 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
27 HAZİRAN 1998 ADANA CEYHAN DEPREMİNDE PREFABRİKE YAPI HASARI VE DEĞERLENDİRMELER, ÇÖZÜMLER,ÖNERİLER NEJAT BAYÜLKE İNŞAAT YÜKSEK MÜHENDİSİ GİRİŞ Ülkemizde 1980’li yıllardan bu yana giderek yaygın bir biçimde yapılan prefabrike yapılarda kullanılan “taşıyıcı” sistemlerden bir tanesi, tek katlı prefabrike çerçeveli yapı sistemi, ilk kez 27 Haziran 1998’de Adana’da yoğun bir biçimde depremle hasarı ile tanıştı. Daha önce 13 Mart 1992 Erzincan depreminde yine bir prefabrike yapıda deprem hasarı olmuştu, ancak hasarın yankısı bu kadar büyük değildi. Adana Organize Sanayi Bölgesinde ve Ceyhan yakınlarında çok sayıda betonarme prefabrike çerçeveli yapı depremde önemli yıkım ve hasar gördü. Yapıların kendisinde hasar nedeni ile olan kayıplardan kat kat fazlası yapıların üzerini örttüğü fabrikalardaki “üretim kaybı” ile ortaya çıktı. Belki de hasarın daha çok yankılanması ortaya çıkan üretim kaybı nedeni ile oldu. Yıkım iki türlü oldu: 1-Kirişler mesnetlerinden yanlamasına devrilerek yere düştüler, 2-ya da kirişler uçlarından kırılarak uzunlamasına yönde bir uçlarındaki mesnetten düştüler (Şekil-1). Gözlenen bir diğer önemli hasar çerçeve kolonlarının alt uçlarına yakın yerlerde betonda eğilme çatlaklarıdır. Bu hasar kolonların alt uçlarında elastik moment taşıma gücünün aşıldığının göstergesidir. Bu çalışmada söz konusu yapıların dinamik özellikleri, Adana Ceyhan depremindeki hasarın irdelenmesi, bu yapılardaki hasarın deprem kuvvetli yer hareketi ile olan ilişkisi, yapı sisteminin “Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik” ve depreme dayanıklı yapı tasarımı ilkeleri açısından değerlendirilmesi, sistemin geliştirilmesi için gereken önlemler vb konular incelenecektir. Bu yapı sisteminin deprem dayanımı artırmak için alınması gereken önlemler önerilecektir. HASAR GÖREN PREFABRİKE YAPI SİSTEMİNİN ÖZELLİKLERİ Bu yapı sisteminde yaklaşık 20 metre açıklıklı ve 7.50 metre yükseklikteki çerçeveler 7.50 metre aralıklarla kullanılmaktadır. Bazen yanyana bir kaç holden oluşan yapılar kullanılmaktadır. Bu açıklıkta bir yapıda çatı kirişi mesnette 0.40-0.50 metre, açıklıkta 1.30-1.40 metre yüksekliğinde olmaktadır. Kolonların en kesiti ise çerçeve yönünde 0.70 metre uzunlukta ve 0.30-0.35 cm genişlikte olmaktadır. Kirişlerin ağırlığı yaklaşık 20.00 ton, kolonların ağırlığı ise 4.5-5.0 ton kadardır. Bu depremde yıkılan tek katlı prefabrike çerçeveli yapı sisteminin bağlantı ayrıntıları Şekil-2’de verilmektedir. Bu sistemde prefabrik kolonlar zemine gömülmüş kutu temellerin içine konulmakta ve kutu temel ile kolon arasındaki boşluk betonla doldurulmaktadır. Bu temel bağlantısı ile kolon alt ucundan “ankastre” olarak bağlanmaktadır. Çatı ya da vinç kirişleri kolondaki konsollara oturmaktadır. Bu konsollardan çıkan f 12-20 çapındaki iki donatı kiriş ucundaki deliklerden geçmekte ve bu deliklerin çevresi harçla doldurulmaktadır. Çatı kirişleri birbirlerine dik yönde aşıklarla bağlanmaktadır. Aşıklar kirişlere oturmaktadır. Bu noktalarda aşıkların uçlarındaki deliklerden kirişlerden çıkan donatılar geçmektedir. Bu demirlerin çevresi daha sonra harçla doldurulmaktadır.Bu sistemde kolonlarla kirişler arasındaki bağlantı moment almayan “mafsallı” bağlantıdır. Kirişi mesnette tutan bir diğer değişle kirişin boyuna doğrultusunda kayıp düşmesini önleyen ara yüzeydeki sürtünme kuvveti, bu kuvvet kirişin ağırlığı ve sürtünme katsayısına bağlıdır, ve donatının en kesitinin sağladığı kesme dayanımıdır Şekil-3. Bu arada plandan bakıldığı zaman ise kiriş ucundaki delikler arasındaki beton alanının ve eğer varsa bu bölgedeki kiriş donatısının da çekme etkisi altında oldukları