mimari tasarımda deprem faktörü

International Burdur Earthquake & Environment Symposium (IBEES2015) Uluslararası Burdur Deprem ve Çevre Sempozyumu

7-9 May 2015, Mehmet Akif Ersoy University, Burdur-Türkiye

http://ees2015.mehmetakif.edu.tr – http://ees2015.maku.edu.tr

MİMARİ TASARIMDA DEPREM FAKTÖRÜ

Sevim ATEŞ CAN1, Hilal TUNCER

1

1Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Bölümü, Burdur,

[email protected], [email protected]

ÖZET

Bu yazıda, mimari tasarımda deprem faktörünün belirleyici rolü üzerinde durulmaktadır. Öncelikle, zemin

özelliğinin önemi vurgulanmakta ve binalar üzerinde oluşturabileceği olumsuz etkiler kısaca ele alınmaktadır.

Yanlış mimari tasarımla binaların depremden zarar görme olasılığı artmaktadır. Bu nedenle bilinçli bir tasarım

için, teknik açıdan binanın depreme karşı davranışının iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu amaçla yazıda, mimari

tasarım açısından bina formu ve taşıyıcı sistem bakımından uygun olan ve olmayan çözümler vurgulanmaktadır.

Ayrıca, deprem etkilerinin ve kısıtlamalarının mimari tasarımda sağladığı fırsatlar ve gelecekte önemli gelişimler

gösterecek olan deprem mimarisine doğru günümüzdeki yönelimler örneklerle ele alınmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Mimari tasarım, deprem, deprem mimarisi

EARTHQUAKE FACTOR IN ARCHITECTURAL DESIGN

ABSTRACT

In this study, it is aimed to demonstrate earthquake effects on architectural design. Firstly, the important of soil

feature is emphasized and its negative effects are evaluated briefly. With inappropriate architectural design,

possibility of earthquake damage increases. Therefore, building’s reaction to earthquake should be well-known

for a conscious design. Solutions which are appropriate and inappropriate in terms of structure and correct

building forms in terms of architectural design are discussed. Seismic limitations and effects can also contribute

to architectural design and provide new opportunities towards earthquake architecture.

Keywords: Architectural design, earthquake, earthquake architecture

1. GİRİŞ

Tasarım ve planlama sürecinde, mimarın bilinçli tutumu, yapının depremde nasıl bir dayanıklılık göstereceğinde

önemli bir rol oynar. Bu süreçte mimarın, mühendisler ve diğer meslek dallarıyla disiplinler arası çalışması

gerekmektedir. Temelden çatıya kadar yapısal olan ve olmayan tüm bileşenleriyle ve malzeme seçimiyle ilgili

olarak alınan kararlar binanın deprem etkileri karşısındaki duruşunu belirler. Bu nedenle, mimari tasarımda kritik

önem taşıyan tüm konular tasarımcı tarafından iyi değerlendirilmeli ve yorumlanmalıdır. Binanın üzerinde

konumlanacağı zemin ile başlayan ve tasarımın diğer aşamaları ile devam eden bu süreçte, üzerinde önemle

durulması gereken konular aşağıda sırasıyla ele alınmaktadır. Bunlar:

1.1. Zemin

Bina yeryüzünde tek başına yer almaz. Üzerinde konumlandığı bir zemin vardır. Zemin ortamı deprem

dalgalarının özelliklerine bağlı olduğundan yapı üzerinde tehlikeli davranışlar oluşturur. Bu nedenle, yapının

oturduğu zeminin özellikleri önem taşımaktadır. Yanlış yer seçimi ve yapı-zemin ilişkisinin doğru kurulamaması

depremin hasara yol açmasının başlıca sebeplerindendir. Proje aşamasında zemin etütlerinin uzmanlar tarafından

dikkatlice yapılması gerekmektedir. Zemindeki olumsuzluklardan dolayı hasara yol açan 3 temel sebep vardır;

IBEES2015, 7-9 May 2015 Burdur-Türkiye

436

a. Fay hattı kırılması

Şekil 1. St. Andreas /San Francisco) Fay Hattı Şekil 2. St. Andreas Fay Hattı Üzerinde Bulunan

Üzerinde Konumlanmış Yapılar (duplicious.com) Hasar Görmüş Bir Yapı (nreionline.com)

b. Zeminin zayıf olması

Özellikle sıvılaşan zeminler ve eğimli zeminler deprem esnasında yapının hasar görmesine sebep olur.

