27 HAZİRAN 1998 ADANA CEYHAN DEPREMİNDE
PREFABRİKE YAPI HASARI
VE
DEĞERLENDİRMELER, ÇÖZÜMLER,ÖNERİLER
NEJAT BAYÜLKE
İNŞAAT YÜKSEK MÜHENDİSİ
GİRİŞ
Ülkemizde1980’li yıllardan bu yana giderek yaygın bir biçimde yapılan prefabrikeyapılarda kullanılan “taşıyıcı” sistemlerden bir tanesi, tek katlıprefabrike çerçeveli yapı sistemi, ilk kez 27 Haziran 1998’de Adana’da yoğunbir biçimde depremle hasarı ile tanıştı. Daha önce 13 Mart 1992 Erzincandepreminde yine bir prefabrike yapıda deprem hasarı olmuştu, ancak hasarınyankısı bu kadar büyük değildi. Adana Organize Sanayi Bölgesinde ve Ceyhanyakınlarında çok sayıda betonarme prefabrike çerçeveli yapı depremde önemliyıkım ve hasar gördü. Yapıların kendisinde hasar nedeni ile olan kayıplardankat kat fazlası yapıların üzerini örttüğü fabrikalardaki “üretim kaybı”ile ortaya çıktı. Belkide hasarın daha çok yankılanması ortaya çıkan üretimkaybı nedeni ile oldu.
Yıkımiki türlü oldu: 1-Kirişler mesnetlerinden yanlamasına devrilerek yere düştüler,2-ya da kirişler uçlarından kırılarak uzunlamasına yönde bir uçlarındakimesnetten düştüler (Şekil-1).Gözlenen bir diğer önemli hasar çerçeve kolonlarının alt uçlarına yakınyerlerde betonda eğilme çatlaklarıdır. Bu hasar kolonların alt uçlarındaelastik moment taşıma gücünün aşıldığının göstergesidir.
Buçalışmada söz konusu yapıların dinamik özellikleri, Adana ceyhandepremindeki hasarın irdelenmesi, bu yapılardaki hasarın deprem kuvvetli yerhareketi ile olan ilişkisi, yapı sisteminin “Afet Bölgelerinde YapılacakYapılar Hakkında Yönetmelik” ve depreme dayanıklı yapı tasarımıilkeleri açısından değerlendirilmesi, sistemin geliştirilmesi için gerekenönlemler vb konular incelenecektir. Bu yapı sisteminin deprem dayanımı artırmakiçin alınması gereken önlemler önerilecektir.
HASAR GÖREN PREFABRİKE YAPI SİSTEMİNİN ÖZELLİKLERİ
Buyapı sisteminde yaklaşık 20 metre açıklıklı ve 7.50 metre yüksekliktekiçerçeveler 7.50 metre aralıklarla kullanılmaktadır. Bazen yanyana bir kaçholden oluşan yapılar kullanılmaktadır. Bu açıklıkta bir yapıda çatıkirişi mesnette 0.40-0.50 metre, açıklıkta 1.30-1.40 metre yüksekliğindeolmaktadır. Kolonların en kesiti ise çerçeve yönünde 0.70 metre uzunluktave 0.30-0.35 cm genişlikte olmaktadır. Kirişlerin ağırlığı yaklaşık20.00 ton, kolonların ağırlığı ise 4.5-5.0 ton kadardır.
Budepremde yıkılan tek katlı prefabrike çerçeveli yapı sisteminin bağlantıayrıntıları Şekil-2’deverilmektedir. Bu sistemde prefabrik kolonlar zemine gömülmüş kututemellerin içine konulmakta ve kutu temel ile kolon arasındaki boşluk betonladoldurulmaktadır. Bu temel bağlantısı ile kolon alt ucundan “ankastre”olarak bağlanmaktadır. Çatı ya da vinç kirişleri kolondaki konsollaraoturmaktadır. Bu konsollardan çıkan f 12-20 çapındaki iki donatı kirişucundaki deliklerden geçmekte ve bu deliklerin çevresi harçla doldurulmaktadır.Çatı kirişleri birbirlerine dik yönde aşıklarla bağlanmaktadır. Aşıklarkirişlere oturmaktadır. Bu noktalarda aşıkların uçlarındaki deliklerdenkirişlerden çıkan donatılar geçmektedir. Bu demirlerin çevresi daha sonraharçla doldurulmaktadır.
Busistemde kolonlarla kirişler arasındaki bağlantı moment almayan “mafsallı”bağlantıdır. Kirişi mesnette tutan bir diğer değişle kirişin boyuna doğrultusundakayıp düşmesini önleyen ara yüzeydeki sürtünme kuvveti, bu kuvvet kirişinağırlığı ve sürtünme katsayısına bağlıdır, ve donatının enkesitinin sağladığı kesme dayanımıdır Şekil-3.Bu arada plandan bakıldığı zaman ise kiriş ucundaki delikler arasındakibeton alanının ve eğer varsa bu bölgedeki kiriş donatısının da çekmeetkisi altında oldukları anlaşılacaktır. Şekil-3.
