Çelik, kırılmak yerine bükülme özelliğine sahip olduğu için deprem riski yüksek bölgelerde oldukça etkilidir. Kırılgan malzemeler gerilme altında çatlar, ancak çelik mühendislerin kontrollü akma dediği şey aracılığıyla esner ve sarsıntı enerjisini emer. Günümüz yapı tasarımları, moment aktaran çerçeveler ve deprem sırasında oluşan kuvvetleri dağıtmaya yardımcı olan eksantrik bracing sistemleri gibi bu özelliği kullanarak bu avantajdan yararlanır. Örneğin, taban izolasyon sistemleri; yapı ile temeli arasında yerleştirilir. Japonya ve Kaliforniya'nın bazı bölgelerindeki uygulamalarda, bu sistemlerin yatay hareketi yaklaşık olarak dörtte üç oranında azalttığı gösterilmiştir ve bu yenilikler sayesinde binalar büyük depremleri zararsız atlatabilmiştir.
Düktil olan çelik iskeletler, depremler meydana geldiğinde enerjiyi emebilir ve dağıtabilir, bu da yapıların aniden çökmesini engeller. Yedeklilik kavramı, parçalar hasar gördüğünde bile yapının tamamının ayakta kalmasını sağlayan ek destek yolları inşa etmek anlamına gelir. FEMA'nın P-750 belgesinde yayımlanan araştırmalara göre, bu esnek çelik iskeletlerle yapılan binalar, sert betonla yapılanlara kıyasla çökme olasılığı yaklaşık üçte bir oranında daha düşüktür. Büyük depremlerin ardından artçı şoklarla sürekli test edilen Pasifik Ateş Çemberi çevresindeki bölgelerde bu tür bir güvenlik ağı özellikle önem kazanır.
| Kriterler | Çelik Yapılar | Beton Yapılar |
|---|---|---|
| Ağırlık | %60 daha hafif | Ağır, deprem yükünü artırır |
| Onarılabilirlik | Yerel hasar; onarımları kolay | Katastrofik çöküş yaygındır |
| Enerji Dissipasyonu | Yüksek (akış ile) | Düşük (gevrek kırılma) |
Çelik malzemenin hafifliği, deprem sırasında atalet kuvvetlerini azaltırken, betonun rijit yapısı genellikle maliyetli ve onarılamaz hasarlara yol açar. Türkiye'de (2023) yapılan deprem sonrası değerlendirmeler, çelik iskeletli binalarda onarım maliyetlerinin %40 daha düşük olduğunu göstermiştir.
The FEMA P-750 kılavuzları, doğru şekilde detaylandırılmış sünek iskelelerin büyük depremlerde göçme olasılığını 50'de 1'den 167'de 1'e düşürdüğünü göstererek çeliğin üstünlüğünü doğrular. Bu durum, sismik risk bölgelerindeki kritik altyapılarda çeliğin histerezis sönümleme kapasitesini öncelikleyen ASCE 7-22 gibi küresel standartlarla uyumludur.
Günümüzde deprem dayanıklı çelik binalar genellikle performansa dayalı tasarım olarak adlandırılan veya kısaca PBD olarak bilinen yöntemi kullanır. Bu yaklaşım, yapıların sarsıntılar meydana geldiğinde ihtiyaç duyulan şekilde gerçekten performans göstermesini sağlar ve belirli güvenlik standartlarını karşıyarak işleyişin sorunsuz devam etmesini garanti altına alır. Geleneksel bina yönetmelikleri mühendislere adım adım ne yapmaları gerektiğini söylerken, PBD farklı bir açıdan bakar. Bu yöntem, binanın hâlâ düzgün çalışabilmesini sağlarken depremler sırasında kabul edilebilir düzeyde hasarın ne kadar olabileceğini değerlendirir. Deprem sonrası dahi insanların bakım görmesinin gerekebileceği hastaneler ya da her koşulda sunucularının çevrimiçi kalması gereken veri merkezleri gibi yerleri düşünün. Birçok mühendislik firmasının yaptığı çalışmalara göre, PBD kullanımının eski tekniklere kıyasla onarım maliyetlerini yaklaşık %40 oranında azaltabileceği belirtilmektedir. Tasarruflar, güvenliği riske atmadan daha akıllı malzeme seçimlerinden kaynaklanmaktadır ve deprem olaylarıyla ilgili riskler düşünüldüğünde oldukça etkileyici bir durumdur.
