deprem bölgelerinde çok katlı çelik yapı tasarımı
advertisement
DEPREM BÖLGELERİNDE ÇOK KATLI ÇELİK YAPI TASARIMI Özlem EŞSİZ1 [email protected] Öz: 17 Ağustos 1999 Marmara depremi sonrası, Adapazarı Organize Sanayi Bölgesinde yapılan gözlemlerde, betonarme prefabrike sistemle yapılan binaların büyük çoğunluğunun yerle bir olduğu görülmüştür. Oysa çelik taşıyıcı sistemle inşa edilmiş fabrika binalarının duvarlarında dahi en küçük bir çatlak oluşmamıştır. Bu deneyimlerden sonra binaların artık çelikten yapılması tercih nedeni olmalıdır. Yeni binaların çelikten yapılması planlanmalı, betonarme prefabrike yapılan ya da yapılacak olan binaların da çelik elemanlarla takviye edilmeleri şarttır. Deprem etkileri altındaki bir yapının enerji yutması isteniyorsa, yapı malzemesinin sünek davranışı gereklidir. Çeliğin, kopmadan büyük deformasyonlar yapabilme özelliği, yani, büyük bir şekil değiştirme sığası bulunması ve aynı zamana yüksek dayanımlı bir malzeme olması, onu, deprem bölgelerinde inşa edilecek olan yapılar için ideal bir malzeme durumuna getirmektedir. Bu bildiride deprem bölgelerinde uygulanması önerilen çok katlı çelik sistemler incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Çelik Yapılar, Taşıyıcı Sistemler, Deprem Bölgesi Giriş Çeliğin öz ağırlığının toplam yük içindeki payının küçük olması nedeniyle, hafif yapılar inşa edilebilmektedir. Aynı zamanda, yüksek dayanımı da küçük dolayısıyla ekonomik kesitler kullanılmasına neden olmakta ve bunların sonucunda, temele intikal eden yükler azalmaktadır. Deprem etkileri kütlelerle, dolayısıyla ağırlıkla orantılı olduğundan, çelik yapılarda deprem yükleri çok az olup, yapı yüksekliği arttıkça bu özellik daha da belirginleşmektedir. Bu hususlar göz önünde tutulduğunda, yapı malzemesi olarak çeliğin, deprem bölgelerine uygunluğu, getirdiği güvenlik ve deprem sonrası onarımındaki kolaylıklar nedeniyle, büyük bir kısmı birinci ve ikinci derece deprem bölgesinde bulunan ülkemizde, en azından, bir depremden sonra mutlaka ayakta kalması gerekli görülen yapılarda kullanılmasının kaçınılmaz bir gerçek olduğu açıkça görülmektedir. 1980’lerin başlarında, yüzeyi profilli çelik tavanlı kompozit çelik iskeletler gündeme gelmiştir. Kompozit döşemeyle kolonsuz geniş mekanlar elde edilebilmekte ve döşeme yüksekliği de azalmaktadır. Yanal Stabilite Binanın yüksekliği arttıkça yanal kuvvetlerin etkisi de artmaktadır. Yanal stabiliteyi arttırmanın en iyi çözümü wc, merdiven, asansör, sirkülasyon elemanlarının çekirdekte bulunduğu diyagoneller düzenlemektir. Bu güçlü elemanlar temelden yukarı yükselen konsol kiriş gibi davranır. Etkili bir düzenleme olması için bu stabilite kuleleri yapının planına simetrik şekilde yerleştirilmelidir. Eğer yapının çekirdeği yapının merkezinde değilse yapıda burulma oluşabilir. İnsanların düşey sirkülasyonunu sağlamak için çekirdeklere gereksinimi vardır. Bu nedenle, yatay yükleri aktaran döşemeler ve bunlara karşı koyan çaprazlamalı duvarlar arasında kalan birleşimlerin kontrol edilmesi önemlidir. Rijit birleşimlerle kirişin kolona birleştirilmesiyle çerçevenin portalleşmesi yatay yüklere bir alternatiftir fakat bu kullanılan malzeme