mimari tasarımda deprem 5
Transkript
mimari tasarımda deprem 5
Fema 454 / December 2006 Designing for Earthquakes A Manual for Architects MİMARİ TASARIMDA DEPREM 5 Christopher Arnold 5.1 GİRİŞ Kritik ya da temel tasarım kararı, binanın büyüklüğü ve üç boyutlu şekli ile ilgili kararlardır. Bu bölümde mimari tasarımla yapıların depremden zarar görme ihtimali arasındaki yakın ilişki üzerinde durulacaktır. Kısım 5.2 ile 5.5 arasında, mimari tasarım kararlarının sismik performans üzerindeki etkileri, deprem performansı en uygun mimari ve dolayısıyla taşıyıcı sisteme sahip olan bir binanın çeşitli özellikleri bağlamında açıklanmıştır. Kısım 5.3’de düzensizlik oluşturan iki ayrı durum, kısım 5.4 de ise sismik açıdan sorun olarak tanımlanan belirli özelliklerin kökeninde ideal mimari plandan sapma olduğu açıklanmıştır. Bu sapmalardan dördü kısım 5.5’de mühendislik ve mimari bakış açısıyla daha ayrıntılı olarak ele alınmış, zararlı etkileri azaltmak veya ortadan kaldırmak için kavramsal çözümlere yer verilmiştir. Kısım 5.6 da çıkabilecek diğer yapılandırma sorunlarından bir kaçı tanımlanmaktadır. Kısım 5.7, sismik yapılandırma sorunlarının kökeninde yirminci yüzyıldaki "Uluslararası tarz" kabulünün bulunduğunu gösterirken, kısım 5.8 mimari/yapısal sorunların önlenmesi hususundaki bazı ipuçlarını vermektedir. Son olarak, kısım 5.9 da bu günün mimari eğilimlerinin deprem mühendisliği üzerindeki etkilerini değerlendirerek geleceğe bakıldığında doğmakta olan yeni alana "deprem mimarisi" adı verilebilir. 5.2 YATAY KUVVET TAŞIYICI SİSTEMLER Bir binanın taşıyıcı sistemi doğrudan mimari projesine bağlıdır. Duvarlar, kolonlar, yatay kirişler, döşemeler ve çatı gibi yapı elemanlarının boyut ve konumu büyük ölçüde mimari projeye göre belirlenir. Taşıyıcı sistemin mimari projeye olan bağımlılığını ifade etmek üzere mimari/yapısal terimi kullanılacaktır. 5.2.1 Yatay Kuvvetlere Direnecek Sistemler Tasarımcıların, mimari tasarım sürecinin başlangında yatay kuvvetlerin karşılanmasında seçebileceği üç temel taşıyıcı sistem tipi bulunmaktadır. Burada amaç, Şekil 5-1'de gösterilen taşıyıcı sistem tiplerinin her biri için, en iyi yapılandırmayı tanıtmaktır. Bu temel sistemlerin, kullanılan yapı malzemesine ve elemanların birleşme şekline dayanan farklılıkları vardır. Bunların birçoğu Bölüm 7'de gösterilmiştir: Şekil 7-2, 7-3, 7-11A ve 7-11b bu taşıyıcı sistemlerin karşılaştırmalı sismik performans özelliklerini göstermektedir. ❍ Perde duvarlar Perde duvarlar, diyafram olarak çalışan döşeme-kiriş sisteminden iletilen yatay kuvvetleri alıp zemine aktarmak üzere tasarlanır. Bu duvarlara etkiyen temel zorlama kesme kuvveti olup perde duvarı oluşturan malzeme liflerini birbiri üzerinde kaymaya zorlar. Perde duvarların etkili olabilmesi için, temelden çatıya kesintisiz devam etmesi ve boşluklarının minimumda tutulması gerekir. ❍ Çapraz destekli çerçeveler Çapraz destekli çerçevelerin yatay kuvvetler altındaki davranışı, perde duvarlara benzer. Ancak perdelere nazaran daha az direnç ama daha iyi süneklik sağlarlar. Destekli çerçeve sistemleri, perde duvarlardan daha fazla mimari tasarım özgürlüğü sunar. Eğik destekli çerçevelerin eş merkezli ve dış merkezli olmak üzere iki genel tipi vardır. Eş merkezli çerçevede, destek elemanlarının eksenleri yatay kiriş üzerinde tek bir noktada buluşur. Dış merkezli destekli çerçevelerde eğik elemanların arasında belirli bir mesafe bırakılır. Eğik elemanların uçları arasındaki kısa kirişe bağ kirişi denir. Bağ kirişinin amacı ağır deprem yükleri altında deforme olarak deprem enerjisini kontrollü bir şekilde tüketmek suretiyle yapının geri kalan kısımlarını koruyacak sünekliği sağlamaktır (Şekil 5-2). Şekil 5-1 Yatay yüklerin taşınmasında kullanılan temel sistemler Çerçeve Çapraz destekli çerçeve Perde duvarlar ❍ Moment-dirençli çerçeveler Moment-dirençli çerçeve, yatay kuvvetleri kolon ve kirişler arasındaki rijit birleşimler sayesinde kiriş ve kolonların eğilmesi suretiyle taşıyan, diyagonal destekleri bulunmayan çerçeveler için kullanılan bir mühendislik terimdir. Moment dirençli çerçevelerde, mimari tasarım özgürlüğü en büyüktür. Yatay kuvvetlerin taşınmasında kullanılan temel sistemlere alternatif sistemler geliştirilebilir. Tasarımcılar bazen bir yönde bir tip, diğer yönde başka tip taşıyıcı sistem kullanabilmektedir. Böyle durumlarda azami özen gösterilmelidir. Rijitlikleri farklı olan (perde duvarlı sistemler, moment dirençli çerçeve sistemlerinden çok daha rijittir, eğik elemanlı çerçeve sistemlerinin rijitliği ise bu iki taşıyıcı sistemin arasında kalmaktadır) iki farklı taşıyıcı sistemin birleştirilmesiyle dengeli bir rijitlik dağılımı elde etmek zordur. Ancak yüksek performanslı yapılar için, bölüm 7.7.6’da tarif edilen karma taşıyıcı sistem kullanımı giderek artmaktadır. Etkin karma sistemlere, perde duvarlardan oluşan bir çekirdek artı dışta moment dirençli çerçeve veya çelik moment dirençli çerçeve örnek olarak verilebilir. Şekil 5-2 Çapraz destekli sistemler Eş merkezli destekleme çerçeve Dış merkezli destekleme Hasar, bağ kirişi ile sınırlı kalır Farklı taşıyıcı sistem özelliklerinin fonksiyon ve estetik açıdan mimari tasarım üzerinde önemli etkisi vardır. Çerçeve sistemi, binanın deprem performansının belirlenmesinde önemli rol oynadığından, tasarımın başlangıç aşamasında seçilmesi gerekir. Örneğin deprem yüklerinin taşınmasında perde duvar sistemi seçilirse, binanın planlanmasında her kattaki yükün çatıdan zemine kesintisiz aktarılacağı sınırlı açıklıkları olan sürekli perde duvarlar inşa edilmelidir. 5.2.2 Diyaframlar—Yatay Taşıyıcılar Yatay kuvvetleri, bu kuvvetleri taşıyacak perde duvar veya çerçeve gibi elemanlara aktarmak için kullanılan yatay elemanlara "diyafram" adını vermekteyiz. Diyaframlar genellikle binanın döşeme ve çatı elemanlarından oluşur. Bazı durumlarda çatı veya döşemeden bağımsız olan yatay destekleme sistemleri de diyafram olarak çalışır. Diyafram, sismik direnç sisteminin (Şekil 5-3) önemli bir unsurdur. Diyafram, çekme ve basınç taşıyacak şekilde tasarlanır, kord adı verilen kenar bileşenleri ile geniş yatay bir kiriş olarak düşünülebilir: kord (Şekil 5-3A) düşey bir kirişin alt ve üst başlıklarına (flanşlarına) benzetilebilir. Taşıyıcı sistemin bir parçasını oluşturan diyafram, boyutlarına ve yapıldığı malzemeye bağlı olarak rijit ya da esnek davranış gösterir. Perde duvarlara göre diyafram esnekliğindeki değişim, aktarılan kuvveti ve bu kuvvetin büyüklüğünü önemli oranda değiştirir. diyafram kiriş Esnek diyafram Düzensiz diyafram Rijit diyafram Toplayıcı Şekil 5-3 Diyaframlar diyafram kiriş Yalnızca çelik gövdeden oluşan esnek diyaframlarda (kütle düzgünce yayılı ise) perde duvarlar, etki alanlarından gelen yükü alırlar. Genellikle betonarme döşemeler gibi rijit diyaframlarda ise yük perde duvarlara rijitlikleri ile orantılı olarak dağılır (Şekil 5-3B). Toplayıcı adı verilen ve diyaframı çevreleyen elemanlar, diyaframın mesnetlenmemiş bölgelerindeki kesme kuvvetlerini taşıyıcı sistem elemanlarına aktarırlar (Şekil 5-3C). Döşeme ve çatılarda; merdiven, asansör, havalandırma kanalı, çatı pencereleri ve avlular için geniş boşluklar bırakılır. Bu boşlukların boyut ve konumunun diyafram etkinliği üzerindeki önemi oldukça fazladır. Diyafram bir kiriş olarak görselleştirildiğinde bunun nedenini görmek zor değildir. Örneğin, bir kirişin taşıma kapasitesi, çekme bölgesindeki boşluk sebebiyle ciddi şekilde zayıflayacaktır. Düşey yükleri taşıyan sistemde kirişteki boşluk basma ya da çekme bölgesinde olabilir. Yatay yükleri taşıyan sistemde ise yükleme hızla yön değiştirdiğinden boşlukların (Şekil 5-3D) hem çekme hem de basınç bölgesinde olabileceği düşünülmelidir. 