Binaların deprem kuvvetlerini nasıl karşıladığı, çatıdan temele kadar sürekli yük yollarına sahip olmaya büyük ölçüde bağlıdır. Çelik binalar bu gereksinimi, yapı içindeki ana noktalara yerleştirilmiş moment aktaran çerçeveler ve kesme duvarları ile sağlar ve böylece yan yatmayı kontrol eder. Özellikle daha yüksek binalar için, geleneksel kirişli çerçevelerin çelik levha kesme duvarlarıyla birlikte çalıştığı hibrit yaklaşımlara yönelik ilgi artmaktadır. Bu kombinasyonlar, yapısal rijitliği %25 ila %35 arasında artırabilir ve büyük depremler sırasında önemli fark yaratabilir. Ancak doğru detaylandırma çok önemlidir çünkü bileşenlerin bağlantılarında yapılan küçük hatalar, gerçek deprem etkileri altındayken sistemin etkinliğini zayıflatabilir.
Etkili deprem tasarımı üç ilkeyi dengeler:
Çeliğin doğasında bulunan süneklik, bağlantı noktalarında kontrollü plastik deformasyona izin vererek ani kırılmadan sismik enerjiyi emer. 2023 yılında yapılan bir analiz, geleneksel tasarımlara kıyasla burkulmadan korumalı braketlerin eklenmesinin enerji dağıtımını %50 artırdığını göstermiştir.
Değiştirilebilir sigorta parçaları gibi gelişmiş özellikler binaları kesinlikle depremlere karşı daha güçlü hale getirir, ancak yaklaşık üçte ikisi gereksiz maliyet eklediği için müteahhitler hâlâ direniyor. Ancak daha büyük resme bakıldığında, çelik yapılarda depreme dayanıklı detaylara uygun yatırım yapılması konusunda yaşam döngüsü maliyetleri üzerine yapılan araştırmalar ilginç bir şey ortaya koyuyor. Sayılar, deprem sonrası büyük onarımlar gerekmeden, başlangıçta fazladan harcanan paranın dört katının tasarruf edilebileceğini gösteriyor. Bu durum, bu faydaları hesaplamak için bazı standart yöntemler geliştirmek için oldukça güçlü bir argüman oluşturuyor, böylece mühendisler ve bütçeyle ilgili kararlar verenler nihayet inşaat projelerinde gerçekten önemli olan konular üzerinde aynı sayfada olabilir.
Çelik yapılar, deprem sırasında bütünlüklerini koruyabilmek için hassas mühendislik gerektiren birleşimlere ve bağlantılarla bağlıdır. Rijit kiriş-kolon bağlantılı moment aktaran çerçeveler kuvvetleri eşit şekilde dağıtırken, bağlantı noktalarındaki takviyeli detaylar yerel hasarları önler. Uygun şekilde detaylandırılmış çelik birleşimler, geleneksel tasarımlara kıyasla depremden sonraki onarım maliyetlerini %40'a varan oranlarda azaltabilir.
Gelişmiş cıvatalı bağlantılar artık kayma-kritik yüzeyler ve öngerilmeli yüksek mukavemetli cıvataları içererek kalıcı deformasyon olmadan kontrollü hareket imkânı sunmaktadır. Hibrit kaynaklı-cıvatalı konfigürasyonlar montaj hızı ile depreme dayanıklılığı birleştirerek ASCE 7-22 performans gereksinimlerini karşılar ve inşaat süresini %25 oranında kısaltır.
2022 yılında Kaliforniya'nın I-395 kavşağında yapılan bir yenileme, gevrek pim ve askı bağlantılarının yerine enerji emen sünek bağlantılar içeren çelik kutu kiriş sistemleri kullanıldı. Bu 85 milyon dolarlık proje, 2023 yılında meydana gelen büyüklüğü 4.0 ve üzeri olan yedi artçı depremde yapısal hasar görmeden dayanıklılık gösterdi ve kritik altyapılarda gelişmiş çelik yenilemelerin maliyet-fayda oranını ortaya koydu.
Çatı şeklindeki braklara monte edilen Pall sürtünme sönümleyiciler, orta katlı binalarda deprem enerjisinin %35'ine kadarını emebilir. Önde gelen araştırma kurumlarının sarsım tablosu test verilerine göre, bu sistemler çekirdek duvarlardaki viskoelastik sönümleyicilerle birlikte kullanıldığında katlar arası yatay yer değiştirmeyi %50–70 oranında azaltır.
Geleneksel braketlerin aksine, burkulmadan korumalı braketler (BRB'ler) betonla doldurulmuş tüpler içindeki çelik çekirdekler kullanır. Bu tasarım, FEMA P-795 kılavuzlarında doğrulandığı gibi, enerji sönümleme kapasitesini %300 artırırken kararlı histerezis döngülerini korur.
