Neden Deprem Değil Bina Öldürür?

Deprem Ülkesi Türkiye

Ülkemiz büyük bir deprem felaketi yaşadı. Bu deprem felaketi dün de yaşanmıştı, görünen o ki bulunduğumuz coğrafyadan dolayı yarın da yaşanacak. Japonya gibi bir deprem ülkesi olduğumuzu kabul etmemiz lazım. Ancak Japonlar’dan farkımız bizim depremlerimizin, üzerimizde bıraktığı etkinin daha yıkıcı olması. Bunun temel sebebi yapı inşa sürecimiz.

İmar planlarının deprem bölgelerinde ayrı bir şekilde ele alınıp alınmadığı, yapı inşa sürecinde projeden şantiyeye, hatta sonrasında yeteri kadar denetlenip denetlenmediği gibi bürokratik süreçler şu an için bu yazının konusu değil.

Bu yazı akademik bir ders notu değil, bu yazı sonunda depreme dayanıklı bina tasarımı konusunda temel olarak bilgilenmiş bir şekilde ayrılacaksınız.

Yapı İnşa Süreci

Öncelikle yapı inşa sürecinden bahsederek başlamak istiyorum. Harita verileri elde edildikten sonra, mimar proje için kullanıcının istekleri ve ihtiyaçları doğrultusunda bir tasarım yapar. Bu tasarıma taşıyıcıların yerlerini ve boyutlarını belirten aks sistemi de dahildir. Sonrasında çalışmasını inşaat mühendisi ile paylaşır ve taşıyıcıların ebatlarının ve yerlerini karşılıklı konuşarak son haline getirirler. Daha sonra aynısını elektrik mühendisi ve makine mühendisi ile de yapıp, takım proje diye tabir ettiğimiz mimari, statik, elektrik, mekanik projeler hazır olur. Buraya kadarki tüm süreçten, koordinasyonu sağlayan mimar sorumludur.

Sonrasında inşaat başlar ve artık sorumluluk inşaat mühendisindedir. Statik, mimari, elektrik ve mekanik projelerin doğru aplikasyonunu yapmak için artık koordinasyonu inşaat mühendisi sağlar.

Deprem Bölgesinde Tasarım

Bu sürecin en başına gelirsek, mimar deprem bölgelerinde tasarım sürecine başlarken ilk olarak bölgedeki deprem verilerine hakim olmak zorundadır. Bölgede hangi fay hatları var, o fay hatlarının atım yönleri nereye doğru gibi temel bilgileri öğrenmelidir.

Sonrası da inşaatı yapacağı yere zemin etüdü yaptırarak gelecek raporla zeminin yapısını öğrenir. Zeminin yapısı burada çok önemli çünkü sağlam bir zemine sünek bir taşıyıcı sistem kullanacağını, sağlam bir zemin değilse rijit bir taşıyıcı sistem kullanacağını bilmeli.

Taşıyıcı Sistem Türleri | Beton mu? Çelik mi?

Sünek taşıyıcı sistem dediğimiz esnekliği fazla olan taşıyıcı sistemlerdir. Çelik en sünek malzemedir. Mimar, sağlam zeminde sünek yani çelik taşıyıcı sistem kullanmanın daha iyi olacağını bilmeli.

Rijit taşıyıcı sistem dediğimiz de aşırı sağlam olan, sallanmayan taşıyıcı sistemdir. bu sistemde kolon kiriş fazla olur.

Kötü zeminde öteleme yani zeminin hareketi çok olduğu için sünek taşıyıcı sistem gittiği yerden dönemez. Bu yüzden daha az esneyen daha sağlam olan rijit taşıyıcı sistem kullanılmalı.

Depremde çelik mi daha iyi beton mu sorusunun cevabı da buradan çıkıyor. İkisinin de iyi olduğu durumlar var, önemli olan zeminin yapısı.

Peki mimar depremle ilgili bilgilendi, fay atım yönünü öğrendi ve zemin etüt raporuyla deprem atım yönünü de biliyor ve artık hangi taşıyıcı sistemi kullanacağını da biliyor. Sıra geldi can ve mal kaybını en aza indirgeyecek tasarımı yapmaya.

