TBDY 2018 Bölüm 14: Sismik İzolasyonlu Binalarda Tasarım Kuralları (Özet + Pratik Notlar)

TBDY 2018 sismik izolasyon kurallarını arayan mühendislerin ve işverenlerin işi kolay değil: Bölüm 14, yönetmeliğin en teknik bölümlerinden biri ve internette dolaşan özetlerin çoğu genel geçer cümlelerden ibaret. Bu yazıda Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'nin "Deprem Etkisi Altında Yalıtımlı Bina Taşıyıcı Sistemlerinin Tasarımı İçin Özel Kurallar" başlıklı 14. bölümünü, madde numaralarıyla birlikte özetliyor ve her kuralın sahada işveren için ne anlama geldiğini ekliyoruz.

Bu yazı yönetmeliğin yerine geçmez; tasarım yapacak mühendisin resmi metinle çalışması gerekir. TBDY 2018'in tamamına genel bakış için TBDY 2018 sismik tasarım rehberimize bakabilirsiniz; burada yalnızca izolasyonlu binalara odaklanıyoruz.

Bölüm 14 yönetmelikte nerede durur?

TBDY 2018, 18 Mart 2018 tarihli Resmî Gazete'de yayımlandı ve 2019 başında yürürlüğe girdi. Yönetmeliğin ilk 13 bölümü konvansiyonel binaların tasarımını düzenler; Bölüm 14 ise deprem yalıtımlı binalar için özel kurallar getirir ve önceki 2007 yönetmeliğinde karşılığı olmayan, Türkiye pratiği için yeni bir çerçevedir. Bölümün mantığı, uluslararası pratikle (özellikle ASCE 7 yaklaşımıyla) aynı omurgayı paylaşır: iki deprem düzeyi, izolatör parametrelerinde alt-üst sınır analizi ve zorunlu deneyler.

Bölüm 14'ü kimin okuması gerekir? Doğrudan muhatap tasarım mühendisidir; ama izolasyonlu bina yaptıran işverenin, teklifleri değerlendiren yatırımcının ve şantiyedeki kontrol mühendisinin de en azından bu özet düzeyinde kuralları bilmesi gerekir. Çünkü aşağıda göreceğiniz maddelerin çoğu, sözleşme ve şartname aşamasında işverenin isteyeceği belgeleri tanımlar.

Kapsam: Bölüm 14 kimi ilgilendirir?

Madde 14.1.1, bölümün hem deprem yalıtımı uygulanacak yeni binaları hem de deprem yalıtımı uygulanarak güçlendirilecek mevcut binaları kapsadığını söyler. Yani retrofit projeleri de aynı kurallara tabidir. Madde 14.1.2 kapsamı iki izolatör ailesiyle sınırlar: elastomer (kauçuk esaslı) ve eğri yüzeyli sürtünmeli yalıtım birimleri. Bölüm 14'te bulunmayan hususlarda TS EN 1337-1 ve TS EN 15129 standartları esas alınır (14.3.12).

Dikkat çeken bir kural: deprem yalıtımı uygulanan binalarda Bina Önem Katsayısı I=1 alınır (14.3.2). Hastane gibi binalarda normalde 1.5 olan katsayının 1'e inmesi, güvenliğin katsayıyla değil, doğrudan izolasyon performansıyla sağlandığı anlamına gelir.

İki deprem düzeyi: DD-2 ve DD-1

Madde 14.3.3'e göre tasarımda iki deprem yer hareketi düzeyi birlikte kullanılır:

• DD-2 (Tasarım Deprem Yer Hareketi): 50 yılda aşılma olasılığı %10, tekrarlanma periyodu 475 yıl.
• DD-1 (En Büyük Deprem Yer Hareketi): 50 yılda aşılma olasılığı %2, tekrarlanma periyodu 2475 yıl.

İş bölümü nettir: üstyapıya etkiyen en büyük kuvvet DD-2 düzeyinde, yalıtım sisteminin en büyük yerdeğiştirmesi ise DD-1 düzeyinde hesaplanır (14.3.6). Yani izolatörler, binanın ömründe bir kez bile görmeyebileceği çok seyrek depremin deplasmanını karşılayacak kapasitede seçilir.

Performans hedefleri ve R katsayıları

Yalıtımlı binaların performans hedefleri Deprem Tasarım Sınıfı'na göre Tablo 3.5'te tanımlanır (14.9.1). Hedeflere ulaşmak için kullanılacak deprem yükü azaltma katsayısı R ve dayanım fazlalığı katsayısı D, Tablo 14.1'de verilir: Kesintisiz Kullanım (KK) hedefi için R = D = 1.2, Sınırlı Hasar (SH) hedefi için R = D = 1.5.