Kirişlerindüzlemlerine dik yönde gelen kuvvetleri yine konsol ile kiriş arasındaki sürtünmekuvveti, yine düşey kiriş yükü ve sürtünme katsayısına bağlıdır, aşıklarınverdiği yanal destek ve gusseden çıkan donatıların kesmeye ve daha önemlisieğilmeye dayanımlarıdır. Bu arada bu yanal kuvvetin yaratacağı devrilmemomenti etkisine, karşı koyan moment, düşey yükün konsol kenarı çevresindeoluşturacağı karşı yöndeki momenti karşı koyacaktır.
DEPREMDEKİ HASAR
27Haziran 1998 Depreminde bu yapı sisteminde iki türlü hasar olmuştur. Birincitür hasar çatı kirişinin yana devrilerek mesnetten düşmesi ve bu sıradakiriş üzerindeki gusseden çıkan ve kirişin ucundaki betonlanmış deliktengeçen donatılar bükülmüş ve delikten çıkmış ve devrilen kiriş yere düşmüştür.Kiriş devrilirken üzerine oturan aşıklar, kirişlerden çıkan ve aşıklarınuçlarındaki deliklerden geçen 5-6 cm uzunluğundaki demirlerden kurtularakyere düşmüştür. Aşıkların ucundaki delikten geçen 5-6 cm uzunluktakikirişe ankrajlı demirler aşıkların uçlarındaki deliklerden kurtulmuş veaşıklarda yere düşmüştür. Bu arada kirişlerin düşmemekle birlikte pekçok yapıda kirişlerin oturduğu konsolun kenarlarında betonda ezilmeler gözlenmiştir.Bu durum kirişlerin yanal devrilme sorunun oldukça yaygın olduğunun bir başkakanıtıdır.
Buhasar görünümü prefabrike sistemin üçgen kirişlerinin yeterli yanal bağlantısınınolmadığını göstermektedir.
20ton ağırlığında olan üçgen kirişin mesnetten yanal olarak devrilmesi içingereken yanal yük aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Karşıkoyan mesnetin kenarına göre moment 10 ton x 0.15 m = 1.5 ton-m
Devirenmoment 10 ton x C x 0.78 m = 7.8 C ton-m
BuradaC eşdeğer statik yatay kuvvet katsayısıdır 10 ton x C üçgen kirişedepremde gelen eşdeğer statik yanal yüktür. 0.78 m değeri ise bu tür kirişleriçin bir kaynakta (Zorbozan ve Diğerleri-1998) yapılan bir hesaptan alınankiriş ağırlık merkezinin mesnetten yüksekliğidir. Üçgen kirişindevrilmesi için gereken yatay yük katsayısı :
C= 1.5 / 7.8 = 0.214
olmaktadır.
İkincitür hasar konsola oturan kirişlerin yanal yüzeylerinde, uçlarında konsoldangelen demirlerin içinden geçtiği deliklerin olduğu yerlerde gözlenen düşeyçatlaklardır. Bazı yapılarda kirişlerin bir uçları konsoldaki demirlerdenkurtularak yere düşmüştür. Bu arada kirişin ucu konsolun ucundaki betonuda ezmiştir. Bu arada konsoldaki demirler de bükülerek kiriş uçlarındakideliklerden çıkmıştır.
AdanaOrganize Sanayi Bölgesinde ve Ceyhan yakınlarında bu prefabrike yapı sistemiile yapılmış çok sayıda yapıda her iki tür hasar gözlenmiştir. Çatıkirişlerinin Doğu-Batı yönünde uzandığı yapılarda 1nci tür hasarın,kirişlerin yanlamasına devrilmesi, daha çok olduğu izlenimi edinilmiştir.
Üçgenkirişlerin yanlamasına devrilerek yıkılmasında mesnetten çıkan ve kirişucundaki deliklerden geçen filiz demirlerinin boylarının “çok” kısaolduğu ve bu deliklerin yeterli bir biçimde betonlanmadığı ya da bu deliğekonulan şerbetin ya da harcın yeterli dayanımd a olmadığı ve bu iki ayrıntınıneksiksiz sağlanması durumunda yıkılmanın olmayacağı da ileri sürülmüştür(Zorbozan ve Diğerleri-1998). Özellikle üçgen kirişlerden çıkan ve aşıklarınuçlarındaki deliklerden geçen filizlerin boyları 5-6 cm gibidir. Bu kadar kısafilizlerin çevrelerinde beton da olsa yeterli gerilmeleri betona aktarması güçtür.Ayrıca kiriş ve aşığın yüksek dayanımlı ve fabrikada kür edilmişbetonları ile deliklere şantiyede konulan betonun birbiri ile kaynaşması dagüçtür. Farklı zamanlarda dökülen betonlar arasında kaynaşmanın güçolduğu bilinmektedir. Ayrıca şantiye betonunun fabrikada dökülmüş ve küredilmiş betonla aynı dayanımda olmasıda güçtür.