Tokyo'daki 55 katlı Toranomon-Azabudai Kulesi, viskoz duvar sönümleyicileriyle uyum içinde çalışan 1.200 tonluk ayarlanmış kütle sönümleyiciler kullanmaktadır. Bu hibrit yaklaşım, 2023 yılında Nanmadol Tayfunu sırasında rüzgar ve deprem titreşimlerinde rekor düzeyde %60'lık bir azalmayı sağlamıştır.
Deprem bölgelerinde 2020'den bu yana inşa edilen çelik çerçeveli gökdelenlerin %78'inden fazlası bir tür sönümleme teknolojisi içermektedir ve bu oran 2010'da %42 idi. Küresel deprem sönümleyici pazarının, deprem riski yüksek bölgelerdeki daha katı bina yönetmelikleriyle 2028 yılına kadar 4,2 milyar dolara ulaşması bekleniyor.
NiTi ŞAK'lar olarak bilinen nikel-titanyum şekil hafızalı alaşımlar, deforme olduktan sonra tekrar orijinal şekillerine dönebilme yetenekleri nedeniyle deprem dayanımlı çelik yapıların tasarımını değiştiriyor. Binalar deprem sırasında sarsıldığında bu özel malzemeler enerjinin bir kısmını emer ve her şey yatıştığında tekrar eski konumlarına geri dönerler; bu da toplamda daha az kalıcı hasar oluşması anlamına gelir. Araştırmalar, mühendislerin kiriş-kolon birleşimlerine ŞHA teknolojisini entegre etmeleri durumunda, bu bağlantıların normal çelik birleşimlere kıyasla yaklaşık %12 daha fazla yanal kuvvet taşıyabildiğini göstermektedir. Asıl ilgi çekici yanları ise sıcaklık değişimlerine tepki verebilme yetenekleridir ve bunun sayesinde binaların bazı bölümleri küçük hasarlardan sonra temelde kendilerini onarabilirler. Bu durum, aktif fay hatlarının yakınında bulunan yapılardaki en büyük zayıf noktalardan birini ele alır.
Kendini merkezleyecek şekilde tasarlanmış çelik çerçeveler, genellikle deprem sırasındaki sarsıntılardan sonra binaların orijinal konumlarına geri dönmesini sağlayan öngerilmeli kablolar veya sürtünme damperli kirişler içerir. Bu teknoloji, artık sapmayı önemli ölçüde azaltır; bazı durumlarda yaklaşık %80 oranında azalma sağlanır ve bu da eski inşaat yöntemleriyle yapılan binalarda sıkça gördüğümüz gibi yapıların eğilerek kalmasını önler. Geçen yıl Tokyo'da mühendislerin 40 katlı bir binada bu yaklaşımı test ettiği son örneği ele alalım. Bir depremin ardından yapı neredeyse hiç hareket etmemiş ve olaydan önceki kullanım kapasitesinin yaklaşık %92'siyle hâlâ kullanılabiliyordu. Yapıların sadece ayakta kalmasını sağlamakla kalmayıp felaketlerden sonra insanların binalara hızlıca dönebilmesini amaçlayan mevcut bina standartlarını göz önünde bulundurduğumuzda bu tür bir performans mantıklı görünür.
Deprem sırasında enerjiyi absorbe eden değiştirilebilir parçaların, örneğin özel burkulma kısıtlı braketler veya feda edilen kiriş uçlarının kullanılması, depremin ardından onarımların belirli bölgelere odaklanmasını mümkün kılar. Bunları evinizdeki sigorta kutusu gibi düşünebilirsiniz; bu parçalar hasarın büyük kısmını üstlenir ve böylece geleneksel onarımlar için gereken haftalar hatta aylar yerine yaklaşık üç gün içinde değiştirilebilirler. Günümüzün çoğu modern binasında, yan destek sistemlerinin yaklaşık dörtte biri ile üçte biri bu değiştirilebilir bileşenlerden oluşur ve bina boyunca yapısal bütünlük korunur. Bu yaklaşım, felaket olduğunda mühendislerin sadece hasar gören kısmı onarmak için tüm bölümleri yıkmalarına gerek kalmadığından hem zaman hem de para tasarrufu sağlar.