5.2.3 Mimari/Yapısal Şekil Optimizasyonu Şekil 5-4’de deprem açısından en iyi mimari/taşıyıcı sistem için üç temel yapı gösterilmiştir. Bu şekil, aynı zamanda sismik bakımdan arzu edilen belirli özellikleri de açıklamaktadır. Bina özellikleri: ❍ Kuvvet aktarımında süreklilik Yapı elemanlarına düzgün yayılı yük etkimesi ile gerilme yığılmaları ortadan kalkar. ❍ Düşük Yükseklik/Taban oranı Devrilme riskini azaltır. ❍ Eşit Kat Yükseklikleri Kolon ve duvarların rijitliklerini eşitleyerek, gerilme yığılmalarına engel olur. ❍ Planda Simetri Burulmayı ortadan kaldırır. Şekil 5-4 En iyi mimari/yapısal düzenleme Çerçeve Çapraz destekli çerçeve Perde duvarlar ❍ Her aksta özdeş direnç Kütle ve rijitlik merkezleri arasındaki kaçıklık yok olduğundan her doğrultuda dengeli dayanım ve burulma riskinin azalması. ❍ Özdeş düşey direnç Dayanım ve zayıflıkların belirli bölgelerde yığılma ihtimalini ortadan kaldırır. ❍ Kesitlerde ve yüksekliklerde sabitlik Gerilme yığılmalarını azaltır. ❍ Deprem kuvvetlerini karşılayacak elemanların dış çevreye yerleştirilmesi Burulma direncini enbüyük olmasını sağlar. ❍ Kısa açıklık Elemanlarda gerilmenin düşük tutulması ve çok sayıdaki kolonun sağladığı ilave taşıma kapasitesinin olması -Bazı kolonlar taşıma gücünü yitirdiğinde yüklerin yeniden dağılma imkânı bulabilmesini sağlar. ❍ Konsolsuz yapı Düşey ivmelerde daha az hasar görme. ❍ Boşluksuz diyafram (Döşemeler ve çatı) Yatay kuvvetlerin doğrudan taşıyan elemanlara aktarılmasını sağlar. Şekil 5-4’de gösterilen tasarım modellerinde yatay kuvvetleri karşılayacak elemanlar, yatay kuvvetlere direnmede en etkili yer olan bina çevresi üzerine yerleştirilmiştir. Bu konum aynı zamanda iç mekân planlaması için en büyük özgürlüğü sağlar. Büyük bir yapının, iç kısmında da bu tür elemanlara ihtiyaç duyulabilir. Yer hareketi esasen yön bakımından rasgele olduğundan, yatay kuvvetlere karşı yapıyı koruyacak taşıyıcı sistemin her yöne karşı koruma sağlaması gerekir. Dengeli bir direnç sağlamak için taşıyıcı sistem elemanlarının simetri gözetilerek binanın iki ana ekseni üzerine yerleştirilmesi en etkili çözümdür. Şekilde de gösterilen kare plan, aşağı yukarı mükemmel dengeli bir sistem oluşturmaktadır. Kare planlı binaları mimari açıdan değerlendirdiğimizde inşa edilmesi basit ve ekonomik olacaktır. Bina, tefrişiyle - malzeme seçimindeki özen ve ayrıntılandırmaya bağlı olarak - çok ekonomik fonksiyonel bir yapı ile zarif bir mimari mücevher arasındaki yerini alacaktır. Bu 3-boyutlu hali ile ilgi çekmeyen yapıyı tamamlamak için merdiven, asansör vb eklenmesi gerekir. Bir kattan daha fazla yükseklik gerektiren büyük hacimli yerler dışında, iç mekân düzenlemesiyle, istenilen kalitede oda ve hacimler elde edilebilir. Deprem açısından, mühendisler bu tarz tasarımları düzenli (bir yapı) olarak değerlendirir. Bina özelliklerinde bu modelden sapma oldukça, bina giderek daha düzensiz hale gelir. Bir binanın deprem performansını etkileyen bu düzensizliklerin büyük kısmı, mimari tasarım kaynaklıdır. Aslında pek çok mühendis bu mimari düzensizliklerin öncelikle kötü deprem performansına ve zaman zaman da göçmeye yol açtığına inanmaktadır. 5.3 ŞEKİL DÜZENSİZLİĞİNİN ETKİLERİ Şekil düzensizliği, gerilme yığılmaları ve burulma gibi istenmeyen iki durumun genellikle aynı anda ortaya çıkmasına neden olur. 5.3.1 Gerilme Yığılmaları Dayanım ve rijitlikteki ani değişimler sonucu oluşan düzensizlikler, gerilmelerin istenmeyen şekilde artmasına yol açar. Genellikle deprem yönetmeliklerine göre belirlenen toplam yatay kuvvetin yapı içindeki dağılımı binanın şekline bağlıdır. Gerilme yığılmaları büyük kuvvetlerin belirli bir kiriş, kolon veya perde grubu gibi yapının bir veya birkaç elemanında yoğunlaşması ile oluşur. Bu elemanların göçmesiyle zincirleme göçmeler hatta bütün yapının yıkılması söz konusudur. Kısım 4.10.2’de açıklandığı üzere dış yükler öncelikle yapının rijit elemanları tarafından taşınınacağından bu elemanlardaki gerilme yığılmaları ve zorlanmalar daha büyük olacaktır. Gerilme yığılmaları yatay ve düşeydeki rijitlik düzensizliklerinden meydana gelir. Kısım 4.10.2 şekil 4-14’de açıklanan kısa kolon problemi, bina tasarımında düşey doğrultudaki düzensizlikten kaynaklanan gerilme yığılması için bir örnektir. Planda L veya T şeklinde olan yapıların iç köşeleri de, gerilme yığılmasına sebep olmaktadır. Bu konu kısım 5.5.4 de ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Yumuşak veya zayıf kat tipindeki düşey doğrultudaki düzensizlikler süreksizlik düzlemlerinde tehlikeli gerilme yığılmalarına neden olur. Yumuşak ve zayıf kat konusu kısım 5.5.1’de ele alınacaktır. 5.3.2 Burulma Plandaki şekil düzensizliği, burulma kuvvetlerinin ortaya çıkmasına yol açar. Binaların yatay yüklere karşı direncinin belirlenmesinde önemli olan bu burulma kuvvetleri belkide yapı göçmelerinin en sık görülen nedenleri arasında yer alır. Kısım 4.11 şekil 4-17’de tanımlandığı üzere burulma kuvvetleri yapının kütle merkezi ile rijitlik merkezi arasındaki kaçıklıktan doğar. Bu kaçıklık, ya kısım 5.5.3’de açıklandığı üzere bina çevresine yerleştirilen direnç elemanlarının simetrik olmamasından ya da kısım 5.5.4’de açıklanan L, T, H şekilli planlara haiz binalardaki iç köşelerden kaynaklanır. 5.4 DEPREM YÖNETMELİKLERİNDEKİ ŞEKİL DÜZENSİZLİKLERİ Sismik bakımdan sorun oluşturan şekil düzensizliklerinin pek çoğu yirminci yüzyılın başında tanımlanmıştır. Yapılandırma veya şekil probleminin yönetmelik amaçlı ilk tanımı 1975 de Kaliforniya yapı mühendisleri derneğinin çalışmalarına dayanmaktadır. Burada verilen “düzensiz yapı veya çerçeve sistemi”ne ait yirmiden fazla tasarım örneğinde eşdeğer statik kuvvet yöntemi yerine daha ayrıntılı ve dinamik yöntemlerin kullanılması gerekmektedir. Bu tür düzensizliklerin önem ve etkisi derece bakımından birbirinden farketmektedir. Dolayısıyla aşırı biçimli bir iç köşe planda önemli bir düzensizlik oluştururken küçük iç köşelerin etkisi azalmakta veya önemsizleşmektedir. Belirli bir düzensizliğin hangi durumda önemli hale geleceği hususundaki karar mühendise bırakılmıştır. Bu yaklaşımın etkisinin az olacağı inancı ile 1988 yönetmeliğinde bulunan ve altı adedi planda, altı adedi de düşeyde ve kesitte tanımlanan düzensizliklerin tamamı küçük değişiklerle güncel yönetmelikte de aynen korunmuştur. Bu yönetmelik, düzensizliklerin herhangi bir düzenleme gerektirecek önemde olup olmadığı hususunu açıkça ortaya koymakta, ayrıca eleman boyutları ve diğer bazı özelliklerle ilgili hükümler