Eğitim

Çelik Yapılar dergisi olarak 65. sayımızı depreme ayırmış ve konunun uzmanlarına sayfalarımızda yer vermiştik. Ülkemizin gündeminden asla düşmemesi gereken deprem gerçeğini sayfalarımıza taşımaya devam ediyoruz. Türk Yapısal Çelik Derneğinin (TUCSA) düzenlediği 23. web seminerinde Dr. Öğr. Üyesi Onur Şeker “Depreme Dayanıklı Çelik Yapı Tasarımı” başlıklı sunumuyla tecrübelerini aktardı. Şeker’in dört bölümden oluşan sunumundan bazı satırbaşları şunlar:

 

Geçmiş depremlerden bahsetmemizin sebebi depreme dayanıklı yapı tasarımı bakımından çeliğin ideal bir malzeme olduğu inancı. Şüphesiz süneklik ve yüksek dayanımları sebebiyle çelik bunu sağlıyor. Geçmiş depremlerde çelik yapıların yüksek performans göstermiş olması da bu düşüncenin ardında yatan nedenlerden. Ancak, malzemeye duyulan güven ve geçmiş depremlerde güven veren davranışın ortaya çıkardığı rehavetin yol açabileceği kaygı verici sonuçları da Kobe ve Northridge gibi depremlerde gözlemlemek mümkün. Başka bir deyişle bizim tasarım yaklaşımımız şu şekilde: önce inşa ederiz, sonra deprem olur, ardından gider incelemeler yaparız, incelemelerden öğrendiklerimizi kullanarak yeni araştırmalar yaparız ve yönetmelikler geliştirerek yeni bir şey inşa ederiz. Böyle bir döngümüz var. 

 

Çelik yapılara güven duyulmasını sağlayan üç adet ve çelik yapıların iyi performans göstermediği yine üç adet depremi iki kategoride paylaşacağım.  Bunlardan ilki, 1906 yılında gerçekleşen San Francisco depremi. 7.9 büyüklüğüne sahip oldukça yıkıcı bir deprem, şehrin büyük bir kısmı yanıyor.  Şehirdeki 15-16 çelik yapı deprem ve yangından hasar almadan kurtuluyor.  Perçinli birleşimlerde ciddi hasarlar gözükmüyor. Rüzgâr yükü dikkate alınarak yapılan binaların depreme daha dirençli olduğu görülüyor.  Bu depremin yarattığı farkındalık, ilk defa deprem-fay ilişkilerinin araştırılmasına ve depremin yapı tasarımında göz önüne alınması gereken bir doğal afet olarak tanınmasını sağlıyor. Yönetmelikler de bu doğrultuda düzenleniyor. 

 

1923 yılında Kanto Japonya’da gerçekleşen ve 8.1 büyüklüğündeki depremde yangın ve sel olayları nedeniyle 100 bin kişi hayatını kaybediyor. Depremden önce 4 çelik yapının inşa edildiği, 2 çelik yapının inşaatının ise bitirilmek üzere olduğu kentte çelik yapılarda göçme ve büyük hasarlar meydana gelmiyor. 

 

1957 yılında Mexico City’de yaşanan 7.9 büyüklüğünde depremde 44 katlı çelikten inşa edilmiş Torre Latino Americana isimli bina, depremin büyüklüğüne rağmen sarsıntıya iyi yanıt veriyor. Bu yapı aynı zamanda Meksika’da aktif bir deprem bölgesinde inşa edilen ilk gökdelen olma özelliğini taşıyor. Taşıyıcı sistemi simetrik çelik moment çerçevelerden oluşuyor.  Yapı perçinli yapım profil kolonlar, geniş başlıklı kompozit kirişler ve perçinli birleşimlere sahip. Etrafındaki yapılar yıkılırken bu bina ayakta kalıyor. Şimdiye kadar sözü edilen üç deprem,  çelik yapıların kazandığı depremler olarak değerlendirilebiliyor.  
 

Yine Meksika Mexico City’de 1985 yılında gerçekleşen 8.1 büyüklüğündeki depremde 10 bin kişi hayatını kaybediyor ve 50 bin kişi evsiz kalıyor. Bu depremin adeta simgesi haline gelen 4 bloktan oluşan Pino Suarez Kompleksi’nde 21 katlı bir bina 14 katlı binanın üzerine yıkıldı. Osteraas ve Krawinkler’in 1989 yılında yaptığı incelemeye göre bu yıkımın ardında üç neden var. Bunlar;

- Çaprazların simetrik düzenlenmemesi,

- Zemin koşullarının göz ardı edilmesi,

- Yetersiz süneklik kapasitesi.