Şekil 3. Sıvılaşan Zeminlerin Yapısı

Şekil 4. San Francisco Marina Bölgesinde Zemin

Sıvılaşmasından Kaynaklanan Hasar (1989)

(pubs.usgs.gov)

Şekil 5. Eğimli Araziler ve Yapının Konumlandırılması (FEMA, 2006)


437

c. Tsunami

Deprem sonrası hasara yol açan sebeplerden birisi de Tsunami’dir.

Şekil 6. Tsunami Oluşumu ve Alınabilecek Önlemler (FEMA, 2006).

1.2. Bina

Mimar, bina formunu, mekânsal kurguyu ve yapı alt sistemlerini, deprem sırasında doğacak olan yanal ve düşey

kuvvetleri taşıyarak ve belirli ölçüde sönümlendirerek zemine aktaran bir taşıyıcı sistem (strüktür) ile

bütünleştirecek bir tasarıma yönelmelidir. Bu amaçla, düşey yükleri taşıyan bir strüktürün yanında, depremin

doğurduğu dinamik yanal yükleri taşıyarak sönümlendiren ve aktaran ikinci bir strüktürün var olması gerektiğini

anlamalı, düşünmeli; bu iki strüktürü tek bir taşıyıcı sistem olarak bina ile bütünlemeli ve bunun için alternatif

yaklaşımlar geliştirerek modelleyebilmelidir. Bunu gerçekleştirmek için, mimarın taşıyıcı sistemler, sistemlerin

davranışları ve modellenmesi ile mimarlık teknolojisi üzerine bilgi birikimi, görgü ve deneyimi olmalıdır.

(Şengezer, 1999) Tasarımcılar ve mühendisler 10 Avrupa Standardını kapsayan ve ortak bir yaklaşım olan

Eurocode’un bir şartname olarak depreme dayanıklı yapı tasarımı için çıkarılmış olan Eurocode-8’ini esas

almalıdır (Bisch, 2011).

1.2.1 Depremin Bina Üzerindeki Etkileri Binaların Yer Hareketine Tepkisi

Şekil 7. Yer hareketine binanın gösterdiği tepki

Binalar yer hareketlerine karşı ayakta kalacak bir biçimde düzenlenmelidir. Deprem anında binaların zemin

katları daha sabit kalırken üst kotlar atalet momentine bağlı değişkenlik göstererek geriye doğru yaslanmaktadır.

Şekilde görüldüğü üzere Yük (F)= Kütle (m)x İvme (A)’ye eşittir. Yani süratle birlikte uygulanan yük orantılı

olarak artar (Watson et al., 1999).


438

Şekil 8 Deprem esnasında yapı sallantının şiddeti ve sıklığına, bina yüksekliğine, kütleye, kesit alanına ve ilgili

faktörlere bağlı olarak sarkaç şeklinde hareket etmeye başlar.

Dalga Hareketinin Strüktürel Harekete Etkisi

Deprem boyunca zemin kendi kendine birçok yöne doğru hareket ederken, üst katlar ana hareketi dengeleyecek

şekilde hareket etmeye, denge kurmaya ve kopmayı önlemeye çalışır. Karışık sehim hareketleri binanın her türlü

titreşime tepki vermeye çalışmasının sebebidir.

Deprem hareketlerinin ne sıklıkta olacağını tahmin etmek kolay olmadığından yapının depreme karşı belli bir

tepki vereceğini düşünmek en belirgin tasarım hatalarından biri olarak kabul edilebilir. Çeşitli deneyimler

sonucunda deprem hareketlerinin çeşitli yönlerde, sıklıkta ve büyüklükte ortaya çıkmış olduğu görülmüştür.

