Sismik İzolasyon Nedir?
Depremler yıkıcı felaketler olmak zorunda değiller, depremlerden kaynaklanan zemin hareketlerine dayanıklı binalar dünyanın pek çok yerinde yıllardır yapılıyor. Başta Amerika ve Japonya olmak üzere pek çok ülkede uzun yıllardır uygulanan sismik izolasyon sistemleri, ülkemizde 2000’li yıllarda uygulanmaya başladı. Önce Sağlık Bakanlığı 2013 yılında 100’den fazla yatak kapasitesi olan ve deprem riski yüksek bölgelerde bulunan hastaneler için sismik izolasyon sistemi uygulamalarını zorunlu hale getirdi. Bu uygulamanın ardından 2019 yılında yayınlanan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018)’nde sismik izolasyon uygulamaları için ayrıca bir bölüme yer verildi.
Sismik yalıtımın amacı, binanın taşıyıcı sistemine etki eden deprem yükünün, göreli ötelemelerin ve kat ivmelerinin azaltılmasıdır. Bu da enerji tüketme kapasitesinin izolatör katmanında yoğunlaştırılması ve binanın doğal titreşim periyodunun uzatılması ile gerçekleştirilir. Bir başka ifadeyle, sismik yalıtım uygulamalarında depremden kaynaklanan enerjinin büyük bir kısmı, izolasyon katmanı tarafından tüketilir ve üst yapıda katlar arası göreli ötelemenin ve kat ivmelerinin azaltılması; binanın kesintisiz kullanım ve sınırlı hasar performans koşullarını sağlaması sağlanır. Bu sayede, can güvenliğinin sağlanmasının yanı sıra bina içerisinde ekonomik değeri büyük ekipmanların korunması, tamiratı zor hasarların önüne geçilmesi ve bir afet durumunda binanın kesintisiz olarak kullanımına devam edebilmesi sağlanır.
Tasarım sürecinde iki farklı düzeyde deprem yer hareketi hesaba katılır; tasarım deprem yer hareketi (DD-1) ve en büyük deprem yer hareketi (DD-2). Yalıtım sisteminin maksimum yer değiştirmesi hesaplanırken DD-1 düzeyi için yalıtım birimlerine ait parametrelerin alt sınır değerleri, üst yapıya etki eden maksimum yatay kuvvet hesaplanırken ise DD-2 düzeyi için yalıtım birimlerine ait parametrelerin üst sınır değerleri kullanılır.
Deprem dışında, rüzgâr, sıcaklık, yaşlanma, sünme yorulma ve nem gibi etkiler de sismik izolatör tasarımı sürecinde göz önünde bulundurulmalıdır.
Sismik izolatörler, üst yapının altında bir yalıtım arayüzüne; bodrum kata, bodrum kat üstüne veya temel üstüne yerleştirilir. Ayrıca yalıtım sisteminin, hesaplanan en büyük yer değiştirmeye eşit miktarda ve engellenmemiş bir hareket alanına sahip olması gerekir.
Sismik İzolatör Çeşitleri Nelerdir?
TBDY 2018’de yer alan sismik izolatör çeşitleri, elastomer ve eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimleridir.
Elastomer Yalıtım Birimleri
Genel olarak çelik plakalar ve kauçuk tabanlı elastomer malzemelerin vulkanizasyonu ile oluşturulan izolatörlerdir. Yapısındaki çelik plakalar, bu kompozit yalıtım birimlerine üst yapıyı desteklemek için gereken eksenel dayanımı ve stabiliteyi kazandırır. En yaygın tipi kurşun çekirdekli kauçuk izolatörlerdir. Kurşun çekirdek, yüksek enerji sönümleme kapasitesi ile izolatörün yatay yer değiştirmesini azaltır.
Eğri Yüzeyli Sürtünmeli Yalıtım Birimleri
Eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimleri teknik olarak içbükey çelik plakalar ve onların arasına yerleştirilen hareketli bir elemandan oluşur. Deprem etkisi altında bu birimler, sarkaç prensibine uygun şekilde hareket eder. Yapıya etki eden deprem kuvvetine karşılık oluşacak dengeleyici kuvvet, kayma hareketini yapan yüzeyin eğriliğine ve üst yapının öz ağırlığına bağlıdır. Depremden kaynaklanan enerjinin sönümlenmesi ise bu eğri yüzeyler arasında oluşan sürtünme ile sağlanır.
