Rüzgar ve Deprem Kuvvetlerinin Benzerlik ve Farklılıkları
Rüzgar ve Deprem Kuvvetlerinin Benzerlik ve Farklılıkları
Rüzgar ve sismik kuvvetlerin benzerlik ve farklılıkları ilgili yönetmeliklerde verilen tasarım hükümlerini doğrudan etkilemektedir. Bunlar aşağıda özetlenmiştir.
Hem rüzgar hem sismik yükler doğaları gereği dinamiktir. Ancak depremlerin dinamik özellikleri daha fazladır.
Yapılara etki eden sismik kuvvetler, yer hareketinden ve yapının bu harekete karşı gösterdiği iç dirençten kaynaklanır. Buna karşın bir bina yapısına etki eden rüzgar kuvvetleri, rügara maruz kalan yüzlere rüzgar basıncının darbesiyle oluşur.
Bir yapıya etki eden deprem kuvvetleri yapısal özelliklere, temelin özelliklerine ve depremin dinamik özelliklerine bağlıdır. Zemin ne kadar yumuşaksa deprem yükleri o kadar yüksektir. Rüzgar yükleri ise daha çok yapının şekline ve rüzgara maruz kalan yüzey alanına ve bunların yanısıra binanın yatay doğal titreşim periyoduna bağlıdır.
Depremin rüzgar ile karşılaştırıldığında oldukça dinamik olan doğası nedeniyle yapı güvenliği sadece daha rijit bir yapı kullanılarak sağlanamaz. Aslında yapı rijitleştikçe daha fazla sismik kuvvete maruz kalız. Bu nedenle sismik kuvvetlere göre tasarımda yapının hem rijitliği hem de sünekliği eşit derecede önemlidir.
Yönetmelikçe belirlenmiş sismik kuvvetler, bir deprem hareketi tarafından tetiklenen gerçek elastik atalet kuvvetlerinden genellikle daha küçüktür. Ancak yapılar süneklikleri sayesinde depremlerde iyi performans göstermişlerdir. Süneklik, yapının göçmeden kontrollü bir şekilde oluşan yapısal hasarlar vasıtası ile sismik enerjiyi tüketmesidir. Bu nedenle deprem etkilerine karşı tasarım yaparken sadece yönetmelikçe belirlenmiş sismik kuvvetlere göre tasarım yapmak yeterli olmaz; yönetmeliklerde belirtilen ve diğer standartların çelik, beton ve ahşap gibi belirli malzemeler için belirttiği sismik detay şartlarına da uyulmalıdır. Diğer taraftan, rüzgar yükleri için tasarım yaparken rijitlik daha önemli bir ölçüttür. Süneklik, rüzgarın daha düşük dinamik özellikleri nedeniyle önemini kaybetmektedir.
Sismik kuvvetleri hesaplamak için ilk olarak taban kesmesi hesaplanır daha sonra bu taban kesmesi yapının modal tepkisine göre her kat seviyesinde uygulanan düzgün yayılı ve parabolik eşdeğer bir yatay kuvvete dönüştürülür. Rüzgar yüklerini hesaplamak için ilk olarak tasarım rüzgar basınçları hesaplanır. Bunu her kat seviyesindeki yatay kuvvetlerin her katın düşey yüzey alanı ile hesaplanması takip eder. Daha sonra rüzgar taban kesmesi hesaplanır.
Rüzgar yükleri için iki set yatay kuvvet gereklidir:
Rüzgar kuvveti ana taşıyıcı sisteme etki eden rüzgar yükleri
Bileşenler ve cephe kaplaması gibi daha küçük elemanlara etki eden rüzgar yükleri
Sismik yükleri için bir deprem esnasında yatay diyaframın dinamik davranışının düşey yatay yük taşıyıcı sistemin dinamik davranışından farklı olması sebebiyle iki set yatay yük gereklidir:
Düşey yatay yük taşıyıcı sistemin etki eden yatay yükler,
Fx ve yatay diyaframa (çatı ve kat döşemeleri) etki eden yatay yükler Fp. Bunlara ek olarak yapısal ve yapısal olmayan parça ve bileşenlere etki eden sismik yüklerin de hesaplanması gerekmektedir.
Kaynak
Prof. Dr. Bülent Akbaş-Prof. Dr. Oğuz Özgür Eğilmez- Çelik Yapı Tasarımı-Uygulamaya Yönelik Bir Yaklaşım