açısından çaprazlamalı duvarlardan daha az etkilidir, bu sistem kiriş boyutlarını arttırarak basit kiriş ve kolon kesitlerini zorlar. Bu mimari 3m gibi birbirine sık yerleştirilmiş kolonlar düzenlemesini gerektirir, ve böylece yanal yüklere karşı koyan sağlam dış çeper oluşturmak için portalise imkanı doğar. Her tasarım aşamasında en iyi olasılıkları araştırmak ve geniş yelpazede düşünmek önemlidir. Hangi çözümün uygulanacağı, yapının taşıyıcı 1 MSU Mimarlık Fak. Yapı Bilgisi Bilim Dalı 657 duvarlarını dolayısıyla hem estetik hem de fonksiyonel nedenlerle birleşimlerdeki hareketlerin sınırlı olduğu cephe kaplamalarındaki birleşimleri etkileyen yatay salınımını sınırlandırması, tasarım için önemlidir. Günümüzde çeliğin stabilitesinin sağlanmasında betonarme çekirdek sistemler kullanılmaktadır. Çekirdek yapımında kayar veya tırmanan kalıp kullanılmaktadır. Döşeme yükleri, döşeme sistemine bağlı olarak doğrudan doğruya veya kirişlerin aracılığı ile düşey taşıyıcı elemanlar olan kolonlara aktarılır. Kolonlar da bu yükü zemine aktarırlar. Düşey yüklerin zemine aktarılmasında kullanılan taşıyıcı sistemlerin sınıflandırılması aşağıda verilmiştir. Taşıyıcı Sistemler Deprem bölgelerinde kullanılması uygun olan çok katlı çelik yüksek yapılarda kullanılan taşıyıcı sistemler aşağıdaki şekilde sınıflandırılmıştır. • • • • • • • • • • Rijit çerçeve sistemler Çaprazlı çerçeveler Çerçeveli tüp sistemler Kafesli tüp sistemler Demet (modüler) tüp Düşey kafes kirişli sistemler Yatay kafes kirişli ve kuşaklı sistem Asma sistemler Uzay sistemler Omurgalı sistemler Rijit Çerçeve Sistemler Rijit çerçeveler birbirine rijit olarak bağlanmış kolon ve kirişlerden oluşmaktadır. Bir çerçevenin rijit olabilmesi için birbirine dik yönde bağlanan kolon ve kirişlerin yük etkisi altında, aralarındaki açıyı korumaları gerekmektedir. Rijit çerçeveli yüksek binalar tipik olarak paralel veya ortagonal yönlerde yerleştirilmiş moment bağlantılı kolon ve kirişlerden oluşmaktadır (Şekil 1) ( Smith and Coull,1991). Çerçeve sistemde yapıya gelen yatay rüzgar ve deprem gibi yatay yüklerle yapıda oluşan ölü ve hareketli düşey yükler, kolon ve kirişler tarafından taşınmaktadır Çerçevelerin taşıma gücü, çerçeveyi oluşturan kiriş ve kolonların mukavemeti ile artmaktadır. Çerçeve sistemlerin yapılarda sağladığı en önemli avantaj, planlamada pencere, kapı vb boşluklarının düzenlenmesindeki serbestliktir. Rijit çerçeveler normal şartlarda 30 kata kadar ekonomik olmaktadır. Deprem bölgelerinde ise bu yükseklik 20 kata kadar inmektedir, çünkü bu yüksekliği geçen binalarda kiriş ve kolon boyutları ekonomiklik sınırını aşmaktadır. Ayrıca 20 kattan yüksek binalar için gerekli kiriş yüksekliği ile döşeme altından geçen tesisat kanallarının yüksekliği toplamı, kat yüksekliğinin ekonomiklik sınırlarının üstüne çıkmasına neden olmaktadır. Çelik bir rijit çerçevedeki bağlantıların niteliği önemli bir tasarım ölçütüdür. Şekil 1. a.Yatay yük altında çeçrvenin davranışı, b. Bağlantı deformme lmaksızın, kolon-kriş bağlatısıı dönme deformasyon Bağlantıların rijitlik ve düktülitesi, özellikle deprem bölgelerindeki yüksek binalar için büyük önem taşımakta olup, dönme karakteristiği