Binalarımız Neden Güvenli Değil?

1999 Marmara depreminin ardından bu yıl Doğu Anadolu fay hattında gerçekleşen kırılmalar dizisi bölgede yer alan 10 ilimizde çok büyük kayıplara neden oldu. TV ve yazılı medyada yayınlanan programlarda da dile getirilmekte olduğu üzere, büyük Marmara depreminden ve ondan sonra yaşanan depremlerden ders almamış olduğumuz acı bir deneyimle bir kez daha gözler önüne serildi.

Binalarımız neden depremlere dayanıklı değil? Deprem mühendisliği üzerine sayısız akademik çalışmaları ve uluslararası yayınları olan, kurucu ortağı olduğum Prota Mühendislik firması bünyesinde çeşitli binalar, İstanbul Havalimanı terminali, Marmaray ve çeşitli metro istasyonları, kamu ve okul binaları güçlendirmeleri ve on beş izolatörlü devlet hastanesi de dahil olmak üzere sayısız projeler yapmış bir inşaat mühendisiyim. Ülkemizdeki yapısal tasarım pratiğine yönelik olarak özellikle bina türü yapıların inşaat sürecini oluşturan zincirin halkalarındaki aksaklıklarla ilgili görüşlerimi burada özetlemeye çalışacağım.

Tüm güncel deprem yönetmelikleri yapıların deprem performansını yapı türlerine bağlı olarak sınıflandırmaktadır. Hastaneler, terminaller, enerji santralleri, metro istasyonları gibi önemli yapılar, büyük depremler sonrası hemen kullanımı gerekli olduğundan dolayı “operasyonel” olması hedeflenerek istatistiksel olarak 2500 yılda bir olması beklenen depremleri hasarsız atlatacak şekilde tasarlanır. Bu kriterler doğrultusunda yapı maliyetleri de doğal olarak önemli ölçüde artmaktadır. Ülkemizde son 10 yılda Sağlık Bakanlığı tarafından yaptırılan hastanelerde sismik yalıtım amacıyla izolatör kullanımı da bu yaklaşıma bir örnek olarak gösterilebilir. Yakın zamanda deprem bölgesinde yapılmış izolatörlü beş hastane bugün hasarsız ve operasyoneldir. Çok yaygın olmamakla birlikte, bazı gelişmiş ülkelerde sismik yalıtım teknolojisi kamu ve konut yapılarında da uygulanmaktadır.

Sismik yalıtımlı bir hastane binasında dahi inşaat denetimi eksikliği nedeniyle istinat duvarının veya dolgunun binaya dayalı olarak yapılması ve izolatörlerin çalışmasını önemli ölçüde engellemesi gibi uygulama hatalarına rastlayabiliyoruz.

Konut ve ofis amaçlı özel ve kamu binalarında ise ekonomik kaygılar nedeniyle farklı bir performans hedefi gözetilir. Buna göre, küçük depremlerde hiç hasar görmemesi, orta büyüklükte depremlerde yapısal olmayan hasarların oluşabilmesi, bu yıl yaşadığımız türden büyük depremlerde ise onarılamaz yapısal hasarların beklenebilmesi ancak kesinlikle göçmenin önlenebilir olması ve “can güvenliğinin” sağlanması hedeflenir. Bu amaçla yaklaşık 500 yılda bir olmasının beklendiği istatistiksel bir tasarım depremi altında projelendirilir.

Ülkemizde ve tüm dünyada yapısal tasarım firmalarının belki de en az yüzde sekseni bu tür özel ve kamu binası projeleri yapmaktadır. Aslında bu hedef doğrultusunda gerçekleştirilen yapısal tasarım da büyük projelerde olduğu gibi bilgisayar yazılımlarının desteğine rağmen uzun bir süreçtir; bilgi, deneyim ve büyük ölçüde dikkat gerektirmektedir. Sadece deprem yönetmeliğinin öngördüğü hesap kriterlerini ve yöntemlerini bilgisayar programlarını çalıştırarak uygulamak bu binaların güvenli olması için yeterli değildir. Unutulmaması gereken en önemli nokta, bu tür yapılarda ekonomik nedenlerle yönetmelik kriterlerine göre yapı sünekliliğini sağlayarak azaltılmış deprem yükleri altında hesap yapılmakta olduğudur.