Buyapılarda kolonların çanak temellerinde kolon ile çanak temel arasındaki boşluğakonulmuş betonda herhangibir çatlama, ezilme ve açılma gözlenmemiştir. Budurum kolonların gerçektende temele ankastre olarak bağlı olduğunu göstermekteve yapılmış bir deneysel çalışmanın (Karadoğan ve Diğerleri-1997) geçerliliğinikanıtlamıştır. Bu arada bazı yapılarda çanak temele oturan kolonlarınalt uçlarına yakın yerlerde eğilme çatlaklarının olmasıda kolonların çanaktemele ankastre olarak bağlandığının bir başka kanıtıdır.
Buarada kirişlerinde hiçbir türde düşme yada devrilme olmayan pek çokprefabrike yapıda kolonların alt uçlarına yakın yerlerde eğilme momenti çatlaklarıve gusselerin üst yüzey yan köşe uçlarında ezilmeler de gözlenmiştir.
Ancakbu deprem bu tip çanak temelli prefabrike yapılarda çanak temelin kolonlarınalt ucunun ankastreliğini sağlayıp sağlamadığından daha önemli sorunuolduğu göstermiştir. Çatı kirişi kolona bağlanamamış, kolonun konsoluüstünde çok tehlikeli bir biçimde, her an düşmeye hazır, durmaktadır.
Gözlenenhasar bu çerçeve sistemli prefabrike yapıların deprem açısından yetersizolduğunu göstermiştir. Bu çerçeve sistemi ile yapılmış çok sayıdaprefabrike fabrika yapısı çok sayıda organize sanayi bölgelerinde yaralmaktadır. Bu sanayi bölgelerinin önemli bir bölümü deprem tehlikesiAdana Sanayi bölgesinden çok daha yüksek düzeyde deprem tehlikesi altındadır.
SİSTEMİN DİNAMİK ÖZELLİKLERİ VE DEPREMKUVVETLİ YER HAREKETİ
27Haziran 1998 Depreminin kuvvetli yer hareketinin (Şekil-4) kaydedildiği depremin merkezine en yakın noktaCeyhan’dır. 5.9 mağnitüdlü depremin en büyük yer ivmesi Doğu-Batı yönünde0.28 g ( 275 cm/sn2’dir). Adana Organize Sanayi Bölgesi depremin merkezinehemen hemen Ceyhan ile aynı yakınlıktadır. Ancak Organize Sanayi Bölgesininzemini, Ceyhan Nehrinin yatağından oldukça uzakta olduğu için, Ceyhan kentmerkezine göre biraz daha “sıkı” bir zemin olabilir. Bunun sonucu eğerOrganize Sanayi Bölgesinde de bir kuvvetli yer hareketi kaydedilmiş olsaydıhem yer ivmesinin uç değeri biraz daha küçük ve kuvvetli yer hareketi içindehakim titreşimlerin olduğu periyotlar biraz daha küçük olabilirdi.
Yinede Organize Sanayi Bölgesindeki yapıların bu depremin Ceyhan’da ölçülenkuvvetli yer hareketi kaydına benzer bir kuvvetli yer hareketi ile zorlandıklarıkabulü gerçekten pek uzak değildir.
Sözkonusu prefabrike çerçeveli yapıların yüksek olmaları, 7.00-7.50 metreonların tek katlı olmalarına rağmen oldukça uzun periyotlu olacaklarını göstermektedir.Kolon boyutları 35x70 cm ve üst uçları mafsallı olan bu yapılarda kolonlarbir 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 yönünde0.5 saniye, diğer yönde 1.0 saniye civarında olmaktadır. Bu hesap çerçeveyönünde 20 metrelik iki açıklığı, diğer yönde 7 adet 7.50 metre aralıklakonulmuş çerçevesi olan bir prefabrike yapı için yapılmıştır.
Buyapılarla aynı sistemli Ankara Sincan Organize Sanayi Bölgesindeki birprefabrike yapının ölçülen ve hesaplanan periyotları çerçeve ve dik yöndeaşağıdaki gibidir:
| | Çerçeve yönü | Uzun Yön |
| Ölçülen Periyot | 0.754 sn | 0.23 |
| Hesaplanan Periyot | 0.788 sn | 0.747 sn |
Periyotölçülen yapı çerçeve yönünde 15.00 metre açıklıklı iki holden oluşmaktadır.Yapının uzun yönünde 7.5 metre açıklıkla konulmuş 9 çerçeve yeralmaktadır. 15.00 metre açıklıklı üçgen çerçeve kirişleri mesnetlerde0.50 m açıklıkta 1.20 metre derinliğindedir. Kolonlar 0.40 x 0.40 metre enkesitindedir. Kolonların yüksekliği ise 6.00 metredir. Binanın çatısı ondülelisac üzerinde ondüleli asbestos kaplıdır.