yatay hareketin önemli bir oranını belirlemektedir. Deprem bölgelerinde can ve mal güvenliğini koruma bakımından olumlu özelliklere sahip çeşitli binalarda, kaynaklı birleşimler 1994’teki Northridge Depremi’ne kadar güvenli bulunmaktaydı. Ancak 6.7 büyüklüğündeki bu depremde 200’den fazla çelik çerçevenin yıkılmasından 658 sonra, kaynaklı birleşimlere ilişkin düşünceler değişmiştir. Bu depremde kaynaklı bağlantılara sahip çelik çerçevelerin hemen hemen hepsi yıkılmıştır (Taranath,1997) Çelik çerçeve sistemi oluşturan dış kolonların 1.2-3.0m aralıklarla yerleştirilmesi sistemin etkinliğini daha da arttırmaktadır. Çelik iskeletli çok katlı yapılarda kolonlar 3-7m, kat sayısı daha fazla olan yapılarda ise 6-10m aralıklarla yerleştirilmesi uygun olmaktadır. Çerçeve düzenlemesindeki ana ızgara sistemler, tipik düzgün ızgaralar olabildiği gibi,eğrisel, ışınsal, çevresel türde ızgaralarda olabilmektedir. Çaprazlı Çerçeveler Rijit çerçeveli sistemler 20 kattan yüksek binalarda kiriş ve kolonlardaki eğilmenin büyük deformasyonlara neden olmasından dolayı, yatay yükler karşısında yeterli etkinlik gösterememektedir. Bu durumda çerçeveye düşey bir kafes eklenmesi yoluyla sistemin rijitleştirilmesine gidilmektedir. Böylece çerçevenin düşey yükleri, kafesin ise yatay yükleri taşıyacağı kabul edilmektedir. Genellikle çerçeveli yapılarda yanal stabiliteyi arttırmanın en ekonomik yolu düşey çaprazlamalarla olmaktadır. Deprem bölgelerinde çelik iskeletli (çerçeveli) yapılarda çaprazlamalar kullanılmaktadır. Geçmişte çelik iskeletli yapılarda çaprazlamaların sıkça kullanıldığını görmekteyiz. Cepheden cepheye sürekli olan X çaprazlamalı diagonal kolonlara tespit edilerek yüklerin çaprazlamalardan kolonlara aktarılmasını sağlar (Şekil 2) (Kowalczyk,R., Sinn,R.,Kilmister,M., 1995). Çaprazlı strüktüler, kafes davranışı çerçevelerde oluşan kolon ve kirişlerin eğilmesini engeller. Çünkü elemanların çapraz kesit alanlarına bağlı olarak yatay ötelenmeleri oldukça azaltılmıştır. Çapraz sistemler dar veya geniş olabilir. Çaprazlamanın genişliği stabiliteye bağlıdır. Çapraz çeşidi seçimi stabilite için önemlidir. Çaprazlama tipi seçimi sadece dayanım, stablite ve ekonomik nedenlerden değil aynı zamanda boşluk açımına da bağlıdır (Nashed,1996;Arnold,1980). Çaprazlı çerçeveler ortak ve ayrık merkezli olmak üzere iki grupta toplanabilirler. Bu sınıflandırma düktilite özeliklerine göre yapılmaktadır. X, Pratt, diyagonel, K ve V formları gibi ortak merkezli düzenlemelerde kolon, kiriş ve çapraz elemanlar ortak bir noktada kesişmektedir. Dış merkezli düzenlemelerde ise, düktiliteyi arttırmaya yönelik olarak, eğilme ve kesme kuvvetlerini kirişlere aktarmak için çapraz elemanların merkezleri özellikle K merkezi düzenlemelerde X çaprazlamalar K ve V çaprazlamalara göre daha yüksek yatay dayanım/ağırlık oranı göstermektedir (Taranath, 1997). Bu yapım türlerinin hepsinde de çerçevenin köşe ve mesnet noktalarında yüksek mukavemetli cıvatalar ve kaynaklı birleşimler kullanılmaktadır. Birleşim elemanı olarak perçin genellikle kullanılmamaktadır. Şekil 2. Çerçeve ve kafes etkileşimi Çerçeveli Tüp Sistemler Cephede sık aralıklı kolonlar ve yüksek parapet kirişlerinden oluşan tüp sistem, delikli dikdörtgen ya da benzeri bir boru şeklinde davranan bu çerçeveli tüp, yüksek binalar için oldukça etkin bir sistemdir. Bunlar 110 katlı Sears Tower, 110 katl World Trade Center İkiz Kuleleri ve 83 katlı Amoco Binası’dır (Özgen, 1989a). 