içermektedir. Gösterilen 12 düzensizlikten biri dışında hepsi şekil düzensizliğidir. Tek istisna kütlenin simetrik yerleşmemesi halidir. Yönetmelikte tanım olarak yer alan bu düzensizlikler şekil 5.5 ve 5.6 da gösterilmiştir. Bu kısma eklenen diyagramlarla düzensizliklerin ideal durumu nasıl değiştirdiği ve söz konusu düzensizliklerden kaynaklanan göçme şekli yansıtılmaya çalışılmıştır. Yönetmelik hükümleri, tasarım düzensizliğinden vazgeçirmek için çoğunlukla üç tip cezalandırma yapmaktadır: • Tasarım yüklerini arttırmaya zorlar. • Çok daha gelişmiş (ve pahalı) bir analize zorlar. • Yüksek deprem riski olan bölgelerde çok yumuşak katların ve burulma dengesizliği çok olan binaların yapılmasına engel olur. Yönetmelik hükümleri, düzensizliğin kendisinden çok düzensizlik sonucu ortaya çıkan hususlar hakkındadır. Düzensizliğin varlığı kabul edilmekle birlikte cezalandırma yoluyla tasarımcıların düzensizliklerden vazgeçecekleri umulmaktadır. Tasarım kuvvetlerinin arttırılması ya da gelişmiş analiz teknikleriyle daha iyi bilgi sahibi olmak tek başına problemin çözümü için yeterli olmamaktadır. Aslolan tasarım sırasındaki çözümdür. Yönetmelikte tanımlanan ve şekil 5-5 ve 5-6’da gösterilen şekil düzensizlikleri yapılandırma problemlerinin varlığını tesbit etmekte kullanılabilir. Mimari tasarım kaynaklı dört önemli yapılandırma problemi aşağıdaki kısımda ayrıntılı olarak ele alınacaktır. Bir yapılandırma probleminin çözümünde istenmeyen bir durumu tamamen ortadan kaldırmak mümkün olmadığında, onların çözümü için bazı kavramsal önerilere de yer verilmiştir. 5.5 DÖRT ÖNEMLİ YAPILANDIRMA DURUMU Mimari tasarım kaynaklı, deprem performansını önemli derecede etkileme potansiyeline sahip dört yapılandırma durumu (düşeyde iki, planda iki) şunlardır: • Yumuşak ve Zayıf katlar • Süreksiz Perde Duvarlar • Yapı dış çevresindeki dayanım ve rijitlik değişimleri • İç Köşeler 5.5.1 Zayıf ve Yumuşak Katlar ● Problem ve tipleri Büyük gerilme yığılmasına sebep olan en önemli sorun, “yumuşak kat” problemidir. Burada kullanılan “yumuşak kat” terimi, zemin katın diğer katlardan daha az rijitliğe sahip olmasını ifade etmektedir. Yapı yönetmeliklerinde kullanılan “yumuşak” ve “zayıf” kat kavramları arasında fark vardır. Yumuşak kat, üst katlara göre daha esnek veya rijitliği daha düşük olan katlar için kullanılırken zayıf kat terimiyle özellikle kesme dayanımının daha az olduğu ifade edilmektedir. Hangi katta olursa olsun yumuşak ya da zayıf kat bir problemdir. Yapıya etkiyen birikimli yatay kuvvetin en büyük değeri tabanda gerçekleştiğinden birinci ve ikinci katlar arasındaki herhangi bir süreksizlik en önemli durumu oluşturur. Şekil 5-7’de büyük gerilme yığılmasının birinci kattaki oluşumu bir diyagram dizisi ile gösterilmiştir. Deprem yükleri etkisindeki göreceli kat ötelemesi (şekil 5-7A) bütün katlarda birbirine yakın olarak dağılmaktadır. Yumuşak kat olması halinde ise neredeyse bütün göreceli kat ötelemeleri toplamı zemin katta oluşmakta ve dolayısıyla ikinci katla birleşim bölgesinde gerilme yığılması ortaya çıkmaktadır (Şekil 5-7B). Bu yığılma ikinci kat düğümlerinde zorlanmayı arttırarak şekil değişimini ve göçmeyi tetiklemektedir (Şekil 5-7C). Şekil 5-7 Yumuşak birinci katın göçme mekanizması ötelenme normal ötelenme Yumuşak kat Göçme Gerilme yığılması Esnek birinci kat Şekil 5-8: Süreksizlik: yük yapı içinde dolaşmakta Ağır üstyapı Üç ayrı yumuşak kat tipi Yumuşak ilk kat oluşumuna yol açan üç tipik durum şekil 5-8’de gösterilmiştir. Şekil 5-8A’daki ilk durumda birinci ve ikinci kat, üst katlara nazaran önemli oranda esnektir. (Deprem yönetmeliklerinde yumuşak kat durumu olup olmadığı sayısal değerler yardımı ile belirlenir.) Bu süreksizlik, çoğunlukla çerçeve tipi yapılarda ilk kat yüksekliğinin üst katlara göre daha fazla olmasıyla ortaya çıkmaktadır. Böyle durumlarda rijitlik değişimindeki tutarsızlıkları açıklamakta kısım 4.10.2 şekil 4-13de verilen küp yasasının kullanıldığını hatırlayınız. Şekil 5-B de gösterilen ikinci durum ise, düşey çerçeve elemanlarının zemin katta daha büyük açıklıklar elde edebilmek için temele kadar devam ettirilmeden ikinci katta kesilmesi şeklinde uygulanan yaygın tasarım anlayışından kaynaklanmaktadır. Bu durumda, rijitlik ve dayanımdaki ani değişiklik sonucu yük aktarımında süreksizlik meydana gelmektedir. Son olarak yumuşak kata, yukarıdaki ağır yapıyı taşıyan duvarsız birinci kat (Şekil 5-8C) sebep olabilir. Üst katlardaki duvarların perde duvarlar olması hali, en ciddi durumu oluşturur. Bu durum, zayıf ve yumuşak kat probleminin özel bir hali olduğundan kısım 5.5.2’de ayrıca tartışılmıştır. Şekil 5-9, 1994 Los Angeles Northridge depremi sonrası Meadows apartman binalarını göstermektedir. Bu binaların ilk katlarının araba park edilmesi amacıyla açık bırakılması zayıf ve esnek kat oluşumuna yol açmıştır. İlk kat kolonlarının kesme kapasitesi ile bu büyük ahşap çerçeveli yapılarda bulunan az sayıdaki duvar yetersiz kalmış ve meydana gelen göçme sonucu 16 kişi hayatını kaybetmiştir. Northridge’de prefabrik beton çerçeve ile desteklenmiş iki katlı ahşap karkas binalar şekil 5-10 da görülmektedir. Zemin katta iskân düşünülmediğinden şiddetli sarsıntı ile tamamen göçen ilk katta kimse yaralananmamıştır. ● Çözüm yolları Yumuşak ve zayıf kat sorununun en iyi çözümü mimari tasarım sırasında süreksizlikten kaçınmaktır. Birinci katın üst katlara göre daha büyük açıklığa veya daha yüksek olması hususunda makul sebebler bulunabilir. Böyle durumlarda, daha dikkatli mimari/taşıyıcı sistem tasarımıyla süreksizlikleri azaltma yoluna gidilmelidir. Alınabilecek basit bazı önlemler Şekil 5-11 'de gösterilmiştir. Şekil 5-11 Yumuşak birinci kat problemi için çözüm yolları Yumuşak kat Kolon ekleme Çaprazlarla destekleme Dıştan payandalama Narin kolonlu ve yüksek birinci katlı her bina yumuşak kat özelliği göstermez. Yumuşak katın varolabilmesi için, yatay kuvvetleri taşıyan sistemin esnek kolonlardan meydana gelmesi gerekir. Tasarımcıların bazen bina tabanında narin ve zarif bir görünüm oluşturma çabası yumuşak kat oluşumuna yol açar. Şekil 5-12 gösterildiği gibi ustaca bir mimari / yapısal tasarımla aynı etki elde edilebilir. Gösterilen bina Vina del Mar, Şili sahildeki 21 katlı bir apartmandır. Bu bina1985 Şili depremini zarar görmeden atlatabilmiştir. 5.5.2 Süreksiz Perde Duvarlar ● Sorun ve tipik durumlar Yatay kuvvetlere direnen ana elemanlar olan perde duvarlar, eğer çatıdan temele sürekli bir şekilde yük aktaramazlarsa süreksizlik noktalarındaki gerilme aşırı değerlere ulaşabilir. Perde duvarlardaki süreksizlik yaygın fakat önemli bir yumuşak birinci kat problemi meydana getirir. Süreksiz perde duvarlarda temel bir tasarım çelişkisi vardır. Bir perde duvarın amacı her kattaki diyafram yükleri toplamak ve en kısa yoldan doğrudan temele aktarmaktır. Yük aktarımında kesinti istenmez, hele kesme kuvvetinin en büyük olduğu yapı tabanında perde duvarın kesilmesi büyük bir hatadır. Dolayısıyla perde duvarın ikinci katta kesilmesi yumuşak ilk-katla ilgili “en kötü durumu” yansıtır. Düşey rijitlik ve dayanımda var olan her süreksizlik gerilme yığılmalarına yol açar, yapının bütün geri kalan kısmını taşıyan zemin katın hasar görerek elden çıkan ilk değil en son kat olması gerekir. 