Ahşap İskeletli Yapıların Depreme Dayanıklılığına etkisi

Ahşap çerçeveli yapıların deprem davranışı üzerine yapılan araştırmalar; direnç özellikleri, dayanım özellikleri, matematiksel modelleme ve hesaplama, depremdeki saha gözlemleri, parça ve binaların laboratuvar testlerini içeren pek çok aktivitenin meydana gelmesini gerektiren çok disiplinli çalışmaları kapsamaktadır.

Yapıların depreme dayanıklı olması için şu özellikleri bulundurması gerekmektedir

1. Stabilitesi yerinde olmalı, yani; yapı kararlı olmalıdır.

2. Yapının sürecenliği, devamlılığı yeterli olmalı

3. Sünekliği yerinde olmalı

4. Rijitliği yerinde olmalı Ayrıca, gözlemlenen birçok depremin yanı sıra, teorik bilgiler ve tecrübeler binanın, deprem dayanımını etkileyen faktörleri şöyle sınıflandırmaktadır:

a) Yapı Mahalinde Meydana Gelen Yer Hareketleri:

Yer kabuğunda meydana gelen kırılma ya da kaymalar yapı mahali zemininde hareketlenmelere neden olmaktadır.

b) Yapıların Dinamik Özellikleri:

Doğal titreşim modları, doğal frekans ve sönüm oranı olarak sayılabilmektedir. Bu özellikler bir yapının maruz kaldığı depreme karşı ne kadar güçlü dayanım göstereceğini belirtir. Binanın sönümü demek ise, yapının salınım esnasında ne kadar enerjiyi absorbe ettiğinin ölçüsü demektir.

Düşük sönümlü yapıların bir depreme verdiği tepki, yüksek sönümlülerden daha şiddetlidir. Binalardaki sönüm oranı; yapı materyaline, bağlantı tipine, kaplama elemanları gibi yardımcı elemanların varlığına bağlıdır.

c) Yapıların Deformasyonel Özellikleri:

Yapının dayanımı, dayanıklılığı ve sünekliği gibi özellikleridir. Bu parametrelerin her biri yapı için önemli bir özelliktir. Fakat bu parametreler aynı zamanda yapının dinamik özelliklerine de etki edecektir. Dünyada meydana gelen önemli depremlerden, Alaska (1964-Manyitüd (M) 8,4), Kaliforniya (1971- M 6,7), Yeni Zelenda ( 1987- M 6,3), Kubec (1988- M 5,7), Kaliforniya ( 1989- M 7,1), Kaliforniya (1994- M 6,7), Kobe-Japonya (1995- M 6,8) depremlerinde ahşap çerçeveli yapıların performansı üzerine bir çalışma yapılmıştır. Büyüklüğü (manyitüdü) 7 ve üzerinde olan toplam 7 depremde yaklaşık 300 bin ahşap binanın çok şiddetli sallanması sonucu kalp krizi dahil olmak üzere sadece 34 kişi ölmüştür. Ülkemizde meydana gelen Gölcük depreminde ise 30 bin kişi hayatını kaybetmiştir. Sadece ahşap oldukları için depreme karşı almaları gereken 32 tedbirin yarısının eksik olmasına rağmen Gölcük depremine eş büyüklükteki depremde 25 insan hayatını kaybetmiştir.

Bu çalışmada ahşap çerçeveli yapıların çok şiddetli yer sarsıntılarına dayanabileceği ve hayati risklerinin çok düşük olacağı görülmüştür. Bu nedenle bu tür binaların yaşam güvenliği açısından memnuniyet verici olduğu söylenebilir.

Son 35 yıl içinde yapılan araştırmalarda görülmüştür ki; Kuzey Amerika, Yeni Zelanda ve Japonya’da büyüklüğü richter ölçeğine göre 5,7 ila 8,4 arasında değişen büyük depremlerde 300.000 den fazla platform tipi ahşap karkas ev etkilenmiş olmasına rağmen ölü sayısı toplamda sadece 34’dür. Ayrıca 1994 Northridge depreminden sonra ahşap çerçeveli perde duvarları kontrplak ile kaplamanın gayet iyi bir sonuç verdiği ortaya konulmuştur.

Ancak ahşap ev hangi durumda olursa olsun depreme dayanıklıdır demek bilimsel görüşten uzaktır. Her yapı sisteminde olduğu gibi ahşap karkas yapılarda da deprem yüklerini kapsayan yapısal tasarım gereklidir. Günümüzde bu alanda standartların ve kodların yetersiz olduğu ülkemiz için, Kuzey Amerika deneyiminden de yararlanılan Eurocode iyi bir örnek oluşturmaktadır.

Avrupa kıtasında ahşap yapıların tasarımı Eurocode 5’de, yapılarda deprem dayanımı ise Eurocode 8’ de standart hale getirilmiştir. 1971 San Fernando depremi, 1989 Loma Prieta Depremi, 1994 Northridge depremlerinin hasar tespit çalışmaları neticesinde yatay yüklere dayanım için belirlenen standartlara ilave yenilikler olması gerektiği görülmüştür. Bu nedenle tasarım ve yapım metodları yanal dayanımı artırmak ve ahşap çerçeveli perde duvarların sünekliğini geliştirmek için yapılmıştır.