Kendini onaran çelik sistemler, ilk bakışta geleneksel seçeneklere göre yaklaşık %18 ila %22 daha yüksek bir maliyetle gelir. Ancak uzun vadede neler olduğu değerlendirildiğinde, 50 yıl boyunca bakım maliyetlerinin yaklaşık %40 düştüğünü gösteren çalışmalar mevcuttur. Bazı kişiler, özellikle başlangıçta maliyetin en önemli olduğu daha fakir bölgelerde bu ek maliyetin uygulamanın yaygınlaşmasını engellediğini belirtiyorlar. Diğer yandan, sigorta şirketleri bu akıllı malzemelerle donatılmış binalara, riskleri açıkça daha iyi azalttıkları için %15 ila %20 arasında indirim uygulamaya başladılar. Son zamanlarda, deprem riski yüksek bölgelerde başlangıç maliyeti ne olursa olsun bu tür teknolojilerin kullanımını zorunlu kılacak şekilde inşaat yönetmeliklerinin güncellenmesi konusunda ciddi tartışmalar yapılıyor. Bu kritik bölgelerde güvenlik avantajlarının finansal hususları karşılayıp karşılamadığı ise hâlâ cevap bekleyen bir soru olarak kalıyor.
Günümüzdeki deprem riski değerlendirmeleri, bölgeleri yer hareketi tahminlerine ve geçmiş deprem kayıtlarına göre farklı tehlike kategorilerine ayırır. Kaliforniya'nın meşhur San Andreas Fay Hattı veya Endonezya çevresindeki aktif volkanik bölge olan Ateş Çemberi gibi ciddi risk taşıyan bölgeler incelendiğinde, çoğu mühendis daha iyi esnemesi ve şoku daha etkili emmesi nedeniyle çelik yapıyı tercih eder. 2024 yılındaki son araştırmalar ilginç bir şey ortaya koydu: depremlerin en sık yaşandığı 'Bölge 4' olarak adlandırılan alanlarda bulunan çelik iskeletli binalar, büyüklükleri benzer betonarme yapılara karşı simüle edilmiş 7 büyüklüğündeki depremlerde yaklaşık yüzde 40 daha az hasar aldı. Tüm bu bulgular, inşaat projelerinde hangi malzemelerin kullanılacağını gerçekten şekillendiriyor. Söz konusu on yıllık dönemin başından beri Tokyo ve LA gibi büyük şehirlerde çelik kullanımının her yıl yaklaşık yüzde 18 arttığını gözlemledik.
2023 Türkiye-Suriye depremleri (7,8 büyüklüğünde), beton ağırlıklı yapılardaki kritik eksiklikleri ortaya çıkardı ve çöken binaların %92'si sünek olmayan beton iskelet sistemler kullandı. Buna karşılık, 2011 Tōhoku depremi (9,1 büyüklüğünde) Japonya'da çeliğin dayanıklılığını gösterdi; Sendai'deki çelik iskeletli gökdelenlerin yalnızca %0,3'ü yıkım gerektirdi. Temel dersler şunlardır:
Yeni gelişen ekonomiler, sınırlı bütçelerle deprem güvenliği gereksinimlerini dengelemek suretiyle benzersiz zorluklarla karşı karşıyadır. Maliyet açısından etkili bir yaklaşım şunları birleştirir:
2023 yılında yapılan bir inceleme, Şili ve Nepal gibi gelişmekte olan ülkelerin geleneksel sistemlere kıyasla %60 daha düşük maliyetle basitleştirilmiş çelik burkulma-kısıtlanmış braketler uyguladığını ortaya koymaktadır. Bu yöntem, Katmandu gibi şehirlerin yılda 150'den fazla kritik binayı güçlendirmesine olanak tanırken orijinal inşaat bütçelerinin %85'ini korumalarını sağlar.
Çelik, deprem sırasında enerjiyi absorbe etme ve dağıtabilme kabiliyeti sayesinde göçmeyi önler ve hasarı en aza indirdiği için tercih edilir.
Çelik yapılar betondan %60 daha hafiftir, onarımı daha kolaydır ve enerjiyi daha iyi dağıtır; beton ise genellikle onarılamaz hasarlar yaşar.
Cıvatalı ve kaynaklı bağlantılar gibi gelişmiş bağlantılar, gerilme altında bile bütünlüğü sağlayarak deprem sırasında ve sonrasında dayanıklılığı artırır.
Şekil Hafızalı Alaşımlar gibi akıllı malzemeler, kendini onarma özelliğine sahip olup uzun vadeli bakımı azaltır ve yapısal bütünlüğü artırır.
Telif hakkı © 2025 Bao-Wu(Tianjin) İhracat İthalat Co.,Ltd. - Gizlilik Politikası
EN