Yani teorik olarak strüktürlerin depreme tepkisinin hissedilen harekete, çeşitli uzunluklardaki titreşim

periyotlarına, farklı katlardaki kütle ağırlıklarına ve titreşim sönümlemelerine bağlı olarak değişeceği

söylenebilir (Watson et al., 1999).

Şekil 9. Dalga hareketinin etkisi

Binanın Yatay Hareketleri

Yatay hareketler/yer değiştirmeler tüm katlara eşit şekilde veya seviyede etki etmeyebilir. Bu da deprem

esnasında bir katın farklı bir yöne, diğerinin zıt yöne hareket etmesine sebep olabilir.


439

Şekil 10. Yatay hareketler karşısında binanın durumu (Watson et al., 1999).

1.2.2 Depreme Dayanıklı Bina Formunun Oluşturulması

Hemen hemen tüm binalar bükülebilen ve bükülemeyen malzemelerin kombine edilmesiyle yapılandırılır. Hatalı

birleşimler binanın yükünü de etkileyeceği için deprem performansını da etkiler. Binanın yapısal elemanları

bütün bir çerçevenin parçaları olarak birbiriyle bağlantılı biçimde tasarlanmalıdır. Örneğin, birbirine bağlanan bu

çerçeve düzenini bozacak bir şekilde farklı yapı malzemeleri kullanmak negatif bir yaklaşımdır.

Bina Yüksekliği

Bina, deprem dalgalarının yoğunluğuna bağlı olarak belirli bir periyot (sismik dalganın bir çevrim yapması için

gereken saniye cinsinden zaman süresi) süresince etkilenir. Yükseklik deprem esnasında bu süreleri

değiştirebilen ana etkenlerden biridir. Yapılar titreşime, kat yüksekliğine bağlı olarak, farklı modlarda cevap

verirler (Şekil 11). Deprem için etkili olan ilk tepkimedir (çok yüksek katlı yapılar hariç).

Strüktürel sistem, malzeme ve geometrik oranlar da periyodu etkileyen faktörlerdir. Bina ve zemin periyodunun

çakışmasından ise büyük hasarlara neden olan “rezonans” oluşur (FEMA, 2006).

Şekil 11. Bina Yüksekliğine Bağlı Olarak Değişen Periyotlar Şekil 12. Titreşim Modları (FEMA, 2006)

(FEMA, 2006).

Zemin Katın Önemi; Yumuşak ve Zayıf Kat ile Kısa Kolon

Yapılarda katlar arasındaki süreksizlik deprem esnasında negatif tepkimelere sebep olmaktadır. Eurocode 8

yönetmeliğine göre düşey ve yatay taşıyıcı çerçeve ve yüzeylerde süreklilik sağlanmalıdır. Özellikle açık

planlanan zemin ve ilk katlar zayıf katların oluşmasına ve yapının sismik güçler altında etkisiz kalmasına sebep

olur (FEMA, 2006). Yumuşak katın oluşması, hem mimari çözüm arayışı hem de kullanım amaçlarının bina

şekline yansımasından kaynaklanabilir. Özellikle giriş katları yer kazanmak veya saydamlığı artırmak için

rijitliği sağlayan perde duvarlardan yoksun bir şekilde yapılandırılmaktadır.


440

Şekil 13. Zemin Kat Yüksekliğinin Artmasıyla Yumuşak Kat Oluşması ve Alınabilecek Önlemler

Yumuşak Kat;

Kolon Eklemek

Çapraz Bağlantı Elemanı Eklemek

Cephede Payanda ile Desteklemek gibi önlemlerle depreme dayanıklı hale getirilebilir (FEMA, 2006).

Kısa Kolon

Yapının 3. boyuttaki oranının bozulmasına sebep olan faktörlerden birisi de kısa kolondur. Kolonun

bükülmezliği yaklaşık olarak kolon uzunluğunun karesi olarak hesaplanmaktadır ve örnekte görüldüğü gibi kısa

kolon uzun kolonun yarısı olmasına rağmen 8 katı yük taşımaktadır.