Aks Sistemi

Yapı planını çözerken akslardaki kolonların ve kirişlerin birbirini karşılayıp çerçeve oluşturması çok önemli bir konu.

Yukarıda gördüğünüz gibi bütün kolonların karşılığı varken 2’ aksının karşılığı yok bu hatalı bir durum oluyor.

Bütün kolon yerleşimleri yukarıda gördüğümüz gibi birbirini karşılayıp çerçeve oluşturmalı. Kolon kirişler birbirini tamamen karşılamalı. Hatalı, birbirini karşılamayan kolon yerleşimi, saplama kiriş dediğimiz bir durumu doğuruyor. Saplama kiriş için de deprem bölgelerinde asla ama asla kullanmamamız gereken unsurların başında geliyor diyebiliriz.

Saplama Kiriş

Nedir bu saplama kiriş?

Yukarıda gördüğünüz gibi kesik kesik gözüken çizgiler kirşin yere izdüşümü. Planda kirişi teknik olarak böyle ifade ediyoruz. Sisteme baktığımızda bütün kirişler birbirini karşılarken 2’ aksına baktığımızda bir kirişin ortasına adeta saplanan bir kiriş görüyoruz.

Aynı durumu yukarıda da görüyoruz bu gördüğünüz kirişlerin bir karşılığının olmaması deprem bölgesinde yapılan bir tasarım için ciddi sonuçlar doğurabilir Deprem anında da bunun o kirişi kırmaya yönelik bir hareket yapacağını söyleyebiliriz. Olması gereken aşağıda olduğu gibi kirişilerin de o çerçeve oluşturma sistemine katkı sunması.

Yapının Yerleşimi

Aks sisteminden bahsettik, ama bu akslardaki kolonları da yapıyı da neye göre yerleştireceğiz. Tabii ki deprem atım yönüne göre. Deprem atım yönüne paralel olan yapılar daha az hasar görür. Aşağıda gördüğümüz gibi atım yönüne karşı yapıyı yerleştirdiğimizde depremin etki edeceği alanı genişletmiş oluyoruz. Olması gereken atım yönüne paralel yerleşmek. Depreme karşı durmayıp depremle birlikte hareket edince bu felaketi aşmış oluruz.

Ancak diyelim ki parselimizin, arsamızın durumundan dolayı yapıyı deprem atım yönüne paralel olacak şekilde değil karşı duracak şekilde koymak zorundayız. O cephe yoldan, ısıtma-soğutma gibi sebeplerden yada manzara gibi birçok faktörden dolayı daha kıymetli olabilir. Atım yönüne karşı yerleşim yapmanın bir yolu yok mu, elbette var. Dilatasyon

Dilatasyon

Dilatasyon yapıyı belirli bir yerinden kesip biraz boşluk bırakıp inşa etmektir. Böylece biraz hareket payı bırakmış oluyoruz. Yani iki bina yapıyormuşuz gibi bir durum. Yapıyı tam kare olacak şekilde aşağıdaki şekeilde kesip iki yapı şeklinde inşa etmek.

Sadece yapımda fark ediyor bu kullanımda hiçbir farkı yok. Aslında bunu hepimiz günlük hayatta birçok yerde görüyoruz, otoparklarda, alışveriş merkezlerinde, yollarda, birçok yerde…

Plan Çözümü

Planın düzenli olmasına özen göstermeli çünkü deprem en çok düzensizliği sever. Plan olabildiğince tam kare olmalı. Kare daireden sonra en dayanıklı yapı formudur. Depremin hareketi nereden gelirse gelsin karşılayabilir.

Düzensizlik eğer yapının 1/5’inden fazlaysa az önce de bahsettiğimiz gibi deprem atım yönüne dikkat ederek dilatasyon yapıp olabildiğince tam kare haline getirmeliyiz.

Kolon-aks aralıkları olabildiğince birbirine eşit olmalı.

Galeri boşlukları dediğimiz yapının döşemesindeki boşluklar olabildiğince az olmalı, alanın 1/3’ünden fazla olmamalı (Galeri boşluklarına asansör, baca, şaft boşlukları da dahil edilir).

Yapının Ağırlık Merkezi ve Geometrik Merkezi

Deprem düzensizliği sever dedik. O yüzden yapının geometrik merkezi ile ağırlık merkezinin çakışması lazım. Bunu şöyle bir örnek üzerinden aktarayım.  