Bu yıl Doğu Anadolu fayında yaşadığımız depremlerin etkilediği bazı bölgelerde kaydedilen etkilerin istatistiksel olarak 2500 yılda bir olmasını beklediğimiz büyük deprem düzeyini de aştığı tespit edilmiştir. Buna rağmen, yönetmeliklerin öngördüğü tasarım kriterleri doğrultusunda projelendirilen binalarda yine de göçme olmaması beklenir. Ancak ne yazık ki bu düzeyin çok altında yer hareketlerinin kaydedildiği bölgelerde bile büyük hasar ve yıkımın gerçekleştiği gözlenmiştir.

Yapısal tasarım doğru ve güvenli olmasına karşın, inşaat sırasında yapılan hatalar ve denetim eksikliği maalesef birçok yapının da ağır hasar almasına ve göçmesine neden olmaktadır. İmalat hatalarının, malzeme sorunlarının ve denetim eksikliğinin sonucu önemli ölçüde etkilemekte olduğu sürekli olarak tartışılmakta ve örnekleriyle birlikte medyada gözler önüne serilmektedir. Ancak, ne yazık ki proje aşamasında yapılan hatalar da bu kayıplarda ciddi rol oynamaktadır.

Ülkemizdeki birçok deprem mühendisliği uzmanı gibi hem proje mühendisi hem de deprem konusunda akademik çalışmalar yapan ve yönetmelik komisyonlarında görev almış bir mühendis olarak görüşlerimi paylaşmak amacındayım. Ayrıca, yaklaşık 35 yıldan bu yana, bir yapısal tasarım yazılımı olan ProtaStructure programının (eski markası Probina Orion) geliştiricisi sıfatıyla kullanıcılarımızdan aldığımız geri bildirimlerle edindiğimiz deneyimleri de içererek bu yazıda tasarım süreci ile ilgili aksaklıkları ve yanlışları özetlemeye çalışacağım.

Burada anlatacaklarım tasarım sürecinin çok büyük bir bölümünü kapsamaktadır. Birçok mimarlık ve mühendislik firması bu konulara özen göstererek çalışmakta ve gerçek anlamda depreme güvenli yapı tasarımı uygulamaları yapmaktadır. Bu istisnaların aşağıdaki özetlemeye çalıştığım süreçler konusunda kapsam dışı olduğunu da özellikle belirtmek isterim.

Uygulama ve malzeme hatalarını bu yazımın kapsamı dışında tutarak, soruna proje ve mühendislik penceresinden baktığımızda sorunları aşağıdaki başlıklarda özetleyebiliriz:

Zemin Şartları

Tek başına yeterli olmasa da yapıların sağlam zeminlerde inşa edilmesi doğal olarak daha güvenlidir. Ancak, binanın konumunu değiştirebilme seçeneğimizin olmadığı durumlar genelde daha yaygındır. Zemin iyileştirmesi veya kazıklı temel gibi çözümlerle de zayıf zeminlerin neden olabileceği olumsuzlukların önüne geçilebilir. Ancak, ne yazık ki bu tür uygulamalar maliyetleri önemli ölçüde etkilediğinden, çok yüksek binalar dışında, konut türü yapılarda çoğunlukla göz ardı edilmektedir. Bu tür zemin şartlarında genellikle radye temel uygulamasının yeterli olamayacağı aşikardır. Özellikle sıvılaşma potansiyeli olan zeminlerde… Örneğin 1999 Marmara Depremi sonrasında Adapazarı’nda sayısız göçme örneği görmüştük.

Dolayısıyla, proje aşamasında zemin şartları detaylı olarak incelenmeli, zemin etütleri yapılmalı ve gerekli görüldüğü durumlarda daha detaylı analizler yapılarak zemin iyileştirmesi yöntemleri uygulanmalıdır.

Mimari sorunlar

Ülkemizde bir apartman tipi yapı mimarisi olgusu mevcuttur. Her ne kadar bölgelere göre bazı farklılıklar barındırsa da sonuç olarak çok benzer özellikler ve zayıflıklar içermektedir. Mimari nedenlerle karşılaştığımız kısıtlamaları özetlemek gerekirse:

• Kolon, kiriş ve perde gibi yapısal elemanların bölme duvarlar içerisinde olabildiğince gizlenebilmesi, diş ve çıkıntılardan kaçınılması amacıyla kesit boyutlarının kısıtlanması,
• Genellikle kolonların neredeyse tamamının büyük boyutunun aynı doğrultuda olmak durumunda bırakılması ve diğer doğrultuda bina rijitliğinin yetersiz kalması,
• Salon, oda, mutfak gibi mekanların boyutlarının neden olduğu kısıtlamalar sonucunda, deprem zorlamalarına daha güvenli karşı koyabilen sürekli çerçeveler oluşturulamaması,
• Deprem perdesi yerleştirilebilecek yetersiz yer bulunabilmesi (genellikle sadece asansör ve/veya merdiven kovaları elverişli olabiliyor), sadece bir doğrultuda ve çoğunlukla yapıda burulmaya neden olacak şekilde asimetrik deprem perdeleri yerleştirilmesi,
• Kapalı çıkma uygulaması ve buna dik doğrultuda kirişler ile bağlanmayan kolonların bulunması (tahmini olarak binalarımızın yüzde seksenini oluşturuyor),
• Ticari işletmelerin vitrin gereksinimi nedeniyle binanın zemin katının kat yüksekliğinin daha fazla olmasının istenmesi ve ön cephede taşıyıcı kolonların tamamının diğer doğrultuda tanımlanması, deprem perdelerinden kaçınılması sonucunda yumuşak kat oluşturulması,
• Tasarımın parsele uydurulması amacıyla yanal yüklere karşı statik fazlalıktan yoksun, bir yönde tek veya iki açıklıklı süreksiz çerçevelerden oluşan taşıyıcı sistemler oluşturulması

en önemlileridir.

Doğal olarak tünel kalıp sistemine göre tasarlanan binalar yoğun oranda deprem perdesi kullanılarak yapıldığı için daha güvenli olarak kabul ediliyor ve mimari planlarında yukarıda belirtilen kısıtlamaların çoğu bulunmuyor. İkinci Dünya savaşı sonrası ortaya çıkan acil barınma ihtiyacını karşılamaya yönelik olarak geliştirilmiş olan bu yöntem ile yapılan binalarda da inşaat tekniğinin bir sonucu olarak, mimari planlar kullanıcılar açısından genelde daha az esnek oluyor ve yapılar ses ve darbe geçirgenliği ve nem yoğuşması gibi problemler içerebiliyor.

Yapısal Tasarım Projeleri ile İlgili Sorunlar

Bina inşaat zincirinin bu halkasında da sorunların kaynağında ağırlıklı olarak ekonomik kaygılar yatmaktadır. Bütçe sıkıntıları nedeniyle genelde orta ve küçük boyutlu yüklenicilerin maliyetlerini en aza indirme çabası bu aşamada önemli rol oynar. Özellikle üzerinde durmak istediğim sorunlar bu başlıkta toplanmaktadır.

Ülkemizde genel olarak proje bedelleri çok düşüktür. Bu bedelleri düzenlemeye çalışan meslek odalarının belirlediği tutarlar, gelişmiş ülkelerdeki bedellerle kıyaslanamayacak kadar düşük olmasına rağmen, özellikle büyük projeler dışında Anadolu’da pek uygulanmaz. Proje firmaları arasındaki rekabet ve işverenlerin (genelde müteahhitler) daima en düşük fiyatı veren ve ne olursa olsun en az inşaat maliyetine sahip tasarımı gerçekleştirebilen ofisler ile çalışma eğilimi, doğal olarak bu bedelleri önemli ölçüde aşağıya çeker. Gelişmiş ülkelerde yapısal tasarım proje bedelleri tipik olarak bina toplam maliyetinin %0.5 ile %1’i düzeylerindedir. Konut türü yapılar için bizde ise maalesef toplam bina maliyetlerinin oranı ile ifade edilemeyecek kadar düşük bedeller uygulanmaktadır.

Bu durum, küçük ölçekli yapısal tasarım firmalarının yapısını da doğrudan etkilemektedir. Bu ofisler de doğal olarak maliyetlerini düşürebilmek amacıyla daha az eleman ile çalışırlar ve projeleri en kısa zamanda bitirme hedefi ile hayatta kalabilirler. Bu amaç doğrultusunda imdatlarına yapısal tasarım otomasyonu amacıyla geliştirilmiş yazılım paketleri yetişir. Gelişmiş ülkeler de dahil olmak üzere birçok ülkede bu tür yazılımlar mevcuttur ve yoğun olarak kullanılmaktadır. Ancak bu ülkelerin çoğunluğu Türkiye gibi deprem bölgesi bile değildir ve daha sıkı denetim koşulları nedeniyle bu yazılımlar da daha kontrollü olarak kullanılır.

