, birleşime dik basınç kuvveti ve donatı olmasının, birleşimin kesme dayanımı üzerindeki olumlu etkisini görmüştür.
Maio, statik yüklemedeki en büyük kesme kuvveti kapasitesinin dinamik yüklemede %70 azaldığını gözlemiştir (Şekil 6). Tassios-Tsoukantas, tekrarlı yüklemelerden sonra birleşim kesme dayanımının, başlangıç dayanımının %40’ı civarında kaldığını görmüştür.
Şekil 6. Maio Tarafından Denenen Birleşim Detayı ve Elde Edilen Birleşim Davranışı
Prefabrike panolu yapıların, yekpare yapılar kadar deprem güvenliğine sahip olmaları için aşağıdaki tasarım yaklaşımları düşünülebilir (Bayülke, 1986-Velkov, 1979).
* Monolitik Yapı Tasarımı: Prefabrike panolu yapının, yüksek taşıma gücüne ve deformasyon özelliklerine sahip düktil yerinde dökme betonarme perde duvarlı yapılarınkine benzer bir davranışa sahip olmasının amaçlandığı bu tasarımda;
pano birleşimlerinin, duvar tabanında plastik mafsal oluşturacak deprem kesme kuvvetlerine dayanabilmesi, mafsallaşmanın olduğu alt katlarda duvarın kesme donatıları hesabında betonun kesme kuvvetine katkısının ihmal
edilmesi, boyuna donatıların burkulmadan taşıma gücüne erişecek şekilde eklenmesi, yatay birleşim yerlerine yayılı kesme donatıları konması ve donatıların temele ankrajının uygun biçimde yapılması gerekmektedir.
* Yapının Depremde Elastik Kalmasını Sağlayan Tasarım: Prefabrike panolu yapının en şiddetli depremde elastik davranıp hasar görmemesi istendiğinde, deprem yatay kuvveti, yekpare sünek betonarme yapılara göre en az 2-3 kat daha büyük alınmalıdır. Bu tür rijit yapıların temelinde oluşacak devrilme momentine karşı önlemlerin alınması, birleşim yerlerinin daha büyük yatay kuvvetlere göre boyutlandırılması, panoların yeterli genişlikte olması ve birleşimi kesen donatıların bulunması gerekmektedir.
* Zayıf Yatay Birleşim Bölgeleri Olan Yapı Tasarımı: Yapıların kenetsiz, düz yüzeyli ve donatısız olan zayıf yatay birleşim bölgelerinde yatay yüklerden oluşan kaymalar deprem etkisini sönümlemektedir. Kalıcı büyük kaymalar duvarı düzlemi dışına çıkarıp, ikinci mertebe etkileriyle temelde ve katlarda önemli ek devrilme momentleri oluşturarak yapının güvenliğini tehlikeye sokarlar. Bu nedenle, düşey yükleri de taşıyan yatay birleşim yerlerinde kalıcı kaymalar ile deprem enerjisinin tüketimi güvenilir görünmemektedir.
* Düşey Birleşim Bölgeleri Zayıf Olan Yapı Tasarımı: Basınç kuvvetinin olumlu etkisi nedeniyle yatay birleşim bölgeleri, düşey birleşim yerlerinden daha güçlü olmaktadır. Çatlamanın önce düşey birleşimlerde oluştuğu deneylerden anlaşılmaktadır. Depremin başlangıcında düşey birleşim bölgelerinde oluşan çatlamalar panolar arasında sürtünme kuvvetleri oluşturarak enerji tüketilebilmektedir.
Tasarım seçeneklerine göre prefabrike panolu sistemlerin deprem davranışları Şekil 7’de gösterilmiştir. Panolu sistemlerde; a) Tasarım yatay kuvvetlerinin, yekpare yapılardan daha büyük olması, b) Düşey birleşimlerin enerji tüketebilecek güçte, eleman ve yatay birleşim yerlerinin ise yüksek taşıma güçlü ve elastik bölgede kalacak şekilde yani pano ve yatay birleşimlerin, düşey birleşimlere göre iki kat kadar büyük yatay kuvvetlere göre tasarlanması, c) Döşeme plaklarının diyafram özelliğinin sağlanması gerekmektedir.
