Sismik İzolasyon-Sismik İzolatörler-Deprem:
1--Sismik İzolasyon:
1--Geleneksel yöntemde amaç depremle binaya
gelecek titreşim enerjisini tüketebilecek güçte taşıyıcı sistemi güçlendirmek
iken sismik izolasyonda binanın tabanına konacak sismik izolatörler ile binanın
rijitliğini azaltmak,periyodunu ve sönümünü arttırarak suretiyle binaya daha
küçük deprem kuvvetlerinin gelmesini sağlamaktır.
2--Sismik izolasyon ABD,Japonya,Çin,Yeni
Zelenda ve İtalyada vs gelişmiş ülkelerde uygulanmakta ikenYeni deprem
yönetmeliğinde sismik izolasyona ABD deprem yönetmeliği kurallarına uyulmasının
yeterli olduğu belirtilmek suretiyle yeşil ışık yakılmıştır.
3--Yapının sönümü arttırılsa yapıya gelen hem
ivme hem de yapının yapacağı öteleme hareketi azalacaktır.Bu anlamda yapıların
şiddetli depremlerde yatay yer değiştirmeleri 30-40 cm den büyük olmamalıdır.
3.1--Yapı periyodu ; bina
kütlesi/rijitliğinin karekökü ile doğru orantılı olduğu için yapının kütlesi
arttırıldığında veya rijitliği azaltıldığında yapıya gelecek deprem kuvveti
azalacaktır.Bu anlamda yapı periyodunun 2-2,5 sn kadar arttırılması ile binaya
etki eden deprem kuvvetlerinde önemli bir azalma sağlanabilir.
3.2--İzlasyonsuz yapıda binaya etki eden yer
hareketi izolasyonlu binaya göre 3-6 kat daha büyüktür.İzolasyonsuz sistemde
yapının yer hareketini büyütme oranı 0,9-1 civarında olup,yapı rijitliği artmış
kütle hareketi yapmaktadır.
4--Sismik izolasyonlu bir binada deprem
anında sadece tabanda ötelenme hareketi var iken,sismik izolasyonsuz binada
deprem anında katlar arasında büyük ötelenmeler oluşur.Bu ise binada katların
hasar görmesi anlamına gelecektir.
5--Yapıların periyodunun uzatılması yumuşak
zeminler üzerine inşa edilmiş yapılar için zararlıdır.Yumuşak zeminlerde bina
tabanına sismik izolasyon yapılırsa yapı periyodu arttırılması halinde binaya
gelecek deprem yükü artacaktır.Bu anlamda bitişik nizam binalar ile yumuşak
zeminde yapılmış binalar için sismik izolasyon uygun değildir.
6--Depremin pasif kontrolünde elestomerik
mesnetler-kurşun/kauçuk mesnetler,metal sönümleyiciler,viskoelastik
sönümleyiciler kullanılabilmektedir.Özellikle sismik izolasyonda kauçuk
izolatörler kullanılabilmektedir.
7--İstanbul Sabiha Gökçen Havaalanı için
yapılan çalışmada 252 kolonun her birine ve yolcu köprülerinin temeline 16 adet
olmak üzere toplam 268 adet sismik izolatör yerleştirilmiş olup-ayrıca yeni
terminalin tabanına uzunluğu 20 m ve çapı 60-80 cm lik yaklaşık 2500 kazık yerleştirildi.
8--Özellikle köprü,viyadük,itfiye
binası,hastane binası,iletişim binası vs yapılarda sismik izolasyon yapılması
şarttır.
Kaynakça:Sismik İzolasyon-Dr.Erdal
Coşkun-İKÜ-İnş.Müh.Bl.
1.1—Temel Bilgi:
1--Yapının sönümü artırılırsa
yapıya gelen hem ivme hem de ötelenme azalacaktır.
2--Yapıların şiddetli
depremlerde yatay yer değiştirmeleri 30-40 cm’den büyük olmamalıdır
3--Yapı periyodu T=2π√m/k
ifadesi ile verilmektedir.Periyod yapının kütlesi ile doğru, rijitliği ile ters
orantılıdır.
3.1--Yapının rijitliği
azaltılır,periyodu uzatılırsa yapıya daha küçük bir deprem kuvveti gelecektir.
3.2--Yapının periyodu 2 - 2.5
sn kadar uzatılırsa, deprem kuvvetlerinde önemli bir azalma olmaktadır.