Şekil 14. Kısa Kolon Problemi (FEMA, 2006) Şekil 15. Dolgu Duvar Sebebiyle Kısa Kolon Oluşumu

ve Sebep Olduğu Hasar (FEMA, 2006)


441

Güçlü kiriş zayıf kolon

Şekil 16. Otopark strüktüründe zayıf kolon güçlü kiriş durumundan oluşan hasar, Los Angeles depremi, 1987

(pinterest.com).

Asimetrik Plan Formunun Sebep Olacağı Olumsuzluklar

Deprem esnasında titreşim tüm yönlerden geldiği ve her elemana eşit zamanlı olarak etki ettiği için “en mantıklı”

çözüm plan ve cephede simetrik bir yaklaşım izlemektir; böylece binanın her yönden yüke karşı dayanımı

artacaktır. Fakat tasarım yapılacak alan, fonksiyonel gereklilikler ve estetik algısı formu değiştirmektedir

(Watson et al., 1999).

Şekil 16: L ve T Plan Formlu Yapılarda Dönme

Asimetrik plan formuna sahip L ve T plan formlu bu binalarda kanatlar deprem yüküne bağlı olarak farklı

yönlere hareket edebilirler.

Şekil 17. Bükülme-Bükülmezlik Farklılığının Sebep Olacağı Dönme

Strüktür bir bütün halindeyse, burulma-bükülme gözlenir. Bükülme-bükülmezlik özelliği bir bölümde diğerinden

farklı ise sağ örnekte olduğu gibi flexible parça güçlü parça etrafında dönecektir.


442

Depreme dayanıklılıkta etkili olan yalnızca simetrik plan formuna sahip olmak değildir. Üst katları alt

katlarından fazla metrekareye sahip yüksek yapılarda dikey ivmelenmeden dolayı benzeri eğilme durumu

gözlenir. Yapının bükülmezliği bölümden bölüme farklı olacağından kule ve geniş alanlı katlar arasında yer

değiştirme görülebilir (Watson et al., 1999). Eurocode 8’e göre de yatayda ve düşeyde karmaşıklık (sürekli fakat

farklı kütlelerden oluşan bina formları) simetriyi, dolayısıyla deprem esnasındaki tepkimeyi olumsuz

etkilemektedir (Şengezer, 1999).

Şekil 18: Katlardaki Metrekare Farklarının Sebep Olacağı Hareketlenmeler

Şekil 19. L Plan Formlu Yapıda Ayrışma (FEMA, 2006).


443

Şekil 20. L Plan Formu için Çözüm Önerileri Şekil 21. Yapı Plan Formları ve Oluşabilecek Hasarlar

(FEMA, 2006)

Strüktürel Sistemi Birbirine Bağlamanın Gereksinimi

Tasarım sürecinin başında, taşıyıcı sistem oluşturulurken sistemi oluşturan elemanların birbiriyle olan ilişkisi bir

çerçeve sistem ile sağlanmalıdır. Eğer bina sistem olarak bir bütün değilse, yapısal elemanlar birbirine

bağlanmamışsa her bir eleman depreme bireysel tepki verecektir ve bu da en dayanıksız birimin yıkımıyla

sonuçlanacaktır. Örneğin taş yapılarda katlar duvarlara gerektiği gibi bağlanmamışsa, duvarlar katlardan

bağımsız hareket eder ve çökmeler oluşur. Yapının fiziksel dayanımını sağlayabilmek için tasarım izin

verdiğince her bir eleman diğerine olması gerektiği gibi bağlanmalıdır. Bu da yeterli bağlarla, düzenli

detaylandırmayla ve dikkatli inşa ile mümkündür (Watson et al., 1999). Çerçeve oluşturulurken kolon-kiriş

düzenlemesi dikkatlice yapılmalıdır. Ülkemizde, çerçevenin kapanmayarak kirişlerin kiriş üzerine oturtulması

gibi yanlış uygulamalara çok fazla rastlanmaktadır.

