Sismik İzolasyon Kavramı Nedir?

Sismik izolasyon inşa edilen yapıların deprem esnasında daha az etkilenmesini sağlamak amacı ile alt yapı ve üst yapı arasına çeşitli düzeylerde yerleştirilen ve depreme dayanıklılığını arttıran bir yapı tasarım yöntemidir.

Klasik inşa edilen yapılarda deprem esnasında deplasmanlar bina yüksekliğine dağılır ve üst katlarda artış gösterir.

Tabanda izolatör bulunan yapılarda ise deprem esnasında yer değiştirme izolatörlerde yoğunlaşır ve rölatif ivme yapı ne kadar yüksek olursa olsun birbirine yakın olur. İzolasyon sistemi yapı ve zemini yatay rijitliğiyle zeminin yatay hareketinden ayırır.

Bu sistem yapının frekansının ankastreli durumdaki frekansından ve yer hareketinin baskın frekansından çok daha küçük olmasını sağlar.

Sismik izolasyonlar depremin enerjisini yutmaz, sistemin dinamiğine yansıtır ve bu sayede yapıların deprem enerjisinden daha az etkilenmelerini sağlayarak bina dayanıklılığını arttırır. 

Aşağıda yer alan görselde deprem esnasında sismik izolatörün bulunduğu ve bulunmadığı yapıların hareketleri gösterilmiştir. Birinci görsel izolatörlü, ikinci görsel ise izolatörsüz binanın hareketini temsil etmektedir.

Sismik İzolasyonun Sağladığı Avantajlar Nelerdir?

1. Deprem Güvenliğinin Garanti Edilmesi

Yapı davranışlarının beklenenden sapması; zemin koşulları, yer hareketleri, işçilik, malzeme özellikleri, matematik modellerin tutarlılığı gibi faktörlere bağlıdır. 

Sismik izolasyon sayesindeyse yapıların gösterdiği sismik davranışlar çok daha güvenli hale gelir. Böylece yapılar idealden sapmalar karşısında daha az duyarlı olur.

Sismik izolasyonun kullanıldığı yapılarda performans hedefleri aşağıdaki gibidir;

• Depremin hafif veya orta şiddetli olduğu koşullarda yapı içeriğinde hasar olmadan direnç gösterebilmeli.
• Depremin büyük şiddetli olduğu koşullarda ise yapısal elemanlarda ağır hasar, izolasyon sisteminde göçme, yapısal olmayan bileşenlerde büyük hasar olmadan yapı direnç gösterebilmelidir.

2. Yapılarda Deprem Sonrası Hemen Kullanım Avantajları

Sismik gerekliliklere ve tüm konstrüktif kurallara uyulmuş olsa da konvansiyonel tasarım anlayışına göre deprem sonrasında yapısal olmayan elemanlarda hasarlar, diğer elemanlarda büyük yer değiştirmeler ve çatlak oluşması genel olarak kaçınılmaz bir durumdur. 

Sismik izolasyon yönteminde ise göreli kat ötelemeleri, eğilme deformasyonları, plastik deformasyonlar ve çatlakların önüne geçilir. Yapısal olan ve yapısal olmayan elemanlarda oluşabilecek hasar düzeyi ise en düşüğe indirgenmiş olur.

Böylece sismik izolasyon yönteminin kullanımı, yüksek şiddetli depremlerin sonrasında bile yapıların hemen kullanılmasına olanak verir.

3. Sismik İzolasyonun Yapısal Avantajları

Sismik izolasyon yapıların doğal periyotlarını arttırarak, yapıyı rezonans etkisinden uzaklaştırır. 

Depremin etkisi ile rijit yapılar küçük yer değiştirmelerle büyük ivmelere maruz kalırken, esnek yapılarsa küçük ivmelerle büyük yer değiştirmeler maruz kalmaktadır. Sismik izolasyon ise her iki durumunda avantajlarından yararlanabilmemizi mümkün kılan bir sistemdir.

Hem kat göreli ötelemeler hem de ivmeler sismik izolasyon ile büyük ölçüde azalacaktır. Kat göreli ötelemelerin azalmasının nedeni, yapı rijitliğinin izolatöre göre çok daha büyük olmasından kaynaklı yapıda yaratacağı rijit davranıştır. Kat deplasmanları azalacağından dolayı yapısal ve yapısal olmayan elemanlarda hasar minimuma indirilerek engellenmiş olur.