659 Tüp sistemlerin tanınmasıyla yüksek binaların tasarımında yeni bir dönem başlamıştır. 1960’larda Fazlur Khan tarafından geliştirilen bu sistem ilk olarak Chicago’da betonarme bir bina olan, 43 katlı De Witt Chestnut Binası’nda uygulanmıştır. Bu sistemde, cephedeki perde duvarı, sık aralıklı kolonlar ve yüksek parapet kirişlerinden oluşmaktadır. Böylece açıklıkların küçülmesiyle ve çerçevenin bina köşelerinde de sürekliliğinin sağlanmasıyla, zeminden konsol çıkan üç boyutlu bir çerçeve elde edilmektedir. Sistemin konsol etkinliği eğilme oranına bağlı olup, geliştirilmesindeki amaç eğilme değerinin %25’in altına indirilmesidir. Tüp sistemi oluşturan çerçeveler yatay yüklere tek başlarına değil, üç boyutlu bir sistem olarak karşı koyarlar. Tüp sistemlerde yatay yüke karşı iki farklı çalışma şekli oluşmaktadır. Yatay yüke paralel iki cephe duvarı yaklaşık olarak çerçeve davranışı göstermekte, bu yükler kiriş ve kolonların eğilmesi ile karşılanmakta ve Yatay yükler karşısında bina tümüyle bir konsol tüp davranışı göstermektedir. Burada sık kolonların oluşturduğu sistem rijit bir diyafram gibi çalışmaktadır. Genel olarak çerçeveli tüp davranışı 3.0m’den 6.0m’ye kadar değişen kolon aralıkları ve 0.90m’den 1.50m’ye kadar değişen parapet kirişi yükseklikleri ile elde edilmektedir. Şekil 5’de kare planlı, 50 katlı, sık aralıklı kolonlar ve yüksek parapet kirişlerinden oluşan bir binanın şematik planı ve izometrik görünümü veriliştir. Bu sistemde içteki dört adet kolon yerçekimi yüklerini taşıyacak şekilde tasarlanmıştır (Şekil 3a); bu kolonlara etkiyen yatay yükler göz ardı edilecek değerdedir. Yatay yüke dayanım ise dört ortogonal çerçeve panelinin birbirine rijit olarak bağlanmasıyla oluşturulan tüple sağlanmaktadır (Şekil 3b). Tüp sistemlerde dış cephe duvarları yatay yük bağlantısı ve perdelere gerek kalmamaktadır. Ancak bina yüksekliği ve yatay yükler arttıkça iç tüplerden ya da çekirdekten yararlanılmaktadır. Şekil 3.Çerçeveli tüp(a)Şematik plan, (b) İzometrik görünüm Tüp sistemlerin etkinliği, binanın birim alanına düşen strüktürel malzemenin geleneksel çerçeve sistemlere oranla yarıya düşmesiyle belirgin şekle gelmektedir (Özgen,1989a). Çerçeveli tüplerde düzgün olmayan ve köşeleri çok girintili çıkıntılı planlar sistemin etkinliğini azaltmaktadır. Çerçeveli bir tüp için düzgün plan formu kavramı kısa kenar/uzun kenar oranı 1/5 olan planlar için geçerlidir. Dar-uzun planlar önemli ölçüde sorunlara neden olmaktadır (Ali and Armstrang, 1995). Bu sorunun üç nedeni vardır: 1.Binanın uzun kenar özelikle rüzgar yükleri olmak üzere yatay yükleri toplayan bir yelken gibi davranmaktadır. 