Deprem Binaya Nasıl Etkir, Mühendisler Nasıl Analiz Eder?

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.

Ancak özellikle İstanbul'daki binaların birçoğu için asıl problem, bu binaların yeni 1998 Deprem Şartnamesinden önceki 1975 şartnamesine göre ve elle hesaplanmış olmalarıdır.

http://www.benkoltd.com