Sismik İzolasyonlu Bina Tasarımı
Tasarım sürecinin ilk aşamasında izolatörlerin yerleştirileceği düzlemin belirlenmesi gerekmektedir. İzolatörlerin yerleşimi ise mimari ve statik projeye bağlı olarak belirlenmelidir. İzolatör düzlemi belirlendikten sonra yapının düşey yük analizi yapılmaktadır. Yapıya yerleştirilecek izolatörün tipi, faktörlü ve faktörsüz düşey yük analizinin ardından belirlenir.
İzolatör yerleşiminin ve izolatör tipinin belirlenmesinin ardından ön tasarım aşamasına geçilir. Bu aşamada, tasarım depremi ve maksimum olası deprem koşullarına göre tasarım spektrumu oluşturulur veya sismik tehlike analizi yapılır. Ayrıca yine ön tasarımın bir parçası olarak, hedef titreşim periyodu seçimi ile deplasman ve rijitlik hesapları yapılarak deplasman talepleri belirlenir.
Nihai tasarımda ise hedef spektrum ile uyumlu deprem yer hareketleri ve izolatörlerin eşdeğer ve doğrusal olmayan özellikleri belirlenerek izolatörlü üst yapı ve izolatör katmanının altındaki yapının analizleri yapılır. Tasarım kriterleri kontrol edilir; üst yapı ve alt yapı kontrolleri yapılır.
Sismik İzolatör Modelleme
Modelleme süreci için öncelikle titiz bir ön tasarımın yapılmış olması gerekiyor. Bu ön tasarım sürecinde ise izolatör rijitlikleri ve hedef deplasmanları, yönetmeliklerin sismik izolasyon bölümlerinde yer alan “Eşdeğer Statik Yük” prosedürleri takip edilerek bulunur. İzolasyon sistemi performansı ise doğrusal veya doğrusal olmayan analizler ile değerlendirilir.
Ön tasarımı tamamlanmış, yerleşimi ve türü belirlenmiş izolatör birimlerini ProtaStructure ile yapı modelinize kolayca ekleyebilirsiniz. Ayrıca her bir kolona veya perde duvara, aynı özelliklere sahip veya farklı tipte izolatörler tanımlamak da mümkün! Sismik izolatörlerin modellenmesine dair tüm detayları internet sitemizdeki tasarım kılavuzları ile öğrenebilirsiniz.
Erzurum Sağlık Kampüsü
Toplam inşaat alanı 201,500 m2 olan Erzurum Sağlık Kampüsü, Türkiye’nin doğusunda yapılmış en büyük sağlık kampüsüdür. Kampüs, en yükseği 13 katlı olan 9 bloktan oluşuyor. Proje kapsamında yapısal betonarme ve çelik tasarımı, metraj ve maliyet analizlerinin yanı sıra sismik izolasyon projelerinin hazırlanması da Prota Mühendislik tarafından 2011-2012 yıllarında yapıldı.
Erzurum Sağlık Kampüsü’nün yapısal tasarımı, bölgede beklenen en şiddetli depremin ardından bile yapıların kullanımını aksatmayacak şekilde yapıldı. Binaların ve içeride bulunan medikal malzemelerin afet durumlarında bile kullanımına devam edilebilmesi için yapıya 1200’den fazla sismik izolatör eklendi. Bu kapsamlı ve güvenilir projenin tüm yapısal analiz süreçleri ise ProtaStructure ile tamamlandı. ProtaStructure, uzun yıllardır Türkiye’de ve dünyada çok sayıda mühendis tarafından tercih ediliyor. Sismik izolasyonlu yapılar da kullanıcılarımızın imza attığı projeler arasında! Özellikle de ülkemizde deprem riskinin yüksek olduğu bölgelere bakıldığında, sismik izolasyon sistemine sahip hastanelerin önemli bir kısmının proje süreçlerinde ProtaStructure’ı görmek mümkün.
Sismik izolasyon sistemlerine daha da yakından bakmak için bilimsel yayınlarımızı inceleyebilirsiniz.