4--İzolasyonlu sistemde yapının
yer hareketini büyütme oranı 0.9 - 1.0 civarındadır. İzolasyonlu yapı RİJİT KÜTLE
HAREKETİ yapmaktadır.
4.1--İzolasyonsuz yapı yer
hareketini 3.0 - 6.0 kat büyütmektedir.
5--Yapıların periyotlarının
uzatılması yumuşak zeminler üzerine inşaa edilmiş yapılar için
zararlıdır.Yumuşak zeminlerde sismik izolasyon konularak yapı periyodunun artırılması
halinde yapıya gelecek deprem yükü artacaktır.
5.1--Bitişik nizam yapılarda
izolasyon yapılması uygun değildir.
1.1--Son Depremlerde Gözlenen Yapısal Sorunlar
1--Zayıf malzeme özellikleri
(betonarme betonu ve donatı)
2--Düzensiz taşıyıcı
sistemler (plan ve kesitte düzensizlikler, burulma-kolonların aynı kesit ve
düşeyde olmaması)
3--Bitişik düzendeki
yapıların çarpışması (çekiçleme etkisi)(mutlaka boşluk bırakılması-yada arada
darbeyi emen karbonlu strafor olması-5+5=10 cm)
4--Sünek olmayan donatı
detaylandırması
5--Yetersiz kesit boyutları
6--Kısa kolonlar-Kısa
kirişler
7--Yetersiz yatay rijitlik
8--Yumuşak/zayıf katlar
9--Yığma/kargir yapılarda
aşırı duvar boşlukları
10--Kat döşemelerinde yeterli
diyafram etkisinin sağlanamaması
11--Çelik yapılarda
niteliksiz kaynaklar, yerel, tümsel burkulmalar
12--Yerel zemin koşulları(sıvılaşma
tehlikesi) vb. ...... Bütün bunlar içinde, pek çok sünek olmayan, perdesiz
betonarme çerçeveli binaların önemli düzeyde hasar gördüğü ya da göçtüğü
izlenmiştir.
1.1--Değişik Türden Yapıların Olası Sönüm Oranları:
Yapı Taşıyıcı Sistemi………………………..Sönüm (ξ) %
Çelik çerçeve
(kaynaklı)…………………………2~5
Çelik çerçeve
(bulonlu)………………… ………5~10
Betonarme çerçeve (dolgu
duvar varlığı, tipi,
çerçeve elemanlarına bağlantı
detayı...)………… 5~10
Yığma/kargir duvarlı
yapılar…………………….. 10
Ahşap yapılar……………………………………..
15
2--Yer
Hareketi Düzeyi- Yapısal Hasar ya da Onarım Maliyeti İlişkisi inecelendiğinde
1—En fazla hasar-maliyet
Sünek Çerçeveli Yapılarda oluşurken
2—En az hasar Sismik
İzolatörlü Yapılarda oluşmakta.Bu nedenle yapılarda özellikle yüksek yapılarda
sismik izolatör kullanılması oldukça öenmli.Sismik izolatörler
3—Bina ömürleri:40-100 yıl
arası değişir.
3—Sismik İzolatör Tipleri:
1--Elastomer Mesnet
2--Yüksek/düşük Sönümlü
Kauçuk Mes.
3—Kurşun Çekirdekli Kauçuk
Mesnet
4—Sürtünmeli Sarkaç Mesnet
olmak üzere tipleri vardır.
3.1—Sismik izolatörler:
1--Temel, bodrum kat, ara kat
ya da çatı kolonları üzerine konulan düşey yük kapasitesi yüksek, yatay yük
kapasitesi düşük elemanlardır.
2--Yatay rijitlikleri az
olduğundan yapı periyodu uzamaktadır.
3--Katlar arası yerdeğiştirme
oranlarına ve kat ivmelerindeki azalmalara çok katkıları var.
4--ABD Japonya Yeni Zelanda
İtalyada özellikle önemli ve büyük yapılarda kullanıma öncelik veriliyor.
5--Türkiye’de bina ve
köprülerde birkaç örneği var. Zamanla artması bekleniyor. (Önem katsayısı
yüksek, I=1.4-1.5, binalar)
6—Sismik izolasyonlar
anlamında düşük maliyetli izolasyon sistemlerinin geliştirilmesi için
çalışmalar devam ediyor. Özellikle Çin, Şili, Endonezya’da... Böylece, konutlar
için de kullanımın yaygınlaştırılması amaçlanıyor.
