Depremde Binaya Etkiyen Yükler:
Depremlerin herbiri tamamen kendine özgü ve önceden bilinemeyecek
birçok değişkeni içinde barındıran doğal olaylardır. Bu nedenle
“8 şiddetinde bir depremde evime ne olur” sorusuna da kesin bir
cevap vermek mümkün değildir. 8 şiddetinde milyonlarca farklı deprem
olabilir ve sizin binanızın bulunduğu zemin yapısına göre de yapınıza
çok farklı etkilerde bulunabilir (Depremde
Zeminin Etkisi bölümünü inceleyin).
Ancak deprem mühendisliği, birçok olasılığı göz önüne alarak büyük
bir depremde yapınızın davranışını ve dayanımını da tesbit edebilir.
’98 afet şartnamemiz olası büyük bir depremde zemin ve yapı karakterine
göre binanın nasıl tasarlanacağını ve ne tür bir deprem yükü etkitileceğini
belirtir.
Deprem Şartnamesinin özü aslında basittir. Deprem anında çeşitli
aletlerle ölçümler yapılır. (Deprem
hareketi nasıl ölçülür? bölümünü inceleyin.) Bunlardan biri
depremin ivmesini ölçer. Depremin ivmesini yerçekimi ivmesine (g=
9.81 m/sn2) göre orantılarız.
17 Ağustos Marmara depreminde Adapazarı’nda 0.41g oranında ivme
ölçülmüştür. Yani yerçekimi ivmesinin yarısına yakın. Bu ne anlama
geliyor:
Newton’un
ünlü kanunu : kuvvet = ivme x kütle yani:
Binanıza etkiyen deprem kuvveti ( V ) = deprem
ivmesi ( C ) x bina ağırlığı ( W )
Adapazarında bir binanın ağırlığı 100 ton ise depremde bu binaya
50 ton yük etkimiştir. Ama mesela İstanbul’da ölçülen en büyük ivme
0.2g idi yani: İstanbul’daki bir 100 tonluk bir bina 20 ton deprem
yükü aldı. Şartnamemizin asıl yapmaya çalıştığı da bölge ve bina
tipine göre bu oranı tesbit etmeye çalışmaktır.
Depremşartnamemizdeki kriterlere göre, hesaplarda 0.2g ve üzeri
bir oran kullanılmışsa oldukça yüksek bir deprem için yük alınmış
ve tasarım yapılmış denebilir. Ancak yine de "7 şiddetinde
bir deprem simülasyonudur" denemez.
Bu tür deprem yüklerini hesaplamanın Deprem Şartnamemizdeki adı
"Eşdeğer Deprem Yük Hesabı"dır.
Eşdeğer Deprem Yük Hesabının bazı eksikleri vardır:
- Sadece depremin yatay doğrultudaki etkisini göz önüne alır.
Mühendisler binanın her iki yanından etkiyecek deprem yüklerini
yukarıdakine benzer hesaplar ve bu yükleri bina katlarına belli
oranda dağıtırlar. Depremlerin birçoğunda gerçekten de asıl önemli
olan yatay harekettir ve düşey hareket genelde gözardı edilebilecek
kadar az etkilidir. Ancak 17 Ağustos Marmara depreminde düşey
deprem hareketi de çok etkili idi ve sadece bu nedenle birçok
bina hasar gördü ve yıkıldı. (Düşey hareketi Marmara
depremi simülasyonunda da izleyebilirsiniz.)
- Eşdeğer deprem yük hesabı "Statik"
yüklemedir. Yani binaya deprem yükleri sabit birer yükmüş gibi
etkitilir, oysa bu gerçekten çok uzaktır.
Bu eksiklikleri bilen ve Deprem Şartnamesini hazırlayan uzmanlar
güvenlikte kalmak için "deprem ivmesi" veya "C"
değerini gerçekte olacaktan daha yüksek hesaplatırlar.