1971 San Fernando, California, depreminde hasar gören “Olive view” Hastanesi, süreksiz perde sorununun aşırı bir şeklini temsil etmekteydi. Ana binanın düşey doğrultudaki yapılandırılmasında çatı katı da sayılırsa toplam beş katlı rijit perde artı çerçeve sisteminden oluşan yapı, tabanda bulunan iki yumuşak katlı kısmın üzerine oturmaktaydı (Şekil 5-13, 5-14). İkici kat, büyük bir açık alan oluşturacak şekilde dışarı uzanmaktaydı. En büyük hasar yumuşak kat kısmında meydana geldi. Üst katlar, blok şeklinde büyük ötelenme yaptı. Zemin kat kolonlarının üst ve alt uçları bu ötelenmeye uyum sağlayamayınca bina büyük hasar aldı. Kolonlardan birinde, düşey eksene göre olan en büyük kalıcı yerdeğiştirme 76 cm mertebesindeydi (Şekil 5-15). Bina göçmedi, ancak yoğun bakımda olan iki hasta ile bina dışında çalışan bir bakım personeli olmak üzere toplam üç kişi deprem sebebiyle hayatını kaybetti. ● Çözüm Yolu Kesintili perde probleminin kesin çözümü, bu tür perdelerin yapılmaması ile sağlanır. Ancak bu tür durumlarda da planlama, dolaşım ve görüntü ile ilgili mimari sorunlar ortaya çıkar ki bu durum tasarım aşamasının başında yatay kuvvetlerin perde duvarlarla karşılanması fikrinin yanlış olduğunu gösterir. Eğer perde duvarların kullanılmasına başlangıçta karar verilmişse o takdirde yapının eskiz çalışmaları sırasında mimar ve mühendislerin birlikte çalışarak bu elemanların boyut ve yerlerini belirlemesi en doğru davranış olacaktır. 5.5.3 Çevrede Rijitlik ve Dayanım ● Sorun ve tipik durumlar Bölüm 4.11 'de tartışıldığı gibi bu problem, geometrik bakımdan düzenli ve simetrik olmasına rağmen sismik tasarım yönünden düzensiz yapılarda ortaya çıkabilir. Bir yapının deprem etkisi altındaki davranışı, çevre tasarımından fazlaca etkilenir. Eğer çevre rijitliği ve dayanımı arasında büyük bir fark bulunuyorsa kütle merkezi ile rijitlik merkezleri çakışmazlar dolayısı ile yapı rijitlik merkezi etrafında burulma kuvvetlerinin etkisiyle dönmeye zorlanır. Şekil 5-16, 1985 depreminden sonra Şili’nin Viña del Mar kentindeki, bir binayı ve bu binaya ait kat planını göstermektedir. Bu şehir bir okyanus beldesidir ve daireler açık cepheleri plaja bakacak şekilde tasarlanmıştır. Bu yedi katlı küçük apartman binasında her katta üç daire bulunmaktadır. Depreme karşı dayanım, arka taraftaki hizmet alanları ve asansör kısmının etrafında bulunan betonarme perde duvarlarla sağlanmaktaydı. Deprem direncinin dengeli olmaması yüzünden, rijitlik merkezi etrafında dönerek aniden eğilen ve neredeyse çökecek duruma gelen bu binalar daha sonra yıktırılmıştır. İtfaiye ve motor bakım atölyeleri gibi binalarda araçların geçişi için sağlanan açık ön tasarım ya da büyük kapı boşlukları dengesiz çevre yapısına örnek olarak verilebilir. Tek bir yapıda yâda bir alışveriş merkezi içinde birleşik halde bulunan mağazalar, şekil olarak genellikle üçü kapalı biri açık camlı vitrinden oluşan (Şekil 5-17) kutular şeklindedir. Çevrenin dayanım ve rijitliğindeki dengesizlik arttıkça yapıya etkiyen burulma kuvvetleri de artar. Mağazalar gibi büyük yapılarda vitrin olarak düzenlenen bir kaç katın bulunması sebebiyle rijitlik dengesi önemli oranda bozulur. 1964 Alaska depreminde çevre rijitliğindeki dengesizlik yüzünden hasar gören mağazalara en iyi örnek Penney mağazasıdır (Şekil 5-18). ● Çözüm yolları Bu sorunun çözümü, çevre direncinin dengelenmesi yoluyla burulma olasılığını azaltmaktır. Mağaza girişiyle ilgili örnek çözümler aşağıda verilmiştir. Burada önerilen alternatif tasarım stratejilerini (Şekil 5-19) diğer yapı tiplerinde de kullanmak mümkündür. İlk strateji tüm çevrede yaklaşık eşit rijitliğe sahip çerçeve yapı tasarlamaktır. Çevredeki ışık geçirmez kısım, çerçeve sismik performansını etkilemeyecek şekilde tasarlanan bir kaplama şeklinde imal edilebilir. Bu durum ya hafif kaplama yoluyla veya çerçeveden yalıtılmış beton ya da taş gibi rijit malzemeler, (Şekil 5-19A) yoluyla başarılabilir. İkinci yaklaşımda, diğer duvarlar (Şekil 5-19B) tarafından sağlanan rijitliğe yaklaşmak için açık yüzde yâda yakınında, yeterli perde duvarlar eklemekle açık cephelerin rijitliğini arttırmaktır. Şekil 5-19 Dengesiz çevre direnci problemi için çözüm yolları Hafif cephe kaplaması Çerçeve oluşturmak Rijit duvarlar Rijit diyafram Üçüncü çözüm yolu olarak açık cephede, kapalı cephelerdeki duvar rijitliğine yakın rijitlikte moment dirençli ya da çapraz elemanlı çerçeve sistemi kullanılabilir. Bu durumu gerçekleştirmek tamamen cephelerin büyüklüğüne bağlıdır; uzun çelik bir çerçevenin rijitliği uzun bir beton duvarın rijitliğine hiç bir zaman yaklaşamaz. Oldukça uzun çelik bir çerçevenin rijitliği ile hafif bölme duvar (kontraplak) rijitliklerinin birbirine yakın olması sebebiyle bu çözüm, ahşap çerçeveli küçük apartman binaları, zemin katta garaj alanı bulunan küçük mağaza cepheleri ve motellerde uygulanabilir (Şekil 5-19C). Burulma olasılığı kabul edilerek, moment dirençli çerçeve, perde duvarlar ve diyaframdan oluşan birleşimle bu etkiye karşı koyacak kapasiteye sahip taşıyıcı sistem seçilebilir. Bu çözüm, büyük eksantrik yükler etkisinde olan (Şekil 5-19D) rijit diyaframlara sahip nispeten küçük yapılar için geçerlidir. Yukarıda sözü edilen problemin özel bir hali olan ve garaj-üstü-ev terimiyle tanımlanan problemi çözmek için ahşap çerçeveli konut yapılarda rahatlıkla kullanılabilecek yüksek kesme kapasiteli prefabrike metal perde duvarlar üretilmiştir. 5.5.4 Parçalı Yapılardaki Girintili/İç Köşe Noktaları ● Sorun Tipleri Plan şekli L, T, H ve benzeri/birleşimi olan yapılarda girintili köşe bulunması ortak bir özelliktir (Şekil 5-20). Bu tür yapılarda iki tip problem ortaya çıkar. Birinci problem, yapı kanatlarında/parçalarında bulunması muhtemel rijit elemanlar sebebiyle kanatlarda oluşacak farklı hareketin doğuracağı girintili köşe gerilme yığılmalarının önlenemez oluşudur. İkinci problem ise burulmadır. Burulmanın sebebi kütle merkezi ile rijitlik merkezinin bütün mümkün deprem doğrultuları için geometrik olarak çakıştırılamamasıdır. Sonuçta yapı, rijitlik merkezi etrafında planda döner. Bu sırada ortaya çıkan kuvvetleri tahmin etmek ve belirlemek oldukça güçtür. Şekil 5-21, girintili köşe problemi kaynaklı sorunları göstermektedir. Gerilme yığılması, burulma kuvvetine bağlıdır. Ortaya çıkan kuvvetler ve bu sorunun şiddetinde aşağıda belirtilen hususlar etkilidir. ❍Yer hareketinin özellikleri ❍Binanın kütlesi ❍Taşıyıcı sistem tipi ❍Kanatların uzunlukları ve uzunluk/genişlik oranları ❍Kanatların yükseklikleri ve yükseklik/derinlik oranları Şekil 5-20 İç köşeli plan biçimleri Şekil 5-21 İç köşeli plan biçimleri burulma burulma Gerilme yığılması Kütle merkezi Rijitlik merkezi Zemin hareketi Şekil 5-22, 1964 Alaska depremi sonrası bir lise binasını göstermektedir. Fotografta geniş açılı L biçimli binanın iç köşesindeki hasar belirgin olarak seçilebilmektedir. Ağır duvarların büyük kuvvetleri çektiği unutulmamalıdır. Bu fotoğrafa bakılarak, alt