Bakın sağdakinde yapı içerisindeki dağılıma baktığımızda daha dengeli ağırlık ortaya gelecek şekilde. Yani ağırlık merkezi ortada. Yapının formu da kare olduğu için geometrik merkezi de ortaya geliyor ve böylece doğru bir örnek ortaya çıkmış oluyor. Ancak soldakinde galeri boşluğundan dolayı ağırlık merkezi sola kayıyor ve geometrik merkezle çakışmadığı için tehlike arz ediyor. Bunu aynısını kesit düzleminde de düşünebiliriz.

Duvarlar

Yapıda iki türlü yük vardır bir hareketli yükler, insanlar bu kapsama giriyor. Bir de ölü yükler. Sabit olan, hareket etmeyen her şey bu kapsamdadır. Duvarlar dahil.

Duvarlarda ölü yükü azaltan alçı plaka duvarlar tercih edebilir hatta içinde çeliklerle de taşıyıcı sistemi destekleyebilir. Ama ben illaki klasik duvar sistemlerini tuğla, bims, gazbeton gibi sistemleri tercih etmek istiyorum diyorsanız bunun da yolu var.

Duvarın taşıyıcı sisteme ankrajıyla mümkün. Ya çelik çubuklarla yukarıda gördüğünüz gibi ankrajlayacak yada duvar ankraj levhaları var artık onları kullanacak. Dediğim gibi bu teknik bir ders olmadığı için o ankrajların yerleştirilme prensiplerine girip sıkmak istemiyorum. Ama şimdilik sadece 4 sırada bir ankrajlamanın en uygunu olduğunu bilmeniz yeterli.

Unutmayın, bölme duvarlar deprem sırasında ilk 10 saniye içinde yıkılmazsa hem deprem sırasında hem de sonrasında taşıyıcı sisteme destek olur ve yine unutmayın ki Türkiye depremlerinde en çok can ve mal kaybına bu bölme duvarlar sebep olur.

Arazinin Kullanımı

Bir diğer önemli konu arazinin kullanımı. Düz arazilerde nispeten kafa karışıklığı daha az oluyor ama özellikle eğimli arazilerde aşağıdaki gibi imalatlarla karşılaşabiliyoruz. Burada olması gereken sağda gördüğümüz gibi temelin en derin yere kadar kazılmış olduğu imalattır.

Bunun sebep olduğu bir durum var. O da çok yıkıcı etkilere sebep oluyor. Kısa kolon etkisi

Kısa Kolon ve Bant Pencere Etkisi

Arazinin yanlış kullanımı sebebiyle yada kat yüksekliği farklılığı nedeniyle kolononun diğerlerinden kısa kalıp güçsüz hale gelmesi durumudur.

Bant pencere de kısa kolon etkisine sebep olduğundan ve duvarın taşıyıcı sistemi desteğini azalttığından dolayı deprem bölgelerindeki tasarımlarımızda olabildiğince kaçınmamızı gerektiren bir unsurdur.

Yumuşak Kat

Deprem bölgelerinde uyulması gereken tasarım ilkeleriyle ilgili son değinmek istediğim konu yumuşak kat.

Yumuşak kat genelde zemin katta bulunan sadece kolonların bulunduğu, hiç duvar bulunmayan yada çok az duvar bulunan katlardır. Zemin katlar genelde ticari alan olarak kullanıldığı için olabildiğince geniş, duvarsız bırakılmaya çalışılır. Bu durumu gittiğimiz marketlerden, mağazalardan da gözlemleyebilirsiniz.

Yumuşak katın depremde çok yıkıcı etkisi vardır. İlk tercih edilmesi gereken aslında yumuşak kat yapmamak. Ancak ticari kaygılar sebebiyle bunun sürdürülebilir olmadığının farkındayım. Yumuşak katlarla ilgili geriye yapılacak tek bir şey kalıyor o da deprem sırasındaki kötü etkisini önlemek için her iki yönde diyagonal çelik sistemler kullanmak gerekir.

Bu çelik çaprazları hangi yönde ne şekilde kullanılacağına elbette inşaat mühendisi karar verecek.