2. Ortaya çıkan kesme kuvvetlerini karşılamak için yatay yük tarafında daha sık aralıklı ve/veya daha büyük boyutlarda kolonlara gereksinim bulunmaktadır 3. Yatay yüke dik doğrultudaki kolonlar üzerinde kesme kuvvetleri daha fazladır. Kafesli Tüp Sistemler Tüp kavramının gelişmeye başladığı 1960’lı yıllardan sonra bina yükseklikleri, çerçeveli tüplerin etkin olamayacağı kadar yükselmiştir. Bu durumda çerçeveli tübün cephesine diyagonal elemanların eklenmesi yoluyla sistemin daha fazla yükseklikler için yatay yük karşısındaki etkinliği arttırılmış ve cephedeki kolonlar daha geniş açıklıklı olarak tasarlanabilmiştir. Bu sistem tüpün başlıklarındaki ve diğer tüp elemanlardaki kesme etkisini de ortadan kaldırmaktadır (Taranath,1997). Kafeslerin eklenmesi, çerçeveli tüpün konsol şeklinde davranmasını sağlamak için en etkin yöntemdir. 660 Şekil 4.John Hancock Center Bu şekilde oluşturulan kafesli tüp sistem ilk olarak Chicago’da 100 katlı John Hancock Center’de (1969) uygulanmıştır(Şekil 4). Kafesli tüp sistem, çerçeve tüp sistemin geliştirilmesi ile ortaya çıkan bir sistemdir. 1970’li yıllardan itibaren yapıların hızla yükselmesi ve çerçeve tüp sistemin yetersizliği nedeniyle yapılarda kafes tüp sistemler uygulanmaya başlamıştır. Çerçeve tüp sistemin en olumsuz yönü ise alın kirişlerinin esnekliğidir. Bu amaçla çapraz elemanlar eklenerek sistemin rijitliği arttırılmaktadır. Bu durumda kesme kuvveti alın kirişleri ile değil, diyagonaller ile karşılanmaktadır. Bu diyagonaller gerek çerçeveli tüpte kirişlerin karşıladığı kaymayı gerekse de eksenel çubuk çalışması ile yatay yükleri karşılaması son derece önemlidir. Kafes tüp sitem yapılarda çeşitli şekillerde uygulanmaktadır. Kolon ve diyagonal kafes tüp, verev kafes, kirişli verev kafes tüp bunlardan sadece bazılardır. Yatay yüklerin taşınmasında tüm sistemin kullanıldığı kolon ve diyagonal kafes sistem, dış çerçevede yer alan kolonların aralarına yerleştirilen diyagonallerden oluşmaktadır. Bu yöntem sonucunda kolon açıklıkları fazla, kiriş yükseklikleri daha az tutulabilmekte, pencere ve kapı boşluklarında da rahatlama doğmaktadır (Schuller,W.,1977) Kirişli verev kafes sitem, cephede kolonlar olmadan düzenlenmiş, diyagonallerden oluşmaktadır. Bu sık diyagonaller eğik kolon davranışı göstererek tüm düşey yükleri karşılamaktadır. Verev kafes sistem, kolonsuz, yakın aralıklı çapraz elemanlardan oluşmaktadır. Diyagonaller, kirişlerle bağlanmış ızgara şeklindedir. Bu sistemde, diyagonal elemanlar, yatay yüklere karşı etkin olmasına karşın,düşey yüklerin taşınmasında kolonlar kadar etkili olmaması sistemin olumsuz bir özelliğidir. Demet (Modüler) Tüp Sistemler 30 kattan süper yüksek binalara kadar geniş bir yelpazede uygulanabilen demet tüp kavramı, bir dizi çerçeveli tüpün, ortak iç çerçevelerle, çok hücreli bir tüp oluşturacak şekilde bir araya getirilmesiyle oluşturulmaktadır. Bu sistemde yatay yüke paralel çerçeveler kesme kuvvetlerini karşılarken, diğer çerçeveler eğilme momentlerini karşılamaktadır. Demet tüpü oluşturan her bir tüpün bütünlüğünü bozmadan herhangi bir seviyede kesilebilir (Taranath, 1997). Tek bir çerçeveli tüpe göre, demet tüplerde kolonların daha büyük açıklıklara sahip olması mümkündür. Aradaki çerçeveler iç mekan tasarımını engellemeden yerleştirilebilir. İlke olarak her türlü kapalı form demet tüp oluşturmak için kullanılabilmektedir. En ünlü demet tüp uygulama Chicago’daki Sears