Bitişik Nizam Binaların Depremdeki Hareketi

Deprem kuvvetine her bina kendi başına cevap verir. Binanın orijinal dikey pozisyonundan ortaya çıkan yatay

hareket drifttir (Watson et al., 1999). Her bir bina bireysel sarkaç gibi hareket eder ve birbirleriyle çarpışan

binalarda ciddi hasarlar meydana gelir. Eurocode 8’de bahsi geçen önemli faktörlerden birisi de bina

salınımlarının çevresini en az etkilemesini sağlayacak donatıların kullanılmasıdır (Bisch, 2011). Bitişik kütleler

arasında salınım derzlerinin bulunmaması ve salınımları artıracak formların kullanılması deprem esnasında

olumsuz durumlar oluşturacaktır (Şengezer, 1999).


444

Şekil 22. Bitişik Nizam Binaların Deprem Sonrasındaki Durumu (megainsaatvemimarlik.files.wordpress.com).

Yapısal Olmayan Elemanlar

Depremlerde, yapısal olmayan elemanların davranışı da önem taşımaktadır. Balkon çıkmaları, saçaklar,

parapetler, küpeşteler, güneş kırıcılar, heykeller, levhalar, çiçeklikler ya da iç mekanlardaki asma tavan,

merdiven gibi elemanlar tasarımda sismik güçlere dayanabilecek kapasitede tasarlanmalı ve

konumlandırılmalıdır (Watson et al., 1999). Malzeme ağırlıkları da hesaba katılmalıdır.

Giydirme Cephe Tasarımı

Eğer giydirme cepheler kattan kata bağlanmışsa depremin etkisi daha az olur. Katlara saplanmış ve çıkmış bir

biçimde yapılmışsa çok daha fazla etkilenir. Tasarımda yüklerin her zaman bütüne paralel olmayacağı göz

önünde bulundurulmalı ve asıl hareketin yapıda makas kuvveti, esneme ve kırma gibi etkilere yol açabileceği

bilinmelidir (Şekil 23) (Watson et al., 1999).

Şekil 23. Giydirme cephenin deprem esnasındaki hareketi

Çıkma Elemanlarının Yer Değiştirmesi

Doğaları gereği çıkmalar çerçevede birleşim yerinden abartılı bir şekilde dönmeye meyillidir (Şekil 24).

Kontrolsüz bitim noktaları dikeyde kopmalara yol açabilirler. Çıkmalı yapılarda çoğunlukla duvar elemanlarının

düşmesiyle veya cam kırılması sebebiyle güvenlik tehlikeye girebilir (Watson et al., 1999).


445

Şekil 24. Çıkmaların deprem esnasındaki hareketleri

3. DEPREM ETKİLERİNİN MİMARİ TASARIMDA SAĞLADIĞI FIRSATLAR ve

DEPREM MİMARİSİNE DOĞRU YÖNELİM

Birçok ilgi çekici mimari form ve yaklaşımlar, İspanya, Fransa, Almanya, Avusturya, İngiltere, Hollanda, ve

Amerika’nın bir bölümü gibi deprem faktörünün önem taşımadığı yerlerde gerçekleştirilmiştir. Buna karşılık

deprem riskinin yüksek olduğu bölgelerde bu faktör, tasarımın ilk aşamasından itibaren büyük önem taşımak

zorundadır. Ancak bu durum, birbirinin aynı-tek tip tasarımların ortaya çıkması anlamına gelmez. Özellikle

“deprem mimarisi” adı verilen yaklaşım, özellikle son 50 yıldır strüktür – cephe düzeni ve iç mekan elemanları

arasında birbiriyle ilişkili oldukça etkili görsel çözümler sunmaktadır. Mimar ve mühendisin koordinasyonlu

çalışması bu sonuçlarda büyük rol oynar (Charleson ve Taylor, 2000).