 

1994 yılında ABD Northridge’de yaşanan 6.7 büyüklüğündeki depremde 60 kişi hayatını kaybetti. Yedi adet köprü çöktü bu depremde. Çelik yapılar açısından çok önemli bir deprem bu. Göçme meydana gelmese de, birleşim performansının 1970’lerde yapılmış test sonuçlarına dayanması sebebiyle, sahada tam penetrasyonlu küt kaynaklı, gövdeden bulonlu (civatalı) tipik Northridge-öncesi rijit birleşimlerde beklenmedik prematüre kırılmalar meydana geldi. 

 

Bu depremden sonra, sayısız deneysel ve nümerik çalışma yapıldı. Tasarım pratiğimiz ve yönetmeliklerde çok ciddi değişimlere sebep oldu.

 

Japonya’nın Kobe şehrinde 1995 yılında gerçekleşen 7.2 büyüklüğündeki depremde yaklaşık 6 bin kişi hayatını kaybetti. Depremde çoğu 1981 deprem yönetmeliği öncesinde yapılan çok sayıda çelik bina hasar aldı. 90 tanesi çöktü. Bu deprem, Northridge depremiyle birlikte, çelik yapı tasarımının evrilmesine sebep olan depremlerdendir.

 

Northridge ve Kobe depremleri sonrası, 1994-2000 yılları arasında süren araştırma programı boyunca, kaynaklı moment aktaran birleşimlerin daha iyi performans gösterebilmesi için şu sonuçlar ortaya çıktı: 

- Kaynaklama pratiği, 

- Kaynak metalinin sertliği,

- Kaynak kalite kontrolü,

- Çelik malzemenin sünekliği,

- Çelik malzemenin dayanım fazlalığı,

- Northridge sonrası birleşimler.

 

Yönetim yaklaşımı olarak binaları elastik kalacak şekilde tasarlamak maliyet nedeniyle tercih edilmiyor. Örneklendirmek istersek, yapıyı yükün yarısına göre elastik tasarladığımızı varsaydığımızda dayanımı azaltıyor, sünekliği ise artırıyoruz. Süneklik elastik olmayan şekil değiştirme kapasitedir. Yönetmelikle sünekliği sağlatmamızın sebebi tasarım felsefemizde can güvenliğini sağlamak ve göçmenin önüne geçmektir. Sünekliğin farklı seviyeleri var. Malzeme, kesit, eleman ve birleşimlerin sünek olması gerekir. Bu sistem sünekliğini oluşturur. 
 

Yatay yük taşıyıcı sistemlerin iki görevi var. Birincisi: yatay yük taşımak, ikincisi bütün sisteme stabilite sağlamak.  Temel yatay yük taşıyıcı sistemler ise dördü çaprazlı çerçeveler olmak üzere şu şekilde kategorize edilmektedir:

- Moment Çerçeveler,

- Merkezi Çaprazlı Çerçeveler,

- Dışmerkez Çaprazlı Çerçeveler,

- Burkulması Önlenmiş Çaprazlı Çerçeveler,

- Süneklik Düzeyi Yüksek Levha Perde Duvarlar,

- Karma Sistemler. 

 

Depreme dayanıklı yapı tasarımıyla ilgili olarak deprem geçmişi olan California bölgesindeki uygulamalardan örnekler vereceğim. Wilshire Grand Center, 2017 yılında Los Angeles’ta tamamlanan 73 katlı 335 metre uzunluğunda bir bina. Bina sahibinin isteği nedeniyle yüksek kirişler istenmemiş, ayrıca cam giydirmenin deformasyon sınırlarını sağlamak için BRB uygulaması kullanılmış. Binada iki kriter gözetilmiş. Bunlar: 

-Servis depreminde (DP=43 yıl) elastik kalması,

-En büyük depremde (DP= 2475 yıl) göçme öncesi performans düzeyi sağlanması.

 

Binada yerinde dökme betonarme perde çekirdek kullanıldı. Dış kolonlar beton dolgulu kesit olarak oluşturuldu. Outtrigger olarak belirli aralıklarla 180 adet BRB yerleştirildi. 

 

Bir diğer örneğimiz ise Sutter Health CMPC Van Ness Campus binası. 2019 yılında açılan bu hastane binasında yapının deprem sonrası kullanılabilir kalması için sismik enerji sönümleyici viskoz duvar damperler kullanıldı.  Damperlerin tam ölçekleri testleri San Diego Üniversitesi’nde gerçekleştirildi.