Tower Binası’dır Düşey kafes kirişli yapılar Çok katlı yüksek yapılar en ekonomik ve etkin şekilde düşey kafes kirişlerle rijitleştirilir. Düşey kafes kirişler statik bakımdan zemine ankastre kiriş gibidir. Dar kafes kirişlerde çubuk kuvvetleri ve de formasyonlar büyük olur. Geniş olanlar ise, çubuk kuvvetleri küçük olduğundan ekonomik şekilde boyutlandırılabilir. Dar kafes Şekil 5.Sears Tower kirişlerin rijitliklerini arttırmak için, birkaç katta diyagonal bağlantılar kat genişliğince uzatılır. Ayrıca, rijitliğin sadece üst kata konan yatay bir kafes kirişle arttırılması da mümkündür. Kafes kiriş rijitliği ise çubuklar eğilme rijitlikli seçilerek ve düğüm noktaları rijit düzenlenerek arttırılabilir. 661 Yatay Kafes Kirişli ve Kuşaklı Sistem 40 katın üzerindeki binalarda yalnızca düşey bir kafes ve çerçeveden oluşan taşıyıcı sistemler rüzgar ve deprem yükleri karşısında yetersiz kalmaktadır. Ayrıca bu sistemlerin belli bir yüksekliğin üzerinde etkin olabilmesi için kullanılan çelik miktarı ekonomiklik sınırını geçmektedir. Bu durumda sisteme yatay kafes kirişlerin (ara kuşakların) eklenmesiyle iki yönlü yarar sağlamaktadır. Birinci sistemin devrilme momentlerine karşı devrilme rijitliği arttırılmakta, ikincisi kullanılan çelik miktarından tasarruf sağlanmaktadır. Bu taşıyıcı sistem çaprazlı bir çekirdek ve bu çekirdekle dış kolonları birbirine bağlayan yatay kafes kirişlerden oluşabilmektedir. Yatay kafes kirişler, eğilme ve kesme kuvvetlerine karşı etkinliği arttırmak için, genellikle bir veya iki kat yükseklikte tasarlanmaktadır. Aynı amaca yönelik olarak katalar arasına diyagonaller yerleştirmek de olası bir çözümdür. Sonuç olarak her kattaki ana kirişler moment bağlantılarıyla çekirdeğe veya dış kolonlara bağlanarak yataya kafes kirişlere dönüştürülebilmektedir. Bütün bu durumlarda yatay kafes kirişler taşıyıcı sistemin eğilme dayanımını arttırsa da, kesme kuvvetlerine karşı dayanımı arttırmazlar; bu kuvvetlerin çekirdek tarafından karşılanması belirlenir (Taranath, 1997). Yatay kafes kirişli ve kuşaklı sistemlerde çaprazlı çekirdeğin yerini betonarme bir çekirdek de alabilmektedir. Böyle bir uygulamada betonarme çekirdek çelik yatay kafes kirişlerle dış kolonlara bağlanmaktadır. Çelik çaprazlı çekirdeğe göre daha ekonomik olan bu sistem de gerekli yatay rijitlik sağlanabilmektedir (Iyengar, 1993). Asma Sistemler Asma sistem bir veya daha fazla çekirdek ile çatı seviyesinde çelik kablo ve benzeri gibi elemanlarla bir ucundan bu çekirdeğe asılmış, kat döşemelerinden oluşmaktadır (Smith and Coull,1991). Asma sistemlerde tüm yükler doğrudan doğruya çekme kuvvetleri olarak karşılanmaktadır. Bu sistemin mimari açıdan en önemli avantajı, zemin katta düşey taşıyıcı elemanlara gerek olmaması, böylece serbest ve geniş açıklıklı giriş mekanların tasarlanabilmesidir. Zemin at kolonlarının kaldırılmasıyla çekirdekte yatay etkilerin yarattığı dış merkezlik azaltılarak yatay stabilite arttırılmaktadır. Aynı zamanda yüksek dayanımlı çelikten olması gereken kabloların da kesitleri küçük olacak, bu da katlarda görüşü engellemeyecektir. Ancak çelik elamanların paslanmaya ve yangın tehlikesine karşı korunmasına dikkatle