3.2—Sismik İzolatör Tipleri:
Elastomerik İzolatör, Metalik/Çelik İzolatör/Maliyeti en uygun olan
sönümleyicidir., Kurşun İzolatör, Yağ sönümleyiciler, Viskoelastik-silikon tipi
sönümleyiciler
1--Yüksek Sönümlü Kauçuk Mesnetler (HDRB)……
1--Sönüm %10∼15 civarında
2--Az ya da orta
yükseklikteki binalar için (çok esnek olmayan) daha uygun.
1.1--Kauçuk İzolatörler;
1--Bir kauçuk izolatör,
imalat ölçüsüne göre 450 tona kadar yük taşıyabilir.
1.1--Düşük sönümlü doğal
kauçuk taban izolatör sistemlerinde,İzolatör
çapının 1 m’den
fazla ve taşıma
kapasitesinin 500 ton civarında alınması genellikle uygundur.
2--Bir kauçuk izolatör imalat
ölçüsüne göre 1 metreye kadar yer değiştirebilme özelliğine sahiptir.
3--Daire yada kare en kesitli
üretilirler. Daire kesitlilerin çap ölçüsü 300-1000 mm dir.
4--Çok düşük ya da yüksek
sıcaklıklarda, kendisinden beklenilen davranışı gösterebilme özelliğine
sahiptir.
5--Ortalama bir yastığın
servis ömrü 50 yıldan fazladır.
6--Uygulaması
basittir.Güvenilir ve emniyetlidir.Bakım gerektirmez.
2--Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatör……..
1--Yüksek sönümlü kauçuk
izolatör gibi üretilirler.
2--%10∼20 civarında sönüm
oranlarına sahiptirler.
3--Yüksek sönümlü kauçuk izolatörler
gibi yaşlanma ve sıcaklıktan etkilenirler.
4--Önemli bir deprem sonrası
değiştirilmeleri gerekir.
5--ABD’de en çok kullanılan
izolatörlerden biridir
3--Sürtünmeli Sarkaç Türü İzolatörler……
1--Ters sarkaç gibi
çalıştıklarından yapının periyodu kütleden bağımsız olarak izolatörün eğrilik
yarıçapına göre değişir.
2--İzolatör periyodu eğrilik
yarıçapına bağlı olarak seçilir.
3--Periyodlar T=(1~5)s
aralığında, dinamik sürtünme %(2~12), efektif sönüm %(10 ~ 40) aralığında
olabilmektedir.
4--14000ton düşey yük ve ±
150cm deplasman kapasitesine kadar üretilebilmektedir. 900t civarında bir çekme
kapasitesi vardır.
5--Kauçuk esaslı
izolatörlerin
4--Yapısal hasarları kontrol
altına almak üzere enerji sönümleyicilerden yararlanılması özellikle önem
katsayısı yüksek ve kritik binalarda giderek artacaktır.
4.1--Sönümleyicilerin
kullanılması sanıldığı kadar maliyetli olmayabilir.
5—Yapılan bir bilimsel
çalışmada Ankastra temel ile sismik izolasyonlu temel için yapılan dinamik
analiz sonucunda kolonlar için elde edilen moment değerleri incelendiğinde
ankastre mesnetli temele sahip yapının düşey taşıyıcı elemanlarının sismik
izolatörlü yapıda bulunan düşey taşıyıcı elemanlara göre daha fazla momente
maruz kaldığı görülmektedir.
5.1--Bu durum izolatörlerin
deprem kuvvetlerini sönümleyerek üst yapıya daha az kuvvet aktarmasından
kaynaklanmaktadır.
5.2—Yapılan analizde temel
kirişlerinde %40 ila %50 oranında moment değerlerinde azalma olduğu
görülmektedir.
5.2.1--Taban izolasyonlu
yapılarda kat ötelenmeleri, ankastre temelli yapıya göre %50 azalmıştır.
5.2.2--Dinamik analizler
sonucunda Sismik İzolasyonlu temelde’de elde edilen moment değerleri Ankastre
Temelli sistemde elde edilen moment değerlerine göre yaklaşık %30 oranında
azalmıştır.
