Depremde Kesintisiz Kullanım Performansı Hedeflenirse Yapı Maliyeti % Kaç Artar ? 

Yapısal Olmayan Bina Elemanlarının Deprem Etkisi Altında Tasarım Yaklaşımları
ve
Kesintisiz Kullanım Performans Düzeyi Seçimi İle Ekonomik Açıdan DEğerlendirme 

ETP
Deprem Güvenliği Çalışma Grubu Üyesi
İnş. Müh. Çağdaş Ilgaz Şenel
Nisan 2021
 

Yapısal olmayan bina elemanlarının (oda bölme duvarları, asılı aydınlatma ve tavanlar, giriş yolu kanopileri, merdiven boşlukları, mekanik, elektrik veya sıhhi tesisat sistemleri, cepheler, asansörler vb.) deprem etkisi altındaki davranışının toplum tarafındaki farkındalığı ve sorgulanır olması, geçmişten günümüze artarak gelmektedir. Özellikle ülkemizde yaşanan son İzmir depreminde, depremi yapısal olarak hafif hasarlı ya da hasarsız atlatan yapılarda oluşan yapısal olmayan bina eleman hasarları, bir çok mülk sahibine maddi ve manevi büyük zararlar vermiştir.
 

Geçmişten Günümüze Deprem Mühendisliği ve Performansa Dayalı Tasarım Yöntemi

Deprem mühendisliği, sismik riski sosyo-ekonomik olarak kabul edilebilir seviyelere sınırlayarak toplumu, doğal ve insan yapımı çevreyi depremlerden korumakla ilgili bilimsel alandır. Geleneksel olarak, sismik yüklemeye maruz kalan yapıların ve jeo-yapıların davranışlarının incelenmesi olarak dar bir şekilde tanımlanmış ve bu nedenle hem yapısal hem de jeoteknik mühendisliğin bir alt kümesi olarak kabul edilmiştir.

Bununla birlikte, yıllar içerisinde oluşan depremlerde yaşanan muazzam maliyetler ve kayıplar, daha geniş inşaat mühendisliği ve sosyal bilimler; özellikle sosyoloji, siyaset bilimleri, ekonomi ve finans alanlarından disiplinleri de kapsayacak şekilde genişlemesine yol açmıştır.

Deprem mühendisliğinin temel hedefleri şunlardır:

•   Şiddetli depremlerin kentsel alanlar ve altyapı üzerindeki olası sonuçlarını önceden görmek.
•  Depreme maruz kaldığında beklentileri karşılayacak ve bina kurallarına uygun ve hatta ötesinde                               performans gösterecek yapılar tasarlamak.
•   Binaları kabul edilebilir bir hasar seviyesiyle sismik etkilere dayanacak şekilde uygun şekilde tasarlamak

Unutmamak gerekir ki düzgün tasarlanmış bir yapının aşırı derecede güçlü veya pahalı olması gerekmez. Uygun bir sismik tasarımla, sismik davranışı daha iyi ve daha ekonomik binalar inşa edilebilir.

Sismik tasarım, bir yapının olası göçme modlarının anlaşılması ve bu modların oluşmamasını sağlamak için yapıya uygun mukavemet, sertlik, süneklik ve konfigürasyon sağlanmasıyla gerçekleştirilir. Depreme maruz kalan yapıları tasarlamak veya güçlendirmek için izin verilen mühendislik prosedürlerine, ilkelerine ve kriterlerine dayanmaktadır.

Bu kriterler sadece deprem mühendisliği hakkındaki bilgilerin o anki güncel durumu kadar geçerlidir. Bu nedenle, deprem yönetmeliklerine tam olarak uyan bir bina tasarımı, çökme veya ciddi hasarlara karşı güvenliği garanti edemez.
 