ele alınması gereken bir konudur. Asma sistemlerin yapım süreci açısından avantajı, döşemeler zeminde üst üste yapılırken, çekirdeğin,askıların ve konsol elemanların döşemelerden bağımsız olarak yapılma olanağının olmasıdır. Döşemeler daha sonra bulundukları noktadan üst katlara taşınarak monte edilmektedir (Şekil 6)(Eşsiz,Ö.,1999). Şekil 6. (a)Asma sistem,(b)Asma sistemin yapım süreci Uzay Sistemler Uzay sistemlerde binaya etkiyen yatay yükler, üç boyutlu bir çerçeve tarafından karşılanmaktadır. Bu üç boyutlu çerçeveyi oluşturan elemanlar diğer sistemlerden farklı olarak hem yatay hem de düşey yükleri karşılamaktadır. Sonuç olarak ortaya oldukça etkin ve hafif bir sistem çıkmaktadır (Smith and Coull,1991). Uzay sistemlere ilişkin bir örnek, Miami, Florida’da yapılmış olan 152m yüksekliğindeki Metro Dade Administarition Binası’dır. Tasarımındaki büyük rüzgar yüklerinin etkili olduğu bu sistemde yatay yükler planın iki ucuna yerleştirilmiş 662 betonarme perde duvarları ve kolonlar ile karşılanmaktadır. Diğer kenar üzerindeki kolonlar, zemin katta bir uçtan diğerine atlayan, 18.3m yüksekliğinde ve 0.61m genişliğindeki bir transfer kirşi tarafından taşınmaktadır (Şekil 7). Binanın kısa kenarı doğrultusunda etkiyen yatay yük köşelerdeki perde duvarının konsol davranışı ve uzun cephedeki kolon ve kirişlerin çerçeve davranışı ile karşılanmaktadır. Şekil 7. Metro Dade Administration Binası, Miami, strüktürel sistem şeması. Omurgalı Sistemler Yakın bir geçmişte geliştirilmiş olan omurgalı sistemlerde, yatay yüke dayanım sağlayan omurga düşey ya da eğik elemanlar, çaprazlı çerçeveler veya virendeel kirişlerinden oluşmaktadır. Düşey ve eğik elemanlar devrilme momentlerinin neden olduğu eksenel yükleri karşılamaktadır. Daha bahsedilen strüktürel düzenlemelerin çoğu özellikle prizmatik biçime uygun tamamı belirli tek strüktürel sistemle yapılmış (örn tüp veya çerçeve sistem vb) modern binalar olarak isimlendirilen kule veya bloklardı. Düzenli formlu ve sürekli tekrarlanan “modern” binalardan oluşan giderek artan monoton şehir çehrelerine bir tepki ve oldukça karmaşık strüktürlerin tasarım ve analizlerinin yapılabilirliğinden dolayı, mimarlar, düzensiz biçimli büyük ölçekli , çok farklı formlu “post modern” dediğimiz yapıları tasarlamaya başladırlar. İki veya daha fazla strüktürel form aynı binada kullanılmaya başladı(farklı taşıyıcı sistemler bir arada kullanılması). Bu tür yapı sistemlerinin tasarımlarında statik hesaplamalar oldukça karmaşık hale gelmesi , yine ileri bilgisayar programları sayesinde kolaylıkla yapılabilmektedir (Taranath,1989). Sonuç Çelik çerçeveli yapıların depreme karşı gösterdiği üstün performansın nedenlerinden birkaçı; • Çelik çerçeveli yapılar hem yüksek dayanımlı hem de hafiftir. Bu özellik, depreme dayanıklı yapıların çelik ile daha ekonomik olarak yapımını sağlamaktadır. • Yapısal çelik elastik olmayan sınıra kadar tekrarlayan yüklere karşı değişmeyen bir davranış gösterir. Bu süneklik ya da tekrarlayan yüklere kırılmadan dayanma yeteneği, çelik çerçeveli yapıların düşey ve yatay tasarım yüklerine büyük deformasyonlar ile dayanmasını sağlar. • Basit ve yarı-rijid çelik eleman birleşimlerinin