kattaki iki pencere arasında kısa kolon oluşumu sebebiyle meydana gelen X şekilli kesme çatlakları ile üst tarafta gerilme yığılmasının oluştuğu bölgenin pencereler konmak suretiyle zayıflatıldığı söylenebilir. Yerleşim bölgelerinde bulunan bu tür L, T, H plana sahip binalar, çevre odalara dış cephe ve gün ışığı sağlaması bakımından özellikle otel ve konutlarda hala en çok tercih edilen yapı formları arasındadır. Depreme dayanıklılık bakımından çok sorunlu olan bu tür yapıların yaygınlığı şaşırtıcı gelebilir. Girintiliköşelere sahip binaların hasar örnekleri yaygındır ve bu sorun gözlemciler tarafından kolaylıkla belirlenebilir. Sit alanlarındaki otel ve çok katlı yapılarda bu yapı formunun doğal bir parçası biçiminde oluşan avlu da her zaman tercih edilmiştir. Modern yapılarda, yapı şekli değiştirilmeden avlu kısmı camla kapatılmaktadır. ● Çözüm Yolları Bu sorunun iki ayrı yaklaşımla çözümü yapılabilir. Ya bina basit şekilli parçalara ayrılır ya da kanatlar güçlü elemanlarla birbirine bağlamak suretiyle dengeli bir rijitlik dağılımı sağlanır (Şekil 5-23). İkinci çözümün yalnızca küçük binalarda uygulanabileceği unutulmamalıdır. Şekil 5-23 İç köşeli plan probleminin çözüm yolları ayırma güçlendirme Rijit elemanlar ekleme Yapının parçalara ayrılmasına karar verilmişse her bir parçanın yatayda ve düşeyde dengeli olarak yapılandırılması ve kendisine etkiyecek yatay ve düşey kuvvetlere direnme kapasitesinin bulunasına özen gösterilmelidir. Yapı parçalar arasında bırakılacak derz miktarı, bina parçalarının yapacakları en büyük yerdeğiştirmelerin birbirlerine doğru olacağı en gayri müsait durum gözönüne alınarak hesaplanmalı ve toplam yerdeğiştirmeden daha büyük olacak şekilde belirlenmelidir. Şekil 5-24 İç köşedeki gerilmenin azaltılması Yapının parçalara ayrılmasından vazgeçildiğinde kiriş gibi elemanların kesintisiz olarak uzatılması yoluyla kuvvet aktarımının yapılması, bunun için de tasarımın uygunluğu çok önemlidir. Mümkün olduğu takdirde bu bölgelerde tüm yapı yüksekliği boyunca uzanan perde duvarlar inşa etmek çok faydalıdır. Kanatların serbest uçlarındaki deformasyon çok daha fazla olacağından bu bölgelere de betonarme perde duvar gibi rijitleştirici elemanlar yerleştirmek hususunda çaba gösterilmelidir. Dik açılı olan iç köşelere göre geniş açılı olan köşe noktalarında gerilme yığılmaları azalır (Şekil 5-24). Bu durum, çelik levhalarda bulunan yuvarlak deliklerdeki gerilmenin dikdörtgen şekilli deliklere göre daha az olmasına ya da kesitteki değişimin aniden yapılması yerine tedricen olmasının tercih edilmesi hususlarına benzetilebilir. 5.6 MİMARİ VE YAPISAL DİĞER SORUNLAR 5.6.1 Devrilme: Yapılar Niçin Devrilmez, Göçer Binaya gelecek yatay kuvvetleri, yapının kütlesi ya da ağırlığını F=ma bağıntısında yerine yazarak belirlemekteyiz. Bunun dışında deprem sırasında, ikinci mertebe etki adı verilen ve yapı ağırlığından oluşan aşırı zorlanma sebebiyle hasar görme hatta göçme meydana gelebilir. Düşey elemanlardaki eksenel kuvvetler, yapıdaki yatay ötelenme sonucu eleman eksenlerinden uzaklaştıklarında kolon ve perde duvarlar gibi düşey taşıyıcılar burkularak göçebilir. Bu olaya mühendisler P-e veya P-delta etkisi adını verirler. Burada P düşey yük veya ağırlığı, “e” ya da “delta” kaçıklığı veya diğer bir deyişle kuvvetin ekseninden uzaklaşma miktarını göstermektedir. Devrilen her cisimde de bu etki söz konusudur (Şekil 5-25). Kısa bodur bir yapıya nazaran uzun narin bir yapının çok daha büyük devirici kuvvetler etkisinde olacağı açıktır. P-delta etkisinin problem teşkil edip etmeyeceği hususunda yapının geometrik oranları belirleyicidir. Yatay kuvvetlere karşı direnç perde duvarlarla sağlanmaktaysa bina boyutlarına ait oranlardan ziyade perde duvar boyutlarına ait oranların daha önemli olacağını söylemeliyiz. Depremlerde binalar nadiren devrilir, çünkü yapılar homogen olmayıp pek çok elemanın birleşmesinden meydana gelmektedir. Deprem kuvvetleri yapıyı meydana getiren elemanları birbirinden ayırınca yapı devrilmeden önce göçmektedir. Şekil 5-25’deki dosya dolabı gibi güçlü homogen yapılar ise devrilecektir. Şekil 5-25 Yapılar niçin göçer, devrilmez yer hareketi 1985 Mexico City depreminde büyük çelik çerçeveli Piño Suarez apartmanlarından birinin devrilmesi nadir bir örnektir. Yaklaşık olarak birbirinin aynısı olan üç yapıdan birisi göçmüş, birisi ağır ve diğeri de orta derecede hasar almıştır. Çevresinde asimetrik yanal destek elemanları olan bu yapılarda çelik çerçevelerin bağlantı detayları zayıftı ve burkulma söz konusu idi (Şekil 5-26). Loma Prieta depreminde California Oakland, Cypress otoban viyadüğünde oluşan göçme de alçak yapısal göçmeye ait nadir örneklerdendir (Şekil 5-27). 5.6.2 Delikli Perde Duvarlar Mimari/yapısal bir diğer istenmeyen durum, kapı ve pencere boşlukları yüzünden perde bütünlüğünden taviz verilmesidir. Bu gibi durumlarda ayrıntılı bir analizle yatay kesme kapasitesinde önemli bir kayıp yaşanmadan yük aktarımında sürekliliğin sağlandığı gösterilmelidir. Bazı delikli perde duvarlardaki hizalanmamış açıklıklar davranışı olumlu şekilde etkileyebilir (Şekil 5-28). 5.6.3 Güçlü Kiriş, Zayıf Kolon Yapı tasarımında, şiddetli deprem etkisi altında kirişlerin kolonlardan önce göçmesi esas alınır. Bu şekilde yapının toptan göçme ihtimali azaltılır. Kısım 4.10.2’de açıklanan ve bazen istenmeden kolonların aralarındaki boşlukların güçlü veya rijit yapısal olmayan elemanlarla kapatılması sonucu ortaya çıkan kısa-kolon etkisi, zayıf kolon güçlü kiriş durumuna benzetilebilir. Şekil 5-29’daki otopark, 1987 California Whittier depreminde güçlü kiriş zayıf kolon problemi yüzünden hasar görmüştür. 5.6.4 Zayıf Kesitler ve Çekme Katlı Yapılar Düşeyde çekme katlı yapıların özellikle çekme düzleminde olmayan kolon ve duvarlarında süreksizlik ortaya çıkar. Yatay zayıf düzlemler, 1995 Kobe Japonya depreminde olduğu gibi (Şekil 5-30) pencere ve diğer açıklıkların hatalı yerleştirilmesinden de kaynaklanabilir. 5.7 YİRMİNCİ YÜZYILIN PROBLEMİ: DÜZENSİZ YAPILAR Buraya kadar hasara hatta göçmeye yol açan düzensiz mimari ve yapı tipleri üzerinde duruldu. Pek çok binada mevcut olan bu düzensizliklerin yapıların deprem performansını nasıl etkilediği ve tehlikeli durumlara yolaçtığı hususu tasarımcılar tarafından iyi anlaşılmalıdır. Düzensiz yapı sorununu ondokuzuncu yüzyılın yapı teknolojisindeki gelişme ile yirminci yüzyılın mimari tasarım anlayışı ortaya çıkarmıştır. 