Sismik İzolasyon Sistem Tasarımı: Adımlar, Kim Yapar, Mal Sahibi Neyi Kontrol Eder

İzolasyon sistem tasarımı, bir binanın altına hangi izolatörlerin, hangi özelliklerle ve hangi düzende konacağına karar veren hesap ve belge dizisidir. Mal sahibi bu süreci çoğu zaman statik projenin bir parçası sanır ve tamamen tasarımcıya bırakır. Oysa sistem tasarımının kendi adımları ve kendi onay makamı vardır; deney programı da bu sürecin parçasıdır. Yanlış kurulduğunda hata bina bittikten sonra ortaya çıkar: kenar boşluğu dar kalır ya da teklifteki izolatörle hesaptaki izolatör birbirini tutmaz.

Bu yazıda sistem tasarımının bina tasarımından nerede ayrıldığını, adımların sırasını, her adımda kimin sorumlu olduğunu ve mal sahibinin neyi kontrol edeceğini anlatıyoruz. Hiçbir izolatör ailesini ve üreticiyi öne çıkarmıyoruz; süreç her aile için aynı iskelete oturur. Türkiye'deki çerçeve TBDY 2018 Bölüm 14, deney tarafında TS EN 15129, yurt dışı projelerde ASCE 7 (2022) Bölüm 17'dir.

Sistem tasarımı nedir, bina tasarımından farkı ne?

Konvansiyonel bir binada deprem kuvveti yönetmelikten gelir, kesitler ona göre büyür. İzolasyonlu binada sıra tersine döner. Önce izolasyon arayüzünün davranışı, yani etkin periyot, sönüm ve yer değiştirme kapasitesi kurgulanır; üstyapıya gelen kuvvet bu kurgunun sonucudur. İzolatörler binanın deprem davranışını belirleyen tasarım değişkenidir.

İkinci fark belirsizliğin ele alınışıdır. Beton ve çelik için karakteristik dayanım tek bir değerdir. İzolatör özellikleri ise sıcaklıkla, yükleme hızıyla, yaşlanmayla ve üretim toleransıyla değişir; bu yüzden aynı bina iki farklı parametre takımıyla çözülür.

Üçüncü fark onay zinciridir. TBDY 2018 madde 1.3.5 deprem yalıtımlı binalarda tasarım gözetimi ve kontrolünü zorunlu tutar; hizmeti yapı sahibi satın alır, gözetmen raporları ruhsat başvurusuna eklenir.

Son fark deneydir. Betonu numune küpü kontrol eder; izolatörün prototip ve üretim kontrol deneyleri hesabın parçasıdır. Hesaptaki özellikler deneyle doğrulanmazsa tasarım kağıt üzerinde kalır.

Adım adım sistem tasarımı

Aşağıdaki sıra, Bölüm 14'ün kuralları ile tasarım gözetimi yönetmeliğinin avan proje, kesin proje ve uygulama projesi safhalarına oturur. Bazı adımlar birleşir, hiçbiri atlanmaz.

1. Hedef performans ve bina kullanım sınıfı

Her şey binadan deprem sonrası ne beklendiğiyle başlar. TBDY 2018 yalıtımlı binalar için iki performans hedefi tanımlar: Kesintisiz Kullanım (Tablo 14.1'e göre R = 1,2) ve Sınırlı Hasar (R = 1,5). Hangisinin uygulanacağı Deprem Tasarım Sınıfına ve bina kullanım sınıfına bağlıdır. Hastane, veri merkezi ya da afet sonrası görev yapacak bir kamu binasında hedef Kesintisiz Kullanım'dır; Sağlık Bakanlığı 2013'ten beri birinci ve ikinci derece deprem bölgelerindeki 100'den fazla yataklı hastanelerde izolasyonu şart koşar. Yalıtımlı binada Bina Önem Katsayısı I = 1 alınır (14.3.2); güvenlik, katsayı yerine izolasyon performansıyla sağlanır.

Bu adımın çıktısı yazılı bir Tasarım Esasları raporudur; tasarım gözetimi yönetmeliği avan proje safhasında bu raporun müellifçe hazırlanmasını ve gözetmence teyit edilmesini ister. Raporda performans hedefi, deprem düzeyleri, analiz yöntemi ve kabul kriterleri yazar; bu belge yoksa sonraki adımların neye göre kontrol edileceği de belli değildir.

2. Zemin ve deprem düzeyleri: DD 1 ve DD 2

Yalıtımlı bina tasarımı iki deprem düzeyini birlikte kullanır (14.3.3). DD 2, 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan tasarım deprem yer hareketidir (475 yıl); DD 1, 50 yılda aşılma olasılığı %2 olan en büyük deprem yer hareketidir (2.475 yıl). Üstyapıya etkiyen kuvvetler DD 2 ile, yalıtım sisteminin en büyük yer değiştirmesi DD 1 ile hesaplanır (14.3.6).

Her iki düzey için spektral parametreler (Ss, S1, PGA) AFAD Türkiye Deprem Tehlike Haritaları portalından koordinat girilerek alınır; zemin sınıfı ZA'dan ZF'ye kadar zemin etüdüyle belirlenir. ZE ve ZF türü zeminlerde basitleştirilmiş yöntem kullanılamaz. Yumuşak zeminin ürettiği uzun periyotlu hareket izolasyonla uzatılan periyoda yaklaşabilir; bu durumda sahaya özel tehlike analizi ve kayıt seçimi gerekir. Tasarım gözetimi heyetinde deprem yer hareketi uzmanının bulunması bu yüzdendir.

3. İzolasyon seviyesi seçimi

İzolatörler temel üstünde, bodrum kat kolon başlarında ya da zemin kat tabanında olabilir. Seçim, izolatörlere ömür boyu erişimi, sismik derzin mimariyle ilişkisini, asansör ve merdiven çekirdeğinin geçişini ve tesisat hatlarının nereden kesileceğini belirler. Yönetmelik, sistemin etkin rijitlik merkezi ile üstyapı kütle merkezinin izdüşümlerinin olabildiğince çakıştırılmasını ister (14.3.5); burulmayı azaltan bu kural, yerleşim planının mimariyle birlikte çizilmesini gerektirir. Seviye kararı geç verilirse bodrum kurgusu ve temel sistemi yeniden çizilir; bu karar fizibilite ile avan proje arasında kapatılır. Hangi bina profillerinin izolasyona yatkın olduğunu hangi binalara uygulanır yazısında ele aldık.

4. İzolatör ailesi ön seçimi

Bölüm 14 iki izolatör ailesini kapsar: elastomer (kauçuk esaslı; kurşun çekirdekli ve yüksek sönümlü tipleri dahil) ve eğri yüzeyli sürtünmeli birimler (14.1.2). Ön seçimde belirleyici olan katalog değil, sahanın dayattığı değerlerdir: düşey yük aralığı, hedef periyot, sönüm, beklenen yer değiştirme, çekme ihtimali ve sıcaklık koşulları. Her iki aile de çoğu bina için uygun çözüm üretebilir; farklar bağlantı detayında, düşey yük altındaki davranışta ve λ çarpanlarının genişliğinde ortaya çıkar. Bu aşamada bir aileyi kilitlemek yerine parametre setini yazıp iki aile için de ön hesap yaptırmak ihalede rekabeti korur. Teknik farkları LRB ve FPS karşılaştırmasında anlattık; seçimin gerekçesi Tasarım Esasları raporuna yazılır.

5. Ön boyutlandırma: etkin periyot ve sönüm

Ön boyutlandırmada tasarımcı hedef etkin periyodu ve etkin sönümü seçer, bina ağırlığından sistemin toplam etkin rijitliğini türetir ve bunu izolatör adedine dağıtır. Periyot uzadıkça üstyapıya gelen ivme düşer, yer değiştirme artar. Sönüm arttıkça yer değiştirme küçülür, ama yüksek sönüm üst katlarda ivmeyi artırabilir. Ölçek için bir örnek: İTÜ'de 2021'de tamamlanan bir yüksek lisans tezinde dört katlı bir konut binası TBDY 2018'e göre yalıtımlı olarak çözülmüş. Periyot 0,43 saniyeden 1,38 ile 1,88 saniye aralığına çıkmış. Tepe ivmeleri yaklaşık %77 ile %79, zemin kat kesme kuvvetleri %43 ile %58 azalmış. Rakamlar o binaya aittir; sizinkinde farklı çıkar, ama yön aynıdır.

Maliyet tarafı da burada şekillenir. İzolasyon, kaba yapı (taşıyıcı sistem) maliyetini tipik olarak %10 ile %15, toplam proje maliyetini %5 ile %10 artırır. Kuvvet düştüğü için kesitlerde azalma imkânı doğar; ne kadarının geri kazanılacağını üstyapı tasarımı belirler. Fark kalemlerini izolatörlü bina ile konvansiyonel bina maliyet farkı yazısında açtık.

6. Alt ve üst sınır özellik analizi

İzolatör özellikleri tek bir sayı değildir. Yönetmelik nominal değerleri λ çarpanlarıyla büyütüp küçültür ve binanın iki parametre takımıyla ayrı ayrı çözülmesini ister (elastomer için 14.12.1, sürtünmeli birimler için 14.13.1). Üst sınır takımı rijit ve yüksek sürtünmeli senaryoyu temsil eder, üstyapı kuvvetlerini büyütür; kuvvet tahkikleri bununla yapılır. Alt sınır takımı yumuşak senaryodur, yer değiştirmeyi büyütür; izolatör kapasitesi ve sismik derz bununla boyutlandırılır. Çarpanlar prototip deneyiyle belirlenemiyorsa yönetmeliğin tablo değerleri kullanılır (Tablo 14.3).

Analiz yöntemi de burada kesinleşir. Zaman tanım alanında doğrusal olmayan analiz her durumda geçerlidir (14.14.1.3). Basitleştirilmiş yöntem yalnızca ZA'dan ZD'ye kadar zeminlerde, DD 1 altında etkin periyot 4 saniyenin altındaysa, arayüz üstünde en fazla 4 kat ve 20 metre varsa, çekme yoksa ve etkin sönüm %30'un altındaysa kullanılabilir (14.14.1.1). Orta büyüklükte bir hastane bu koşulların dışına çıkar.

7. Deplasman ve kenar boşluğu

Alt sınır analizinden çıkan en büyük yer değiştirme, burulma payıyla birlikte toplam tasarım yer değiştirmesine dönüşür. Bina bu değer kadar her yönde engelsiz hareket alanına sahip olmalıdır (14.3.11); derz, istinat duvarı mesafesi ve kuyu geçişleri bu sayıya göre detaylandırılır. Deprem sonrası merkeze dönüş ayrı bir şarttır: en büyük yer değiştirmedeki kuvvet ile yarısındaki kuvvet arasındaki fark en az 0,025W olmalı ve ikincil rijitlikle hesaplanan periyot 6 saniyeyi aşmamalıdır (14.3.7). Bu şart her aileye uygulanır.

Sahada en çok bu adım aksar. Bu adım sonradan ölçülebilir de: Earthquake Spectra dergisinde 2025'te yayımlanan bir çalışma, 6 Şubat 2023 depremlerini yaşayan beş izolasyonlu hastanede saha ziyaretleriyle ölçülen en büyük ve kalıcı yer değiştirmeleri doğrusal olmayan analiz sonuçlarıyla karşılaştırdı. Gözlemimiz şudur: kenar boşluğu hesapta doğru çıkıp sahada molozla, sonradan örülen bir duvarla ya da kapak detayıyla kapanırsa izolasyon çalışamaz. Derz, işletme boyunca açık tutulması gereken bir hacimdir.

8. Düşey yük ve çekme kontrolü

İzolatörler binanın bütün düşey yükünü yer değiştirmiş konumda da taşımak zorundadır. Yönetmelik yalıtım sisteminin DD 1 düzeyinde devrilmeye karşı güvenli olmasını ve bütün elemanların en büyük yer değiştirmedeki eksenel yükleri taşımasını ister (14.5). Dar ve yüksek bloklarda, perde uçlarında ve çekirdek köşelerinde devrilme momenti bazı izolatörlerde çekme ya da kalkma üretebilir. Elastomer birimlerde basınç, yer değiştirme ve dönmeden kaynaklanan şekil değiştirmeler ayrı ayrı hesaplanıp toplam sınırlarla karşılaştırılır (14.12); sürtünmeli birimlerde bağlantı elemanları yük birleşimlerinin 1,1 katıyla hesaplanır (14.13). Çekme çıkıyorsa çözüm çoğu zaman izolatörü değiştirmek değil, yerleşimi ve üstyapı kurgusunu düzeltmektir.

9. Üstyapı ve altyapı tasarımı

İzolasyon parametreleri kesinleşince üstyapı DD 2 kuvvetleriyle ve R = 1,2 ya da 1,5 ile tasarlanır. Şekil değiştirmeyi ve enerjiyi yalıtım arayüzü üstlenir; taşıyıcı sistem depremde neredeyse elastik kalır. Alt ve üstyapı sınırlı süneklik düzeyine göre tasarlanabilir (14.3.4). Arayüzün hemen üstünde izolatör kuvvetlerini dağıtan rijit bir diyafram ve kiriş ızgarası, altında ise reaksiyonları temele aktaran kaide detayları gerekir.

10. Tesisat ve dilatasyon geçişleri

Arayüzü kesen her şey tasarım yer değiştirmesi kadar hareket edebilmelidir: su, gaz, yangın söndürme, elektrik ve mekanik hatlar, asansör kuyusu, merdiven, rampa ve derz kapakları. Bu detaylar mimari ve tesisat projelerinin konusudur; ölçüsü statik hesaptan gelir. Esnek bağlantıların kapasitesi, kapakların açılma yönü ve derzin açık tutulması için bakım talimatı şartnameye yazılır. İzolatör katına ömür boyu erişim, kriko boşlukları ve birimlerin tek tek değiştirilebilmesi de bu adımda planlanır (14.7). İşletme dönemindeki muayene düzenini izolatör ömrü ve bakımı yazısında anlattık.

11. Deney programı ve şartname

Son adım hesabı gerçeğe bağlar. Prototip deneyleri her izolatör tipi için en az iki numuneye, dinamik olarak ve TS ISO/IEC 17025 akreditasyonlu, üreticiden bağımsız bir laboratuvarda uygulanır (14.15.2). Üretim kontrol deneyleri her tipin rastgele seçilen %30'una yapılır; tek bir birim kabul koşulunu sağlamazsa o tipin tümü teste girer (14.15.3.1). Birimler CE işareti taşır (14.8.1); deneyler tasarım mühendisinin gözetiminde belgelenir (14.15.1.2) ve tasarım gözetmeni de prototip ve kalite kontrol deneylerini izleyebilir. Deney matrisinin, toleransların ve tanıklık hakkının nasıl yazılacağını izolatör şartnamesi ve kabul testleri yazısında madde madde verdik.

Kim yapar? Dört rol ve sınırları

Dört taraf vardır; her birinin yetkisi yönetmelikle ya da sözleşmeyle çizilir.

Bu dağılımın mantığı çıkar çatışmasını kesmektir. Üretici kendi ürününü, tasarımcı daha önce çalıştığı sistemi önerir; TGUA yönetmeliğe uygunluğu denetler, ama mal sahibinin ticari tarafında durmaz. Teklifleri aynı parametre setine getirip yan yana okuyacak taraf, hesap yetkisi olmayan ve hiçbir üründe payı bulunmayan müşavirdir. Kapsamı izolasyon sistem seçimi ve BOQ hazırlama danışmanlığı sayfasında anlattık.

Mal sahibi hangi noktada neyi kontrol eder?

Mal sahibinin hesap yapması gerekmez; belge istemesi ve doğru soruyu sorması yeter.

Yönetmelik, gözetmen raporlarının ve tutanaklarının yapı ruhsatı başvurusunda projelerle birlikte idareye verilmesini zorunlu tutar. Pratik sonuç, belgeleri her safha kapanırken istemektir.

Sık yapılan hatalar

En yaygın hata, izolatör ailesinin hesaptan önce seçilmesidir. Proje bir üretici görüşmesiyle başlar, parametre seti o üreticinin kataloğuna göre yazılır ve ihaleye tek teklif gelir. Sıra tersine kurulmalıdır: önce sahanın dayattığı değerler, sonra aile, en sonda üretici.

İkinci hata tek parametre takımıyla yapılmış analizdir. λ çarpanları eksikse üstyapı kuvveti ya da derz ölçüsü yanlış çıkar ve bu hata dosyada görünmez; ancak iki takımın sonuçları yan yana istendiğinde fark edilir.

Üçüncü hata derz ölçüsünün mimariye geç işlenmesidir. Statik hesap 400 milimetre derken mimari 250 milimetre çizer; sonradan boşluk daraltılır ya da istinat duvarı izolasyonlu yapıya bağlanır.

Dördüncü hata prototip deneyi yerine üreticinin kendi test raporuyla yetinmektir. Üretici laboratuvarı üretim kontrolü için anlamlıdır; prototip deneyi için akreditasyon ve bağımsızlık şarttır.

Beşinci hata tesisat ve kapak detaylarının sonraya bırakılmasıdır; ölçüsüz kalan detay sahada doğaçlama yapılır.

Altıncı hata TGUA sözleşmesinin ruhsat için son anda, formalite gibi imzalanmasıdır. Yönetmelik hizmetin proje müellifinin işe başlamasıyla birlikte alınmasını ister; Tasarım Esasları raporunu görmemiş bir gözetmenin uygulama projesinde yapabileceği tek şey geri döndürmektir.

Bu hataların kökü aynıdır: sistem tasarımının bina tasarımının bir alt başlığı sayılması. Oysa sismik izolasyon kararı verilmiş bir projede sistem tasarımı, fizibiliteden devreye almaya kadar kendi takvimi ve kontrol noktaları olan ayrı bir iştir. Kararın öncesini fizibilite çalışması yazısında anlattık; bu yazı o kararla ihale arasındaki boşluğu dolduruyor.