Şekil 7. Prefabrike Betonarme Panolu Yapıların Deprem Davranışları
Taşıyıcı sistem tasarımı için TS9967’de aşağıdaki hususlar belirtilmiştir: Bağ sistemleri teşkil edilmeli, yapının en olumsuz doğrultusu seçilmeli, zayıf doğrultudaki yatay yük etkileri prefabrike veya yerinde dökme perde duvarlarla temele aktarılmalı, genleşme derzleri ve dilatasyonlar oluşturulmalı, son, kullanılabilirlik ve özel limit durumlara göre tahkik yapılmalıdır. Monolitik ve TS9967’ye uygun tasarlanmış prefabrike yapıların iç kuvvetlerinin hesabında, malzemenin doğrusal elastik olduğu ve döşemelerin diyafram davrandığı kabul edilebilir. Aksi halde, eleman ve birleşimlerin rijitlikleri azalmadığına ve azaldığına göre hesap yapılıp, boyutlandırmada kritik durum dikkate alınır (TS500, 2000, TS9967, 1992, ABYYHY, 1997). Genleşme derzi aralıkları 50-60 m alınabilir. Stabilite kontrolu yapılmalı, taşıyıcı duvar panoları burkulmamalı, panoda diyagonal çatlak oluşmamalı, pano köşesinde ve harç veya betonda ezilme olmamalı, tekil yüke karşı panonun bölgesel güvenliği sağlanmalıdır. Hesaplarda; normal yükler, deprem yükleri, ikinci mertebe etkileri, eleman, birleşim ve mesnetlerde yapım ve montaj hatalarından doğan ek yükler dikkate alınmalı, yük kombinezonları TS500’e uygun olmalı, eleman ağırlığı için yük katsayıları, taşımada 1.8, kaldırma ve montajda 1.5 alınmalı, en az BS 20 kullanılmalı ve malzeme katsayısı 1.3 alınmalıdır.
Deprem Kuvvetlerinin Hesabı ve İrdeleme : Yapılara gelen deprem kuvvetlerinin hesabı için, ülkemizde ABYYHY, ABD’de Uniform Building Code (UBC) ve Avrupa Birliği Ülkelerinde Eurocode 8 (EC8) kullanılmaktadır. Bu yönetmeliklerde deprem yüklerinin hesabı için kullanılan formülasyon aşağıda özet olarak verilmiştir.
* ABYYHY : Binaya etkiyen toplam eşdeğer deprem yükü (taban kesme kuvveti) Vt, (2) ile hesaplanır. Burada; A(T1) spektral ivme katsayısı, Ra(T1) deprem yükü azaltma katsayısı, A0 etkin yer ivmesi katsayısı, W, I bina ağırlığı ve önem
katsayısı, n hareketli yük katılım katsayısı, gi, qi i’inci katın toplam sabit ve hareketli yükleri, R taşıyıcı sistem davranış katsayısı, TA ve TB spektrum karakteristik periyotlarıdır. Binanın 1. doğal titreşim periyodu ve kat yüklerinin tayini ile yerdeğiştirme sınırlamaları yönetmelikte verilmiştir.
Vt = W.A(T1)/Ra(T1) ≤ 0.10A0.I.W , A(T) = A0.I.S(T) (2) W = ∑gi+nqi , Ra(T) = 1.5+(R-1.5)T/TA (0≤T≤TA) , Ra = R (T>TA) (3) S(T)=1+1.5T/TA (0≤T≤TA) , S(T)=2.5 (TA<T≤TB) , S(T)=2.5(TB/T)0.8 (T>TB) , S>0.1R (4)
* UBC 97 : Binaya etkiyen toplam taban kesme kuvveti V, aşağıdaki formülle hesaplanır. Bu kuvvetler, dördüncü sismik bölge için 0.8WZNvI/R değerinden küçük olmamalıdır. Burada; W binanın toplam ağırlığı, T yapı periyodu, R yapı davranış faktörü, Z sismik bölge faktörü, Cv, Ca sismik katsayı, Nv, Na yakın kuvvet faktörü, I bina önem katsayısıdır.
V = WCvI/RT , V < 2.5WCaI/R , V > 0.11CaIW (5)
* EC8 : Sismik taban kesme kuvveti Fb aşağıdaki formülle belirlenir. Burada, Sd tasarım spektrumu, α tasarım yer ivmesi ag’nin yerçekimi ivmesi g’ye oranı, S zemin parametresi, β0 spektral ivme amplifikasyon faktörü, kd1, kd2
katsayılar, TB,TC,TD periyot sınırları, q davranış faktörü, T binanın temel titreşim periyodu, W yapının toplam ağırlığıdır.