6—İzolasyonlu-İzolasyonsuz bir binada deprem ivme değerleri:
6.1--Sismik taban izolasyonu
uygulanmış West Japan Postal Savings Computer Center(Taban İzolasyonlu Bina):
Yapısal ve yapısal olmayan hasar yok.
6.2--Bu binada ki mevcut
ekipman sayesinde taban ivmesinin deprem sırasında
1--0.40g iken çatıda 0.12g ye
düştüğü ölçülmüştür.
2--Normal bir binada da taban
ivmesinin 0.37 iken çatıda 1.18g ye yükseldiği gözlenmiştir.
6.3--Olive View
Hospital(Normal Bina): 400 milyon $ değerinde tıbbi ekipman ve alet hasarı.Bu
binada taban ivmesi 0.80g iken çatıda 2.30 g ye yukselmiştir.
6.4--USC Hospital (Taban
İzolasyonlu Bina): Yapısal ve yapısal olmayan hasar yok. Bu binada taban ivmesi
0.37g iken 0.11g ye düştüğü gözlenmiştir.
6.5--Yapılan bir araştırmaya
göre Taban izolasyonlu bina Richter ölçeğine göre 8 büyüklüğündeki bir depremi
sanki Richter ölçeğine göre 5.5 büyüklüğündeki deprem gibi hisseder.
6.6—Ankastre bir yapıda
deprem anında yapı periyodu 0.2-0.5-dar bir aralık ve ivme 1-2-yüksek arasında
iken sismik izolasyonda yapı periyodu 1-1,6 aralığında uzarken ivme değeri 1 in
altına düşebilmektedir.
7—Deprem Maliyetleri:
7.1--Kobe Depremi-Ocak
17,1995: 6.9 Mw, 20 saniye, toplam hasar:150-200 milyar $ (Japonya bütçesinin %
4 ü)
7.2--Northridge Depremi-Ocak 17,1994:6.7
Mw , 15 saniye, toplam hasar: 30 milyar $
8—Sismik İzolasyonlu Bina-İzolasyonsuz Bina maliyet oranı:
8.1—Sismik izolasyonlu
yapının toplam kaba inşaat maliyetini inceleyecek olursak, kullanılacak olan
sismik izolatörlerin maliyeti, toplam kaba inşaat maliyetinin % 40’ını teşkil
etmiştir.
8.2--Sonuç olarak sismik
izolasyonlu yapının kaba inşaat maliyeti izolatörlerle birlikte
hesaplandığında, perdeli ankastre yapıya göre % 29 oranında artmıştır.
8.2—Sonuç olarak yapılan
çalışmada sismik izolasyonlu yapının toplam inşaat maliyetinin, perdeli
ankastre yapıya göre % 2 oranında daha ucuza mal olduğu anlaşılmaktadır.Bu
farkı oluşturan kalemler:Demirli beton % 11 azalmış, Düz yüzeyli betonarme
kalıbı % 18 azalmış, Betonarme demiri % 36 azalmıştır.Bu durum toplam
maliyetlerin azalmasına neden olmuştur.
8.3—Yapılmış bir bilimsel
çalışmada Sismik yalıtım metodu
kullanarak çözülen yapı
modelinin toplam inşaat
maliyetinde ki artış, ankastre
çözülen yapı modeline göre
1--IIIA grubu yapıda %4,55,
2—IVA grubu yapıda ise
%1,70 düzeyindedir.
3--sismik yalıtım cihazlarının kullanılması
bütün inşaat maliyetinin
aslında en fazla
%12.76’lık oranında
artırmaktadır.
9—Uygulamada
1—Temel betonunda kolon
filizleri çıkmak yerine bu temel-kolon bağlantı noktasına izolatörü temele
monte edip izolatörün üstünden kolonu devam ettirmek
2--Yapıya iki adet radye
temel yapmak sureti ile iki temel arası izolasyon bölgesi oluşturulması, yapı çevresinin
hareket kabiliyeti kazandırmak adına kuranglez perde açılması yapılabilir ve sismik izolatörün yanında sismik izleme
sistemi montajı yapılabilir.
3—Güçlendirme deprem
izolasyonunda kauçuk izolatör kolonlar
kesilerek
Araya yerleştirilir.
9.1—Yapılmış Uygulamalar:
1--2008 yılındaki bir deprem
yalıtımı uygulaması ise, Sabiha Gökçen Havaalanı terminal binasıdır. 160,000 m2
alanı olan bu yapının deprem yalıtımı için 252 adet deprem izolatörü
kullanılmıştır.