     
Şekil 1 - Mode-1 (Y Yönü)                          Şekil 2 - Mode-2 (Burulma)         Şekil 3 - Mode-3 (X Yönü)
 

Örnek Bir Binaya Ait Bina Doğal Titreşim Mode Görselleri (ETABS)
 

Bina hasar seviyelerini tasarım başında hedefleyebilmek için ülkemizde de TBDY 2018’le hayatımıza giren performansa dayalı tasarım metodu dünyada sıkça kullanılmaya başlanmıştır. Bununla beraber tasarım metodları değişmeye ve gelişmeye devam etmektedirler. Günümüzde “Resilience-Based Design / Dayanıklılık Tabanlı Tasarım ” gibi ileri tasarım metodları hala geliştirilmektedir.

Performansa dayalı sismik tasarımın birincil işlevi, analitik yollarla, bir veya daha fazla sismik tehlike koşulunda öngörülen şekilde güvenilir bir şekilde çalışacak bir bina tasarımına ulaşma yeteneğidir.

Performans hedefi = belirli bir sismik sarsıntı düzeyi ile birlikte amaçlanan performans seviyesi.

Performans hedefleri, binanın amaçlanan performansını tanımlar, bunlar;

•    can güvenliği açısından
•    kabul edilebilir hasar seviyeleri açısından ve
•    deprem sonrası işlevsellik açısından

değerlendirilirler. 

Bina Performansı , aşağıdakiler açısından da nicel olarak tanımlanabilir. 

•     Deprem sırasında can,mal ve ülke güvenliği  açısından  sürekliliğini  devam ettirmesi gereken  tüm kritik yapılar 
•    Depremin sonrasında  can, mal ve ülke güvenliği  açısından sürekliliğini  devam ettirmesi gereken tüm kritik yapılar. 
•    Deprem sonrası ülke ekonomisini etkileyecek tüm endüstriyel tesisler 
•    Deprem sonrası tüm yapılarda olabilecek hasarlar 

Bina performansı, aşağıdakiler açısından da  nitel olarak tanımlanabilir:

•    Deprem sırasında ve sonrasında bina sakinlerine sağlanan güvenlik
•    Binayı deprem öncesi koşullara getirmenin maliyeti ve fizibilitesi
•    Onarımları yapmak için binanın hizmetten kaldırılma süresi
•    Toplum üzerindeki ekonomik, mimari veya tarihi etkiler

TBDY 2018 – Deprem Düzeyleri, Performans Düzeyleri, Min. Performans Seviyesi Kriterleri

TBDY 2018’e göre, yüksek yapılar harici yapılarda “Dayanıma Göre Tasarım” metoduyla minimum performans seviyesi olarak DD-2 deprem düzeyinde “Kontrollü Hasar (KH)”  hedeflenmektedir. 

Somut bir örnek olması açısından İzmir depremi ele alındığında, TBDY 2018’de tariflenen en zayıf zemin sınıflarından biri olan ZE sınıfı için hazırlanmış tasarım tepki spektrumuyla, depremde oluşan tepki spektrumu kıyaslandığında, gerçekleşen ve yıkıcı olduğunu düşündüğümüz İzmir depreminin aslında tasarım depreminden oldukça uzak olduğu görülebilir. Bu aslında ülkemiz yapı stoğumuzun istenen performans seviyesinden de ne kadar uzak olduğu gösterir. Buna paralel olarak yapısal olmayan eleman hasarının fazla olması doğaldır.
 

 

 

Bayraklı ve Seferihisar’da Gözlenen Deprem Yer Hareketi Tepki Spektrumlarının, 2007 ve 2018 Yılı Deprem Yönetmeliklerindeki Tasarım Tepki Spektrumları ile Karşılaştırılması
 

Yukarıda bahsi geçen performans hedefleri, binaların yapısal hasarları için tanımlanmış olup, minimum hedefleri belirtmektedir. Unutulmamalıdır ki, yönetmelikte de belirtildiği yapı sahibinin isteğine bağlı olarak daha üst seviyedeki performans hedefleri seçilebilir.