Fb = SdW , Sd ≥ 0.20α (6) Sd = αS[1+T/TB{(β0/q)-1}] 0 ≤ T ≤ TB , Sd = αSβ0/q TB ≤ T ≤ TC (7) Sd = αSβ0/q[TC/T]kd1 TC ≤ T ≤ TD , Sd = αSβ0/q[TC/T]kd1[TD/T] kd2 TD ≤ T (8) Prefabrike betonarme duvar ve döşeme panolarıyla oluşturulan bir konut binası örnek olarak incelenmiştir (Şekil 8).
Yapının plandaki boyutları 39.10 m x 16.50 m olup kat yükseklikleri 2.70 m dir.
Şekil 8. Prefabrike Betonarme Panolu Binanın Kat Planı
Kat adetleri ve zemin cinsleri farklı yapıların deprem yükleri ABYYHY, UBC ve EC8’e göre hesaplanıp değişimleri Şekil 9’da verilmiştir. Her üç yönetmelikte de binaya etkiyen deprem yükü ve bina temel periyodu hesabının benzer olduğu görülmektedir. Yönetmelikler arasındaki en önemli fark UBC 97’de bulunan ve sismik kaynağa yaklaşık mesafe olarak tanımlanıp deprem yüküne önemli etkisi olan yakın kuvvet faktörü Nv’nin varlığıdır.
Yönetmeliğimizde böyle bir katsayıyla artırılmış deprem yüklerinin olması, yapıların güvenliğini artıracak ve dolayısıyla depremlerde oluşabilecek zararları azaltacaktır. Temel zemininin özelliklerine göre TA ve TB değerleri ve aralıkları değiştiği için Vt’nin değişimi farklılaşır.
Özellikle ABYYHY ve EC8’de, düşük periyotlu az katlı yapılarda, zemin türündeki değişimin Vt’ye önemli etkisi olmamakla birlikte, beş ve daha çok katlı yapılarda bu kuvvet, zemin özelliklerine göre önemli ölçüde değişmektedir.
Şekil 9. ABYYHY, UBC ve EC8 ile Bulunan Deprem Yüklerinin Karşılaştırılması
Deprem Davranışı ve Gözlenen Hasarlar : Prefabrike panolu sistemlerin etkilendiği şiddetli deprem sayısı fazla olmamakla birlikte bu yapıların deprem sırasındaki olumlu davranışları bilinmektedir (Bayülke, 1986-Nergis, 2003).
1977 Romanya Vrancea Depreminde, birleşim yerleri yüksek dayanımlı olduğundan bu yapıların yeterli davranışı gösterdikleri gözlenmiştir. Düşey birleşimlerde 1 mm’yi geçen çatlaklar oluşmuş, kapı lentolarında kesme çatlakları görülmüştür (Şekil 10). Birleşimlerdeki çatlama ve kaymalar nedeniyle panolu yapıların periyotlarında % 20-30 artış, rijitlikte ve elastisite modülünde % 45-55 azalma olmuştur. Yumuşak zemindeki yapılarda, zeminde sıkışma ve/veya dönme nedeniyle bu artışın daha fazla olduğu gözlenmiştir.
Şekil 10. Romanya Depremindeki Hasarlar
Velkov’a göre, Adriyatik kıyısındaki Karadağ Depreminde (1979), panolu yapılarda önce panolar arasındaki düşey birleşim yerlerinde çatlama başlamış, panolar birbirlerinden ayrıldıktan sonra her bir düşey pano kulesi eğilme ile zorlanmış ve panolar arasındaki yatay birleşim yerlerinde çatlaklar ve açılmalar oluşmuş, sonuçta birleşim yeri betonu ezilmiştir (Şekil 11).
Ermenistan Depreminde (1988), yüksek dayanımları ve rijitliklerinden dolayı bu tür yapılarda önemli bir hasar oluşmamıştır. 1999 Marmara Depreminde, göçmüş veya ağır hasarlı yapılar olmasına rağmen, prefabrike boşluklu öngerilmeli paneller kullanılarak beş katlı olarak inşa edilen Gölcük-Bahçecik göçmen konutlarında yapısal hasar oluşmadığı, panellerin iki doğrultuda yeterli perde alanını sağladığı ve yapıların iyi bir davranış gösterdiği görülmüştür.