anlaşılacaktır. Şekil-3.Kirişlerin düzlemlerine dik yönde gelen kuvvetleri yine konsol ile kiriş arasındaki sürtünme kuvveti, yine düşey kiriş yükü ve sürtünme katsayısına bağlıdır, aşıkların verdiği yanal destek ve gusseden çıkan donatıların kesmeye ve daha önemlisi eğilmeye dayanımlarıdır. Bu arada bu yanal kuvvetin yaratacağı devrilme momenti etkisine, karşı koyan moment, düşey yükün konsol kenarı çevresinde oluşturacağı karşı yöndeki momenti karşı koyacaktır. DEPREMDEKİ HASAR 27 Haziran 1998 Depreminde bu yapı sisteminde iki türlü hasar olmuştur. Birinci tür hasar çatı kirişinin yana devrilerek mesnetten düşmesi ve bu sırada kiriş üzerindeki gusseden çıkan ve kirişin ucundaki betonlanmış delikten geçen donatılar bükülmüş ve delikten çıkmış ve devrilen kiriş yere düşmüştür. Kiriş devrilirken üzerine oturan aşıklar, kirişlerden çıkan ve aşıkların uçlarındaki deliklerden geçen 5-6 cm uzunluğundaki demirlerden kurtularak yere düşmüştür. Aşıkların ucundaki delikten geçen 5-6 cm uzunluktaki kirişe ankrajlı demirler aşıkların uçlarındaki deliklerden kurtulmuş ve aşıklarda yere düşmüştür. Bu arada kirişlerin düşmemekle birlikte pek çok yapıda kirişlerin oturduğu konsolun kenarlarında betonda ezilmeler gözlenmiştir. Bu durum kirişlerin yanal devrilme sorunun oldukça yaygın olduğunun bir başka kanıtıdır. Bu hasar görünümü prefabrike sistemin üçgen kirişlerinin yeterli yanal bağlantısının olmadığını göstermektedir. 20 ton ağırlığında olan üçgen kirişin mesnetten yanal olarak devrilmesi için gereken yanal yük aşağıdaki gibi hesaplanabilir: Karşı koyan mesnetin kenarına göre moment 10 ton x 0.15 m = 1.5 ton-m Deviren moment 10 ton x C x 0.78 m = 7.8 C ton-m Burada C eşdeğer statik yatay kuvvet katsayısıdır 10 ton x C üçgen kirişe depremde gelen eşdeğer statik yanal yüktür. 0.78 m değeri ise bu tür kirişler için bir kaynakta (Zorbozan ve Diğerleri-1998) yapılan bir hesaptan alınan kiriş ağırlık merkezinin mesnetten yüksekliğidir. Üçgen kirişin devrilmesi için gereken yatay yük katsayısı : C = 1.5 / 7.8 = 0.214 olmaktadır. İkinci tür hasar konsola oturan kirişlerin yanal yüzeylerinde, uçlarında konsoldan gelen demirlerin içinden geçtiği deliklerin olduğu yerlerde gözlenen düşey çatlaklardır. Bazı yapılarda kirişlerin bir uçları konsoldaki demirlerden kurtularak yere düşmüştür. Bu arada kirişin ucu konsolun ucundaki betonu da ezmiştir. Bu arada konsoldaki demirler de bükülerek kiriş uçlarındaki deliklerden çıkmıştır. Adana Organize Sanayi Bölgesinde ve Ceyhan yakınlarında bu prefabrike yapı sistemi ile yapılmış çok sayıda yapıda her iki tür hasar gözlenmiştir. Çatı kirişlerinin Doğu-Batı yönünde uzandığı yapılarda 1nci tür hasarın, kirişlerin yanlamasına devrilmesi, daha çok olduğu izlenimi edinilmiştir. Üçgen kirişlerin yanlamasına devrilerek yıkılmasında mesnetten çıkan ve kiriş ucundaki deliklerden geçen filiz demirlerinin boylarının “çok” kısa olduğu ve bu deliklerin yeterli bir biçimde betonlanmadığı ya da bu deliğe konulan şerbetin ya da harcın yeterli dayanımd a olmadığı ve bu iki ayrıntının eksiksiz sağlanması durumunda yıkılmanın olmayacağı da ileri sürülmüştür (Zorbozan ve Diğerleri-1998). Özellikle üçgen kirişlerden çıkan ve aşıkların uçlarındaki deliklerden geçen filizlerin boyları 5-6 cm gibidir. Bu kadar kısa filizlerin çevrelerinde beton da olsa yeterli gerilmeleri betona aktarması güçtür. Ayrıca kiriş ve aşığın yüksek dayanımlı ve fabrikada kür edilmiş betonları ile deliklere şantiyede konulan betonun birbiri ile kaynaşması da güçtür. Farklı zamanlarda dökülen betonlar arasında kaynaşmanın güç olduğu bilinmektedir. Ayrıca şantiye betonunun fabrikada dökülmüş ve kür edilmiş betonla aynı dayanımda olmasıda güçtür. Bu