Bu tür programlar, yapının fiziksel modelini veri olarak kabul ederler ve grafik ortamda mühendisin binayı kısa sürede tanımlayabilmesine olanak sağlarlar. Bu noktadan sonra tek bir komut ile (kullanıcı kahvesini içerken) tüm yük hesapları yapılır, yapısal analiz modeli otomatik olarak hazırlanır, eleman yükleri ve deformasyonlar hesaplanır, temeller de dahil olmak üzere tüm elemanların tasarımı (kesit kontrolleri ve donatıların hesabı) gerçekleştirilir ve detay çizim paftaları da otomatik olarak hazırlanır. Bu aşamadan sonra proje bürosu düşük ücret baskısı altında zarar etmemek ve projeyi kısa zamanda bitirebilmek adına çoğu zaman önemli ölçüde kontrol eksikliği ile projeyi işverene teslim eder.

Bazı akademisyenlerimiz bu tür yazılımlara inek-sucuk göndermesi yapmaktadır. Bense, bir yapısal tasarım yazılım paketi geliştiricisi olarak kısmen yazılımlara, kısmen de uygulanmakta olan “sürece” bu tespiti yapmayı daha doğru buluyorum.

Yapısal tasarım amaçlı bilgisayar yazılımları, proje mühendisinin yapması gereken işi mühendisin yerine yapmak amacıyla geliştirilmemiştir. Bu yazılımlar uygun kapsamda destek sağlayarak mühendisin işini kolaylaştırmak amacıyla geliştirilen otomasyon araçlarıdır. Tüm yazılımlar, ancak denk gelip de fark edildiği zaman düzeltilebilen çeşitli hatalar içerir. Bu amaçla, yazılım firmaları sürekli olarak test yapan kapsamlı destek ekipleri barındırmak zorundadırlar. Prota Yazılım ve Uzak Doğu’daki Prota Software firmalarımızda çoğunluğu yetkin mühendisler ve yazılımcılardan oluşan 50’yi aşkın eleman çalışmaktadır. Buna rağmen ProtaStructure da dahil olmak üzere, yazılımlarda kritik hatalara da rastlanabilmektedir ve kullanıcıların geri bildirimleri ile bu tür hatalar en aza indirilmeye çalışılır.

Yazılım hatalarının yanı sıra, en çok karşılaşılan sorunlar, kullanım hatalarından ve kullanıcıların gerek mühendislik gerekse de programların işleyişi ile ilgili bilgi eksikliklerinden de kaynaklanmaktadır. Yeterli denetim yapılmadığı durumlarda kullanım hataları ciddi sorunlara da neden olabilmektedir ve uygulama sırasında da fark edilemeyebilir. Biz ProtaStructure yazılımımızı geliştirirken mühendislik yöntemlerinin uygulanması için harcadığımız kaynağın çok üstünde eforu kullanıcı deneyimini daha da iyileştirmek için harcamaktayız. Kullanıcıya yeterli geri bildirim yapabilmek, hatalarını tespit edebilecek program içi karar destek mekanizmalarını geliştirmek, tüm aşamalarda yazılımın tamamen şeffaf olmasını sağlamak ve kullanıcısını hesaplarla ilgili detaylı olarak bilgilendirmek, mertebe kontrolleri yaparak olası modelleme hatalarını yakalamak, kapsamlı kullanım ve tasarım kılavuzları ve videoları ile kullanıcıları desteklemek son derece önemlidir ve yazılımın güvenilirliği konusunda en önemli ölçütlerden biridir.

Bu tür bir yazılımın tüm aşamalarda ne yaptığı konusunda tamamen şeffaf olması ve mühendisi bilgilendirebilmesi önemlidir. Proje aşamalarının tamamen program ve mühendis arasında etkileşimli olarak gerçekleşmesi, programın her aşamada kullanıcının vereceği kararları uygulayabilecek esnekliğe sahip olması, analitik modelin yapısının kullanıcı kontrolünde olması, yeterli sayıda kontrol parametresi içermesi, detaylı raporlar üretebilmesi, çizimlerin düzenlenebilmesi için otomasyon araçlarına sahip olması önemli gereksinimler arasındadır. Ancak, kullanılan yazılımlar bu özellikleri barındırsa bile, kısıtlı zaman baskısı altındaki mühendisin kontrolsüz teslimat yapmasını engellemeye yeterli olmaz.