Binanınuzun 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 ileçok farklıdır. Dolgu duvarlı yapı ile çıplak çerçeveli yapılarınperiyot ölçümlerinden betonarme dolgu duvarlı ya da bitmiş yapınınperiyodu salt çerçeveli yapının 1nci mod periyodunun 1/3 ile 2/3’ü kadarolduğu gözlenmiştir (Bayülke-1989). Bu nedenle salt çerçeve rijitliğidikkate alınarak hesaplanmış peryod dolgu duvarların katkısını da içerenölçülmüş periyodun 3 katı kadar daha büyük olması beklenen birdurumdur.
Periyothesabında kolonların rijitliği (yay katsayısı k ) altta zemine ankastre üstteserbest kirişin birim uç yükü altında yaptığı ötelenmeden hesaplanmıştır.
Buperiyot ölçümünün amacı tek katlı ve kiriş uçları mafsallı betonarmeprefabrike yapıların titreşim periyotlarının hangi aralıklarda olduğunubelirlemektir. Bu tek katlı yapılara gelen deprem yükleri yapının 1nci modtitreşim periyodu ile ilgilidir.
Butür prefabrike betonarme çerçeveli yapıların kısa yada çerçeve yönündeoldukça uzun, 0.7-1.0 saniye, diğer uzun yönlerinde de oldukça kısa,0.25-0.35 saniye periyotları, olabilir.
Kısayönde uzun periyotlar, depremlerde, bu yönde yapıya büyük spektral yatay ötelenmelerin;uzun yönde kısa periyotlar ise bu yönde yapıya büyük spektral ivmeler,kuvvetlerin etkiyeceğini gösterir.
27Haziran 1998 Adana-Ceyhan Depreminin (Mağnitüd = 6.0) Ceyhan’da alınmışkuvvetli yer hareketinin ivme ve ötelenme spektrumlarından (İnan ve Diğerleri-1998)(Şekil-5) bu yapılara gelen spektral ivme ve ötelenmelerhesaplanmıştır. Yapıların sönüm oranı % 5 alınmıştır.
Ülkemizdeşimdiye kadar en büyük genlikli deprem kuvvetli yer hareketi 13 Mart 1992Erzincan Depreminde (Mağnitüd = 6.8) ölçülmüştür. Bu depremin kuvvetliyer hareketi kayıtlarından hesaplanan spektrumlar (Şekil-6) kullanılarak (İnan ve Diğerleri-1993) bu tipprefabrike yapılara, bu yapılarda rastlanan titreşim periyotları aralığındagelebilecek en büyük spektral ivmeler ve ötelenmeler hesaplanmıştır:
| | 1998 Adana - Ceyhan Doğu - Batı Bileşeni | 1992 Erzincan Doğu - Batı Bileşeni |
| Periyot (sn) | Spektral İvme (g) | Spektral Ötelenme (cm) | Spektral İvme (g) | Spektral Ötelenme (cm) |
| Uzun Yön 0.25 - 0.35 | 0.61 - 0.74 | - | 1.02 - 1.19 | - |
| Kısa Yön 0.75 - 1.00 | - | 7.5 - 8.4 | - | 13 - 16 |
Yukarıdakitablo bu tip prefabrike yapılara kısa, çerçeve yönünde, ve uzun, çerçeveleredik yönde depremlerde gelebilecek spektral yatay yükler ve ötelenmelerinboyutlarını vermektedir. Bu yük ve ötelenme miktarları yapıların elastikdavranacağı varsayımına göredir.
Ceyhan’dakiprefabrike yapıda üçgen kirişin mesnetten düşürecek yatay kuvvet katsayısı0.214 kadardır. Ceyhan’da ölçülen deprem yer hareketinin spektrumuna göreyapıya uzun yönde, üçgen kirişlerin devrilme yönünde gelebilecek ivme vedolayısı ile yatay yük katsayısı 0.6-0.7 arasında, yıkılma için gerekliolanın 3 katıdır. Mağnitüdü 6.8 olan13 Mart 1992 Depremi kuvvetli yerhareketine göre gelebilecek spektral ivme 1.0-1.2 g, kirişin yana devrilmesi içingerekenin 5-6 katıdır.
Çerçeveyönünde oldukça uzun periyotlu olan yapının spektral ötelenmelerdenetkilenmesi daha kritikdir. Yapının Ceyhan ivme kaydının etkisi ile 8 cm,Erzincan ivme kaydının etkisi altında 15 cm kadar spektral ötelenmesibeklenmelidir. Bu miktarlar 7.50 metre yapı yüksekliğinin 1/100 ile 1/50’sikadardır.