yapılarda kolonların çanak temellerinde kolon ile çanak temel arasındaki boşluğa konulmuş betonda herhangibir çatlama, ezilme ve açılma gözlenmemiştir. Bu durum kolonların gerçektende temele ankastre olarak bağlı olduğunu göstermekte ve yapılmış bir deneysel çalışmanın (Karadoğan ve Diğerleri-1997) geçerliliğini kanıtlamıştır. Bu arada bazı yapılarda çanak temele oturan kolonların alt uçlarına yakın yerlerde eğilme çatlaklarının olmasıda kolonların çanak temele ankastre olarak bağlandığının bir başka kanıtıdır. Bu arada kirişlerinde hiçbir türde düşme yada devrilme olmayan pek çok prefabrike yapıda kolonların alt uçlarına yakın yerlerde eğilme momenti çatlakları ve gusselerin üst yüzey yan köşe uçlarında ezilmeler de gözlenmiştir. Ancak bu deprem bu tip çanak temelli prefabrike yapılarda çanak temelin kolonların alt ucunun ankastreliğini sağlayıp sağlamadığından daha önemli sorunu olduğu göstermiştir. Çatı kirişi kolona bağlanamamış, kolonun konsolu üstünde çok tehlikeli bir biçimde, her an düşmeye hazır, durmaktadır. Gözlenen hasar bu çerçeve sistemli prefabrike yapıların deprem açısından yetersiz olduğunu göstermiştir. Bu çerçeve sistemi ile yapılmış çok sayıda prefabrike fabrika yapısı çok sayıda organize sanayi bölgelerinde yar almaktadır. Bu sanayi bölgelerinin önemli bir bölümü deprem tehlikesi Adana Sanayi bölgesinden çok daha yüksek düzeyde deprem tehlikesi altındadır. SİSTEMİN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ VE DEPREM KUVVETLİ YER HAREKETİ 27 Haziran 1998 Depreminin kuvvetli yer hareketinin (Şekil-4) kaydedildiği depremin merkezine en yakın nokta Ceyhan’dır. 5.9 mağnitüdlü depremin en büyük yer ivmesi Doğu-Batı yönünde 0.28 g ( 275 cm/sn2’dir). Adana Organize Sanayi Bölgesi depremin merkezine hemen hemen Ceyhan ile aynı yakınlıktadır. Ancak Organize Sanayi Bölgesinin zemini, Ceyhan Nehrinin yatağından oldukça uzakta olduğu için, Ceyhan kent merkezine göre biraz daha “sıkı” bir zemin olabilir. Bunun sonucu eğer Organize Sanayi Bölgesinde de bir kuvvetli yer hareketi kaydedilmiş olsaydı hem yer ivmesinin uç değeri biraz daha küçük ve kuvvetli yer hareketi içinde hakim titreşimlerin olduğu periyotlar biraz daha küçük olabilirdi. Yine de Organize Sanayi Bölgesindeki yapıların bu depremin Ceyhan’da ölçülen kuvvetli yer hareketi kaydına benzer bir kuvvetli yer hareketi ile zorlandıkları kabulü gerçekten pek uzak değildir. Söz konusu prefabrike çerçeveli yapıların yüksek olmaları, 7.00-7.50 metre onların tek katlı olmalarına rağmen oldukça uzun periyotlu olacaklarını göstermektedir. Kolon boyutları 35x70 cm ve üst uçları mafsallı olan bu yapılarda kolonlar bir uçlarından zemine ankastre, üst başlarından da birbirlerine “bağlantı” elemanları ile bağlı oldukları kabulüne göre hesaplanmış yay katsayıları (k) ve kütleleri dikkate alındığında titreşim periyotları çerçeve yönünde 0.5 saniye, diğer yönde 1.0 saniye civarında olmaktadır. Bu hesap çerçeve yönünde 20 metrelik iki açıklığı, diğer yönde 7 adet 7.50 metre aralıkla konulmuş çerçevesi olan bir prefabrike yapı için yapılmıştır. Bu yapılarla aynı sistemli Ankara Sincan Organize Sanayi Bölgesindeki bir prefabrike yapının ölçülen ve hesaplanan periyotları çerçeve ve dik yönde aşağıdaki gibidir:
Periyot ölçülen yapı çerçeve yönünde 15.00 metre açıklıklı iki holden oluşmaktadır. Yapının uzun yönünde 7.5 metre açıklıkla konulmuş 9 çerçeve yer almaktadır. 15.00 metre açıklıklı üçgen çerçeve kirişleri mesnetlerde 0.50 m açıklıkta 1.20 metre derinliğindedir. Kolonlar 0.40 x 0.40 metre en kesidindedir. Kolonların yüksekliği ise 6.00 metredir. Binanın çatısı ondüleli sac üzerinde ondüleli asbestos kaplıdır. Binanın uzun yöndeki dış cephesinde kolonlar arasında tuğla yığma duvarlar vardır. Kısa yönde, çerçeve yönünde ise hemen hemen bütün kolonların arası boştur. Bu nedenle uzun yöndeki yapı periyodu dolgu duvarların katkısı nedeni ile çok farklıdır. Dolgu duvarlı yapı ile çıplak çerçeveli yapıların periyot ölçümlerinden betonarme dolgu duvarlı ya da bitmiş yapının periyodu salt çerçeveli yapının 1nci mod periyodunun 1/3 ile 2/3’ü kadar olduğu gözlenmiştir (Bayülke-1989). Bu nedenle salt çerçeve rijitliği dikkate alınarak hesaplanmış periyod dolgu duvarların katkısını da içeren ölçülmüş periyodun 3 katı kadar daha büyük olması beklenen bir durumdur. Periyot hesabında kolonların rijitliği (yay katsayısı k ) altta zemine ankastre üstte serbest kirişin birim uç yükü altında yaptığı ötelenmeden hesaplanmıştır. Bu periyot ölçümünün amacı tek katlı ve kiriş uçları mafsallı betonarme prefabrike yapıların titreşim periyotlarının hangi aralıklarda olduğunu belirlemektir. Bu tek katlı yapılara gelen deprem yükleri yapının 1nci mod titreşim periyodu ile ilgilidir. Bu tür prefabrike betonarme çerçeveli yapıların kısa yada çerçeve yönünde oldukça uzun, 0.7-1.0 saniye, diğer uzun yönlerinde de oldukça kısa, 0.25-0.35 saniye periyotları, olabilir. Kısa yönde uzun periyotlar, depremlerde, bu yönde yapıya büyük spektral yatay ötelenmelerin; uzun yönde kısa periyotlar ise bu yönde yapıya büyük spektral ivmeler, kuvvetlerin etkiyeceğini gösterir. 27 Haziran 1998 Adana-Ceyhan Depreminin (Mağnitüd = 6.0) Ceyhan’da alınmış kuvvetli yer hareketinin ivme ve ötelenme spektrumlarından (İnan ve Diğerleri-1998) (Şekil-5) bu yapılara gelen spektral ivme ve ötelenmeler hesaplanmıştır. Yapıların sönüm oranı % 5 alınmıştır. Ülkemizde şimdiye kadar en büyük genlikli deprem kuvvetli yer hareketi 13 Mart 1992 Erzincan Depreminde (Mağnitüd = 6.8) ölçülmüştür. Bu depremin kuvvetli yer hareketi kayıtlarından hesaplanan spektrumlar (Şekil-6) kullanılarak (İnan ve Diğerleri-1993) bu tip prefabrike yapılara, bu yapılarda rastlanan titreşim periyotları aralığında gelebilecek en büyük spektral ivmeler ve ötelenmeler hesaplanmıştır:
Yukarıdaki tablo bu tip prefabrike yapılara kısa, çerçeve yönünde, ve uzun, çerçevelere dik yönde depremlerde gelebilecek spektral yatay yükler ve ötelenmelerin boyutlarını vermektedir. Bu yük ve ötelenme miktarları yapıların elastik davranacağı varsayımına göredir. Ceyhan’daki prefabrike yapıda üçgen kirişin mesnetten düşürecek yatay kuvvet katsayısı 0.214 kadardır. Ceyhan’da ölçülen deprem yer hareketinin spektrumuna göre yapıya uzun yönde, üçgen kirişlerin devrilme yönünde gelebilecek ivme ve dolayısı ile yatay yük katsayısı 0.6-0.7 arasında, yıkılma için gerekli olanın 3 katıdır. Mağnitüdü 6.8 olan13 Mart 1992 Depremi kuvvetli yer hareketine göre gelebilecek spektral ivme 1.0-1.2 g, kirişin yana devrilmesi için gerekenin 5-6 katıdır. Çerçeve yönünde oldukça uzun periyotlu olan yapının spektral ötelenmelerden etkilenmesi daha kritikdir. Yapının Ceyhan ivme kaydının etkisi ile 8 cm, Erzincan ivme kaydının etkisi altında 15 cm kadar spektral ötelenmesi beklenmelidir. Bu miktarlar 7.50 metre yapı yüksekliğinin 1/100 ile 1/50’si kadardır. Burada bu tip yapıların bulunduğu 1nci derece deprem bölgelerinde yer alan organize sanayi bölgelerinde M = 7.5 mağnitüdlü depremlerin beklendiği ve bu depremlerde yer hareketinin en büyük ivmeleri 0.70-0.90 g kadar olabilir. DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI İLKELERİ Depreme dayanıklı yapı tasarımın temel ilkesi şiddetli depremin (M ³ 6.5-7.0) enerjisinin elastik olmayan deformasyonla tüketilmesidir. Yerinde dökme betonarme çerçeveli yapılarda deprem enerjisinin tüketilmesi çerçevelerde rijit kiriş uçlarının mafsallaşması