Depreme Dayanıklı Binalar Nasıl Tasarlanır?
Tarih boyunca, doÄŸal afetlere yenik düÅŸen yapılar ve ÅŸehirler inÅŸa ettik. Deprem, Dünya'nın en yıkıcı doÄŸal afetlerinden biri. Yeryüzünde oluÅŸan sismik dalgalar binaları yıkıyor, can alıyor, kayıplara neden oluyor ve onarım için muazzam bir maliyet ortaya çıkarıyor.
ABD’deki National Earthquake Information Center’a göre her yıl ortalama 20 bin deprem oluyor ve bunların %16’sını büyük afetler oluÅŸturuyor.
Son yıllarda mühendisler, binaları depremlere dayanacak ÅŸekilde daha donanımlı hale getirmek için yeni tasarımlar ve yapı malzemeleri geliÅŸtirdiler.
Depremler Binaları Nasıl Etkiler?
Depreme dayanıklı binaların özelliklerine bakmadan önce, depremlerin insan yapımı binaları nasıl etkilediÄŸini anlamak önem taşıyor. Bir deprem meydana geldiÄŸinde, zemin boyunca, tüm yönlere yayılan kısa ve hızlı aralıklarla, ÅŸok dalgaları gönderir. Binalar genellikle ağırlıklarından ve yerçekiminden kaynaklanan dikey kuvvetleri kaldıracak ÅŸekilde donatılırken depremlerin yaydığı yatay kuvveti kaldıramazlar.
Bu yatay hareket duvarları, zeminleri, kolonları, kiriÅŸleri ve bunları bir arada tutan baÄŸlayıcıları titretir. Binaların altı ve üstü arasındaki hareket farkı aşırı gerilim uygulayarak strüktürün zarar görmesine ve sonunda tüm yapının çökmesine neden olur.
Binayı Depreme Dayanıklı Hale Getirme
Depreme dayanıklı bir bina tasarlamak için mühendisler, yapıyı güçlendirmek ve olası bir depremin kuvvetine karşı koymak için çalışırlar. Depremler, binaları bir yönden iten enerjiyi serbest bıraktığından, strateji binanın ters yönde itilmesini içerir.
Binaların depremlere dayanıklı olması için kullanılan yöntemlerden bazıları:
1- Esnek Bir Temel OluÅŸturma
Deprem kuvvetine karşı koymanın bir yolu, temel izolasyonu adı verilen bir yöntemle binanın temelini yerden “kaldırmaktır”. Temel izolasyonu, çelik, kauçuk ve kurÅŸundan yapılmış esnek pedlerin üzerine bir bina inÅŸa etmeyi içerir. Bir deprem sırasında taban hareket ettiÄŸinde, yapının kendisi sabit kalırken izolatörler titreÅŸir. Bu, sismik dalgaların etkisini azaltmaya ve bina içinde ilerlemesini etkili bir ÅŸekilde önlemeye yardımcı olur.
2- Sönümlü Karşı Kuvvetler
Arabalardaki kullanımlarına benzer ÅŸekilde, amortisörler ÅŸok dalgalarının büyüklüÄŸünü azaltır ve bina üzerindeki baskıyı düÅŸürmeye yardımcı olur. Bu iki ÅŸekilde gerçekleÅŸtirilir: titreÅŸim kontrol cihazları ve sarkaç gücü.
Titreşim Kontrol Cihazları
Bu yöntem, bir binanın her seviyesinde kolonlar ve kiriÅŸler arasına sönümleyicilerin yerleÅŸtirilmesini içerir. Her amortisör, silikon yağı ile doldurulmuÅŸ bir silindirin içindeki piston kafalarından oluÅŸur. Bir deprem meydana geldiÄŸinde, bina titreÅŸim enerjisini yağı iten pistonlara aktarır. Enerji daha sonra ısıya dönüÅŸtürülerek titreÅŸimlerin gücünü dağıtır.
Sarkaç Gücü
DiÄŸer bir yaygın sönümleme yöntemi, öncelikli olarak gökdelenlerde kullanılan sarkaç gücüdür. Bunu uygulamak için mühendisler, binanın tepesindeki bir hidrolik sisteme baÄŸlanan çelik kablolardan büyük bir top asarlar. Bina sallanmaya baÅŸladığında, top bir sarkaç görevi görür ve binayı dengelemek için ters yönde hareket eder. Sönümleme gibi bu özellikler de bir deprem durumunda binanın hareketine uyacak ve karşı koyacak ÅŸekilde ayarlanmıştır.
3- Binayı Titreşimlerden Koruma
AraÅŸtırmacılar, kuvvetlere karşı koymak yerine, binaların enerjiyi depremlerden tamamen saptırıp yeniden yönlendirebileceÄŸi yolları deniyorlar. “Sismik görünmezlik pelerini” olarak adlandırılan bu yenilik, 100 eÅŸmerkezli plastik ve beton halkadan oluÅŸan bir pelerin oluÅŸturmayı ve bunu binanın temelinin en az 1 metre altına gömmeyi içeriyor.