Yapısal Olmayan Yapı Elemanlarının Deprem Etkisi Altında Performans Hedefleri

Tasarım uzmanları için mevcut sismik tasarım hükümleri, yapısal olmayan bileşenler ve sistemler üzerinde etkili olan eylemleri ele alırken minimum tasarım sağlar. Bu tasarım hükümleri TBDY 2018 6. bölümde tanımlanmıştır.

Yakın zamanda meydana gelen hasar verici depremler sırasında hasarın ve bunun sonucunda bina işlevselliğinin kaybının büyük çoğunluğu, yapısal olmayan bileşenlere ve sistemlere verilen hasarın sonucudur. Pek çok bina sahibi, bir bina yapısal açıdan orta şiddette bir depremin etkilerine dayandığında, ancak yapısal olmayan bir bakış açısıyla çalışamaz hale geldiğinde şaşırmıştır.

Yapısal olmayan bileşenler, binalarda önemli rolleri yerine getirir:

•    Devam eden operasyon
•    Can güvenliği
•    Yapısal bütünlük (bölümler)

Yapısal olmayan bileşenler ve sistemler için ek bir güvenilirlik seviyesi gereklidir. Ancak ülkemizde mevcut sismik tasarım hükümleri tipik olarak yapısal olmayan bileşenlerin performansını ele almamaktadır.

Ülkemizde sismik bölgelerde yapısal olmayan hasarın sınırlı olmasının ve binanın depremden sonra operasyonel olarak etkilenmemesini hedefleyen “Kesintisiz Kullanım (KK)” performans seviyesi hedeflendiği takdirde, yapısal olmayan elemanların hasarı da minimize edilebilir. 

Bu bağlamda üst yapı performans seviyesi hedefi, yapısal olmayan elemanların deprem davranışını ve hasar seviyesini belirleyen tek koşuldur.

Çeşitli Yapısal Olmayan Eleman Hasarları
 

Sonuç ve Çıkarımlar

Deprem kaynaklı yapısal olmayan bileşenlerin hasarları, büyük ekonomik kayıplara ve can güvenliğine yönelik tehditlere neden olabilir. Yapısal olmayan bina elemanları genellikle kırılgandır, kolayca hasar görür ve onarımı / değiştirilmesi maliyetlidir.

Ek bir bina performans düzeyi seçimi, yapısal olmayan bina elemanlarının güvenliğini sağlayacak ve onarım maliyetlerini azaltacaktır. Bu kararın kaba yapıya olan ilave maliyeti en kötü senaryoda %70 oranında artış bile olsa, toplam bina değerine etkisi sadece %6-13 aralığında kalmaktadır.

Ekonomik bir bakış açısıyla değerlendirme yapıldığında toplam yatırım maliyetinde yaklaşık %10-15’lik artışla, maliyetin %50-70 ederi olan yapısal olmayan elemanların hasar görmesinin önüne geçilebilir.

Deprem sonrası oluşan hasarların giderilmesi ve/veya sigorta maliyetleri bu bedelden daha yukarıdadır.

ETP olarak, ülkemiz deprem gerçeği doğrultusunda yapısal eleman maliyetinin çok olduğu ve geri dönüşünün zor olduğu yapılarda “Kesintisiz Kullanım”, diğer yapılarda ise en azından “Sınırlı Hasar” performans seviyesine göre tasarım yapılması gerektiğini düşünüyoruz.

 Ülkemiz için çok önemli bu çalışmayı indirmek için lütfen tıklayınız 

Kaynaklar 
Bozorgnia, Yousef; Bertero, Vitelmo V. (2004). Earthquake Engineering: From Engineering Seismology to Performance-Based Engineering. Wikipedia
Lindeburg, Michael R.; Baradar, Majid (2001). Seismic Design of Building Structures. Arnold, Christopher; Reitherman, Robert (1982). Building Configuration & Seismic Design. Wikipedia
İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Bölümü
TBDY 2018: Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
Earthquake effects on buildings. Christopher Arnold. FEMA Library