yapi saĞliĞi İzleme sİstemlerİ İle bİr hastane …4. uluslararası deprem mühendisliği ve...

4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı

11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR

YAPI SAĞLIĞI İZLEME SİSTEMLERİ İLE BİR HASTANE BİNASININ

DEPREM DAVRANIŞININ BELİRLENMESİ

A. Özenir1

ve A. C. Zülfikar2

1 Doktora Öğrencisi, İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Kocaeli

2 Yard.Doç.Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Kocaeli

ÖZET:

T.C. Sağlık Bakanlığı tarafından yayımlanan genelgede 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde yer alan, 100 yatak

ve üzeri kapasiteli yeni yapılacak hastane binalarının sismik yalıtımlı yapılması ve bu binalara ivme ölçerler

yerleştirilerek deprem sonrasında bina ve sismik yalıtıcıların durumunun değerlendirilmesi gerektiği belirtilmiştir.

Bu çalışmada konvansiyonel taşıyıcı sisteme sahip bir hastane binasında katlara yerleştirilmiş ivme ölçerler

tarafından iki farklı depremde elde edilen ivme kayıtları kullanılarak bina özellikleri ve davranışı belirlenmeye

çalışılmıştır. Seçilen depremlerden bir tanesinin magnitüdü düşük düzeyde olmasına rağmen, söz konusu depremin

yönelim (direktivite) etkisi içermesi ile elde edilen kat ivmelerinin özellikle yapısal olmayan elemanlarda hasar

oluşturabilecek mertebede olduğu gözlenmiştir.

ANAHTAR KELİMELER: Yapı Sağlığı İzleme, Direktivite, İvme ve Deplasman Tepkisi, Yapısal Olmayan

Hasar

DETERMINATION OF SEISMIC BEHAVIOUR FOR A HOSPITAL BUILDING

WITH STRUCTURAL HEALTH MONITORING

ABSTRACT:

According to the circular released by the Ministry of Health in Turkey, it is stated that new hospital buildings both

locating in the seismic zone 1 and 2 and possessing 100 bed capacities and over shall be done with seismic isolation

and these buildings and isolators shall be evaluated after the earthquake event with the placement of acceleration

sensors. In this study, characteristics and response of a hospital building having conventional structural system is

worked with the acceleration records of two earthquake events obtained from the acceleration sensors locating in

stories. Although, one of the selected earthquake events have smaller magnitude, it is observed that the level of

story accelerations have the vulnerability on the non-structural components with the effect of directivity

characteristic of the relevant event.

KEYWORDS: Structural Health Monitoring, Directivity, Acceleration and Displacement Response, Non-

Structural Damage

1. GİRİŞ

Yapı Sağlığı İzlemesi sismik aktivitenin yüksek olduğu ülkelerde gerçekleştirilen deprem riski azaltılması

programlarının önemli bir parçasıdır (M.Çelebi, 2013). Dünya’da en yoğun cihazlandırmanın yapıldığı A.B.D.

başta olmak üzere Japonya, Çin, Tayvan ve Meksika gibi ülkelere ek olarak İtalya, Türkiye, Yunanistan ve Şili’de

de çeşitli uygulamalar yapılmaktadır.

A.B.D’de en fazla sismik cihazlandırma iki kuruluş tarafından organize edilmektedir. Söz konusu kuruluşlardan

biri Kaliforniya’da faaliyet gösteren Kaliforniya Jeolojik Araştırmalar Kurumu (CGS) olup 1972 yılında başlatılan



Kalifornia Kuvvetli Hareket Cihazlandırma Programını yönetmekte (CSMIP), diğeri ise ulusal boyutta çalışmalar

yapan Birleşik Devletler Jeolojik Araştırmalar Kurumunun (USGS) yürüttüğü Ulusal Kuvvetli Hareket Projesidir

(NSMP). CSMIP kapsamında yaklaşık 200 bina, 27 baraj, 66 köprü ve 42 geoteknik dizi, NSMP kapsamında ise

130 bina ve 77 baraj cihazlandırılması yapıldığı belirtilmiştir.

Şekil 1. CSMIP kapsamında Yıllara Göre Sensör Sayılarının Dağılımı

Her iki kuruluş tarafından sağlık tesisleri için özel işbirliği ve programlar ile çeşitli cihazlandırma çalışmaları

yapılmıştır. USGS tarafından, 1971 San Fernandao Depreminde bazı hastane binalarının yıkılmasından sonra ilk

etapta 60 adet hastane binasında özellikle temel seviyesinde analog ivme ölçerler ile cihazlandırmalar başlamış,

2003 yılında 45 adedi dijital cihazlar ile değiştirilerek yenilenmiş, 2008 yılından itibaren ise 22 binada katlara

yerleştirilen ilave ivme ölçerler ile özel diziler oluşturulmuştur. (USGS, 2012)

Şekil 2. USGS kapsamında cihazlandırılan hastane binalarının dağılımı

CSMIP programı kapsamında ise Kaliforniya Sağlık, Planlama ve Geliştirme Ofisi ile birlikte 1989 yılından bu

yana toplam 29 hastane ve sağlık tesisi cihazlandırılmıştır. Her iki kuruluş tarafından yerleştirilen cihazlardan elde

edilen ivme kayıtları ile birlikte cihazların yerleştirildiği bina ve saha özellikleri internet ortamında ücretsiz olarak

(CESMD) sunulmaktadır (www.strongmotioncenter.org).

Ülkemizde ise özellikle tarihi yapılar, ulaştırma yapıları ve yüksek yapılarda çeşitli uygulamalar bulunmaktadır.

T.C. Sağlık Bakanlığı İnşaat ve Onarım Dairesi Başkanlığının 2012/6 sayılı genelgesinde 1. ve 2. Deprem

bölgelerinde 100 yatak ve üzeri hastanelerin taşıyıcı sistemlerinin sismik izolatörlü olacağı belirtilmiştir. Söz

konusu Bakanlık tarafından yayımlanan 2013/3 sayılı genelgenin ekinde ise deprem yalıtımlı olarak inşa edilecek

yapılar için proje ve yapım standartları verilmiştir. Genelgenin 3.2.17. maddesinde söz konusu binalara ivme

kaydedicilerin yerleştirilmesi, her kayda değer büyüklükteki depremden sonra yapı, yalıtıcılar ve kuvvetli hareket

cihazlarının kontrol edilerek raporlanması gerektiği belirtilmiştir. Son yıllarda özellikle “Şehir Hastaneleri” olarak

anılan ve sayıları artan büyük sağlık kompleksleri söz konusu genelge kapsamında olup, bu binalarında Yapı

Sağlığı İzlemesi amacıyla cihazlandırılmasına ve işletme prosedürlerinin belirlenmesine ihtiyaç duyulmaktadır.



Bu çalışma kapsamında A.B.D’ de yer alan bir hastane binası örnek bir uygulama amacıyla seçilerek binada

bulunan ivme ölçer sensörler tarafından iki farklı deprem sırasında kaydedilen ivme kayıtları kullanılarak yapı

davranışı tespit edilmeye ve elde edilen sonuçlar paylaşılmaya çalışılmıştır.

1.1. Bina ve İvme Ölçer Sensör Özellikleri

Çalışma kapsamında göz önüne alınan üç katlı Alameda Hastanesi Kaliforniya’da yer almaktadır. Bina 1976 UBC

yönetmeliğine göre 1981 yılında tasarlanmıştır. Bina taşıyıcı sistemi her iki doğrultuda düzenlenmiş moment

aktaran çelik çerçevelerden oluşmaktadır. Bina kazıklı temel sistemine sahiptir. Kuzey-güney doğrultusunda 5

adet, doğu batı doğrultusunda ise 6 adet 7.60m lik açıklık bulunmaktadır. Bina kat yükseklikleri sırasıyla 4.10m,

4.10m, 4.25m dir. Bina çatı katında kısmi bir kat bulunmakta olup bu katın yüksekliği 5.50m dir.

a)

b)

Şekil 3. Alameda hastane binası a) görünüşü, b) lokasyonu

Bina 2008 yılında cihazlandırılmış olup, dört farklı kat seviyesinde toplam 12 kanallı ve bina dışında zeminde bir

adet 3 kanallı referans ivme ölçer bulunmaktadır. Binada yer alan ivme ölçer yerleşimi aşağıda verilmiştir.

a)

b)

c)

d)

e)

Şekil 4. Alameda hastane binası kat planları ve cihaz yerleşimleri, a) zemin kat, b) 1.kat, c) 2.kat, d) Çatı Kat, e)

Kısmi Kat



1.2. Kuvvetli Yer Hareketleri ve Özellikleri İnceleme konusu binada bulunan ivme ölçerler tarafından bugüne kadar toplam 5 adet deprem kaydedilmiştir. Söz

konusu depremler, 17 Ağustos 2015 Piedmont Depremi Mw 4.0, 20 Ekim 2011 Berkeley Depremi Mw 4.0, 24

Ağustos 2014 Güney Napa Depremi Mw 6.0, 5 Mart 2012 Elcerrito Depremi Ml 4.0, 3 Mayıs 2015 Concord Mw

3.6 depremleridir (CESMD). Bu çalışma kapsamında söz konusu depremler arasından Piedmont ve Güney Napa

Depremlerine ait kayıtlar incelenmiştir. Söz konusu depremlerin özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablo 1. Çalışmada Kullanılan Kuvvetli Yer Hareketleri ve Özellikleri

Olay Adı Tarih Büyüklük

(Mw)

Derinlik

(km)

Faylanma Epicenter-Bina

arası Uzaklık

(km)

Piedmont Depremi 17 Ağustos

2015 4.0 4.80 Yanal Atımlı 8.40

Güney Napa Depremi 24 Ağustos

2014 6.0 11.3 Yanal Atımlı 51.0

Şekil 5. Kuvvetlli Yer Hareketleri Epicenter- Bina lokasyonları

2. ANALİZ

Çalışma kapsamında öncelikle her bir kanaldan elde edilen ham ivme kayıtları filtrelenmiş ve lineer sıfır eksen

düzeltmeleri yapılmıştır. Filtreleme işleminde 0.1-10 Hz arasını geçiren 4. Dereceden Butterworh filtre

kullanılmıştır.

2.1. Fourier Spektrumları

Yapının frekans içeriği ve hakim modlarını tanımlayabilmek için Fourier dönüşümü yapının planda simetri

eksenleri olan Kuzey-Güney (KG) ve Doğu-Batı (DB) olmak üzere her iki yönde alınan kayıtlara uygulanmıştır.

Binanın zemin seviyesinde bulunan 2 ve 3 no’ lu kanallardaki ivme kayıtlarının fourier dönüşümü ile her iki yer

hareketi hakim titreşim frekansları elde edilmiştir. Buna göre, Güney Napa Depreminin hakim titreşin frekansları

DB yönünde 1.75Hz ve 0.76Hz, KG yönünde ise 1.70Hz ve 0.55Hz, Piedmont depreminde ise DB yönünde 6Hz,

KG yönünde ise 5.2Hz olarak hesaplanmıştır. Binada bulunan diğer kanalların ivme kayıtları içinde benzer

dönüşüm uygulanarak bina hakim titreşim frekansları belirlenmiştir. Güney Napa depremi kayıtları kullanıldığında

Güney

Napa

Piedmont

Alameda

Hospital



her iki doğrultuda da hakim titreşim frekansı 2.70Hz, Piedmont depremi kayıtlarında ise DB yönünde 2.50Hz, KG

yönünde ise yaklaşık 2.85Hz olarak elde edilmiştir.

a)

b)

c)

d)

Şekil 6. Tüm kanallar için Fourier Spektrumları, a) Güney Napa Depremi DB, b) Güney Napa Depremi KG, c)

Piedmont Depremi DB, d) Piedmont Depremi KG

2.2. İvme-Hız-Deplasman Geçmişlerinin Elde Edilmesi

Bir önceki bölümde frekans içeriği verilen ham ivme kayıtlarının düzeltme işlemleri yapıldıktan sonra “Piecewise

Exact Method”( M.N. Aydınoğlu, Y.M. Fahjan, 2003) kullanılarak İvme-Zaman, Hız-Zaman ve Deplasman-

Zaman geçmişleri elde edilmiştir. Aşağıdaki resimlerde her iki depremde binanın zemin katında bulunan 2 no’lu

kanal ve çatı seviyesinde bulunan 11 no’lu kanal için tepki geçmişleri Şekil 7’de verilmiştir. Buna göre her iki

depremde de her iki istasyon arasında tepkinin büyütüldüğü görülmektedir.



a) b)

c) d)

Şekil 7. 2. ve 11. Kanallar için İvme-Hız-Deplasman Zaman Geçmişleri, a) Ch#2 @Güney Napa Depremi, b)

Ch#11 @Güney Napa Depremi, c) Ch#2 @Piedmont Depremi, d) Ch#11 @Piedmont Depremi

2.2. Kuvvetli Yer Hareketi Enerji İçeriği ve Süresi

Binanın zemin seviyesinde bulunan 2 ve 3 no’lu kanallar kullanılarak yer hareketlerinin enerji içeriği ve süresi

Şekil 8 ve 9’da verilmiştir. Buna göre Güney Napa depreminin DB yönü için anlamlı süre 34.09sn, KG yönü için

ise 46.88sn olarak hesaplanmıştır. Piedmont depreminde ise DB yönünde 0.5sn, KG yönünde ise 4.59sn dir.

Ayrıca, Piedmont depreminin DB yönü enerjisinin hem diğer doğrultunun hemde Güney Napa depreminin her iki

doğrultusunun yaklaşık 4.5 katı olduğu görülmektedir. Tüm bu elde edilen bilgilerden Piedmont depreminin DB

Yönü için yönelim (direktivite) etkisi bulunduğu görülmektedir.

Şekil 8. Güney Napa ve Piedmont Depremleri 2.ve 3. kanallar için normalize edilmiş arias enerji grafiği



a)

b)

Şekil 9. 2.ve 3. kanallar için normalize edilmiş arias enerji içeriği, a) Güney Napa, b) Piedmont Depremi

2.4. İvme Spektrumları

Tüm kanallardaki düzeltilmiş ivme kayıtları kullanılarak ivme spektrumları hazırlanmıştır. Elde edilen

spektrumlar her iki deprem ve yön için ayrı ayrı referans elastik tasarım spektrumu ile karşılaştırımıştır. Fourier

spektrumu ile uyumlu olarak en büyük ivme değerlerinin binanın hakim titreşim periyodunda meydana geldiği

görülmektedir. Piedmont depreminde ise üst katlarda yer alan kayıtlarda da en büyük ivme değerleri hem bina

hemde yer hareketinin hakim titreşim periyotlarında meydana geldiği görülmektedir.

a)

b)

c)

d)

Şekil 10. Tüm istasyonlar için İvme Spektrumları, a) Güney Napa Depremi DB yönü, b) Güney Napa Depremi

KG yönü c) Piedmont Depremi DB Yönü, d) Piedmont Depremi KG Yönü

2.5. İvme ve Deplasman Dağılımları

Binada tüm kanallardan elde edilen kat ivmeleri ve deplasmanların bina yüksekliği boyunca dağılımı Şekil 11’de

verilmiştir. Güney Napa depreminde çatı seviyesinde meydana gelen en büyük kat ivmesinin zemin katın yaklaşık

4 katı olduğu görülmektedir. En üst katta kısmi bir alanda yer alan ve rijitliği diğer katlara göre düşük olan katta

KG doğrultusundaki en büyük kat ivmesi ise zemin katın yaklaşık 8 katıdır. Piedmont depreminde ise DB yönünde

çatı katının zemin kata oranı yaklaşık 1.5, KG yönünde ise kısmi katın zemin kata oranı yaklaşık 8 dir. Güney

Napa depreminde en üst kısmi katta meydana gelen en büyük kat ivmesi 0.11g, Piedmont depreminde ise 0.31g’dir.

Piedmont depreminde çatı seviyesindeki en büyük kat ivmesi ise 0.23g düzeyindedir. İncelenen üç katlı bina ve



orta büyüklükteki Piedmont depremi göz önüne alındığında meydana gelen ivme değerleri yapısal olmayan

elemanlar için hasar oluşturabilecek niteliktedir. Ayrıca, kat deplasmanlarından hesaplanan göreli kat

ötelemelerinin ise düşük seviyede olduğu görülmektedir. Söz konusu değerler yapısal elemanlarda hasar

oluşturmayacak düzeydedir.

a)

b)

c)

d)

Şekil 11. Her iki deprem için kat ivmeleri ve göreli kat ötelemeleri dağılımı,

3. SONUÇLAR

T.C. Sağlık Bakanlığı tarafından yayımlanan 2013/3 sayılı genelgede 1. ve 2. Deprem bölgelerinde 100 yatak ve

üzeri hastanelerde kuvvetli hareket cihazları kullanılarak yapı ve sismik yalıtıcıların izlenmesi gerektiği

belirtilmiştir. Bu çalışmada örnek bir uygulama olması açısından A.B.D Kaliforniya’da yer alan üç katlı hastane

binasına CSMIP kapsamında yerleştirilmiş 12 kanallı izleme sisteminde iki farklı deprem etkisinde oluşan ve

CESMD tarafından internet ortamında paylaşılan ivme kayıtları kullanılarak yapı davranışı ve deprem sonrası

durumu incelenmiştir. Çalışma yapılan yer hareketlerinden Güney Napa depremi Piedmont depremine göre daha

büyük olup inceleme alanına daha uzak mesafede yer almaktadır. Piedmont depreminin enerji içeriği, süresi ve

yapı tepkisinden Doğu-Batı yönünde yönelim (direktivite) etkisi bulunduğu tespit edilmiştir. Yapıda Piedmont

depremi için elde edilen ivme, hız ve deplasman değerlerinin genel olarak Güney Napa Depreminden daha büyük

olduğu görülmüştür. Piedmont depremi için binanın çatı seviyesinde bulunan kanallarda elde edilen kat

ivmelerinin yapısal olmayan elemanlarda hasar oluşumuna sebep olabilecek büyüklükte olduğu görülmüştür.

KAYNAKLAR

E.Kalkan, K.Banga, H.S.Ulusoy, J.Peter, B.Fletcher, W.S.Leith, S.Rezai, T.Cheng, (2012). Advenced Earthquake

Monitoring System for U.S. Department of Veterans Affairs Medical Building Instrumentation, Open-File Report

2012-124, USGS.

M.Çelebi (2013), Seismic Monitoring of Structures and New Developments, Chapter 2 for Earthquake and Health

Monitoring of Civil Structures, Springer.

M.N.Aydinoglu, Y.M.Fahjan (2003). A unified formulation of piecewise exact method for inelastic seismic

demand analysis including P-delta effect, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 32:871-890.

www.strongmotioncenter.org

0

1

2

3

4

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3 0.325

Sto

ry N

o

Story Peak Accelerations (g)

Story Peak Accelerations for South Napa Earthquake

90 East-West Direction 360 North South Direction

0

1

2

3

4

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3 0.325

Sto

ry N

o

Story Peak Accelerations (g)

Story Peak Accelerations for Piedmont Earthquake

90 East-West Direction 360 North South Direction

http://www.strongmotioncenter.org/

yapi saĞliĞi İzleme sİstemlerİ İle bİr hastane …4. uluslararası deprem mühendisliği ve...

Documents