Bu çalışma 8 katlı betonarme bir yapıda iki farklı güçlendirme tekniğinin karşılaştırılmasını kapsamaktadır. Karşılaştırılan yöntemler, yapılara ilave elemanlar eklenmesi yolu ile yapılan klasik tarzda kapasite artırmasına yönelik güçlendirme teknikleri ile yapıya gelen etkilerin azaltılması amaçlı yöntemlerden birisi olan sürtünme türü sismik sönümleyici uygulamasıdır. Bu amaçla, İstanbul Zeytinburnu’nda bulunan 8 katlı betonarme bir yapı seçilmiştir. İlk yöntemde yapı, perde eklenmesi, kolon mantolaması, temel takviyesi teknikleri ile DBYBHY 2007 yönetmeliğinin gereklerini karşılar hale getirilmiştir. Bu aşamada mod birleştirme yöntemi çözümleme için kullanılmıştır. İkinci yöntemde, aynı yapı sürtünme türü dairesel yüzeyli sismik sönümleyiciler ve çelik takviyesi ile ASCE 41-06 yönetmeliğine göre güçlendirme çalışması yapılmıştır. Bu aşamada yapının kendisi için doğrusal ve sönümleyiciler için doğrusal olmayan bir model oluşturulmuş ve zaman tanım aralığında çözümleme yapılmıştır. Her iki çalışmanın sonuçları farklı yönlerden karşılaştırılmıştır. Bu çalışmayla, sismik sönümleyici ile güçlendirme yönteminin maliyet ve uygulama açısından daha avantajlı olduğu görülmüştür. Buna karşılık, sismik sönümleyici ile ilgili çözümleme ve tasarım yöntemleri, klasik yöntemlere göre biraz daha karmaşık olduğu görülmüştür.

1 Giriş

1999 Kocaeli ve Düzce depremlerinden sonra Türkiye’deki mevcut yapı stoğunun değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi konusunda gerek bilimsel ortamda gerekse özel firmalar bazında birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmaların büyük çoğunluğu klasik güçlendirme yöntemleri üzerine olup, dünyada özellikle gelişmiş ülkelerde kullanılan sismik sönümleyicilerin ülkemizde uygulaması henüz bulunmamaktadır. Bunun nedenlerinden bazıları, klasik güçlendirme yöntemlerinin birçok durumda maliyet ve bina dayanımı açısından yeterli olması, klasik güçlendirme tahkiklerinin nispeten daha bilinir olması, klasik yöntemleri uygulayabilecek tecrübe yüklenici firmaların çokluğu ve sönümleyicilerin ülkemizde üretilmemesi sayılabilir. Uygulamaya özel bazı durumlarda ise, sönümleyici ile güçlendirme yöntemi klasik yöntemlere göre birçok anlamda daha çekici olabilmektedir. Buna örnek olarak sönümleyici montajının klasik yöntemlere göre daha kolay ve temiz olması ve montaj işlemlerinin bina kullanımına devam edilmesine olanak sağlaması gösterilebilir.

Bu makalede, betonarme bir yapı için klasik güçlendirme yöntemleri ile sismik sönümleyicili güçlendirme yöntemleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Söz konusu bina yoğun bir şekilde kullanılan bir kamu hizmet binası olup İstanbul Sismik Riskin Azaltılması ve Acil Durum Hazırlık Kapasitesinin Arttırılması Projesi (İSMEP) kapsamında güçlendirilmesi düşünülmektedir. Benzer kamu binalarında önceden yapılan klasik güçlendirmelerde, çalışanların binayı geçici olarak boşaltması gerekmiş, bu işlemlerin maliyeti güçlendirme maliyetini artırmıştır. Aynı zamanda bilgisayar sistemleri gibi hassas donanımların ve diğer evrakların taşınması oldukça problemli olduğu gözlemlenmiştir. Bu deneyimlerden dolayı, söz konusu binayı kullanan kamu personeli, güçlendirme çalışması sırasında binayı terk etmek istememektedir. İlk aşamada klasik mantolama ve perde ekleme yöntemleri ile bir güçlendirme çalışması yapılmıştır. Ancak bu yöntemin bina kullanımında aksaklık yaratabileceği düşüncesi ile sismik sönümleyicili güçlendirme seçeneği de incelenmiştir. Bu ikince yöntem ile ilgili yapılan ön değerlendirmelerin olumlu sonuç vermesi üzerine ileri çözümlemelerle güçlendirme tahkikleri yapılmıştır. Bu makalede, önce yapı hakkında özet bilgi ve klasik güçlendirme yöntemi ile hazırlanan çalışma anlatılmıştır. Sonra, sismik sönümleyici ile yapılan güçlendirme çalışması açıklanmış, bu noktada sönümleyici özellikleri, çalışma prensipleri ve tasarım yöntemleri hakkında bilgiler verilmiştir. Son bölümde ise iki güçlendirme yöntemi karşılaştırılmıştır