Buradabu tip yapıların bulunduğu 1nci derece deprem bölgelerinde yer alan organizesanayi bölgelerinde M = 7.5 mağnitüdlü depremlerin beklendiği ve budepremlerde yer hareketinin en büyük ivmeleri 0.70-0.90 g kadar olabilir.
DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI İLKELERİ
Depremedayanıklı yapı tasarımın temel ilkesi şiddetli depremin (M ³ 6.5-7.0)enerjisinin elastik olmayan deformasyonla tüketilmesidir. Yerinde dökmebetonarme çerçeveli yapılarda deprem enerjisinin tüketilmesi çerçevelerderijit kiriş uçlarının mafsallaşması ile sağlanacağı kabul edilir (Şekil-7). Oysa bu sistemde kiriş uçları daha yapınındoğuşunda mafsallıdır. Bu prefabrike sistemde deprem enerjisi nasıl tüketilecektir.
Yapılarınelastik deformasyonlarla enerji tüketimi çok sınırlıdır. Enerji tüketimielastik limit ötesindeki kalıcı şekil değiştirmeler ile sağlanmaktadır.Elastik şekil değiştirme limiti ötesinde kopmadan önce olan kalıcı şekildeğiştirmenin elastik limit şekil değiştirmesine oranı “süneklik”olarak tanımlanmaktadır. Bu oranın yüksek olduğu yapı elemanları ve yapılar“sünek yapı” olarak tanımlanmaktadır. Kopmadan önce büyük kalıcıuzamalar yapan malzeme çeliktir. Çelik kopmadan önce % 10-20 kadaruzayabilmektedir. Betonarme yapıda deprem enerjisi tüketimi donatınınkopmadan önce uzaması ile sağlanmaktadır.
Kirişuçlarında mafsallaşmanın koşulları vardır: 1-Kiriş boyuna donatılarıkolon içinde sürekli ve yeterli ankraj boyunda uzanmalıdır, 2-Beton iledonatı arasında aderansın yitirilmemesi için beton enine donatı ile sarılmışolacak ve 3-Kiriş donatısının basınç etkisi altında burkulmaması içinenine donatı (etriyelerle) yeterli aralıklarla sarılmış olacaktır. Böylecebeton donatı ile birlikte yük taşıyabilecek, birbirlerine yükaktarabilecekler, donatı betondan sıyrılmayacak ve de burkulmayacaktır.
Prefabrikeyapıların “mafsallı” kiriş-kolon birleşimleri yukarıda anlatılan sünekdavranış ve deprem enerjisi tüketme kurallarına uymamaktadır.
Aslındayapıların enerji tüketebilme güçleri yatay yük-ötelenme eğrilerinin altındakialanın büyüklüğü ile değerlendirilmelidir. Yapıların deprem davranışlarınıen iyi belirleyen “histeresis eğrisi”dir. Bu eğri yapı elemanın yönüdeğişen, tersinir, yükler altındaki davranışını gösterir. Şekil-8’de uygun histeresis eğrileri verilmektedir. Yapıelemanları ve yapıların deprem enerjisi tüketme güçleri bir diğer deyişlekalıcı şekil değiştirme ile enerji tüketme güçlerinin elastik şekil değiştirmeile enerji tüketme güçlerine oranı R katsayısı denilen bir katsayı ileifade edilir. Kalıcı deformasyonla enerji tüketme güçleri yüksek olan yapılarınR katsayıları büyüktür. Bu yapıların daha küçük bir yatay yükeelastik olarak dayanmalarına izin verilir.
Çünkübu yapıların kalıcı şekil değiştirme ile enerji tüketme güçleri yüksektir.Öte yandan depremde “elastik” kalacak ya da kalması istenen yapıların Rkatsayısı =1.0 olur. Böyle bir yapı depremde kendisine gelebeilecek en büyükyatay deprem yükü altında kesitlerinde en küçük bir çatlak olmayacak biçimdetasarlanır ve deprem hesap yükü çok büyük alınır.
“AfetBölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik”te bu tip tek katlıve prefabrike yapılar için R-katsayısı Tablo-6.5 satır 2.2’de “Deprem yüklerinintamamının , kolonları temelde ankastre, üstte mafsallı tek katlı çerçevelerintaşıdığı binalar “süneklik düzeyi yüksek” olarak nitelenmekte ve 5.0 olarak alınmaktadır. Bu kabul bu prefabrike yapıların hesap yüklerininbelirlenmesinde kullanılan yer ivmesinin 5 katı deprem maksimum ivmesinin kalıcıötelenme yaparak karşı koyabileceği anlamına gelmektedir.
IInciderece deprem bölgesinde yer ivmesi 0.30 g olarak verilmektedir. Eğer bu yapısistemi “sünek” ise hesap kuvveti katsayısı (bir bakıma C katsayısı)0. 30 / 5 = 0.06 olmaktadır. Üçgen kirişin devrilmesi için gereken yatay yükkatsayısı 0.214 olması durumunda R katsayısı, gelen yatay yük katsayısı/ hesap yatay yükü katsayısı ilişkisinden gidilerek 0.214 / 0.06 = 3.6olmaktadır. Yapı da eğer gerçekten R = 5 olsaydı kirişin 0.214 gibi bir Cyatay yük katsayısının etkisi altında değilde 0.30 gibi bir yatay yükkatsayısının etkisi altında devrilmesi gerekirdi.