ile sağlanacağı kabul edilir (Şekil-7). Oysa bu sistemde kiriş uçları daha yapının doğuşunda mafsallıdır. Bu prefabrike sistemde deprem enerjisi nasıl tüketilecektir. Yapıların elastik deformasyonlarla enerji tüketimi çok sınırlıdır. Enerji tüketimi elastik limit ötesindeki kalıcı şekil değiştirmeler ile sağlanmaktadır. Elastik şekil değiştirme limiti ötesinde kopmadan önce olan kalıcı şekil değiştirmenin elastik limit şekil değiştirmesine oranı “süneklik” olarak tanımlanmaktadır. Bu oranın yüksek olduğu yapı elemanları ve yapılar “sünek yapı” olarak tanımlanmaktadır. Kopmadan önce büyük kalıcı uzamalar yapan malzeme çeliktir. Çelik kopmadan önce % 10-20 kadar uzayabilmektedir. Betonarme yapıda deprem enerjisi tüketimi donatının kopmadan önce uzaması ile sağlanmaktadır. Kiriş uçlarında mafsallaşmanın koşulları vardır: 1-Kiriş boyuna donatıları kolon içinde sürekli ve yeterli ankraj boyunda uzanmalıdır, 2-Beton ile donatı arasında aderansın yitirilmemesi için beton enine donatı ile sarılmış olacak ve 3-Kiriş donatısının basınç etkisi altında burkulmaması için enine donatı (etriyelerle) yeterli aralıklarla sarılmış olacaktır. Böylece beton donatı ile birlikte yük taşıyabilecek, birbirlerine yük aktarabilecekler, donatı betondan sıyrılmayacak ve de burkulmayacaktır. Prefabrike yapıların “mafsallı” kiriş-kolon birleşimleri yukarıda anlatılan sünek davranış ve deprem enerjisi tüketme kurallarına uymamaktadır. Aslında yapıların enerji tüketebilme güçleri yatay yük-ötelenme eğrilerinin altındaki alanın büyüklüğü ile değerlendirilmelidir. Yapıların deprem davranışlarını en iyi belirleyen “histeresis eğrisi”dir. Bu eğri yapı elemanın yönü değişen, tersinir, yükler altındaki davranışını gösterir. Şekil-8’de uygun histeresis eğrileri verilmektedir. Yapı elemanları ve yapıların deprem enerjisi tüketme güçleri bir diğer deyişle kalıcı şekil değiştirme ile enerji tüketme güçlerinin elastik şekil değiştirme ile enerji tüketme güçlerine oranı R katsayısı denilen bir katsayı ile ifade edilir. Kalıcı deformasyonla enerji tüketme güçleri yüksek olan yapıların R katsayıları büyüktür. Bu yapıların daha küçük bir yatay yüke elastik olarak dayanmalarına izin verilir. Çünkü bu yapıların kalıcı şekil değiştirme ile enerji tüketme güçleri yüksektir. Öte yandan depremde “elastik” kalacak ya da kalması istenen yapıların R katsayısı =1.0 olur. Böyle bir yapı depremde kendisine gelebeilecek en büyük yatay deprem yükü altında kesitlerinde en küçük bir çatlak olmayacak biçimde tasarlanır ve deprem hesap yükü çok büyük alınır.“Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik”te bu tip tek katlı ve prefabrike yapılar için R-katsayısı Tablo-6.5 satır 2.2’de “Deprem yüklerinin tamamının , kolonları temelde ankastre, üstte mafsallı tek katlı çerçevelerin taşıdığı binalar “süneklik düzeyi yüksek” olarak nitelenmekte ve 5. 0 olarak alınmaktadır. Bu kabul bu prefabrike yapıların hesap yüklerinin belirlenmesinde kullanılan yer ivmesinin 5 katı deprem maksimum ivmesinin kalıcı ötelenme yaparak karşı koyabileceği anlamına gelmektedir. IInci derece deprem bölgesinde yer ivmesi 0.30 g olarak verilmektedir. Eğer bu yapı sistemi “sünek” ise hesap kuvveti katsayısı (bir bakıma C katsayısı) 0. 