0 5000 10000 15000 20000 25000
2 3 4 5 6 7 8 9
KAT ADEDI
TABAN KESME KUVVET
0 5000 10000 15000 20000 25000TDYZ1
TDYZ2 TDYZ3 TDYZ4 UBCA UBCB UBCC UBCD UBCE ECA ECB ECC
Şekil 11. Karadağ Depreminde Prefabrike Panoların Davranışı
Deprem bölgelerinde prefabrike panolu yapılar üzerinde yapılan gözlem ve incelemelerde duvar ve döşeme panoları arasındaki yatay ve düşey ıslak birleşimlerde aşağıda belirtilen hasarların oluştuğu görülmüştür. Yatay birleşimlerde duvar panosunun alt ve üst kenarı ile birleşim betonu arasında çatlak, ayrılma ve beton dökülmeleri, düşey birleşimlerde ise önce duvar panosu ile birleşim betonu arasında düşey çatlaklar ve daha sonra buna paralel olarak duvar panolarında düşey çatlamalar şeklinde hasarlar görülmektedir. Küçük kenetler durumunda pano yüzeyleri boyunca çatlaklar oluşurken, büyük boyutlu kenetlerde kenetin iç kısımlarına doğru da hasarlar ilerlemektedir (Şekil 12).
Şekil 12. Yatay ve Düşey Birleşim Bölgelerinde Gözlenen Hasarlar
Hasarlı bölgelerde bozulan betonların kaldırılması, çatlak kısımlara epoksi enjeksiyonu yapılması, kaldırılan kısımların kimyasal katkılı harçlar ile eski haline dönüştürülmesi ve Şekil 13’de gösterildiği gibi çelik korniyerler ve dübeller ile birleşim bölgelerinin güçlendirilmesi mümkün olmaktadır.
Şekil 13. Düşey Birleşim Bölgelerinin Çelik Korniyerler ile Güçlendirilmesi
Yapının kullanım amacının ve deprem bölgesinin değişmesi, yönetmeliklerde öngörülen koşulların ağırlaştırılması, imalat hataları yapılması veya bir depremde yapının hasar görmesi gibi bazı hususlar nedeniyle, deprem bölgelerindeki mevcut betonarme panolu sistemlerin onarılıp güçlendirilmesi gerekebilmektedir. Bu amaçla, gerekli görülen doğrultuda mevcut taşıyıcı duvar panolarının güçlendirilmesi, yeni taşıyıcı panoların veya perdelerin ilave edilmesi, mevcut temellerin güçlendirilmesi veya yeni temeller yapılması gerekli olmaktadır. Yeni elemanların mevcut sistem ile birleşimleri ve katlar arasında sürekliliğin sağlanması da önem kazanmaktadır. Şekil 14’de görülen görülen panolu sistemde kısa doğrultudaki taşıyıcı sistemin zayıf olması nedeniyle bu doğrultuda ilave perdeler oluşturulması ve mevcut perdelerin kalınlaştırılması ile güçlendirme yapılmıştır (UNDP/UNIDO, 1983).
Şekil 14. Panolu Bir Sistemin Güçlendirilmesine Ait Detaylar
Sonuçlar
Deprem bölgelerinde özellikle çok katlı binalarda geniş uygulama alanı bulan prefabrike betonarme panolu yapılarda, yatay ve düşey birleşim yerlerinin deprem yükleri altındaki davranışları, bu tür yapıların tasarımında en belirleyici unsur olup zamanla düktil sistemler ve birleşimler geliştirilmiştir. Deprem bölgelerinde bu tür sistemlerin davranışının ve tasarımının incelendiği, deprem yükleri bakımından yönetmelik kayıtlarının irdelendiği, onarım ve güçlendirme detaylarının verildiği bu çalışmada aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır.
- Prefabrike panolu sistemlerin depremde olumlu davranış sergilediği bilinmektedir.
- Statik yüklü kenetli birleşimin en büyük kesme dayanımı üç kat fazla olmaktadır. Basınç kuvveti ve birleşime dik donatı bulunması, tekrarlı ve tersinir yüklere maruz kenetsiz yatay birleşimlerin kesme dayanımını önemli ölçüde artırmaktadır.
- Birleşim hasarları kenetlerde ve kenetlerin ara yüzeylerinde kaymalar şeklinde olur. Panolardaki kenet yerleşiminin, birleşimin kapasitesi üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı, kenet boyutlarındaki artışın kapasiteyi
%20 oranında artırdığı anlaşılmıştır.
- Diyafram çalışması için, döşeme panoları arasında basınç birleşimleri oluşturulmalı veya panoların üzerine bir tabliye betonu dökülerek monolitik özellik sağlanmalıdır.
- ABD ve Japonya’nın yürüttüğü, kuvvetli ve düktil birleşimlerin esas alındığı PRESSS programında belli kriterleri sağlayan birleşimlere Eşdeğer Birleşim adı verilmiştir.
- Prefabrike panolu yapılardaki birleşim bölgeleri rijit ve monolitik olmadığından deprem enerjisi tüketme gücü monolitik yapılara göre daha azdır. ABYYHY’de R, prefabrike sistemler için daha küçük tutulup tasarım deprem yükü arttırılmıştır.