Kullanıcılar maksimum düzeyde otomasyon talep etmektedirler. Ancak, bazı aşamalarda onlara tam otomatik bir süreç sağlamak tehlikeli sonuçlar ve hatalara neden olabilmekte ve kullanıcıların programlara tamamen güvenerek denetimlerini aksatmaktadır. İşlerini çok önemli ölçüde hızlandıran ve hata yapmalarını önleyen araçlar sağlamamıza rağmen, zaman baskısı altında çalışanlar kendi kararlarının yönlendirmesine kapalı bir süreci tercih edebilmektedirler. Yazılımların her aşamada kullanıcıya etkileşimli ortamlar da sağlayarak o aşamada hazırlanan analitik modeli inceleme/düzenleme ve elde ettiği sonuçları irdeleme amacıyla da araçlar sunması gereklidir ve farklı donatılandırma seçeneklerini deneyerek optimum tasarım sağlamak için işlemleri hızlandıran etkileşimli ortamlar sağlamalıdır. Ancak, kısıtlı eleman ve olanaklara sahip küçük ölçekli proje bürolarının düşük ücret baskısı altında bir ayda 5-10 proje yapabilme hedefi yazılımların sağladığı otomasyona aşırı bel bağlamalarını da beraberinde getirmektedir.

Proje büroları genellikle müteahhitlerin yoğun ekonomik tasarım baskısı altında çalışırlar. Dolayısıyla, en küçük eleman kesitleri ve en az donatı kullanan projeler üretmezlerse işleri başka bürolara kaptırırlar. Mühendisler de yapısal analiz modelinin ve otomatik hesaplanan yüklerin ne denli doğru hesaplanarak oluşturulduğuna bağlı olarak en az donatı ve beton metrajını hesaplayan yazılımları kullanmayı tercih edebilmektedirler. Hatta bazı durumlarda elle yapılan değişikliklere de rastlanabilmektedir.

Depreme güvenli yapı tasarımı proje mühendisinin bilgili ve deneyimli olmasını da gerektirir. Ne yazık ki dört yıllık inşaat mühendisliği lisans eğitiminde depreme güvenli yapı tasarımı ile ilgili dersler üniversitelerimizin çoğunun programında bulunmuyor. Taşıyıcı sistemin doğru olarak oluşturulması ve lokal zayıflıkların olmaması büyük önem taşımaktadır. Burada tamamen mühendisin bilgi ve deneyimine güvenmekteyiz. Bu aşamaya yazılımların katkıda bulunması mümkün değildir. Yazılımlardan bağımsız olarak, hatalı ve zayıf taşıyıcı sistemler de binaların en önemli göçme nedenlerinden biridir.

Ülkemizde, yapısal tasarım sektörünün önündeki en önemli sorunu ne yazık ki yirmi yılı aşkın bir süreden beri gündemde olmasına rağmen yetkin mühendislik kurumunun bir türlü hayata geçirilememiş olmasıdır. Proje yapmak için dört yıllık üniversite öğrenimi ve sadece yazılımları kullanabiliyor olmak yeterli değildir. Gelişmiş ülkelerde profesyonel proje mühendisi olabilmek önemli bir imtiyazdır ve ancak ciddi sınavlarda sürekli olarak gösterilecek başarılar sonucunda uzun bir süreçte elde edilebilir.

Tasarım ve Yapım Denetimi

Depremler sonrasında medyada da sıkça gündeme getirilen konulardan biri de denetim eksikliğidir. Ülkemizde gerek tasarım sürecinde proje yüklenicisini denetleyen gerekse de inşaat sürecinde müteahhidi denetleyen sağlıklı bir düzen oluşturulamamıştır.

Gelişmiş ülkelerde yüklenici ve kontrol teşkilatı için uygulanan sorumluluk sigortası (liability insurance) sistemi sayesinde denetim mekanizması çok daha düzgün işlemektedir ve bunun yansıması olarak da proje sürecinin ve bedellerinin yükselmesini sağlamaktadır. Bu sürecin sağlıklı işlemesi hem proje yüklenicilerinin hem de müteahhit firmaların sorumluluklarını ciddi oranda arttırır. Bunun sonucunda yapısal tasarım için ayrılan süreler ciddi oranda uzar, yapı tasarımı yazılımlarından şeffaflık beklentileri artar ve proje bedelleri de daha sağlıklı düzeylere yükselir. Benzer şekilde, yüklenici firmaların da imalat hataları yapmasının önüne önemli ölçüde geçilir.

Jozef KUBİN
İnşaat Y. Mühendisi