Bu rakamların anlamını hissetmek için karşılaştırın: konvansiyonel süneklik düzeyi yüksek bir betonarme çerçevede R = 8'e kadar çıkar. İzolasyonlu binada R'nin 1.2 ila 1.5'te tutulması, üstyapının depremde neredeyse elastik kalmasının istendiğini gösterir. Hasarı taşıyıcı sistem değil, yalıtım arayüzü üstlenir. Alt ve üstyapılar sınırlı süneklik düzeyine göre tasarlanabilir (14.3.4).

Alt sınır / üst sınır analizi ve λ katsayıları

Bölüm 14'ün pratikte en çok emek isteyen kuralı budur. İzolatör parametreleri (etkin rijitlik, sürtünme katsayısı, sönüm) sabit değildir; yaşlanma, sıcaklık, yükleme hızı ve üretim toleranslarıyla değişir. Yönetmelik bu belirsizliği λ (lambda) katsayılarıyla yönetir: nominal parametreler λüst ve λalt çarpanlarıyla büyütülüp küçültülür ve hesaplar iki parametre takımı için ayrı ayrı yapılır (14.12.1 elastomer, 14.13.1 sürtünmeli birimler için).

• Üst sınır takımı (rijit ve yüksek sürtünmeli senaryo) üstyapı kuvvetlerini büyütür; kuvvet tahkikleri bununla yapılır.
• Alt sınır takımı (yumuşak senaryo) yerdeğiştirmeleri büyütür; izolatör deplasman kapasitesi ve sismik derz bununla boyutlandırılır.

λ değerleri prototip veya üretim kontrol deneyleriyle belirlenemiyorsa yönetmeliğin tablo değerleri kullanılır. Örnek: eğri yüzeyli sürtünmeli birimlerde deney kaynaklı çarpan 0.70-1.30, üretim değişkenliği 0.85-1.15, yaşlanma ve çevresel etkiler 1.00-1.20 aralığındadır (Tablo 14.3). Kat ivmesi ve donanım tahkiklerinde nominal değerler kullanılabilir (14.3.10).

Hesap yöntemleri: hangi bina hangi analizle çözülür?

Zaman Tanım Alanında Doğrusal Olmayan Analiz her durumda geçerlidir (14.14.1.3) ve pratikte izolasyonlu binaların ana yöntemidir. Basitleştirilmiş Etkin Deprem Yükü Yöntemi ise ancak şu koşulların tümü sağlanırsa kullanılabilir (14.14.1.1):

• Bina ZA, ZB, ZC veya ZD türü zeminde (ZE ve ZF hariç),
• DD-1 altında etkin periyot 4.0 saniyeden küçük,
• Yalıtım arayüzü üzerinde en fazla 4 kat ve 20 metre yükseklik,
• Yalıtım birimlerinde kalkma veya çekme yok,
• Etkin sönüm oranı %30'un altında,
• Her katta burulma düzensizliği katsayısı 2.0'ın altında ve B2 düzensizliği yok,
• Düşey titreşim periyodu 0.1 saniyenin altında.

Zemin, periyot ve çekme koşulları sağlanıyorsa Mod Birleştirme Yöntemi de kullanılabilir (14.14.1.2). İşveren için pratik sonuç: orta yükseklikte bir hastane veya konut bloğu neredeyse her zaman zaman tanım alanında analiz gerektirir; teklif dosyasında yalnızca eşdeğer yük hesabı görüyorsanız nedenini sorun.

Yalıtım sisteminin tasarım koşulları

• Merkezleme kuvveti (14.3.7): Sistem, binayı deprem sonrası merkezine döndürebilmeli; en büyük yerdeğiştirmedeki kuvvet ile yarısındaki kuvvet arasındaki fark en az 0.025W olmalı ve ikincil rijitlikle hesaplanan periyot 6 saniyeyi aşmamalı.
• Hareket boşluğu (14.3.11): Bina, hesaplanan en büyük yerdeğiştirme kadar engelsiz hareket alanına (sismik derz) sahip olmalı. Mimariyle en çok çakışan kural budur; merdiven, asansör ve tesisat geçişleri bu boşluğa göre detaylandırılır.
• Devrilme ve kararlılık (14.5): Yalıtım sistemi DD-1 düzeyinde devrilmeye karşı güvenli olmalı, tüm elemanlar en büyük yerdeğiştirmedeki eksenel yükleri taşımalı.
• Rüzgar ve yangın (14.6): Rüzgar altında yalıtım arayüzü ötelemesi sınırlıdır; izolatörlerin yangın dayanımı, binanın düşey taşıyıcıları için istenen düzeyde olmalıdır.