30 / 5 = 0.06 olmaktadır. Üçgen kirişin devrilmesi için gereken yatay yük katsayısı 0.214 olması durumunda R katsayısı, gelen yatay yük katsayısı / hesap yatay yükü katsayısı ilişkisinden gidilerek 0.214 / 0.06 = 3.6 olmaktadır. Yapı da eğer gerçekten R = 5 olsaydı kirişin 0.214 gibi bir C yatay yük katsayısının etkisi altında değilde 0.30 gibi bir yatay yük katsayısının etkisi altında devrilmesi gerekirdi. Öte yandan gerek 6.0 Mağnitüdlü Adana-Ceyhan, gerekse 6.8 mağnitüdlü Erzincan depreminin kuvvetli yer hareketlerinden hesaplanmış ivme ve ötelenme spektrumları bu yapılara gelen ivmelerin 0.6-1.2 g düzeylerinde olabileceğini ve üçgen kirişlerin devrilmemesi için bu ivmelerin yarattığı kuvvetlere dayanabilecek bir biçimde kolon uçlarına bağlanmalarının gerektiğini göstermektedir. SİSTEMİN YANAL YÜK ALTINDA YIKILMA İLİŞKİSİ Tek katlı, 2 açıklıklı kiriş uçları mafsallı ve mafsallı olmayan iki çerçevenin yatay yükler altında yıkılma ilişkisi DRAIN-2DX programı ( Prakash and Powell-1992) kullanılarak hesaplanmıştır. Çerçeveler 7.50 metre yüksekliğinde ve 20.00 metre açıklığındadır. Kolonların en kesiti 35 x 70 cm (çerçeve yönünde 70 cm), donatısı 10 f 18 mm çapında, donatının akma dayanımı 4.2 ton/cm2, ve betonun silindir basınç dayanımı ise 200 kg/cm2 alınmıştır. Bu en kesitin moment - eksenel yük eğrisi Şekil -9‘da verilmektedir.Kiriş yüksekliğinin açıklık ortasında 1.40 metre, mesnetlerde 0.40 metre olduğu kabul edilmiştir. Kiriş genişliği 0.30 metre alınmıştır. Karşılaştırma için yapının birinde, kirişlerin kolona ankastre olarak bağlanmış olduğu kabul edilen yapıda, kirişin ucunda toplam % 1.0 oranında alt ve üst donatı olduğu, beton ve donatı dayanımlarının aynı kolondaki gibi olduğu kabulü ile eğilme momenti hesaplanmıştır. Diğer yapıda ise kolon-kiriş bağlantısının mafsallı olduğu kabulü ile moment taşıma gücü çok küçük bir değer alınmıştır. Şekil-10’da her iki yapının yatay yük – yatay ötelenme ilişkisi verilmektedir. Kiriş uçları mafsallı yapının enerji tüketimi ve elastik olarak karşı koyabileceği yatay yük düzeyi yarı yarıya daha azdır. Eğer kiriş ucunun moment kapasitesi kolonun eksenel yükü olmadığı zamanki moment kapasitesine eşit olan bir yapının yatay yük - yatay ötelenme ilişkisi kiriş uçları mafsallı yapının yatay yük – yanal ötelenme ilişkisine göre çok daha üstün olmaktadır. Bu nedenle kiriş uçları mafsallı yapının “Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik” uyarınca deprem enerjisi tüketme gücünün bir ifadesi olan “sünekliği” açısından “sünekliği yüksek” yapılar olarak sınıflandırılması doğru değildir. DİNAR 1995 VE ERZİNCAN 1992 DEPREM KUVVETLİ YER HAREKETİ KAYITLARI ALTINDA DAVRANIŞ Yukarıda tanımlanan çerçevelerin her iki depremin kuvvetli yer hareketleri ile zorlanmaları DRAIN2-DX programı kullanılarak incelenmiştir. 1995 Dinar Depremi kuvvetli yer hareketi 6.0 mağnitüdlü bir depremin kuvvetli yer hareketidir. En büyük yer ivmesi 0.30 g kadardır. 1992 Erzincan Depremi ise 6.8 mağnitüdlüdür. Bu depremde ölçülen en büyük yer ivmesi 0.50 g kadardır. Bir bakıma 1995 Dinar yer ivmesi yaklaşık “Orta” şiddetli, 1992 Erzincan yer ivmesi ise “Çok” şiddetli bir depremin yer ivmesine karşılık olarak alınabilir. Bu kayıtlarda yer hareketinin güçlü olduğu periyot aralıkları farklı olabilir. DRAIN2-DX bilgisayar programı ile deprem kuvvetli yer hareketi altında incelenen çerçevelerin özellikleri artan yanal yük altında yıkılma ilişkisi olan çerçeve ile aynıdır. Çerçevenin ağırlığı yaklaşık 40 ton olarak alınmıştır. Program yapının titreşim periyodunu 0.352 saniye olarak hesaplamaktadır. Şekil-11 ve Şekil-12’de kiriş uçları “moment taşıyabilen” ve “moment taşımayan”, bir diğer deyişle kiriş uçları ankastre ve mafsallı olan tek katlı iki açıklıklı çerçevelerin deprem kuvvetli yer hareketleri altında yaptıkları ötelenmeler verilmektedir. Kiriş uçları mafsallı yapı her iki deprem altındada kiriş uçları moment alan yapıya göre çok daha büyük ötelenmeler yapmaktadır. Mafsallı yapı, üçgen kirişler yönünde, 1992 Erzincan depremi yer hareketinin ivmesinin etkisi altında 13.00 cm kadar ötelenmektedir. Bu yapının 7.50 metre olan yüksekliğinin yaklaşık 1/60’ı kadardır. 