Öteyandan gerek 6.0 Mağnitüdlü Adana-Ceyhan, gerekse 6.8 mağnitüdlü Erzincandepreminin kuvvetli yer hareketlerinden hesaplanmış ivme ve ötelenmespektrumları bu yapılara gelen ivmelerin 0.6-1.2 g düzeylerinde olabileceğinive üçgen kirişlerin devrilmemesi için bu ivmelerin yarattığı kuvvetleredayanabilecek bir biçimde kolon uçlarına bağlanmalarının gerektiğini göstermektedir.
SİSTEMİN YANAL YÜK ALTINDA YIKILMA İLİŞKİSİ
Tekkatlı, 2 açıklıklı kiriş uçları mafsallı ve mafsallı olmayan iki çerçeveninyatay yükler altında yıkılma ilişkisi DRAIN-2DX programı ( Prakash andPowell-1992) kullanılarak hesaplanmıştır.
Çerçeveler7.50 metre yüksekliğinde ve 20.00 metre açıklığındadır. Kolonların enkesiti 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 dayanımıise 200 kg/cm2 alınmıştır. Bu en kesitin moment - eksenel yük eğrisi Şekil -9‘da verilmektedir.
Kirişyüksekliğinin açıklık ortasında 1.40 metre, mesnetlerde 0.40 metre olduğukabul edilmiştir. Kiriş genişliği 0.30 metre alınmıştır. Karşılaştırmaiçin yapının birinde, kirişlerin kolona ankastre olarak bağlanmış olduğukabul edilen yapıda, kirişin ucunda toplam % 1.0 oranında alt ve üst donatıolduğu, beton ve donatı dayanımlarının aynı kolondaki gibi olduğu kabulüile eğilme momenti hesaplanmıştır. Diğer yapıda ise kolon-kiriş bağlantısınınmafsallı olduğu kabulü ile moment taşıma gücü çok küçük bir değer alınmıştır.
Şekil-10’da her iki yapının yatay yük – yatay ötelenmeilişkisi verilmektedir. Kiriş uçları mafsallı yapının enerji tüketimi veelastik olarak karşı koyabileceği yatay yük düzeyi yarı yarıya daha azdır.
Eğerkiriş ucunun moment kapasitesi kolonun eksenel yükü olmadığı zamankimoment kapasitesine eşit olan bir yapının yatay yük - yatay ötelenme ilişkisikiriş uçları mafsallı yapının yatay yük – yanal ötelenme ilişkisine göreçok daha üstün olmaktadır.
Bunedenle kiriş uçları mafsallı yapının “Afet Bölgelerinde Yapılacak YapılarHakkında Yönetmelik” uyarınca deprem enerjisi tüketme gücünün birifadesi olan “sünekliği” açısından “sünekliği yüksek” yapılarolarak sınıflandırılması doğru değildir.
DİNAR 1995 VE ERZİNCAN 1992 DEPREM KUVVETLİ YERHAREKETİ KAYITLARI ALTINDA DAVRANIŞ
Yukarıdatanımlanan çerçevelerin her iki depremin kuvvetli yer hareketleri ilezorlanmaları DRAIN2-DX programı kullanılarak incelenmiştir. 1995 DinarDepremi kuvvetli yer hareketi 6.0 mağnitüdlü bir depremin kuvvetli yerhareketidir. En büyük yer ivmesi 0.30 g kadardır. 1992 Erzincan Depremi ise6.8 mağnitüdlüdür. Bu depremde ölçülen en büyük yer ivmesi 0.50 gkadardır. Bir bakıma 1995 Dinar yer ivmesi yaklaşık “Orta” şiddetli,1992 Erzincan yer ivmesi ise “Çok” şiddetli bir depremin yer ivmesine karşılıkolarak alınabilir. Bu kayıtlarda yer hareketinin güçlü olduğu periyot aralıklarıfarklı olabilir.
DRAIN2-DXbilgisayar programı ile deprem kuvvetli yer hareketi altında incelenen çerçevelerinözellikleri artan yanal yük altında yıkılma ilişkisi olan çerçeve ileaynıdır. 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 vemafsallı olan tek katlı iki açıklıklı çerçevelerin deprem kuvvetli yerhareketleri altında yaptıkları ötelenmeler verilmektedir. Kiriş uçlarımafsallı yapı her iki deprem altındada kiriş uçları moment alan yapıya göreçok daha büyük ötelenmeler yapmaktadır. Mafsallı yapı, üçgen kirişleryönünde, 1992 Erzincan depremi yer hareketinin ivmesinin etkisi altında 13.00cm kadar ötelenmektedir. Bu yapının 7.50 metre olan yüksekliğinin yaklaşık1/60’ı kadardır. 1995 Dinar ivmesi altında bu miktar 8.5 cm kadardır, yapıyüksekliğinin yaklaşık 1/90’ı kadardır. Kiriş uçları moment taşıyanyapıda ise bu değerler sırası ile 1992 Erzincan depremi yer hareketininetkisi altında 4.0 cm ve 1/190 ve 1995 Dinar depremi yer hareketinin etkisi altında3.0 cm ve 1/250 kadardır.
