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