Yatayda düzensiz ve burulma etkilerine maruz kalabilecek yapılarda, sismik izolatörlerin doğru bir şekilde yerleştirilmesi sayesinde rijitlik merkezini yapı kütle merkezine yaklaştırabilmektedir. Bu sayede ise mimarlar, tasarım aşamasında büyük kolaylık ve esnekliğe sahip olurlar.

Sismik izolasyonun avantajlarından biriyse yapının sönüm yeteneğinin artmasıdır. Enerji sönümleme mekanizması geleneksel anlayışta taşıyıcı elemanların elastik ötesi deformasyonlar yapması üzerine kurulu bir sistemdir. 

Yapılarda sismik izolasyonun kullanıldığı durumlar da ise sönümleme, sismik izolatörlerin bulunduğu seviyelerde toplanır. Bu sayede hem performans izleme açısından hem de tasarım açısından avantaj sağlar.

Güçlendirme aşamasında ise sismik izolasyonlar sayesinde yapıda fonksiyon kayıplarının yaşamasına ve büyük değişikliklerin yapılmasına gerek kalmaz. Sismik izolasyon yöntemi, tarihi yapıların güçlendirilmesinde ve yapının niteliklerinin korunmasına en çok izin veren yöntemdir.

4. Sismik İzolasyonun Ekonomik Avantajları

Projelerde sismik izolasyonun kullanılmak istenmesiyle, bu yöntemin maliyeti de ilk akla gelen konulardan biridir. 

Bu soru hakkında her proje için geçerli olabilecek bir değerlendirme yapmak pek olası değildir. Sismik izolatörlerin kullanılmak istendiği bir projede izolatörler elbette ek maliyet getirecektir ama izolatörlü yapılarda depremin kuvveti büyük ölçüde azalacağından taşıyıcı sistem maliyetlerinde de düşüş gerçekleşecektir.

5. Tasarımda ve Detaylandırmada Kolaylık Avantajları

Detayların zorluğu konvensiyonel anlayışla tasarlanan yapılarda inşa süresinin uzamasına ve maliyetlerin artmasına neden olmaktadır. Bu durum ise işlevsellik üzerinde ciddi kısıtlamalar yapılmasına neden olabilir.

Sismik izolasyon yönteminin kullanıldığı yapılar da ise yapı rijit kütle gibi davranacağından proje ve detaylandırma anlamında oldukça rahatlık sağlar. Bu davranışı sergilemek için basit matematik modeller bile yeterli olacaktır.

Sismik İzolatörler Binaya Sonradan Eklenebilir mi?

Sismik izolatör yönteminin özelliği deprem esnasında yapının sağa, sola, ileri ve geri hareket etmesi olduğundan bitişik nizam yapılar hariç sismik izolatörler sonradan binalara eklenebilmektedir. Ancak bunun için bazı faktörler vardır. 

• Binanın tasarımının izolatörlere göre yapılmış olması. 
• Elektrik, mimari ve statik projeleri izolatöre uygun olarak yapılmış olmalı.
• Sıhhi tesisat malzemeleri dahil izolatörlü sisteme uygun olarak yapılmalı.
• Kolonlarda izolatörün ekleneceği kısım kesileceğinden dolayı zeminin, taşıyıcı sistem uygunluğuna bakılmalıdır.

Hali hazırda bir yapıya sonradan sismik izolatör ekletmek istiyorsanız yukarıda yazılanların durumların sağlanması gerekmektedir. Yapılara sismik izolatörler sonradan eklenebilir ancak oldukça değişken vardır.

Türkiye’de Sismik İzolatörlü Yapı Örnekleri

Bimgen olarak firmamızın da yer aldığı ve 3 boyutlu BIM modellemesi ile metraj çalışmalarını yaptığımız İstanbul İkitelli Şehir Hastanesi, Elazığ Fethi Sekin Şehir Hastanesi ve Bursa Şehir Hastanesinde sismik izolatörler bulunmaktadır.

Bu sismik izolatörler ile hastaneler olası bir deprem durumunda ve sonrasında tüm operasyonel faaliyetlerin depremden etkilenmeden sürdürülmesini mümkün kılmaktadır.