Yatay ve Düşey Kuvvet Taşıyıcı Sistemler; Çapraz Elemanlarla Destekleme

Şekil 25. Çapraz destekli kule, Şekil 26. Sismik (ortada) çerçeveler ve yerçekimi (iki yanda)

Wool House, Wellington, moment dayanımlı çerçeve arasındaki farklılıklar, Castrol

House, (Charleson ve Taylor, 2000) (Charleson ve Taylor, 2000)


446

Şekil 27. Tekerlekli merdiven mafsalı, Şekil 28. Union House amortisörleri, enerji

IRD Building, Wellington sönümleyen sistem, Auckland

(Charleson ve Taylor, 2000) (Charleson ve Taylor, 2000)

Cepheler, sismik direnç sistemlerini ifade etmede tasarımcılara fırsatlar sunar. Yapı strüktür elemanlarının görsel

olarak sergilenmesi tasarımda zarif bir farklılık oluşturabilir ve kent görünümüne olumlu bir katkıda bulunabilir.

Metaforik yaklaşımlar

Şekil 29. Bir metafor olarak deprem, Nunotani Office Building, Peter Eisenman, Tokyo, 1998 (pinterest.com)

4. SONUÇ

Görülüğü gibi, deprem konusunda strüktür tasarımı kadar doğru mimari tasarım da büyük önem taşımaktadır. Bir

bina depreme karşı tüm elemanlarıyla eğilme, bükülme ve kopmayı engelleyebilecek bir biçimde tasarlanmalı

başka bir deyişle esnek fakat sabit kalabilecek bir sistem olmalıdır.

Deprem esnasında ortaya çıkan hasarlar hayatlarımıza çok büyük etki edecek olaylardır. Dolayısıyla mimar

öncelikli olarak depreme dayanıklı ve can güvenliği sağlayacak bir yapı tasarlamayı hedeflemelidir. Hedefler

şöyle özetlenebilir;

- Önceliği can güvenliğine vererek çeşitli bina elemanlarını temel planlama ve tasarım ilkeleriyle

bütünleştirmek,

- Kurallara uygun bir planlama yaparak ve gerekli tasarım değişkenlerini dikkate alarak binanın deprem

performansını maksimuma çıkarmak.


447

Depreme dayanıklı yapı tasarımının ortaya çıkardığı deprem mimarisi alanında gelişmenin arttırılması için düşey

ve yanal kuvvetleri stabiliteyi bozmadan sönümleyerek zemine aktaran ve tasarım ile bütünleşen taşıyıcı sistem

olasılıklarının geliştirilmesi ve bunların grafik modellemelerinin yapılması, uygun detay çözümü, malzeme ve

işçiliğin sağlanması ve bu konularda ilgili meslek gruplarının bilinçli ve titiz çalışmaları konunun kritikliği

açısından büyük önem taşımaktadır.

KAYNAKLAR

Bisch, P., 2011. Eurocode 8: Seismic Design of Buildings Worked Examples. JRC Scientific and

Technical Reports, Lisbon.

Charleson, A., W., and Taylor, M., 2000. Towards an Earthquake Architecture. 12th World Conference

on Earthquake Engineering, New Zealand.

FEMA, 2006. Designing for Earthquakes, A Manual for Architects. US Department of Homeland

Security, Washington DC.

Şengezer, S.B, 1999. 13 Mart 1992 Erzincan Depremi Hasar Analizi ve Türkiye’de Deprem Sorunu.

Y.T.Ü. Basın Yayın Merkezi, İstanbul.

Watson, D., Crosbie, M., J., and Callender, J., H., 1999. Time Saver Standards for Architectural Design

Data. The Reference of Architectural Fundamentals. The McGraw-Hill Companies Inc., USA.

Şek. 1: http://duplicious.com/wordpress/wp-content/uploads/2010/01/sf1.jpg

Şek. 2: http://nreionline.com/site-files/nreionline.com/files/archive/nreionline.com/images/Chile-

apartments-quake_big.jpg

Şek. 4 http://pubs.usgs.gov/; Progress Toward a safer Future Since the 1989 Loma Prieta Earthquake

Şek.16 https://www.pinterest.com/mcsherry29/shake-it-up/

Şek. 22: https://megainsaatvemimarlik.files.wordpress.com/2009/08/42.jpg?w=350&h=284

Şek. 29: https://www.pinterest.com/eve550/peter-eisenmanarchitect/

https://megainsaatvemimarlik.files.wordpress.com/2009/08/42.jpg?w=350&h=284

mimari tasarımda deprem faktörü

Documents