2--750 yataklı Erzurum Sağlık
Kompleksini görüyoruz. 250.574 m2 inşaat yer almaktadır. Sağlık kompleksinin
inşaatı halen devam alanına sahip bu komplekste, 1248 adet deprem izolatörü kullanılacaktır
3-- Tarabya Oteli, 1950’lerde
ya-pılmış 13 katlı yüksek blok ve alçak bloklardan meydana gelmiş, betonarme
bir yapı idi. binada, deprem yalıtımı uygulaması kapsamında, önce temellerin
güçlendirilmesi yapılmış, zemin kat kolonları mantolanmış, bloklar arasındaki
dilatasyon mesafeleri arttırılmış ve 101 adet sismik izolatör, zemin kat
kolonlarının üst kotuna, döşeme altına yerleştirilmiştir. Ancak daha sonra el
değiştiren binada, montajı yapılmış olan izolatörler sökülmüş ve bina sismik
izolatörsüz olarak ve tadilat görerek, yine otel olarak, yeni hüviyetini
almıştır.
4--Atatürk Havalimanı
terminal binası, üç betonarme katı ve space frame çelik çatısı olan, Yaklaşık
olarak tabanda 240 m x 168 m. boyutundadır. 17 Ağustos 1999 Kocaeli depreminde
(Mw=7.6) yeni inşaatı bitmek üzere olan Atatürk Havaalanı terminal binasında
hasar olmuş ve bu hasar, başlıca üçüncü katta, çelik çatıyı taşıyan
kolonlarının dip ve üst kotlarnda oluşmuştur. Deprem sonrası yapılan inceleme,
mevcut taşıyıcı sistemin zayıf kolon kuvvetli kirişlerden oluştuğunu ortaya
çıkarmıştır.
4.1--Bu beklenmeyen hasar
üzerine, çözüm olarak çatı kirişleri-nin sismik izolasyonu, ilave olarak çatıda
şok aktarma elemanları kullanılması ve betonarme yapının güçlendirilmesi yolu
seçilmiştir. 2000 yılında, kolon üst kotlarında, kiriş altına 130 adet sismik
izolatör yerleştirilmiştir.
5--ABD’NİN en çok satan
teknoloji ve bilim dergisi Wired, dünyanın depreme en dayanıklı binası olarak
İstanbul’daki Sabiha Gökçen Havaalanı’nın bu ay başında hizmete giren yeni dış
hatlar terminalini seçti.
5.1-- Wired dergisi, bu
seçimine gerek olarak 185 dönümlük arazi üzerine tek parça olarak inşa edilen
binanın tamamen 300 adet sismik izolatör üzerine oturtulmuş olmasını gösterdi.
5.2--Terminalin üzerinde
oturduğu 300 izolatörün toplam maliyeti yaklaşık 5 milyon doları buldu.
5.3--terminal binası
inşaatının yaklaşık 500 milyon euro’ya mal olup, 300 sismik izolatör
kullandıklarını ve bu izolatörlerin inşaat maliyetine yaptığı artışı % 2 olmuştur.
binanın hafif olması için çelik tercih edildi. Betonarme yerine çelik
kullanınca toplam maliyette % 10’a yakın ekstra yükle karşılaşıldı
Kaynak:
1--http://imoistanbul.org/imoarsiv/2012SeminerNotlari/oguz_cem_celik.pdf
2--https://dergipark.org.tr/download/article-file/320440
3--http://www.ulusyapi.com/Urun.aspx?Sub=23
4--http://www.sismikizolasyon.com/
5--http://kocaeli2007.kocaeli.edu.tr/kocaeli2005/deprem_sempozyumu_
6--http://web.iku.edu.tr/~ecoskun/sismik%20izolasyon.pdf
7--https://www.artyapiproje.com/sismik-izolator
8-www.dokaendustri.com.tr/urunler.php?sayfa=epstaahhut&expandable=2
9--http://www.turkchem.net/binalarda-deprem-yalitimi-turkiyedeki-uygulamalar.html
10--http://www.limak.com.tr/basin/basinda-limak/2009/depreme-en-dayanikli-bina-turkiyede
11--https://docplayer.biz.tr/57046823-Sismik-izolasyon-sistemlerinin-maliyet-analizi.html