Sismik dalgalar halkalara girerken hareket kolaylığı onları dış halkalara doÄŸru gitmeye zorlar. Sonuç olarak, aslında binadan uzaÄŸa yönlendirilirler ve zemine dağılırlar.
4- Binanın Yapısını Güçlendirme
Binalar, yıkıma dayanmak için sismik bir olay sırasında içlerinden geçen kuvveti yeniden dağıtmalıdır. Perde duvarlar, çapraz baÄŸlantılar, diyaframlar ve moment dayanımlı strüktürler, bir binanın güçlendirilmesinde büyük öneme sahiptir.
Perde duvarlar, deprem kuvvetlerinin aktarılmasına yardımcı olabilecek faydalı bir yapı teknolojisidir. Birden çok panelden oluÅŸan bu duvarlar, bir binanın hareket halindeyken ÅŸeklini korumasına yardımcı olur. Perde duvarlar genellikle çelikten yapılmış diyagonal çapraz baÄŸlantılarla desteklenir. Bu kiriÅŸler, basınç ve itme kuvvetlerine karşı koymaya yardımcı olarak sıkıştırma ve gerilimi destekleyebilir.
Diyaframlar, aynı zamanda binanın yapısının merkezi bir parçasıdır. Binanın katları, çatısı ve üzerlerine yerleÅŸtirilen tabliyelerden oluÅŸan diyaframlar, zemindeki gerilimin giderilmesine ve kuvvetin binanın dikey strüktürel elamanlarına doÄŸru itilmesine yardımcı olur.
Moment dayanımlı çerçeveler, bir binanın tasarımında fazladan esneklik saÄŸlar. Bu yapılar bir binanın derzleri arasına yerleÅŸtirilir ve derzler rijit kalırken kolon ve kiriÅŸlerin bükülmesine izin verir. Böylece bina, daha büyük bir depremin kuvvetine karşı koyabilirken, tasarımcılara yapı elemanlarını düzenleme özgürlüÄŸü vermeye devam eder.
Depreme Dayanıklı Malzemeler
Amortisörler, sarkaçlar ve “görünmezlik pelerinleri” enerjiyi bir ölçüde dağıtmaya yardımcı olabilirken, bir bina için seçilen malzemeler de aynı derecede dayanıklığından sorumludur.
Çelik ve AhÅŸap
Bir malzemenin baskı ve titreÅŸime dayanabilmesi için, büyük deformasyonlara ve gerilime maruz kalma yeteneÄŸi olan yüksek sünekliÄŸe sahip olması gerekir. Modern binalar genellikle, çeÅŸitli ÅŸekillerde olan ve binaların kırılmadan bükülmesini saÄŸlayan bir bileÅŸen olan yapısal çelik ile inÅŸa edilir. AhÅŸap, hafif yapısına göre yüksek mukavemeti nedeniyle ÅŸaşırtıcı derecede sünek bir malzemedir.
Yenilikçi Malzemeler
Bilim adamları ve mühendisler, ÅŸeklini daha da fazla koruyan yeni yapı malzemeleri geliÅŸtiriyorlar. Åžekil hafızalı alaşımlar gibi yenilikler, hem ağır baskılara dayanma hem de orijinal ÅŸekillerine geri dönme yeteneÄŸine sahiptirler.
Ek olarak, çeÅŸitli polimerlerden yapılan fiber takviyeli plastik örtü kolonların etrafına sarılabilir ve %38’e kadar ek güç ve süneklik saÄŸlar.
Mühendisler ayrıca binaları güçlendirmeye yardımcı olmak için doÄŸal unsurlara yöneliyorlar. Midyelerin yapışkan ama sert lifleri ve örümcek ağının güç-boyut oranı, yapı oluÅŸturma konusunda ümit verici yeteneklere sahiptir.
Bambu ve 3D baskılı malzemeler, binalar için potansiyel olarak daha da fazla direnç saÄŸlayabilen sınırsız formlara sahip hafif, birbirine kenetlenen yapılar olarak da iÅŸlev görebilir.
Yıllar boyunca, mühendisler ve bilim adamları depreme dayanıklı etkin binalar yaratmak için çok sayıda teknik geliÅŸtirdiler. Bununla birlikte, günümüzde teknoloji ve malzemeler ne kadar geliÅŸmiÅŸ olursa olsun, binaların güçlü depremlere zarar görmeden tamamen dayanması her zaman mümkün deÄŸil. Yine de, bir bina yıkımı önleyip hayatları kurtarabiliyorsa, bunu büyük bir baÅŸarı olarak kabul edebiliriz.