Şekil-13 ve Şekil-14’de 1992 Erzincan deprem kaydı altında kiriş uçlarımafsallı ve moment alan sistemlerin yatay yük ve ötelenme “histeresis” eğrileriverilmektedir. Bu iki eğrinin karşılaştırılması kiriş uçları moment taşıyançerçevenin üstünlüğünü kesin olarak göstermektedir. Kiriş uçlarımafsallı sistemin enerji tüketme gücü çok daha azdır. Ayrıca mafsallısistem çok büyük yanal ötelenmelerle zorlanmaktadır: 14 cm yada 14 cm / 750cm = yapı yüksekliğinin 1/60’I kadar.
Kirişucu mafsallı olan sistem , şiddetli bir depremde (M ³ 7.0), eğer 7.50 metreyüksekliğindeki kolon ucunun 15.00 cm kadar ötelendiği zaman yıkılmıyorsayada kullanılabilme işlevini yitirmiyorsa sistem için olumsuz bir durum olmadığıkabul edilebilir. Bu durumun bir depremde yaşanarak kanıtlanmasını beklemekyerine deneysel olarak kanıtlanması gerekir. Eğer deneyler bu sistemin buoranda (1/60) bir yatay ötelenmeye dayanamadığını gösterirse gereken önlemlerinalınması gerekir. Sistemin eğer deneylerle kanıtlanmış yetersizliğininvarsa giderilmesi ile Türk Sanayii büyük bir yıkımdan kurtarılmışolacaktır.
ÇÖZÜM ÖNERİLERİ
Sistemindeprem açısından ayrıntılı ve deneysel bir değerlendirmesi yapılmadanyalnızca üçgen yanal olarak kirişlerin düşmesini önleyecek çözüm önerilerive ayrıntıları üzerinde yoğun çalışmalar yapılmamakta yalnızca mühendisliksağduyusundan kaynaklananan görüşler ileri sürülmektedir. Bunlardan bazılarıaşağıda verilmektedir:
1-Kirişucundaki delikten geçen filiz demirlerinin uçlarında diş açılması veburaya bulon takılarak sıkıştırılması Şekil-15
2-Diğerbir öneri kirişin yanına yerleştirilmiş çelik levhaların kolondakikonsola konulmuş çelik levhaya kaynaklanması, Şekil-16. Burada hem kirişteki hemde kolon konsolundakilevhalara kaynaklanmış ankraj donatıları kolon ve kiriş betonları içindeyeterli aderans boyutunda gömülmelidir.
3-Birdiğer çözüm Şekil-17’degösterildiği gibi kirişi çelik bir yuva içine alma ve bu kirişin ortasındanbir pim geçirerek özellikle çelik köprü ayaklarındakine benzeyen klasikbir “mafsal” oluşturmaktır.
4-Şekil-18 Ceyhan’da yıkılmış bir prefabrike yapıda malsahiplerinin ( Çoşkunlar Ltd. Şirketi) bulduğu kirişi ucunu ve konsolubirbirine kaynaklı çelik levhalarla “sarma” yöntemidir.
Birbaşka çözüm üçgen kirişlerin birbirlerine yanal destek sağlayacak biçimdegövdelerinden birbirine bağlanmasıdır. Bu bağlantı aşıkların sağladığıbağlantıdan ayrıca olacaktır. Bu bağlantının uygulanması için kiriş gövdesindeözel ayrıntılar geliştirilmesi gerekmektedir. Burada önerilen yöntem çelikçatı makaslarının birbirlerine diyagonal elemanlarla bağlanmasıdır. Budiyagonal elemanlar yatay düzlemde, üçgen kirişlerin alt yüzünde yadadiyagonal biçimde bir üçgen kirişin gövdesine alt yüzüne yakın yerden“bağlanan” diyagonalin yanındaki üçgen kirişin üst yüzüne yakın biryere “çelik” elemanla bağlanması. Bir başka öneri kolonların üst başlarınıngergi demirleri ile diyagonal kolonlara bağlanmasıdır. Yaklaşık 20.00 metreaçıklıklı ve 7.50 metre aralıklı çerçeveler için 21.35 metre uzunlığundagergi çubuğu söz konusudur. Bu çubuğun bir depremde basınç altında ikenetkisinin ve davranışının nasıl olacağı denemeye değerdir.
