Yakın fay etkisi altındaki taban izolasyonlu binada ilave sönümleyiciler ile davranış iyileştirmesi

Abstract

Türkiye, bulunduğu coğrafi konum itibariyle sismik aktivitenin yoğun olarak yaşandığı Alp-Himalaya deprem kuşağında yer almaktadır. Ülkemizde farklı tipte pek çok aktif fay hattı bulunmaktadır. Bunlar arasında Kuzey Anadolu Fay Hattı (KAF) ve Doğu Anadolu Fay Hattı (DAF) en kritik olanlarıdır. Geçmişten günümüze bu fay hatlarında çok fazla deprem meydana gelmiştir. Doğrultu atımlı karaktere sahip bu aktif fay hatları, normal ve ters atımlı faylara kıyasla daha fazla enerji biriktirebildiklerinden dolayı, bu faylar üzerinde meydana gelen depremler genellikle daha yüksek büyüklükte ve yıkıcı olmaktadır. Türkiye'de mevcut yapı stoğunun önemli bir bölümü yeterli mühendislik hizmeti almamış yapılardan oluşmakta olup, bu durum geçmişte yaşanan büyük depremlerde ciddi can ve mal kayıplarına neden olmuştur. Yakın geçmişte meydana gelen 6 Şubat 2023 tarihli Pazarcık (Mw = 7,8) ve Elbistan (Mw = 7,6) depremleri bu durumu ön plana çıkaran çarpıcı örnekler arasında yer almaktadır. Bu nedenle, mevcut yapıların durumu dikkate alınarak, ekonomik koşullar çerçevesinde yapı sistemleri depreme karşı dayanıklı hale getirilmeli; depreme dayanıksız yapılar güçlendirilmeli ya da kentsel dönüşüm programlarına dahil edilerek yıkılıp yeniden inşa edilmelidir. Depreme karşı güvenli yapı tasarımı için pek çok yöntem bulunmaktadır. Yapı türüne ve kullanım amacına bağlı olarak farklı performans hedefleri tanımlanmıştır. Konut yapılarında genellikle 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan (475 yıllık dönüş periyodu) DD-2 deprem yer hareketi düzeyinde kontrollü hasar (KH) performans düzeyi esas alınarak tasarım yapılmaktadır. Bu performans düzeyinde yapının göçmeden ayakta kalması hedeflenmektedir. Depreme karşı daha yüksek performans talep edilen yapılar için kesintisiz kullanım (KK) performans düzeyi tercih edilebilmektedir. Bu performans düzeyinde, taşıyıcı sistemde yapısal hasar oluşmaması veya hasarın göz ardı edilebilecek düzeyde kalması hedeflenir. Söz konusu performans hedefinin sağlanması için kullanılan en etkili yollardan biri taban izolasyonu yöntemidir. Taban izolasyonu, son dönemde en yaygın tercih edilen sismik kontrol yöntemleri arasında yer almaktadır. Taban izolasyonu, hastaneler, veri merkezleri ve stratejik öneme sahip kamu binalarında yaygın olarak kullanılmakta olup, ülkemizde 100 yatak ve üzeri devlet hastanelerinde kullanımı zorunlu hâle gelmiştir. Özellikle hastane gibi faaliyetlerine deprem esnasında bile kesintisiz devam edebilmesi gereken yapılarda oldukça etkili bir yöntem olarak tercih edilmektedir. Geleneksel tasarım yöntemiyle karşılaştırıldığında, taban izolasyonu sistemlerin deprem gibi dinamik etkilerle yapıya aktarılan enerjiyi sınırlandırması ve bu etkilerin üst yapıya minimum düzeyde transferini sağlaması en önemli avantajları olarak ön plana çıkmaktadır. Taban izolasyonu sayesinde yapı periyodu uzamakta ve yakın fay etkisi taşıyan yüksek genlikli deprem kayıtlarının impuls periyotlarıyla 2–5 saniye aralığında çakışabilmektedir. Bu durum, yalıtım arayüzünde bulunan sismik izolatörlerin tasarım deplasman kapasitelerinin yetersiz kalmasına