1995 Dinar ivmesi altında bu miktar 8.5 cm kadardır, yapı yüksekliğinin yaklaşık 1/90’ı kadardır. Kiriş uçları moment taşıyan yapıda ise bu değerler sırası ile 1992 Erzincan depremi yer hareketinin etkisi altında 4.0 cm ve 1/190 ve 1995 Dinar depremi yer hareketinin etkisi altında 3.0 cm ve 1/250 kadardır. Şekil-13 ve Şekil-14’de 1992 Erzincan deprem kaydı altında kiriş uçları mafsallı ve moment alan sistemlerin yatay yük ve ötelenme “histeresis” eğrileri verilmektedir. Bu iki eğrinin karşılaştırılması kiriş uçları moment taşıyan çerçevenin üstünlüğünü kesin olarak göstermektedir. Kiriş uçları mafsallı sistemin enerji tüketme gücü çok daha azdır. Ayrıca mafsallı sistem çok büyük yanal ötelenmelerle zorlanmaktadır: 14 cm yada 14 cm / 750 cm = yapı yüksekliğinin 1/60’I kadar. Kiriş ucu mafsallı olan sistem , şiddetli bir depremde (M ³ 7.0), eğer 7.50 metre yüksekliğindeki kolon ucunun 15.00 cm kadar ötelendiği zaman yıkılmıyorsa yada kullanılabilme işlevini yitirmiyorsa sistem için olumsuz bir durum olmadığı kabul edilebilir. Bu durumun bir depremde yaşanarak kanıtlanmasını beklemek yerine deneysel olarak kanıtlanması gerekir. Eğer deneyler bu sistemin bu oranda (1/60) bir yatay ötelenmeye dayanamadığını gösterirse gereken önlemlerin alınması gerekir. Sistemin eğer deneylerle kanıtlanmış yetersizliğinin varsa giderilmesi ile Türk Sanayii büyük bir yıkımdan kurtarılmış olacaktır.ÇÖZÜM ÖNERİLERİ Sistemin deprem açısından ayrıntılı ve deneysel bir değerlendirmesi yapılmadan yalnızca üçgen yanal olarak kirişlerin düşmesini önleyecek çözüm önerileri ve ayrıntıları üzerinde yoğun çalışmalar yapılmamakta yalnızca mühendislik sağduyusundan kaynaklananan görüşler ileri sürülmektedir. Bunlardan bazıları aşağıda verilmektedir: 1-Kiriş ucundaki delikten geçen filiz demirlerinin uçlarında diş açılması ve buraya bulon takılarak sıkıştırılması Şekil-152-Diğer bir öneri kirişin yanına yerleştirilmiş çelik levhaların kolondaki konsola konulmuş çelik levhaya kaynaklanması, Şekil-16. Burada hem kirişteki hemde kolon konsolundaki levhalara kaynaklanmış ankraj donatıları kolon ve kiriş betonları içinde yeterli aderans boyutunda gömülmelidir.3-Bir diğer çözüm Şekil-17’de gösterildiği gibi kirişi çelik bir yuva içine alma ve bu kirişin ortasından bir pim geçirerek özellikle çelik köprü ayaklarındakine benzeyen klasik bir “mafsal” oluşturmaktır.4- Şekil-18 Ceyhan’da yıkılmış bir prefabrike yapıda mal sahiplerinin ( Çoşkunlar Ltd. Şirketi) bulduğu kirişi ucunu ve konsolu birbirine kaynaklı çelik levhalarla “sarma” yöntemidir.Bir başka çözüm üçgen kirişlerin birbirlerine yanal destek sağlayacak biçimde gövdelerinden birbirine bağlanmasıdır. Bu bağlantı aşıkların sağladığı bağlantıdan ayrıca olacaktır. Bu bağlantının uygulanması için kiriş gövdesinde özel ayrıntılar geliştirilmesi gerekmektedir. Burada önerilen yöntem çelik çatı makaslarının birbirlerine diyagonal elemanlarla bağlanmasıdır. Bu diyagonal elemanlar yatay düzlemde, üçgen kirişlerin alt yüzünde yada diyagonal biçimde bir üçgen kirişin gövdesine alt yüzüne yakın yerden “bağlanan” diyagonalin yanındaki üçgen kirişin üst yüzüne yakın bir yere “çelik” elemanla bağlanması. Bir başka öneri kolonların üst başlarının gergi demirleri ile diyagonal kolonlara bağlanmasıdır. Yaklaşık 20.00 metre açıklıklı ve 7.50 metre aralıklı çerçeveler için 21.35 metre uzunlığunda gergi çubuğu söz konusudur. Bu çubuğun bir depremde basınç altında iken etkisinin ve davranışının nasıl olacağı denemeye değerdir. Kiriş ucunun konsola kaynaklanması yöntemi son 1994 Northridge ve 1995 Kobe depremlerinde çelik yapılarda gözlenmiş kaynaklı bağlantı hasarları karşısında başlatılan kaynaklı çelik yapı birleşimleri sorunlarının araştırılması çalışmalarının ışığı altında tasarlanmalıdır. Bu iki depremden sonra depreme dayanıklı moment taşıyan kaynaklı kolon-kiriş birleşimler üzerinde başlatılan deneyler bir paranoya değilse ortada çok ciddi bir “kaynaklı birleşim ve kaynak“ sorunu olduğunu göstermektedir. Bu araştırmaların sonucu belli olmadan “kaynaklı” birleşimin “çözüm” olarak kabulü gerçekçi değildir. Genel olarak şantiyede yapılan kaynakların kalite ve yeterli dayanım sorunları olmaktadır. Bütün önerilen ve uygulanan çözümlerin Sistemin deprem davranışını belirlemek iç in denenmesi gerekir. Gerçek deprem yer hareketi altında yapıya gelebilecek yatay yükler ya da yatay ötelenmelerin etkisi altında şu anda kullanılan ek yerinin davranışı belirlenmelidir. Ayrıca davranışı iyileştirmek için önerilen çözümlerin ve ayrıntıların da denenmesi gerekir. Orta Doğu Teknik Üniversitesinde denenen imalatçı firmaların “özgün” prefabrike yapı birleşim detaylarının hepsinin deprem açısından “geliştirilmesi ve iyileştirilmesi” gerekmiştir. Yine bu deneylerde kaynaklı bağlantı sorunları ile çok sık karşılaşılmıştır (Ersoy ve diğerleri-1993) .Çözümlerin yapının deprem güvenliği açısından yeterliliğinin kanıtlanması yanında uygulanabilirliğinin kolaylığı ve prefabrikenin çok önemli avantajı olan hızlı inşaata ne kadar uygun olup olmadığı ve de maaliyeti de önemlidir. SONUÇ VE ÖNERİLER 27 Haziran 1998 Adana-Ceyhan depreminde burada tanıtılan özelliklerdeki prefabrike çerçeveli yapılarda olan hasar bu yapı sisteminin şu andaki yapılış biçiminin deprem dayanımının yetersiz olduğunu göstermektedir. Bu yapı sisteminin daha büyük ( M ³ 6.5-7.0 ) bir depremde davranışının daha da yetersiz olacağı bu çalışmada görülmektedir.Bu yapı sisteminin mevcut durumu ile şiddetli bir depremin getireceği yükler altında davranışının deneysel olarak belirlenmesi ve gerekli iyileştirme ayrıntılarının geliştirilmesi ve bu gelişmiş ve daha dayanıklı bir yapı olmasını sağlayacak ayrıntılarla da denenmesi gerekmektedir. Bu deprem güvenliği kuşkulu yapıların üzerini örttüğü Türk Sanayii ciddi bir tehlike altındadır. KAYNAKLAR Bayülke, N. (1989) " Depremler ve Depreme Dayanıklı Betonarme Yapılar” Teknik Yayınevi, AnkaraErsoy, U., Tankut, T., Özcebe, G., ve Yağcı, S. (1993) “Önüretimli Betonarme Yapılardaki Kolon-Kiriş Birleşimlerinin Deprem Davranışı” 7nci Prefabrikasyon Sempozyumu, “Prefabrike Yapı Sistemleri ve Düğüm Noktaları”, Bildiriler Kitabı, Türkiye Prefabrike Birliği, Ankara 1993 Karadoğan, F., Yüksel, E. ve İlki, A. (1997) “Çıplak Çerçevelerin Şekil Değiştirmesi ve Sünekliği” 1nci Türk-Japon Deprem Mühendisliği Semineri Mart 1997 Istanbul (İngilizce) İnan, E., Çeken, U., Çolakoğlu, Z., Gürbüz, M., Uğraş, T. ve Köse, E. (1998) “Kuvvetli Yer Hareketi İvme Kayıtları” Adana-Ceyhan Depremi, http://angora.deprem.gov.tr/adanarp.htmlİnan, E., Güler, H.,ve Çoruh, E. (1993) “Bölüm-VII Kuvvetli Yer Hareketi KayıtlarıI" 13 Mart 1992 Erzincan Depremi Raporu, Editör, N. Bayülke, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü, Deprem Araştırma Dairesi, Ankara, Haziran 1993 Paulay,T. and Priestley, M., J., N. (1992) "Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings" John Wiley & Sons, Inc. Prakash, V. and Powell, G.H. (July-1992) "Drain-2DX, User Guide" Dept. of Civil Engineering, U. of California, Berkeley California Zorbozan,M., Barka, G., ve Sarıfakıoğlu (Eylül 1998) “Ceyhan Depreminde Prefabrik Yapılarda Görülen Hasarlar, Nedenleri ve Çözüm Önerileri” Beton Prefabrikasyon , Eylül 1998, sayfa 20-24, Türkiye Prefabrik Birliği, AnkaraNejat BAYÜLKE , bayulke@deprem.gov.tr Earthquake Research Department -ANKARA |
||||||||||||||||||||||||||||||