Deprem Sistemleri: Raylı Sistem

Bahsedeceğimiz temel ilkeler bu kadardı. Bir de özellikle şu günlerde çok popüler olan başta raylı sistemler olmak üzere bazı deprem sistemlerine değinmek istiyorum. Raylı sistem, Sismik İzolatör, Deprem İzolatörü. Adına ne dersek. Temel çalışma mantığı gelen deprem dalgasını ters yönde hareket ederek söndürüp yukarı olabildiğince az iletmek.

Zaten uygulama detaylarına baktığımızda da mevcut sisteme ters bir şekilde yerleştirildiğini de görürüz.

Genel olarak bu izolatörlerin iki türü var. Biri tek yönde çalışan izolatör. Diğeri de kauçuk izolatör. Yani her yöne çalışan izolatör.

Fayın atım yönüne bağlı olarak hangisinin kullanılacağı tercih edilir. Kesitini, çalışma sistemini, hangi koşullarda nereye eklenmesi gerekip gerekmediğini bir mimar bilmeli ancak kararı inşaat mühendisi verir. Sadece izolatör eklenince de konu tamamen çözülmüş olmuyor çünkü tesisat sistemleri de hareket sırasında hasar görmesin diye esnek boru uygulamaları da yapılmalı.

Günümüzde depreme karşı en etkili sistem olarak bilinmektedir. İlk yatırım maliyeti yüksek olsa da deprem hasarını önlediği için zarar azalıyor. Bu tarz yatırımların yapılıp yapılmayacağı, kullanım işlevine binanın ömrüne vs bakılarak da karar veriliyor. Maliyet kısmını şöyle değerlendirmek lazım aslında izolatör kullanınca betonu demiri fazla koymak zorunda kalmıyoruz. İzolatör kullanılan yapılarda beton ve demir maliyeti yaklaşık %25 daha az olur. Deprem sonrasında vereceği hasarın maliyetini ve bu yüzde 25lik demir beton kazanım maliyetini izolatörün fiyatından düşünce aslında o kadar da pahalı olmadığını görüyoruz.

İlk Kocaeli Üniversite Hastanesi’nde denendi daha sonra Sağlık bakanlığı deprem bölgelerinde 100 yatak ve üzeri hastanelerde kullanılmasını zorunlu kıldı.

Deprem Sistemleri: Alasava

Deprem izolatörü haricinde ard germe ve ön germeyi bir arada kullanan türk japon ortak teknolojisi olan alasava sisteminden de bahsetmek isterim.

Alasava prefabrik olarak üretilip yerinde montaj sırasında kısmi ard germe uygulaması ile birleşimleri moment akıcı sistem haline getiren bir yapım teknolojisidir. Daha az işçilik, büyük depremlerde hasarsızlık, geniş açıklıkları geçme gibi avantajları var ama kompleks bir sistem olduğu için çok yaygın olduğunu söyleyemem.

İstanbul Havalimanında, Atatürk Hava Limanında, Vodafone Park, Türk Telekom Arena gibi yerlerde kullanıldı. Bu sistemle ilgili gördüğüm en ilgin bilgi Vanda bir konut yapımında kullanıldığı ve 2011 van depremlerini hasarsız olarak atlattığı bilgisiydi.

Deprem Sistemleri: Diğer

Yapı içerisine büyük amortisörler, büyük küreler ekleyip deprem esnasında tersine çalışmasını sağlayan sistemler de var.

Ülkemizin yapı inşa teknolojisine uygun bulmuyorum bu tarz sistemleri bunlara sadece değinmek istedim en azından kulak aşınalığınız olsun diye.

Tasarım hatası hesapla düzeltilmez. O yüzden bu bahsettiğimiz depreme yönelik tasarım konusu çok önemli. Ben lisans eğitiminde depreme dayanıklı tasarım dersi almış şanslı azınlıkta kalan bir mimarım. Bütün bu bilgiler ve daha fazlasını bizimle cömertçe paylaşan Dr. Fikret Okutucu’ya da teşekkürü borç bilirim. Umarım deprem ülkesi olduğumuzun farkına varıp, depreme dayanıklı tasarım derslerini de zorunlu hale getiririz.

Bütün bu bahsettiklerimizin videolaştırılmış halini, Yakın Kampüs YouTube kanalında izleyebilirsiniz: