Çok kimse tarafından ahşap evler depremde içinde olunması gereken en emniyetli yerdir. Güvenli evler ahşap evlerle eş anlamlıdır. Ahşap evlerin hafif olması ve yüksek enerji emme kabiliyeti şiddetli depremlerin etkilerine dayanıklı sistemi meydana getirir. Dünyanın çeşitli yerlerindeki olan şiddetli depremlerden alınan tecrübeler iyi yapılmış ahşap evlerin yaşayanlara güvenli ortam sağladığını göstermiştir.
Senede Bir milyonun üzerinde deprem olur fakat çoğu hissedilmeyecek kadar küçüktür. Deprem her yerde olabileceği gibi bazı bilinen bölgelerde şiddetli deprem olasılığı yüksektir. Dünyada depremler her yıl çok can alır - ölümlere çoğunlukla hasarlı binalar sebep verir. Kuzey Amerika da olan son depremlerde can kaybı az olmuştur. Bu Kuzey Amerikan ev sistemine yorumlanır buda büyük çapta kullanılan ahşap iskeletli evlerdir.
Kuzey Amerika da kaydedilen en şiddetli depremlerden biri Alaska da 1964 yılındaki Prince William Sound da olmuştur. Depremin şiddetine göre can kaybı az olmuştur. Richter ölçeğine göre 8.4 şiddetindeki depremde 131 can kaybı olmuş ve bunun 122 tanesine depremin meydana getirdiği dalgalar sebep olmuştur. Bunun aksine Richter ölçeğine göre 7.4 şiddetindeki 1999 yılında Türkiye deki depremde 15000 kişi ölmüştür.9
Alaska Üniversitesi Jeofizik Enstitüsü 1964 yılındaki Alaska depreminde az can kaybını şöyle açıklamaktadır:
“Depremden toplam 131 kişi ölmüştür; Alaska da 115 ve Oregon ve Kaliforniya da 16 dır. Bu şiddetteki depremde ölü sayısının son derece az olmasının sebebi insan yoğunluğunun az olması, depremin tatilde olma zamanı ve bir çok binanın yapımında kullanılan ahşaptır.”1
Kaliforniya da 37 milyon metre karenin üzerinde okul vardır ve bunun 80% i ahşap yapıdır. 1994 yılındaki Northridge depremi okul binalarındaki hasar raporu özeti şöyledir:
“Depremden etkilenen okul sayısı göz önünde tutulursa, bu yapıların iyi imtihan verdiği sonucuna varılır. Okulun kapanmasına sebep veren hasarların çoğu yapısal olmayıp, veya tamir edilebilir yapısal hasarlar olup hayati tehlike arz etmemiştir. Bu derece iyi performans binaların çoğunun yapım tarihine bakmaksızın hasara çok dayanıklı az katlı ahşap yapılar olmasından dolayı bekleniyordu.”2
Ahşap yapıların depreme dayanıklılığı bilinen ahşap yapı sistemi özelliklerinden kaynaklanır.
1. Ahşap binada yapısal panoların çok sayıdaki ahşap kiriş ve dikmelere eklenmesi depremin meydana getirdiği kuvvetler için bol miktarda yük yolu sağlar. Az sayıda büyük birleşme noktalarından ziyade, bol sayıda küçük birleşme noktaları vardır. Bir birleşme yeri aşırı yüklendiğinde komşu birleşme yerleri fazla yükleri paylaşır.
2. Ahşap yüksek mukavemet / ağırlık oranına sahiptir ve bundan dolayı ahşap yapılar diğer bina tiplerine göre daha hafiftirler. Hafiflik depremde avantajdır.
3. Ahşap yapılarda çivili ahşap birleşme yerleri binanın bükülmesini sağladığından deprem sırasında enerjiyi emer ve dağıtır.
4. Ahşap yapılarda plywood ve OSB gibi yapısal panolar dikme ve kirişlerle beraber hareket ederek perde duvar ve diyaframları meydana getirir. Bunlar yatay yüklere son derece dayanıklı elemanlardır.
Ahşap Binalara Depremin Etkisi
Depremde Ne Olur
Depremlerin çoğu dünya kabuğunu meydana getiren levhaların birleştiği yerlerde meydana gelir. Levhalar devamlı hareket eder, gerilmelere ve şekil değişimlerine neden olur. Gerilme kabuğun mukavemetinden fazlaysa enerjiyi salıveren ve yeryüzünde sismik dalgalar meydana getiren ani bir kayma olur. Enerjinin bırakıldığı yere depremin merkezi denir ve yeryüzünde deprem merkezinin üzerindeki noktaya da merkez üssü denir. ( Şekil 1 )
Merkez üssünde boşalan enerji miktarı Richter Magnitüd Ölçeği (M) kullanılarak saptanır. M4 büyüklüğünde deprem merkez üssünde açıkça hissedilir. M5 ve M6 orta ölçekli depremlerdir ve hatırı sayılır hasara neden olur. M7 ve M8 ölçekli depremler binalara geniş çaplı hasar verir ve toprak kaymalarına ve zeminde kalıcı yer değiştirmelere neden olur.
Bir bina fay hattının üzerinde ise temelin altındaki zeminin çökmesi ile hasar görür. Stabil olmayan şevler ve gevşek toprak yığınları temelin çökmesi dolayısı ile binanın çökmesine neden olur. Çoğunlukla hasar depremin merkez üssünden yayılan sismik dalgalar sonucunda oluşur. Yerin hareketi kuvvetli ise binaları hareket ettirir. Deprem temelleri hareket ettirince atalet kuvveti binanın üst katlarını hakiki yerinde tutmaya çalışır. (Şekil 2) Yerin hareketi yavaş olursa bina kendini toplar ama genelde depremler hızla ivme kazanan yer kuvvetleri meydana getirir. Depremde oluşan kuvvetler binanın ağırlığına ve zeminin ne kadar hızlı ivme kazandığına bağlıdır. Binalar ağırsa atalet kuvvetleri yüksek olacağından ağır binalarda oluşan deprem kuvvetleri yüksektir. Aynı şekilde yüksek zemin ivmeleri yapılarda daha büyük gerilmelere neden olur. Depremler yer hareketinin ve binanın özelliğine göre yapıları değişik şekilde etkiler.
Binanın olduğu yerdeki sismik yer hareketinin tipi bir çok faktöre bağlıdır.
• Binanın depremin merkez üssünden uzaklığı,
• Depremin Magnitüdü,
• Depremin merkez derinliği
• Binanın olduğu yerdeki zemin çeşidi
Bir binanın depreme nasıl tepki vereceği binanın boyutuna ve direngenliğine bağlıdır. Zemine yüksek ivme kazandıran depremlerin yapıya etkisi kritiktir. Ölçülen yer ivmeleri, g, yerçekiminin (10 m/s2) fraksiyonu olarak belirtilir ve merkez üssünde en yüksektir. Depremin etkisini genelde Richter ölçeği vurgulamasına rağmen, bir mevkide ölçülen en yüksek yer ivmesi depremin binalara verdiği muhtemel hasarın daha iyi göstergesidir.
Ahşap Çerçeveli Yapıların Depreme Karşı Davranışı
Kuzey Amerika da yönetmeliklerin çoğu iki tip bina tasarımı ve inşaatı kabul eder: 1) Mühendislik tasarımı ve inşaatı ve 2) Konvensiyonal kaidelerle tasarım ve inşaat
Mühendislik inşaatı, mühendislerce etki eden yüklere karşı dayanan baştan sona tasarlanmış sistemleri kullanır. Konvensiyonal inşaat, araştırma sonuçları ve geçmiş performanslarla gelişen geleneksel yapım tecrübelerinden elde edilen geleneksel kaidelere dayanır. Bina yönetmelikleri Konvensiyonal inşaatı sınırlı sayıda yaşayanı olan daha küçük binalar ile sınırlar. Büyük evler ve konut olarak kullanılmayan binalar mühendislik inşaatına girer.
Deprem yer hareketlerinin yarattığı atalet kuvvetleri binanın kütlesinin fazla olduğu çatı ve döşemelerde yatay kuvvetleri oluşturur. Duvarlar çatı ve döşemelerdeki kuvvetlere dayanmalı ve tüm yapı uygun şekilde temellere bağlanmalıdır.(Şekil 3) Ahşap çerçeveli yapının aşağıda belirtilen elemanları deprem yüklerine dayanabilmesi için kritik önemdedir:
• Temele ankraj,
• Duvarların mukavemeti ve sünekliği,
• Döşeme,çatı ve tavanların mukavemeti ve sürekliliği, ve
• Çerçeve elemanlarının bağlantısı.
Konvensiyonal inşaat yönetmeliği asgari çatı, duvar ve döşeme inşaatlarını ve bunlar arasındaki bağlantıları belirtir. Asgari pano kalınlığı ve tipi şartını karşılayan duvarlar binada belli aralıklarla yerleştirilir.Ankraj cıvata şartları yapının temele yeterli şekilde bağlanması için verilir.
Tipik bir inşaat genellikle bina yönetmeliklerinde istenen asgari konvensiyonel şartlardan fazlasını sağlar. Duvar panosunun genellikle belirtilen asgari kalınlıktan fazla olması ve bir binada asgari duvar ihtiyacından fazla duvar olması buna örnek olarak gösterilir.
Mühendislik tasarımında yatay yük yolları oluşturulur ve yük yolunun her elemanı hesap edilmiş deprem yüklerine karşı tasarlanır. Çatılar ve döşemeler diafram, bir kısım duvarlarda perde duvar olarak tasarlanır. Perde duvar ve diaframlar tasarlanırken aşağıda belirtilenlere dikkat edilir:
• Yapısal ahşap panolar (OSB ve Plywood) hesap edilmiş kuvvetlere dayanabilecek kalınlıkta olmalı,
• Panolardaki kesme kuvvetlerini çatı, döşeme ve duvarlara iletebilecek yeterlikte çivileme olmalı,
• Diafram ve perde duvar panolarının kenarlarında gerekliyse destek parçaları kullanmalı, ve
• Diafram ve perde duvarların çevresindeki çerçeve elemanları hesap edilmiş çekme ve basınca yeterli dayanırlıkta olmalı ve doğru eklenmelidir.
Mühendislik tasarımı yük yolundaki tüm elemanlar arasında uygun bağlantılar gerektirir. Diaframları perde duvarlara bağlarken ilave çivileme veya özel saç birleşim levhaları gerekir. Perde duvar köşelerini sağlamlaştıran ve temellere bağlayan saç levhadan bağlantı elemanları kullanılması zorunludur. (Şekil 4)
Ahşap yapıların deprem sırasında iyi performans sergileyen doğal özellikleri vardır. Depremde güvenilir olmalarını temin etmek için yapım kurallarına uyulmalıdır. Doğal özelliklerinden bazıları aşağıda açıklanmıştır:
Mukavemet ve Direngenlik:
Depremde yanal kuvvetler binayı ötelemeye çalıştığından duvarlar dikdörtgen şekilden paralel kenar şekle dönüşür. Duvarlar veya perde duvarlar gibi ahşap çerçeveli levhaların, düzlemlerine paralel yüklere karşı mukavemeti sağlanmalıdır. Plywood veya OSB gibi yapısal panolarla yapılmış perde duvarlar deprem yüklerine karşı çok mukavimlerdir. Şiddetli deprem olasılığı yüksek bölgelerde panoların kalınlığı ve çivi boyutu ve miktarını artırarak duvarların mukavemeti çoğaltılır. Buna ek olarak, yapılan araştırmalar ve tecrübeler yapısal olmayan elemanların yapının yanal kuvvetlere olan direncine katkıda bulunduğunu göstermiştir. İç bölmeler, dış cephe kaplamaları buna örnektir.
Süneklik:
Yığma ve betonarmeye göre ahşap sistemler doğal olarak daha sünektir. Süneklik yapının çökmeden akabilme ve şekil değiştirebilme kabiliyetidir. Depremin ani şekilde oluşturduğu yüklere karşı binalarda eğilebilirlik ve bükülebilirlik arzu edilen özelliklerdir. Bu özellikler binanın depremde biriken enerjiyi dağıtmasını sağlar. Çok sayıdaki çivili ek yerleri ahşap binalara süneklik sağlar.
Ağırlık:
Ahşap yapılar hafiftir. Beton duvarlar ahşap duvarlardan 7 kere daha ağırdır. Depremde oluşan kuvvetler yapının ağırlığına orantılı olduğundan, hafif olan ahşap çerçeveli yapılar depremlerde çok iyi sonuç verir.
Artıklık:
Çok sayıda yük yolu bulunan binalar yapısal olarak artık yapılar kabul edilir ve depremde ekstra güvenlik sağlarlar. Betonarme gibi ağır çerçevelerle taşınan yapılarda nispeten az sayıda yapısal eleman ve bağlantı yeri vardır. Bir elemandaki tasarım veya işçilik hatası komşu yük yollarının aşırı yüklenmesine sebep olur. Tipik bir ahşap çerçeveli yapıda yüzlerce yapısal eleman ve çivili bağlantı noktası vardır. Bu, bir yük yolunun çökmesinin komşu elemanlar ve bağlantı noktaları ile telafi edilmesi demektir.
Bağlanabilirlik:
Ahşap yapısal panolu duvarların, depremin yarattığı düzlemlerine paralel yüklere, mukavemet gösterebilmesinin dışında, binalarda devrilme ve kaymaya mukavim tasarlanmalı ve inşa edilmelidir. Binalar temele uygun şekilde bağlanmalıdır. Duvar, döşeme ve çatı çerçevelerinin bağlantısı evi tek sağlam yapısal birim haline getirir ve bu depremde yapıyı bir arada tutan önemli özelliktir.
Geçmiş Depremlerde Ahşap Çerçeveli Binaların Performansı
Evlerin ve diğer binaların deprem için tasarımının amacı, insanların yaralanma ve ölümlerini asgariye indirmektir ve ahşap çerçeveli binalar bu ihtiyacı başarılı şekilde karşılar. ''Ahşap çerçeveli binaların depremlerdeki performansı'' araştırması çok az sayıda insan kaybı olduğunu gösterir.(Tablo 1). Araştırma yapılan bölgelerde konut olarak kullanılan binaların çoğu konvensiyonal kaidelerle yapılmış olup mühendisler tarafından tasarlanmamıştır.
Ahşap çerçeveli binaların büyük çoğunluğunda kuvvetli sallantılara rağmen hasar olmamış veya belli oranlarda yüzeysel ve yapısal hasar olmuştur. Yapısal noksanlığı ve hatası olan bir kaç bina ise çökmüştür.
Geçmiş Depremlerden Alınan Dersler
Depremlerde ahşap yapılar güvenli bulunmasına rağmen, binaların performansı incelendiğinde bazı ahşap yapılarda problemler saptanmıştır. Bu eksiklikler aşağıda belirtilmiş olup tasarımda önlem alma açısından faydalıdır.
Yeterli Sağlamlıkta Olmayan Birinci Katlar: Geçmiş depremlerden elde edilen tecrübeler zayıf birinci katlı binaların depremden etkilendiği göstermiştir. İnşa edilmiş konvensiyonal ahşap çerçeveli binaların depreme dayanması için, yeterli çerçeveli ve yapısal ahşap panolu duvarlar gereklidir. Pencere, kapı ve garaj kapısı gibi duvarlardaki büyük açıklıklar depremin yarattığı yanal yüklere mukavemet gösteren duvar alanının az olmasına sebep verir. Eğer bu duvarlar yeterlice tasarlanmamışsa, bu duvar alanı miktarındaki eksiklik büyük çarpılmalara ve sonuçta çökmeye neden olur. Kaliforniya'daki deprem tecrübeleri giriş katında garaj olan çok katlı apartmanların depremde hasar aldıklarını göstermiştir ve bina yönetmelikleri bu tip binaların depreme dayanabilmesi için dikkatlice tasarlanması ve detaylandırılmasını öngörür.
Temel Bağlantıları: Yapının temelden ayrılmaması için tespit cıvataları kullanılır. Bazı eski evler, duvarlar temele tespit cıvataları kullanılmadan inşa edilmiştir. Tecrübeler depremde bu binaların temellerinden ayrıldığını göstermiştir.
Bacalar: Donatısız yığma bacalar depreme karşı dayanıksızdır. Bacanın çökmesi yapının çatı ve duvarlarına zarar verir. Hasarlı bacalar deprem sonrası meydana gelen artçı sallantılarda risk oluşturur. Donatılı veya hafif malzeme kullanılarak yapılan bacalar depremlerde hasar oluşmamasına yardımcı olur.
Araştırmalar:
Ahşap çerçeveli yapılara, çivi testinden gerçek boyuttaki evlere uygulanan tam ölçekli deprem simülasyonlarına kadar değişik testleri ihtiva eden araştırmalar yapılmıştır.5 Bir çok yük yolunun olması ve yapısal olmayan elemanların katkılarından dolayı geleneksel ahşap yapıların sismik performansının matematiksel modelini yaratmak güçtür.
Titreşimli platformlar, üzerine kurulan gerçek boyuttaki evlere gerçek deprem simülasyonları uygular. Kaliforniya da yapılan CUREE projesi ve British Columbia Üniversitesindeki projeler buna örnek teşkil eder. 'Deprem Mühendisliğinde Araştırma İçin Üniversiteler Konsorsiyumu' (CUREE) (www.curee.org.) 1988 yılında, deprem mühendisliği araştırmalarında ve eğitiminde ilerlemeler sağlamak için kurulmuştur.
Depreme Dayanıklı Ahşap Yapı Tasarımı
İnşaat uygulamaları devamlı gelişmektedir. Geniş açıklıklar, depreme dayanıklı tasarım gerektiren, açık mekanlar, büyük garajlar ve daha çok boşluklu dış duvarlara yol açar. Çokça kullanılan ahşap yapısal panolar sağlam döşeme ve duvar yapımına imkan sağlamıştır. Depreme dayanıklı ahşap yapı tasarımı devamlı gelişmektedir.
A.B.D.
A.B.D.' de bina yönetmeliklerinde, deprem hükümleri içeren, evler için konvensiyonal inşaat şartları vardır. Depreme dayanıklı ahşap yapı tasarım hükümleri Amerikan Orman ve Kağıt Birliği'nin Ahşap Çerçeveli İnşaat El Kitabında da bulunur6.
Çerçeve sistemler geleneksel şartların dışına çıkıyorsa deprem yük yolları mühendislik hesabı ile tasarlanmalıdır. Yükler bina yönetmeliklerinden alınmalı, yük taşıyan elemanlar ahşap tasarım standartları esas alınarak tasarlanmalı ve detaylandırılmalıdır. A.B.D.'de Ulusal ahşap tasarım standartlarının son basımlarında gelişmiş depreme dayanıklı tasarım bölümleri vardır. Ahşap İnşaat İçin Ulusal Tasarım Şartnamesinin7 son basımı, ahşap çerçeve elemanlarının deprem yüklerine karşı tasarlanması için gerekli tüm bilgileri kapsar.
WoodWorks® Perde duvar tasarım yazılımı mühendislere depreme dayanıklı ahşap yapı tasarımı yaparken yardımcı olmak için geliştirilmiştir. www.woodworks-software.com.
Kuzey Amerika da bina yönetmelikleri ve ahşap tasarım standartları depreme dayanıklı ahşap yapı tasarımı için gerekli tüm bilgileri kapsar. Depremin ahşap yapılara etkileriyle ilgili arazi çalışmaları ve araştırmaları kapsayan şartnameler ve standartlar belli aralıklarla güncellenir.
Dünya Ülkelerinin Güvenli Ev Talebi
Son Yüzyılda Kuzey Amerika'da başarıyla uygulanmış ahşap inşaatın diğer ülkeler tarafından uygulanmak istenmesinin çok sebebi vardır. Sebeplerden birisi gelişmekte olan ekonomilerin artan zenginliğinin sonucu yükselen iyi yaşam düzeyi talebidir. Diğer sebep son depremlerde yıkılan binaların ve verilen can kayıplarının sonucu oluşan sağlam ve güvenli konut ihtiyacıdır.8
Taiwan adasının tamamı yüksek deprem riski ile yüz yüzedir. 1999 depreminde 2200 can kaybı olmuş ve 100,000 den fazla kişi evsiz kalmıştır. Sonuç olarak hükümet ahşap yapı inşaatını tanıtarak destek vermiş ve Taiwan yönetmeliklerini Kuzey Amerika ve Japon modellerine bakarak geliştirmiştir.
Japonya yüksek deprem riski olan diğer bir ülkedir. 20 yıl önce tanıtılmış olan Kuzey Amerikan stili ahşap çerçeveli inşaatlar, 1995 Kobe depreminin ardından Japon konut pazarında artan bir pazar payına sahip olmuştur.
Artan ekonomik gelişme Çin'de gelişmiş konut talebi yaratmaktadır. Çin'de hükümet yüksek kaliteli ve dayanıklı ahşap çerçeveli konut inşaatına imkan sağlayacak A.B.D. yönetmeliklerine benzer bina yönetmeliklerini uygulamaya koymuştur. Asya'nın bir çok bölgesinde olduğu gibi Çin dede deprem ve tayfun riski olan bölgeler vardır.
Türkiye'de beton ve yığma ana yapı malzemeleridir. 1999 depreminde çoğu binaların çökmesi sonucu 15,000 kişi ölmüş ve 600,000 kişi evsiz kalmıştır.9 Türkiye'de bina standartlarını geliştirme ve yeni inşaat teknolojileri zorunluluğu gündeme gelmiştir.
Deprem güvenliği sebeplerinden, konutta ahşap yapıya dönen bu örnek ülkelerin dışında, ispatlanmış, ekonomik oluşu ve bina yönetmelikleri isteklerini karşılayabilme gibi nedenlerden dolayı, bir çok ülke ahşap çerçeveli yapıyı seçmektedir.