- Panolu yapıların düşey birleşimlerinin enerji tüketebilecek güçte, eleman ve yatay birleşimlerin elastik ve yüksek taşıma güçlü olacak şekilde tasarlanmaları uygundur.
- Deprem kuvvetleri bakımından ABYYHY, UBC ve EC8 arasında benzerlik olup, en önemli fark UBC’deki sismik kaynağa yaklaşık mesafe olarak tanımlanan ve deprem yüküne önemli etkisi olan yakın kuvvet faktörü Nv’dir.
ABYYHY’de böyle bir katsayının kullanılması, yapıların güvenliğinin artmasını ve depremlerde oluşabilecek kayıpların azalmasını sağlayabilecektir.
- Zemin durumunun taban kesme kuvvetine etkisi, az katlı binalarda önemli olmamakla birlikte çok katlı yapılarda önem arzetmektedir.
- Ülkemizdeki son depremler ve ABYYHY dikkate alınarak, TS9967’nin yenilenmesi uygun olacaktır.
KAYNAKLAR
1. PRIESTLEY, M.J.N. and KEW, H.S., 2000. The Status of the U.S. Precast Seismic Structural Systems (PRESSS Program), NIST SP 871 Technical Report.
2. WATANABE, F. and SHIOHARA, H., 1994. Connection Design Manual for Reinforced Concrete Buildings Incorporated with Precast Concrete Members, Japan-PRESSS CTG, ISEE, BRI TG, 1994.
3. TS 9967, 1992. Yapı Elemanları, Taşıyıcı Sistemler ve Binalar-Prefabrike Betonarme ve Öngerilmeli Betondan- Hesap Esasları ile İmalat ve Montaj Kuralları, TSE, Ankara.
4. Metric Design Manual; Precast and Prestressed Concrete, 1982. CPCI, 85 AS, Ottawa.
5. Design and Typical Details of Connections for Precast and Prestressed Concrete, 1988.
6. Precast Concrete Connections Details, Structural Design Manual, Beton-Verlag, 1978.
7. ABYYHY, Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, 1997. İMO.
8. Uniform Building Code, V.2, 1997. International Conference of Building Officials.
9. Eurocode 8: Designs Provisions for Earthquake Resistance of Structures, 1998.
10. HASHIM, M.S.A.W., and SİNAN, Y.H.S., 1991. Prediction of Ultimate Shear Strength of Vertical Joints in Large Panel Structures, ACI, Vol. 88, Title No. 88-S25.
11. SCHULTZ, A.E., MAGANA, R.A., TADROS, M.K., and HUO, X., 1994. Experimental Study of Joint Connections in Precast Concrete Walls, Fifth U.S. NCEE, Volume II.
12. SCHULTZ, A.E., MAHER, K.T. and RAFAEL, M.A., 1994. Seismic Resistance of Vertical Joints in Precast Shear Walls, Proceedings of the 12th Congress, Vol. 1.
13. POLAT, U., GÖKTEPE, S., GÜRSES, E., 2000. Prefabrike Çerçeve ve Panel Duvar Yapısal Sistemlerin Davranışı ve Sismik Rehabilitasyonu, Deprem ve Prefabrikasyon.
14. SACHANSKI, S., 1978. Earthquake Resistance of Precast Structures, 6. ECEE, Dubrovnik.
15. BAYÜLKE, N., 1986. Depreme Dayanıklı Prefabrike Yapılar, DAB, S 54, s. 26-41, Ankara.
16. BAYÜLKE, N., 1987. Prefabrike Yapı Sistemlerinin Depreme Dayanıklı Tasarım Yaklaşımları, DAB, Sayı 56, 1987, say. 5-15, Ankara.
17. VELKOV, M., 1979. Precast Large Panel Structures, Regional Seminar on EE, İstanbul.
18. TS 500, 2000. Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, TSE, Ankara.
19. ERSOY, U., ÖZCEBE, G., TANKUT, T., 2000. 1999 Marmara ve Düzce Depremlerinde Gözlenen Önüretimli Yapı Hasarları, Deprem ve Prefabrikasyon.
20. NERGİS, K.C., 2003. Deprem Bölgelerinde Prefabrike Betonarme Yapıların Tasarımı, İTÜ FBE.
21. Repair and Strengthening of Reinforced Concrete, Stone and Brick-Masonry Buildings, Building Construction under Seismic Conditions in the Balkan Region, 1983. UNDP/UNIDO Rer/79/15, V5, Vienne.