Güçlendirilecek yapı hakkında bilgi

Güçlendirme için incelenen yapı ikisi bodrum kat, biri çatı katı olmak üzere 10 katlı betonarme bir binadır. Yapısal sistem tipik çerçeve kolon-kiriş sistemi ve perde duvarlardan oluşmuştur. Yapılan incelemeler neticesinde, perde duvarların rijitliklerinin oldukça düşük olduğu gözlemlenmiştir. Bundan dolayı, yapı perde duvarlı tipik betonarme binalara göre daha esnektir. Tablo 1’de kat bilgileri verilmiştir. Alınan karotlar neticesinde kullanılan beton özellikleri şu şekildedir. fcm = 16.5 MPa, fctm = 1.42 MPa, Ecm = 27202 MPa. Donatı bilgisi ise Tablo 2 ile özetlenmiştir. Mevcut yapı için oluşturulan bilgisayar modeli Şekil 1’de gösterilmiştir. Yapı periyotları, X-yönünde 1.712 saniye, Y-yönünde 1.496 saniyedir. ASCE 41-06 ya göre Güçlendirme performans kriterleri özetle, tasarım depreminde hemen kullanım, ve en yüksek depremde göçme öncesidir.

Klasik Güçlendirme

Yapıya klasik güçlendirme yöntemi kapsamında yapılan yapısal müdahaleler ana hatları ile aşağıda listelenmiştir. Bu uygulamalar ile yapı 2007 Türk Deprem Şartnamesi ve İSMEP 2008 performans kriterlerini sağlar hale gelmiştir.
- Yapıya yetersiz yatay rijitliğini artırmak amacı ile rijitlik ve kütle merkezlerini de yakınsamaya dikkat ederek yeni betonarme perdeler yerleştirilmiştir.
- Moment kapasitesi veya eksenel yük kapasitesi yeterli olmayan kolonlara betonarme mantolama yapılmıştır.
- Kesme kapasitesi yetersiz olan düşey taşıyıcı elemanlara FRP sargı uygulanmıştır.
- Yapıda genel bir korozyon problemi yoktur ancak görülen yerel korozyon problemlerine korozyon koruma yöntemi uygulanmıştır.
- Yeni ilave edilen perdeler sebebiyle temelde oluşan ilave etkileri alabilmek için temel takviyesi uygulanmıştır.
Tipik güçlendirilmiş kat planında (Şekil 2) genel hatları görülen güçlendirme ile ulaşılan performans verileri bir sonraki bölümde verilmiştir. Klasik güçlendirmede yapıya ilave edilen betonarme perdeler sebebi ile mimari fonksiyonlarda değişikliklikler yapılması ve dolayısı ile iç mimarinin yeniden tasarlanmak zorunluğu oluşmuştur. Yapının giriş üstüne gelen sol cephesindeki kapalı konsollar takviye perdelerinin ulaşımı kapatması sebebiyle klasik güçlendirme projesinde tamamen kırılarak kaldırılmıştır.
İç mimarinin yeniden tasarlanması, yapı statiğine yapılan kapsamlı müdahaleler ve ilave yeni betonarme elemanlar maliyeti yükseltmesinin yanında inşaat süresini ve yapının kullanılamama süresini artırmıştır. Bu sebepler ve ayrıca giriş bölümünde bahsedilen taşınacak bina bulma zorluğu ve taşınma maliyetleri kullanıcıları zor durumda bıraktığı gibi idareyi ve proje müellifini farklı metod arayışlarına yönlendirmiştir.

Sismik Sönümeyici Kullanılarak Yapı Güçlendirme

Klasik güçlendirme nedeni ile oluşabilecek olumsuzlukları ortadan kaldırmak için sismik sönümleyiciler ile güçlendirme yöntemi incelenmiştir.
Sismik sönümleyicilerin çalışma prensibi deprem yükleri ile yapıya aktarılan enerjinin sönümlenmesi üzerinedir. Sönümleyicisiz bir yapı sismik enerjiyi içsel mekanizmalarla ve yapısal elemanların doğrusal olmayan davranışı ile sönümler. Yapının gösterdiği davranış gelen enerjinin büyüklüğüne orantılı olarak binada hasara neden olur. Sönümleyiciler, sismik enerjinin bir miktarını sönümleyerek, normalde yapı tarafından sönümlenmesi gereken enerjiyi azaltırlar ve bu şekilde bina hasarı azalmış olur. Yapısal tasarım bakımından bakıldığından bu çalışma prensibini modal sönümleme oranın artması ve neticesinde yapısal elemanlar üzerindeki deprem yüklerini azalması şeklinde düşünülebilir. Örnek olarak göstermek gerekirse, normalde %5 içsel sönümlemesi olan bir yapı, eklenen sönümleyiciler ile %30’luk modal sönümlemeye ulaştığı bir durumda tasarım spektrumu Şekil 3 te gösterildiği gibi alınabilir. Sismik sönümleyiciler, değişik fiziksel yollarla enerji sönümlemesi gerçekleştirebilirler. Bunlardan bazıları, viskoz davranış, akma/çevrimsel mekanizmaları ve sürtünmeye dayalı sönümlemelerdir. Modelleme açısında bu mekanizmalar iki değişik modelle tanımlanabilir. Viskoz sönümleme gibi bir durumda, bu davranış tamamen hıza bağlı bir sönümlemedir. Akma/çevrimsel ve sürtünme mekanizmaları ise yer değiştirmelere bağlı olan doğrusal olmayan bir davranış gösterirler. Bu iki model için, tasarım sırasında iki farklı yol izlenmektedir.