Diğer daha gerçeğe yakın hesaplama, "Dinamik Analiz"
ile mümkün olabilir. Dinamik analizde binanın gerçeğe en yakın modelinin
oluşturulması çok önemlidir ayrıca dinamik analizde bina modeline
gerçek zamanlı depremi etkitmek te mümkündür;yani Marmara depreminin
spektrumunu bina modeline etkitip bu depremde binanızın davranışını
tesbit edebilirsiniz. Dinamik Analiz konusu sıradan bir kişi için
ileri oldğundan burada detaya girmeye gerek görmüyoruz ancak ilgilenenler
inceleyebilir: Binaların
Dinamik Analizi
Dinamik analiz her ne kadar daha doğru cevaplar verecek olsa da
hiçbir zaman yüzde yüz bir sonuç veremez. Çünkü:
- Deprem olana kadar o depremin şiddet ve davranış şeklini bilemeyiz
ve o nedenle sadece Deprem şartnamemizde belirtilen bilgiler doğrultusunda
yaklaşık bir spektrum kullanarak, tahmini bir deprem etkitebiliriz.
- Her ne kadar gerçeğe en yakın bina modeli oluştursak ta bazı
eksikler kalacaktır:
- Deprem anında binadaki yükler yaklaşık olarak belirlenir;
ama belki de öngörülmeyen bir yük o anda olabilir; mesela
sonradan bina cephesinin mermerle kaplanması gibi...
- Hazır beton kullanılmayan binalarda veya işçilik kusurları
nedeniyle, projeden farklı olan elemanlar bulunabilir; mesela
projede beton cinsi 25 denmiş iken bazı kolonlarda 20 veya
daha düşük olabilir. Veya beton dökülürken dikkatsizlik yüzünden
kolon içinde bir bölgeye yoğun olarak koca çakıllar gitmiş
olabilir ve deprem anında bu bölge yük aktaramayıp hasar görebilir.
- Deprem analizini yapan mühendisin bu kusurları görmesi ve
tesbit etmesi çoğu zaman mümkün olamaz.
- Binaya bitişik başka bir binanın etkisini hesaba katmak
çok zordur ama bazen bitişik bina sizin binanızın yıklımasına
bile sebep olabilir.
- Büyük depremlerde bina elemanları çok zorlanarak, "non-lineer"
dediğimiz bir davranış türü gösterebilirler. Deprem anında
belli bir yükten sonra ya büyük deformasyonlar yaparlar ya
da yapamayıp kırılır/parçalanırlar ve dirençlerini kaybederler.
Non-lineer davranışın oluştuğu bölgeye "plastik"
bölge deriz. ( Elemanların bu
davranışlarını detaylıca incelemek isterseniz tıklayın.)
Plastik bölgede hasar görmeden büyük deformasyon yapabilen
elemanlara sünek eleman denir. Sünek elemanlar yaptıkları
deformasyonlarla deprem enerjisini yutarak yapının çökmesini
önlerler. Mühendisler betonarme yapıları sünek davranabilmeleri
için özel olarak detaylandırırlarlar. Ancak sünek davranışı
bilgisayar analizlerinde, deprem simülasyonlarında incelemezler
çünkü sünek davranış "non-lineer"dir. Oysa hemen
tüm bina projeleri "lineer" davranış sınırları içinde
analiz edilir.
- İşte bu belirtilen sebeplerden dolayı en tecrübeli mühendis
bile bir binanın deprem davranışını en fazla %80-85 yaklaşıklıkla
tesbit edebilir. Ama bu yüzde geçmişte yapılan projelere göre
çok ama çok iyidir:
- Bundan daha 10 yıl önce bilgisayarların kapasiteleri, binaları
analiz etmeye yeterli değildi. Bu nedenle projeler elle yapılırdı
ve hiçbir projede dinamik analiz yapılamazdı çünkü bunu elle
hesaplamak ekonomik ve pratik değildi. Bu nedenle çok daha
basit olan "eşdeğer deprem analizi" yöntemi kullanılmakta
idi. Yaklaşık metodlarla bina elemanları boyutlandırılırdı.
- Deprem hakkında bilgimiz sınırlı idi. Özellikle İstanbul
ve çevresinde olası beklenecek deprem şiddeti bilinmiyor ve
düşük alınıyordu. Son teknolojik gelişmeler ve araştırmalarla
olası İstanbul depreminin şiddetini artık daha net olarak
tahmin edebiliyorlar veproje mühendisleri de daha güvenli
proje üretebiliyorlar.
- Bina hesaplarında güvenlik sınırı olarak olası yükler ortalama
1.5 oranında fazla alınır. Bu güvenlik oranı sayesinde %15-20
lik bir hata payına karşı dahi %30 civarı bir güvenlik sınırı
kalacaktır.
|