dönebilir olması ve sünekliği; dinamik enerjiyi azaltarak, düşey yük taşıyan çelik çerçevelerin yatay kuvvetleri karşılayan asıl sisteme güçlü ve güvenilir bir destek olmasını sağlar. Bu destek sistemi, asıl sistemin uygun biçimde tasarlanmadığı veya çalışmadığı bir çok durumda, yapıların çökmesine engel olmuştur. • Depremlerde ağır hasar gören betonarme çerçeveli ve yığma yapıların tam aksine; çelik çerçeveli yapıların hasar gören elemanları, geniş çaplı yıkım ve söküme gerek kalmaksızın, kısa sürede ve ekonomik olarak tamir edilebilir veya değiştirilir. 663 • Depremlere karşı gösterdiği yüksek dayanım gücü, fabrikasyon olanaklarının ve yardımcı malzeme özelliklerinin gelişmesi; çelik çerçeveli yapıların, kolaylıkla alınabilen özel önlemler ile fay hatları yakınında depremin en etkili olduğu bölgelerde dahi yapılabilmelerini sağlamaktadır. Geçmişte olduğu gibi gelecekte de ülkemizin hemen hemen her yerinde olacak depremlerin zamanını bilmek ve engellemek elimizde değildir. Öte yandan, deneyimlerin de gösterdiği gibi, can kayıplarının önlenmesi ve mal / iş kayıplarının azaltılabilmesi için en güvenli yöntem yapıların çelik çerçeveli olmasıdır ve bu olanağı değerlendirmek elimizdedir. KAYNAKLAR ALİ AND ARMSTRAONG, (1995), Architecture of Tall Buildings, Council on Tall Buildings and Urban Habitat Committee 30, Mc Graw-Hill,INC.,New York. SMIRTH,B.COULL,A., (1991), Tall Building Structures Analyss and Design, John Wiley and sohns,New York ÖZGEN,A., (1989), Çok Katlı Yüksek Yapılarda Taşıyıcı Sistemler, Çerçeveler-Perdeler-Çekirdekler-Tübüler Sistemler, MSU, Mimarlık Fakültesi, Yapı Bilgisi Anabilim Dalı (Yayınlanmamış Eser),Istanbul. TARANATH,B.S.,(1997), Steel,Concrete and Composite Design of Tall Buildings, Mc Graw-Hill,Inc.,New York. TARANATH,S., (1989), Structural Analysis and Design of High Rise Buildings, Mc Graw Hill, New York AMBROSE,J., (1993),Building Structures, John Wiley, New York EŞSİZ,Ö., (1999), Building Configurations for Seismic Area and a Contemporary Building Example, International Conference on Earthquake Hazard and Rısk Mediterranean Region, Near East Universıty, North Cyprus NASHED,F., (1996), Time Saver Details for Exterior Wall Design, Mc Graw Hill, New York ARNOLD,J., (1980), In Earthquakes,Failure Can Follow Form, AIA Journal, June SLESSOR,C., (1994), Sustainable Architecture and High Technology, Thames& Hudson, Londra IYENGAR,H., (1993), High Rise Structures, Architecture and Construction in Steel, Ed.Blanc,A., McEvoy,M., Plank,R., E&FN Spon, New York ÇELİK,O.,ÇILI,F., ÖZGEN,K., (1998), Seismic Behaviour of RC Framed Buildings Strenghtened by Vertical Steel Bracing, Repair &Strengthening of Existing Buildings, Second Japan-TurkeyWorkshop on Earthquake Engineering, Istanbul. KOWALCZYK,R., SINN,R.,KILMISTER,M., (1995), Structural Systems for Tall Buildings, Mc Graw Hill International Editions, Singapore BENETT,D., (1995), Skyscraper, Aurum Press,London. EŞSIZ,Ö., (1999), Steel Braced Frames Behaviour In Seismic Region , ITU-IAHS International Conference on The Koceli Earthquake,ITU, Istanbul,Turkey SCHULLER,W.,(1977), High Rise Building Structure, John Wiley Sons, New York 664