5.7.1 Uluslararası Tip ve Sismik Etkileri On dokuzuncu yüzyılın sonunda çelik ve betonarme çerçevelerin kullanılmaya başlaması, binaları taşıyıcı (yığma) duvarlarının dayattığı kısıtlamalardan kurtardı. Ancak, yirminci yüzyılın ilk yıllarına kadar Batı mimari kültürü, demiryolu istasyonları veya gökdelenler gibi tamamen yeni yapı tiplerinde bile tarihi yapı tarzını sürdürdü. Kullanılan mimari formlarda yığma yapı tekniğinden doğan tüm zorunluluklar mevcuttu. Gizli çelik çerçeve olması durumunda bile dekoratif kemer kullanmak yaygındı. Bu gelişmiş-yığma yapı formları yirminci yüzyılda da ayakta durmaktadır (Şekil 5-31). Mimari estetikteki bu anlayışın, teknik, ekonomik ve politik boyutları vardı. Bu mimari tarzla son derece ekonomik, sade, dörtgen kutu şekilli hemen hemen tüm yapılara estetik görünüm verilebilmekteydi. Uluslararası stil çelik ve betonarme çerçeveler sayesinde zerafet ve narinlikle estetik zevki en iyi şekilde ortaya çıkardı. Uluslararası üslubun ilkörneği olarak 1930 yılında Paris'te inşa edilen Pavillon Suisse binası (Şekil 5-32) verilebilir. Mimar ve mühendislerce binalardaki çerçeve estetiğinin istismarıyla, sismik yapılandırma sorunlarına ait tohumlar da ekilmeye başlanmıştır. İlk yapı formlarındaki tarz, çoğunlukla bizim ideal sismik bina yerleşimine yakındır. Ancak bu yapı tarzının, önceki çerçeve ve yığma yapılarda bulunmayan bazı özellikleri genellikle kötü sismik performansa neden oluyordu. Bunlar: ❍ Yapının bacaklar veya sutunlar üzerinde yükselmesi Bu tür binaların daha önceki yapılarda bulunmayan, bina sakinleri ve ziyaretçilerine ait bir ortak mekânın ortaya çıkması ya da otopark olarak kullanılması gibi çekici fonksiyonel özellikleri vardı. Ayrıca binanın havada hafif şekilde yüzüyormuş gibi görünmesi estetik bakımdan çekiciydi. Düşey doğrultudaki süreksizlikten kaynaklanan sismik etkiler tam olarak anlaşılıncaya kadar tasarımcılar zayıf ve yumuşak katlı yapılar üretmeye devam etti. ❍ İç yığma duvarların kaldırılması ve planda serbestlik Planlama özgürlüğü, fonksiyonel bakımdan etkin, ışık ve mekân düzenlenmesi bakımından da yeni olanaklar sağladı. Ancak, yığma duvar ve kaplamalı bölümlerin çerçeve ve alçıpan ile değiştirilmesi binanın enerji yutma yeteneğini büyük oranda azaltarak kat ötelenmelerinin artmasına ve daha fazla yapısal olmayan hasara belkide göçmesine yol açacaktı. ❍ Dış cephenin camlanması husundaki büyük artış ve hafif “giydirme/perde” duvarların icadı Yeni mimari tarzın bir gereği olan giydirme cephe duvarları, süreki olarak gelişmeye devam etmektedir. Dış cephenin kaplanmasında bir taraftan en ekonomik çözümü teşkil ederken diğer taraftan bu gün kullanılan çift camlı çerçevesiz duvarlara öncülük edildi. İç mekândaki serbest planlamaya benzer şekilde hafif dış cephe kaplamaları da enerji tüketimini azaltarak göreceli kat ötelenmelerinde artışa yol açmaktadır. II. Dünya Savaşı sonrası büyük bir kentsel gelişme yaşandı. Yapılaşmada kullanılan formlar basit ve süslemesiz olduğundan çok ekonomikti. Hızla yaygınlaşarak kabul gören bu tarz maalesef yeni çerçeveli yapıların gerektirdiği sünekliğe sahip değildi. 1950 ile 1970’li yıllar arasında estetiği ve ekonomikliği ile rağbet gören bu uluslararası yapı tarzından miras kalan zayıf deprem direnci, kasaba ve şehirlerimizde deprem açısından bir tehdit olmaya bu gün bile devam etmektedir. Yapılandırma düzensizlikleri genellikle tasarımcının kapris ya da bilgisizliğinden çok, akustik planlama ve kentsel tasarım gerekleri sebebiyle ortaya çıkmaktadır. Şekil 5-5 ve 5-6’da gösterilen düzensizlikler, estetik ve fonksiyonel algılama kaynaklı mimari tasarım hatalarıdır. Bu hatalar, tasarım becerisi, mimar ve mühendis arasındaki karşılıklı anlayış ve tasarım konularını görüşme isteği bulunması halinde önlenebilir. Mimarların olası tasarım yüklerini anlaması, mühendislerin de tasarım hedeflerini benimsemesi ve onlara yaratıcı bir şekilde katılması gerekmektedir. 5.8 PROBLEM ÖNLEYİCİ TASARIM Mimarların özgün yapı formu konusundaki araştırma ve ısrarları yüzünden; bina tipi, boyutları ve fonksiyonundan bağımsız düzenli yapı hususundaki teşvik ve zorlamalar pek de başarılı olamadı. Bu konudaki gelişme ve yeni eğilimler kısım 5.9.2’deki şekil 5-38 de gösterilmiştir. Şekil 5-5 ve 5-6’de gösterilen deprem yönetmeliği koşulları, sıradan ekonomik bina yapımına yöneliktir. Düzensiz yapıların tasarım kuvvetlerinde mütevazı bir artışla ya da büyük binalar için, daha gelişmiş analitik yöntemlerin kullanılması ile sınırlı cezalar temelde maliyete yansımaktadır. Sadece aşırı yumuşak kat ve deprem riski yüksek bölgelerde aşırı burulma tamamen yasaklanmıştır. Bu durum “ideal” yapılandırmanın faydalarını kullanan mimara tasarım amaçlarına uygun düzensiz yapı formları hususunda izin veren bir tutumu göstermektedir. 5.8.1 Düzenli Yapı Tasarımı İdeal yapılandırma şu durumlarda kullanılır: • Yönetmeliğe uygun en ekonomik tasarım ve yapım için, sismik detaylarda basitlik ve taşıyıcı sistem elemanlarının konum ve boyutlarının değiştirilmesi gereken durumlarda, • En düşük maliyetle en iyi deprem performansı gerektiğinde, • En yüksek sismik performans gerektiğinde, 5.8.2 Düzensiz Yapı Tasarımı Tasarım, düzensizlikler içeriyorsa aşağıdaki adımlar izlenir: ❍ Mimarın tasarım tarzına alışmış yetenekli bir deprem mühendisi tasarımın başından itibaren eş-tasarımcı olarak istihdam edilmelidir ❍ Mimar, tasarım düzensizliklerinin farkında olmalıdır. Ayrıca gerilme yığılmaları ve burulma etkileri hakkında da bir fikri olmalıdır. (Bu etkilerin sebep ve çareleri yönetmelik hükümlerinde değil mimari/yapısal tasarımda yatmaktadır.) ❍ Mimar, tasarım karakterini değiştirecek yapısal formlara veya kolon ve kiriş boyutlarının artması gibi hususları kabul etmeye hazır olmalı, bunlara karşı çıkmak yerine tasarımın estetik bir parçası olarak yararlanmayı bilmelidir. ❍ Mimar ve mühendislerin düzensizliklerin etkilerini azaltacak yada yapı bütünlüğünden taviz vermeden istenilen estetik kaliteyi başarabilecekleri kendi meslekleriyle ilgili yaratıcılık ve hayal gücü olmalıdır. ❍ Aşırı düzensizlik, aşırı mühendislik çözümü gerektirir, bu da aşırı maliyet demektir, bu tür binaların da ilave maliyeti mazur gösterecek kadar sıradışı olması gerekir. ❍ Zayıf veya yumuşak kat asla olmamalıdır: bu husus, yüksek kat veya farklı kat yüksekliği olmayacak anlamına gelmez daha çok dengeli bir direnç oluşturacak yapısal tedbirler alınmasını sağlamaya yöneliktir. 5.9 ULUSLARARASI STİLİN ÖTESİNDE: DEPREM MİMARİSİNE DOĞRU? Bina sahiplerinin çoğu, sade ama güzel görünen ve yerel planlama bölümünü tatmin edecek ekonomik ve mütevazı bina ister. Ancak, yukarıda belirtildiği gibi mimar arada sırada binasının farklı görünmesini sağlamak için çok güçlü bir özlem duyar ki bu özlem, mimari tarz ve sanatta sürekli evrimin kaynağıdır. Bu özlem ile muhteşem formlar için olan talep birlikte gelişir. Mimarlık tarihi, mimari akımları ilk örneklerle besleyerek canlı ve bir sanat olarak heyecanlı tutan yeni tasarımların da bir ömrü olduğunu göstermiştir. Böylece, iktisat gibi, mimari tasarımın da her biri diğerini besleyen "arz ve talep tarafı" vardır. Uluslararası Stil, gündelik ekonomik binalarla zarif prestij sembolleri arasında bir yerde hala varlığını sürdürmektedir. Fakat günümüzde, çok sayıdaki kişisel tarz yarış halindedir. İyi sismik tasarım ilkeleri, kişisel tarzların gelişiminde herhangi bir rol oynadı mı? Geleceğin mimari eğilimlerinin, mühendislik gereklerine uygun görsel zarafet örneklerini verirken sismik tasarımdan ilham alması mümkün mü? 5.9.1 Mimarların Simgesel ve Mecazi Form Arayışı Uluslararası tarzın estetik ilkeleri 1970’lerin ortalarında özellikle metal/cam kübik yapılar ciddi olarak sorgulanmaya başladı. Bu sorgulama sonunda post-modern olarak bilinen