Kirişucunun konsola kaynaklanması yöntemi son 1994 Northridge ve 1995 Kobedepremlerinde çelik yapılarda gözlenmiş kaynaklı bağlantı hasarları karşısındabaşlatılan kaynaklı çelik yapı birleşimleri sorunlarının araştırılmasıçalışmalarının ışığı altında tasarlanmalıdır. Bu iki depremdensonra depreme dayanıklı moment taşıyan kaynaklı kolon-kiriş birleşimlerüzerinde başlatılan deneyler bir paranoya değilse ortada çok ciddi bir“kaynaklı birleşim ve kaynak“ sorunu olduğunu göstermektedir. Bu araştırmalarınsonucu belli olmadan “kaynaklı” birleşimin “çözüm” olarak kabulügerçekçi değildir. Genel olarak şantiyede yapılan kaynakların kalite veyeterli dayanım sorunları olmaktadır.
Bütünönerilen ve uygulanan çözümlerin Sistemin deprem davranışını belirlemekiçin denenmesi gerekir. Gerçek deprem yer hareketi altında yapıyagelebilecek yatay yükler ya da yatay ötelenmelerin etkisi altında şu andakullanılan ek yerinin davranışı belirlenmelidir. Ayrıca davranışı iyileştirmekiçin önerilen çözümlerin ve ayrıntıların da denenmesi gerekir. Orta DoğuTeknik Üniversitesinde denenen imalatçı firmaların “özgün” prefabrikeyapı birleşim detaylarının hepsinin deprem açısından “geliştirilmesive iyileştirilmesi” gerekmiştir. Yine bu deneylerde kaynaklı bağlantısorunları ile çok sık karşılaşılmıştır (Ersoy ve diğerleri-1993) .
Çözümlerinyapının deprem güvenliği açısından yeterliliğinin kanıtlanması yanındauygulanabilirliğinin kolaylığı ve prefabrikenin çok önemli avantajı olanhızlı inşaata ne kadar uygun olup olmadığı ve de maaliyeti de önemlidir.
SONUÇ VE ÖNERİLER
27Haziran 1998 Adana-Ceyhan depreminde burada tanıtılan özelliklerdekiprefabrike çerçeveli yapılarda olan hasar bu yapı sisteminin şu andaki yapılışbiçiminin deprem dayanımının yetersiz olduğunu göstermektedir.
Buyapı sisteminin daha büyük ( M ³ 6.5-7.0 ) bir depremde davranışınındaha da yetersiz olacağı bu çalışmada görülmektedir.
Buyapı sisteminin mevcut durumu ile şiddetli bir depremin getireceği yükleraltında davranışının deneysel olarak belirlenmesi ve gerekli iyileştirmeayrıntılarının geliştirilmesi ve bu gelişmiş ve daha dayanıklı bir yapıolmasını sağlayacak ayrıntılarla da denenmesi gerekmektedir.
Budeprem güvenliği kuşkulu yapıların üzerini örttüğü Türk Sanayii ciddibir tehlike altındadır.
KAYNAKLAR
Bayülke,N. (1989) "Depremler ve Depreme Dayanıklı Betonarme Yapılar”Teknik Yayınevi, Ankara
Ersoy,U., Tankut, T., Özcebe, G., ve Yağcı, S. (1993) “Önüretimli Betonarme YapılardakiKolon-Kiriş Birleşimlerinin Deprem Davranışı” 7nci PrefabrikasyonSempozyumu, “Prefabrike Yapı Sistemleri ve Düğüm Noktaları”,Bildiriler Kitabı, Türkiye Prefabrike Birliği, Ankara 1993
Karadoğan,F., Yüksel, E. ve İlki, A. (1997) “Çıplak Çerçevelerin Şekil Değiştirmesive Sünekliği” 1nci Türk-Japon Deprem Mühendisliği SemineriMart 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.html
İnan,E., Güler, H.,ve Çoruh, E. (1993) “Bölüm-VII Kuvvetli Yer Hareketi KayıtlarıI"13 Mart 1992 Erzincan Depremi Raporu, Editör, N. Bayülke, Bayındırlıkve İskan Bakanlığı, Afet İşleri Genel Müdürlüğü, Deprem AraştırmaDairesi, Ankara, Haziran 1993
Paulay,T.and Priestley, M., J., N. (1992) "Seismic Design of ReinforcedConcrete 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 YapılardaGörülen Hasarlar, Nedenleri ve Çözüm Önerileri” BetonPrefabrikasyon , Eylül 1998, sayfa 20-24, Türkiye Prefabrik Birliği,Ankara
NejatBAYÜLKE , bayulke@deprem.gov.trEarthquake Research Department -ANKARA
HTML file andpicture arrangements made by Ulubey ÇEKEN ceken@deprem.gov.tr.
Santiye | Deprem | Yazim: 30.1.2004 | Hit : 1666 