neden olabilmektedir. Yakın fay etkisi nedeniyle artan izolatör deplasman taleplerini azaltmak için, sismik yalıtım birimlerinin yatay deplasman kapasiteleri sınırlandırıla-bilmekte ancak bu durumda üst yapıya aktarılan kuvvetler artmaktadır. Bu çalışmada, yakın fay etkisi altındaki taban izolasyonlu yapı sisteminin ilave sönümleyici elemanlarla birlikte yapısal davranışı incelenmiştir. Bu amaçla, beş katlı ve dört açıklıklı tipik bir betonarme çerçeve yapı modeli üzerinde üç farklı senaryo oluşturularak yapısal davranış analizleri yapılmıştır. Öncelikle ankastre mesnetli olarak analiz edilen betonarme çerçeve daha sonra ankastre modelden elde edilen çeşitli yük kombinasyonları ve TBDY 2018 Bölüm 14'teki kurallar doğrultusunda ön boyutlanlandırması yapılan kurşun çekirdekli kauçuk izolatör (LRB) içeren taban izolasyonlu yapı modeli olarak yeniden analiz edilmiştir. İzolatörlü yapı modeli, her bir deprem setinde 11 kayıt olan uzak ve yakın fay etkisini içeren iki deprem seti için zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz yöntemi ile analiz edilmiştir. Yakın fay etkisine bağlı olarak yetersiz kalan izolatör yerdeğiştirme kapasiteleri, yalıtım arayüzüne viskoz sönümleyicilerin yerleştirilmesi sonrasında yeterli duruma dönüşmüştür. Viskoz sönümleyiciler yapı planında en dış akslarda iki adet X ve iki adet Y doğrultusunda olmak üzere birbiri ile kuvvet çifti oluşturacak biçimde yerleştirilmiştir. Çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar ankastre mesnetli, izolatörlü ve izolatörlere ilave olarak viskoz sönümleyici eklenmiş üç farklı yapı modeli için, kat yerdeğiştirmeleri, göreli kat ötelemeleri, kat ivmeleri ve taban kesme kuvvetleri parametreleri altında karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ankastre mesnetli sistem, sismik izolatörlü sistem, sismik izolatöre ilave viskoz sönümleyici eklenmiş sistem, bulundukları konuma uygun olarak seçilmiş uzak deprem seti ve yakın fay etkisi içeren deprem seti etkisinde sayısal olarak incelenmiştir. Yapıya sismik izolatör eklendiğinde, hâkim titreşim periyodu 0,78 s den 2,66 s ye uzamış, böylece yapıya etkiyen spektral ivme büyüklüğü yaklaşık %70 oranında azalmıştır. Ancak yakın fay etkisinde izolatör yerdeğiştirme talebi 506,6 mm'ye ulaşarak, izolatör kapasitesi olan 520 mm'ye çok yaklaşmıştır. Bu nedenle sisteme viskoz sönümleyici elemanlar eklenerek en büyük ortalama yerdeğiştirme 298,5 mm seviyesine düşürülmüştür. Analiz sonuçları, sismik izolasyonun yapının göreli kat ötelemeleri, taban kesme kuvvetleri, kat ivmeleri ve yapısal elemanlardaki iç kuvvetler üzerinde önemli ölçüde azaltıcı etkisi olduğunu kanıtlamıştır. İlave sönümleyici elemanlar, yapının yatay rijitliğini bir miktar artırarak sistemin deprem etkisindeki davranışını daha kontrollü hâle getirmiştir. Özellikle katlar arası yerdeğiştirmelerin azalması, yapısal olmayan elemanların hasar görmesini önlemekte ve genel sistem güvenliğini artırmaktadır. Çalışmada sismik izolasyon sistemlerinin tasarımında yakın fay etkisinin önemi ortaya konmuştur. İzolasyon arayüzüne yerleştirilen yeterli sayıdaki sönümleyici eleman ile yakın deprem etkisinde izolasyon sisteminde ortaya çıkan kapasite aşılmalarının engellenebileceği gösterilmiştir.