mimari yapı tarzı ortaya çıktı. Diğer özellikleri yanında post-modern yapı tarzında: ❍ Kemerler, dekoratif kolonlar, eğimli çatılar gibi orijinal elemanların taşıyıcı olmayan basit varyasyonlarının kullanımı, ❍ Dış cephe süslemelerinin canlandırılması, ❍ Şekilde simetrinin hakimiyeti, söz konusudur. Yapı stilindeki bu değişiklikler deprem bakımından olumludur. Klasik formlara dönüş, dekoratif elemanların taşıyıcı sitemden ayrılması ve simetri ilkesi sonuçta düzenli bir mimari/yapı anlamına gelir. Post-modernizmin erken dönemine ait bir simge olan ve son derece basit ve muhafazakâr yapı sistemi kullanılan Oregon’daki Portland ofis binası, Michael Graves (Şekil 5-33) tarafından tasarlanmıştır. Nitekim, Şekil 5-33 de gösterilen modele benzer bir mimariye haiz olan bina tamamlandığında, büyük bir heyecan uyandırdı. Sansasyonu dış cephe işlemeleri, heykelleri ve seçilen renkler gibi yapısal olmayan unsurlar sağlamaktaydı. Geleneksel mühendislikte bina yüklerini taşıyan çelik veya beton her sutunu, klasik post-modern kolonlar olarak görebiliriz. Genel olarak depreme dayanıklı yapı tasarımının post-modernizmin gelişimi üzerinde etkisi olmadığı açıktır, post modernizm kesinlikle estetik ve kültürel bir hareketten kaynaklanmaktadır. Post-modernizm, tarihi mimari tarzını yeniden meşrulaştırırken aynı zamanda, başka bir stil tam ters doğrultuda gelişmeye başladı. Başlangıçta "hi-tech" olarak kabul gören bu stil, mühendislikteki yeni malzeme ve teknikleri mimari araçlar olarak kullanma anlayışına döndü. Bu tarz özellikle İngiltere ve Fransa başta olmak üzere avrupa kökenli idi. Paris'teki Pompidou Merkezi (Şekil 5-34) gibi birkaç öncü çalışma bu stilin etkisinde kalmıştır. Bu tarzın kökeni ve gelişimi üzerinde sismik kaygıların hiçbir etkisi olmamasına rağmen, yapıların estetik bir motif olarak açığa çıkması yeni bir ilginin canlanmasını sağladı. Post modernizm, bir öncü stil gibi hızlıca ortadan kayboldu. Ancak dış dekorasyon ve eskiden türetilen formların kullanımını meşrulaştırması ile önem kazandı. Bunlar da ticari ve kurumsal mimariye ortak oldu (Şekil 5-35). "Yapı-Dekorasyonu" ile ucuz basitleştirilmiş tarihi veya dekoratif elemanlar yaygın hale gelmiştir. Ticari mimaride uluslararası stilin gelişmiş formları yaygın olarak kullanılmaktadır. Cam elyaf takviyeli beton ve metal yüzlü yalıtımlı paneller gibi yeni ve hafif malzemelerin kullanılması, binanın deprem kuvvetlerini azaltmada faydalı etkisi olmasına rağmen yönetmelik, yapısal olmayan elemanlardaki hasarı da azaltmak için artan göreceli kat ötelenmesini bir parametre olarak dikkate alır. 5.9.2 Günümüzün Yeni Mimari İlk Örnekleri İyi bilinen tasarımların önemi, popüler mimarların ilkörnekleri olmalarından kaynaklanmaktadır. Mimarlar form ve tasarım hususunda çok duyarlıdır. Yeni bir tarz, bir kez güven kazandımı, mimarlar tarafından dünya üzerinde uygulanmaya başlar. Şekil 5-36 ve 5-37 'de gösterildiği gibi bugün New York'taki çok katlı bir şirket merkezi, yarının banliyösünde sıradan bir büro olabilir. Ancak bugün, Uluslararası Stil ve "modern" mimarinin benimsediği, uygun formlar kümesi üzerinde bir fikir birliği yoktur. Şu anda, görkemli mimari tasarımı moda olarak belediyeler, büyük şirket ve kurumlar istemektedir. Yani, geleceğin olağan üstü yapılarına ait ilk örnekleri bugünün üstün mimarisi içinde bulmak mümkündür. Şekil 5-38, 1920'lerden günümüze kadar yüksek katlı binaların mimari formundaki evrimi gösterir. Uluslararası stilin hâkim olduğu yaklaşık 1945-1985 yılları arasında görüntü olarak istikrarlı bir evrim vardır. Kısa bir aradan sonra post-modern mimari ile şirketler "yüksek teknoloji" modasına uydular. Yüzyılın sonlarına doğru, mimari formlar daha kişisel ve kendine özgü olurken evrim, rekabete dönüştü. Milenyumun ilk beş yılında Liebskind’in pürüzlü biçimlerinden Gehry’nin çarpık yüzeylerine kadar bir dizi kişisel tarz ortaya çıktı. Londra'daki Foster Ofisi yüksek teknolojik tasarımda kendi iç evrimi sürdürmektedir. Genel olarak bugünkü yüksek binalar, dikey olmakta ve yük doğrudan temele aktarılmaktadır. Ayrıca yeterli sayıda düzlemsel dış duvarlar bulumaktadır. Bazı yüksek katlı kulelerde, yapısal olmayan bileşenlerin kullanımı ile mütevazı bir eğiklik elde edilmektedir. Daha yeni bir gelişme olarak Dünya Ticaret Merkezindeki Özgürlük Kulesi ("torklu" kule) ve Şekil 5-38 de gösterilen mimar Santiago Calatrava’nın Malmö, İsveçte bulunan "Turning Torso" kulesidir. Çok yüksek binalardaki, bu bükülmüş formların kendi görsel çekiciliği yanında rüzgar kuvvetlerini azaltma etkisi olmakla birlikte sismik açıdan herhangi bir anlamı bulunmamaktadır. Yüksek yapılara göre daha fazla özgürlük bulunan az katlı yapılarda, yapı formlarını planlamada Şekil 5-6 gösterilen düzensizliklerin çok daha ötesine geçme modası çıkmıştır. Şekil 5-39 günümüzün en etkili mimarlarından dördü tarafından sanat müzeleri için tasarlanan kat planlarının olağanüstü aralığını göstermektedir. Fazla parçalı cepheler artık modern toplumun izole ve kopuk unsurları için mecazi olarak anlam taşımaktadır. Tekrarlanan tasarım motifleri, genellikle beşik tonozlu çatı ve saçaklarda, metal ve cam giydirme cephe kaplamalarında ve pencerelerde bulunmaktadır. Tüm bu heyecanın içinde, daha çok özgünlük, hayal gücü ve genelde yüksek ciddiyet bulunmaktadır. Bu formların halka çekici gelip gelmediği ancak karayolları kenarlarında bulunan okul ve üniversite gibi kamu binalarına bakarak fark edilebiliriz (Şekil 5-40). Son olarak, uluslararası tarzla ilgili mimari eğilimlerin şekil düzensizlikleri çeşidini arttırıp arttırmayacağı sorgulanabilir. Cevabın düzensizlik çeşidinin artacağı yönünde olacağı açıktır. Çünkü yeni mimari, mühendise yapısal sorunlardan bağımsız olarak açıkça çözüm ortağı olma yerine çözümü bulma rolünü vermektedir. Kuzey İspanya düşük bir deprem bölgesidir. Cincinnati, Berlin ve Dallas depreme tabi değildir. 5.9.3 Deprem Mimarisine Doğru Post-modernizm ve sonrasında gelişen Uluslararası Stil dönemine mimari bir kavram aranırken belki de dünyanın sismik bölgelerinde çalışan mimar ve mühendislerin geliştireceği bu yeni alana "deprem mimarisi" adı verilebilir. Birinde sismik direnç sağlamak için gerekli olan elemanların dekorasyon amaçlı olanlardan ayrı tutulduğu diğerinde ise depremin mecaz olarak kullanıldığı iki farklı mimari anlayış söz konusudur. 5.9.4 Yatay-Kuvvet Taşıyıcı Sistemler Az ve orta katlı binalara sismik direnç sağlamakta kullanılan tek taşıyıcı sistemin dışarıdan uygulanan çapraz elemanlar olduğu açıkça bilinmektedir. Ortaçağ Almanya’sı ve İngiltere’de yarı ahşap ve ahşap yapılar için bu tür tarihî emsaller vardır. Çapraz elemanlarla destekleme günümüzde daha dekoratif bir görünüm sağladığı için estetik açıdan da değerli olan tek ve basit bir yöntemdir. Gerçekten de, "yarı ahşap" stilin ABD mimarisinin uygulamalı dekoratif bir unsuru olduğu yaygın kabul görmektedir. 