Elastomer ve sürtünmeli birimler için özel maddeler

Bölüm 14, iki izolatör ailesine ayrı alt bölümler ayırır. Elastomer (kauçuk esaslı) birimlerde 14.12, basınç, yerdeğiştirme ve dönmeden kaynaklanan açısal birim şekildeğiştirmeleri ayrı ayrı hesaplatır ve depremli-depremsiz durumlar için toplam şekildeğiştirme sınırları koyar; kurşun çekirdekli (KÇE) ve yüksek sönümlü (YSE) tipler için ayrı λ tablo değerleri verir. Eğri yüzeyli sürtünmeli birimlerde 14.13, etkin sürtünme katsayısının alt-üst sınır çarpanlarını tanımlar ve bağlantı elemanlarının, en büyük yerdeğiştirme durumunda yük birleşimlerinin 1.1 katıyla hesaplanmasını ister; bağlantı hesabında yüzeyler arası sürtünmeye güvenilmez.

İşveren için buradaki mesaj tip tartışmasından bağımsız: hangi teknolojiyi seçerseniz seçin, yönetmelik o teknolojinin zayıf noktasını bilir ve oraya kural koymuştur. LRB ile FPS arasındaki pratik farkları LRB vs FPS karşılaştırmamızda anlattık.

Prototip ve üretim kontrol deneyleri

Bölüm 14'ün işvereni en doğrudan koruyan maddeleri deney maddeleridir (14.15). İki deney ailesi vardır:

Prototip deneyleri: Her izolatör tipi için en az 2 adet numuneye dinamik olarak uygulanır ve üreticiden bağımsız, TS ISO/IEC 17025'e göre akredite laboratuvarlarda yapılır (14.15.2). Aynı özellik ve boyutta birimler için daha önce yapılmış prototip deneyleri belgelenirse tekrar zorunlu değildir (14.15.1.3).

Üretim kontrol deneyleri: Üretilen her tipin rastgele seçilen %30'una uygulanır; tek bir birim bile kabul koşulunu sağlamazsa o tipteki birimlerin tümü teste girer (14.15.3.1). Ayrıca yalıtım birimleri CE işareti taşımak zorundadır (14.8.1) ve deneyler tasarım mühendisinin gözetiminde yapılıp belgelenir (14.15.1.2).

İzolatörler yerleştirildikten sonra da iş bitmez: sahada uygunluk kontrolü yapılır, birimlere bina ömrü boyunca erişim sağlanır ve periyodik bakım ile gerektiğinde değişim planlanır (14.7).

Yalıtım arayüzü: kuralların buluştuğu yer

Bölüm 14'ün maddeleri kağıt üzerinde dağınık görünse de hepsi aynı fiziksel noktada buluşur: yalıtım arayüzü, yani izolatörlerin oturduğu düzlem. Genel tasarım ilkeleri, yalıtım sisteminin üstyapının altında bir arayüze yerleştirilmesini (14.3.1) ve burulmayı azaltmak için sistemin etkin rijitlik merkezi ile üstyapı kütle merkezinin izdüşümlerinin mümkün olduğunca çakıştırılmasını ister (14.3.5). Modelleme tarafında pratik bir kolaylık vardır: yalnızca yalıtım birimleri doğrusal olmayan davranışla, alt ve üstyapı elastik olarak modellenebilir (14.3.8).

Arayüz aynı zamanda projenin ömür boyu bakım noktasıdır. Yerleştirme sonrası saha uygunluk kontrolü, bina ömrü boyunca erişim ve gerektiğinde tek tek değiştirilebilme şartı (14.7) bu düzlemi bir "kur ve unut" detayı olmaktan çıkarır. Mimari projede izolatör katına erişim koridorları ve kriko boşlukları erken planlanmazsa, yönetmeliğin istediği muayene pratikte imkansızlaşır.

Bağımsız danışman gözüyle pratik notlar

Yönetmeliği işveren masasına çevirdiğimizde dört not öne çıkıyor:

• Alt sınır / üst sınır analizlerinin iki parametre takımıyla da yapıldığını proje tesliminde açıkça isteyin; tek takım analizle gelen dosya eksiktir.
• Prototip deney raporlarının akredite ve üreticiden bağımsız laboratuvardan geldiğini kontrol edin; üreticinin kendi test düzeneği üretim kontrolü için anlamlı, prototip için yeterli değildir.
• TBDY 2018, ASCE 7'deki gibi zorunlu bir bağımsız tasarım gözden geçirme (peer review) şartı içermez. Bu kontrolü şartnameye koymak işverenin elindedir ve izolasyonlu projelerde uluslararası pratik bu yöndedir.
• Sismik derz ve hareket boşluğu kararlarını mimari ekiple en geç ön proje aşamasında koordine edin; sonradan açılan boşluk her zaman pahalıdır.

Bu dört maddeyi kendi projenizde kontrol ettirmek isterseniz, dosyanızı mal sahibi tarafında bağımsız bir gözden geçirmeye getirebilirsiniz; üreticiyle ve yükleniciyle bir bağımız yok.

Bölüm 14 kurallarının hangi yapı tiplerinde gündeme geldiğini hangi binalara uygulanır yazısında, izolatör tedarik tarafında kimlerle çalışabileceğinizi ise Türkiye'deki izolatör firmaları karşılaştırmamızda bulabilirsiniz.