1995 Hyogo – Ken Nanbu’daki hasarlar ahşap binaların diğer problemlerini göz önüne sermiştir. Yeni ahşap çerçeveli müstakil evler iyi performans sağlarken, geleneksel kiriş ve kalas kullanılan yapılarda problemler görülmektedir. Depremde yıkılan yapılarda en önemli sorunlardan biri; betonarme ağır yapılardan birinin çökmesi sonucunda tüm eşyaların ezilerek hiçbir yaşam alanı bırakmaması ve bu sebeple çok az sayıda insan hayatının kurtulabilmesidir. Ayrıca beton son derece ağır bir malzeme olduğundan kurtarma çalışmaları sadece ağır makineler ile yapılabilmektedir.

Yeni sistem ahşap yapılar hafifliği dolayısı ile yıkıldığında içinde çok daha fazla yaşam alanı oluşturur. Bu da can kaybının çok az olmasını sağlar. Ahşap yapılarda ise kurtarma çalışmaları balta, kazma, balyoz, el testeresi gibi el aletleri ile hemen hemen herkes tarafından ağır makineler beklenmeden yapılabilir. Kaliforniya’da 17 Ocak 1994 yılında olan 6,7’lik depremde can kaybı sadece 69 kişidir ve bunların %40’ı yolda beton viyadükler altında, 20’si diğer yapılarda hayatını kaybetmişlerdir.

Kaliforniyada’ki evlerin %95’i ahşap yapı olduğundan can kaybı bu kadar az olmuştur. Ahşap çerçeveli yapılar özellikle Güney Kaliforniya’ da apartman ve evler için kullanılan en yaygın yapı türüdür. Bu yapı türü aynı zamanda ofis, okul ve hükümete ait 14 yerlerde kullanılmaktadır. Ahşap yapı, düşük ağırlıkta yüksek direnç sağlamakta ve yüksek dayanım/ağırlık oranı ahşabı depreme dayanıklı yapılar için iyi bir seçenek haline getirmektedir. Ahşap çerçeveli yapıların sismik davranışları karmaşıktır. Fakat gerçek ahşap yapıların doğrusal olmayan statik ve dinamik analizleri için kapsamlı araçlar mevcut değildir. Ahşabın direnci; liflerin yönüne, yapısında bulunabilen budak, böcek yeniği gibi kusurlara ve rutubet içeriğine bağlı olmaktadır.

Ahşap; mantar, rutubet ve yanmaya karşı hassastır. Çok yakın geçmişte ahşap çerçeveli yapılar, özellikle kontrplak perde duvar kullanılan mühendislik ürünü ahşap çerçevelerde oluşturulan San Andreas deprem koşullarında bile iyi performans göstermiştir. 2010 yılında Yeni Zelanda’da meydana gelen 7.1 büyüklüğündeki depremde can kaybı yaşanmamıştır. Almanya’nın Der Spiegel dergisinin yaptığı araştırmaya göre çağdaş tasarımlı ahşap binaların bu büyüklükteki depremden can kaybı yaşanmadan atlatılmasını sağladığı belirtilmektedir.

Ahşap çerçeveli tasarımlarda; ahşap kökenli perde duvarlar, binanın deprem ve rüzgâr yüklerine karşı dayanması için gerekli yanal direnci sağlamaktadırlar. Ahşap çerçeveli yapılar, genel olarak yüksek şiddetteki depremlerde düşük hayati risk sağlamakta ve performansları iyi olmaktadır.

Ülkemizde özellikle Marmara depremi sonrası betonarmeye alternatif olarak hafif yapı sistemlerinin yaygınlaşması gerektiği görülmüştür. İstanbul Pelitli’ de ahşap karkas sistem olarak üretilen evlerde çatıda, iç dış duvarlarda 9 mm, döşemelerde ise 18 mm ladin ağacı kontrplak kullanılmıştır.

Kereste dikmeler, çatı mertekleri ve döşeme kirişleri ile kontrplak birbirlerine özel çelik bağlantı elemanları ile bağlanmaktadır. Bu şekilde oluşan levhalar zaten yapının hafifliğinden dolayı düşük olan yanal deprem yüklerine karşı enerji soğuran perde duvar görevi görmektedir. Ahşap karkas evlerde tüm yalıtım sistemi duvarların içinde oluşmakta ve ahşabın kendisinden gelen doğal yalıtım özelliği sayesinde üstün ısı yalıtımı elde edilmektedir.

Ahşap platform çerçeve yapıların performansı ile ilgili yapılan bir çalışmada ölüm oranı ve yapıların yıkılma oranının önemli ölçüde az olduğu görülmüştür.

Ahşap platform tipi yapılarda ölüm oranını düşük olmasına şu gibi faktörler de katkıda bulunmuş olabilir:

Odunun yüksek mukavemet/ağırlık oranı Bağlantılardaki sürtünme kayıplarından kaynaklanan yüksek soğurma kapasitesi Ahşap parçaların esnek davranışları Deprem açısından bakıldığında bu tip yapılardaki anahtar kelime; makaslama gerilimleridir. Makaslama gerilimi, kontrplak, OSB ya da alçıpan levhaların tek ya da iki taraftan bağladığı güçlendiricilerle desteklenen üst ve alt plakalarla dikey sütunların birleşimi ile şekillenir.

Ahşap yapıdaki başarısızlık durumlarına ise vida bağlantıları, duvarların dönmesi, duvar kaplamasındaki kesme başarısızlığı, çeşitli bağlantı hataları ve sınır parçalarının ezilmesi dahil edilmektedir. Ahşap çerçeveli yapıların iyi deprem performansı, detaylı parçalara (duvar, çerçeve ve bağlantı elemanları) ve tüm sistem davranışının iyi kavranmasına dikkat gerektirir.