1960'lı yılların San Francisco Korfezi civarindaki iki güçlü tasarımında, güçlü bir estetik tasarım motifi de olan çapraz elemanlar kullanıldı. Bunlar “San Francisco” ofisi mimarları Skidmore, Owings ve Merrill’in tasarladığı Alcoa Ofis Binası ve Oakland Coliseumdur (Şekil 5-41). Bu iki etkili tasarım ve diğer mimarların rüzgâra karşı kullandığı çapraz elemanlara rağmen, müteakip genel eğilim yatay direnç sistemlerini önemsizleştirme şeklindeydi. Mimarlar muhtemelen deprem sıklığını inkâr etme psikolojisinden kaynaklanan bir arzuyla açık çaprazların, geometrik formdaki saflık arzusu ile çeliştiğini düşündüler. Ancak, son yirmi yıl içinde yatay berkitme sistemlerinin dekoratif ama rasyonel desenlerinin (Şekil 5-42) kullanılması yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu yeni kabul edebilirlik muhtemelen post-modernizmin gerektirdiği süslemeye başvurmadan cepheye ilgi çekecek anlamlı bir yol bulmak arzusunun ortaya çıkardığı sıkıntıdan doğmaktaydı. Buna ek olarak, deprem tehdidinin daha iyi anlaşılmasıyla dışarıdan çaprazlarla desteklemenin bir güvence olduğu ortaya çıkmıştır. Dışarıdan çapraz elemanlarla destekleme aynı zamanda cephe görünümünün önemli olmadığı binalarda ekonomik bir güçlendirme yöntemi olarak önemlidir. Bu yöntemin bir avantajı da güçlendirme çalışmaları sırasında binanın kullanılmaya devam edilebilmesidir (Bölüm 8.5.3.1’e bakınız). Dıştan destekleme ile yapılan güçlendirmeler, bazen 1960'ların bir dizi doğrusal tipteki sıkıcı cephelerine (Şekil 5-43) görsel açıdan olumlu bir ilgi eklemekteydi. Dışarıdan sismik destekleme ile binaların mekanik sistemlerinin de açığa alınması arasında bazı paralellikler vardır. Beyaz akustik tavanlardan sıkılan tasarımcılar, açıktaki renkli mekanik sistem ve cihazlara olan görsel ilgiyi fark etti. Sismik tasarım ile bir başka paralellik de mekanik sistemler açıkta olduklarında, daha fazla özen ve estetik bir bakış açısıyla tasarımın gerekli olmasıdır. Benzer şekilde, dışarıdan çapraz elemanlarla destekleme de ayrıntılı bir şekilde tasarlanmalıdır. Bu durum bazı zarif tasarım formlarının ve malzeme kullanım biçimlerinin (Şekil 5-44) gelişmesine katkıda bulundu. Taban yalıtımı ve enerji sönümleyici cihazlar gibi yenilikler, bazen estetik görünüm ve güvenlik için istismar edilmektedir. Yeni Zelanda da tabanı ustaca izole edilen açık/dıştan çaprazlı çerçeve taşıyıcı sisteme sahip ilk binalardan olan (Auckland Union House) ofis binasının aynı zamanda (Şekil 5-45) açık birinci plaza katındaki hareket-kısıtlama sistemi görünür haldedir. Şekil 5-46 da gelişmiş dışarıdan çaprazlama yöntemine ait iki resim görülmektedir. Soldaki resimde 60 katlı bir binada, 10 kat yüksekliğinde olan çapraz elemanlardan sonraki 2 katlı çerçeve kısmında hidrolik sönümleyiciler bulunmaktadır. Sağdaki resimde ise rastgele karakterdeki hidrolik sönümleyicilere sahip 48 katlı bir bina gösterilmiştir. Yanal kuvvetleri taşıyacak çaprazlama sisteminin rastgele karakteri aslında yapı yüklerinin aktarımı dikkate alınarak belirlenmektedir. Burada amaç, yapı sistemlerine ilgi çekmek ve yatay kuvvetlere nasıl karşı konulacağı hissini herkesin kolayca algılayabileceği bir yönetmelik ortaya çıkartmaktır. 5.9.5 Bir Benzetim Olarak Deprem Bir tasarım unsuru olarak depremin daha teorik kullanımı, deprem sorununu dolaylı olarak yansıtan bir binanın tasarımına benzetilebilir. Nadir olan bu yaklaşımın belirli tip yapılar için bazı ilginç faydaları vardır. Bu yaklaşımın az sayıdaki geçerli örneklerinden biri Tokyo Nunotani Ofis Binasıdır. New Yorklu Mimar Peter Eisenman binasının, depremlerin bölgenin tektonik plaka yapısını periyodik olarak sıkıştırıp (Şekil 5-47) genişletmek şeklindeki titreşim hareketini mecazi olarak temsil ettiğini söylüyor. Bu mecazi yaklaşıma ait fikirler listesi, Yeni Zelanda’daki Victoria Üniversitesi, mimarlık okulunda yapılan (Tablo 5.1) bir öğrenci tasarım projesinin bir parçası olarak öne sürülmüştür. Şekil 5-48 Nunotani Binası örnek alınarak hasarın bir benzetim olarak kullanıldığı bir öğrenci projesini göstermektedir. Mimar/sanatçı Lebbeus Woods, deprem kuvvetlerini bir tema (Şekil 5-49) olarak kullanıp olağanüstü güzellikteki çizimlerle hayali binalar yarattı. Woods binalarda yıkıma sebep olan etkileri keşfetmek için 1995 Kobe depreminden, pek çok çizim ve resimlerinde de San Francisco’dan esinlenmiştir. Woods bu projelerinde yapı ve yerleşim hususundaki yeni ve yaratıcı fikirlerin, sadece depremlerden değil bir parçası olunan doğadan geldiğini ifade etmektedir. Deprem benzetimi ve depreme dayanıklılığın ifade edilmesiyle sismik etkinin talep ettiği dirence sahip ve estetik bakımdan güçlü formlarla bölgesel mimaride zengin ve yaratıcı bir alan sağlanmıştır. 5.10 SONSÖZ Bu bölümde, mimari yapılandırmaya bağlı olan temel sismik yapı sistemleri üzerine odaklanılmış ve mimari tasarıma sismik "filtre" ile bakıldığında çok yaygın ve kullanışlı mimari formların depreme dayanıklılık hususundaki tasarım ihtiyaçları ile çatışma içinde olduğu görülmüştür. Bu çatışmaların çözümünde mimarın sismik tasarım ilkelerinin, mühendisin de mimari yapılandırmalardaki estetik ve fonksiyonel hususların farkında olması gerekir. Nihai çözüm, projenin başlangıcından itibaren yapı tasarımında birlikte çalışan ve bilgiye dayalı müzakere yapabilen mimar ve mühendisin varlığına bağlıdır. Mühendisler depreme dayanıklı yapı tasarımındaki basitlik, simetri ve düzenlilik gibi geleneksel erdemlerin, tek hedefi ekonomi ve yüksek sismik performans olan projelerde, bazı mimarları ikna edeceğini ummaktadır. Mimar ve müşteri yüksek stilli bir tasarım arıyorsa, ortaya muhtemelen düzensiz, asimetrik ve parçalı bir yapı çıkacaktır. Bilge ve başarılı bir mühendis zorluklardan keyif alır. Yeni analiz yöntemleri bu hususta mühendise yardımcı olur, ama mühendisler aynı zamanda binaların düşey ve yatay yükleri taşıma şekli ile yapı elemanları arasındaki etkileşimi görselleştirme yoluyla kendilerinde var olan önseziyi geliştirmeye devam ederler. 5.11 KAYNAKLAR Structural Engineers Association of California (SEAOC) Blue Book International Code Council, International Building Code, Birmingham AL, 2003 Lebbeus Woods: Radical Reconstruction, Princeton Architectural Press, New York, NY, 1997 Andrew Charleson and Mark Taylor: Earthquake Architecture Explorations, Proceedings, 13thWorld Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, BC 2004 Mark Taylor, Julieanna Preston and Andrew Charleson, Moments of Resistance, Archadia Press, Sydney, Australia, 2002 5.12 İLAVE KAYNAK LİSTESİ Christopher Arnold, Architectural Considerations (chapter 6), The Seismic Design Handbook, Second Edition ( Farzad Naeim, ed.) Kluver Academic Publishers, Norwell, MA 2001 Terence Riley and Guy Nordenson, Tall Buildings, The Museum of Modern Art, New York, NY, 2003 Sheila de Vallee, Architecture for the Future, Editions Pierre Terrail, Paris, 1996 Maggie Toy, ed. Reaching for the Sky, Architectural Design, London, 1995 Yukio Futagawa, ed, GA Document. A serial chronicle of modern architecture, A.D.A Edita, Tokyo, published periodically Garcia, B, (ed.) Earthquake Architecture, Loft and HBI an imprint of Harper Collins International, New York, NY, 2000 Sandaker, B. N. and Eggen, A. P. The Structural Basis of Architecture, Phaiden Press Ltd., London, 1993