Tesisatlarda Deprem Korumasının Uygulamalı Mühendislik Esasları

Deprem mühendisliği alanındaki geniş kapsamıyla, binalarda ve tesislerde yapısal olmayan bileşenlerin, tesisat sektörü özelinde ise tesisat bileşenlerinin (ekipmanların ve boru-kanal vs hatların) sismik koruması başlı başına bir uzmanlık konusudur. Tesisatların sismik koruması, bir projenin gerçekleştirilmesinde en baştan itibaren ele alınmalıdır. Başka bir deyişle projeler oluşturulurken, henüz ilk aşamada yerel ve uluslararası yasal gereksinimler ve beklentiler doğrultusunda, tesisatlarda sismik koruma konusu da projede gereken yerini almalıdır.

Bu tanımıyla tesisatlarda sismik koruma, mekanik ve elektrik tesisatı konsept projeleri yapıldıktan hemen sonra konusunda uzman sismik tasarım mühendislerince ele alınarak, proje dokümanları içinde yer alması gereken sismik korumaya dair veriler (şartnamenin ilgili bölümleri ve keşif özeti) oluşturulmalıdır. Bu aşamada şayet talep edilirse (uygulama aşamasında detaylandırılmak kaydıyla) konsept sismik tasarım projesi de hazırlanabilir.

Burada önemle belirtilmesi gereken bir husus, projenin etik kurallar çerçevesinde yürüdüğünden emin olmak üzere, yerel ve uluslararası otoriteler ile bağımsız kuruluşlarca yayınlanmış literatüre (yönetmelikler, standartlar vs) sadık kalınması gerekliliğidir. Bir başka kritik husus ise alınacak kararların sonucundaki risklerin bedeli insan hayatı olabilen bu alanda, yine bağımsız kuruluşlarca sertifikalandırılmış ürünlerin kullanılmasının önemidir.

Bir proje ihalesi öncesinde sismik korumayla ilgili yapılması gerekenler Şekil 1’de sırasıyla belirtilmiştir.

 

Bina yapısal sistemlerinin deprem güvenliği hakkında hemen her ülkenin tatmin edici yönetmelikleri mevcut olmakla birlikte, tesisatların sismik koruması söz konusu olduğunda başvurulabilecek kaynaklar ABD kökenli uluslararası yönetmeliklerle sınırlanmaktadır. Bu durum ülkemiz için de geçerli olup, 2006 yılında yenilenerek yayınlanan ''Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik'' bir önceki sürümü olan 1997 tarihli ''Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik'' ile hemen hiçbir farklılık içermemektedir. Her iki yönetmelikte de tesisatlara etkiyen deprem yüklerinin belirlenmesine dair bir hesap formülü verilmiş ve birkaç genel ifadeyle bu bölüm sınırlandırılmıştır. Buna göre, ülkemizde yürürlükte olan deprem yönetmeliğinde, tesisatlarda sismik korumanın ne zaman ve nasıl yapılması gerektiğine dair hiçbir bilgi yer almamaktadır. Bundan ötürü ülkemizdeki kamu projelerinde dahi uluslararası yönetmelikler esas alınmaktadır.

Uluslararası yönetmelikler arasında başta ABD olmak üzere tüm dünyada en geçerli olanı Uluslararası Bina Kodu (IBC–International Building Code)'dur. Bu yönetmelik kendinden önceki en geçerli yönetmelikleri (UBC, BOCA vd) bir araya getirerek ilk olarak 2000 yılında yayınlanmış, 2003 ve 2006 yıllarında yenilenmiş, ancak tesisatların sismik koruması bölümü 2000’den beri temel bir değişikliğe uğramamıştır. Bununla birlikte 2006 itibariyle tüm ABD'de yasal bir zorunluluk olarak, ekipman üreticilerinin deprem bölgelerine satacakları ürünler için sismik dayanım sertifikası almaları şartı getirilmiştir.

Bu konuda belirtilmesi gereken bir husus da özel bir konu olan yangın tesisatlarının sismik koruması için esas alınan ABD Ulusal Yangından Korunma Birliği (NFPA) yönetmeliğidir. Nitekim IBC'de de yangın tesisatları için NFPA yönetmeliğine atıfta bulunulmaktadır.

Bir proje şartnamesinde tesisatların sismik korumasıyla ilgili bölümün açık ve net olması, ihalede haksız rekabete veya yanlış anlaşılmalara sebebiyet verilmemesi açısından önemlidir. Özellikle ülkemizdeki yerel yönetmeliklerde konunun uzun yıllar hiç yer almamış olması, son yıllarda ise çok yavaş ilerlemeyle ve yine çok az yer alması sebebiyle yerel yüklenicilerin çoğu, konu hakkında yeterli bilgi ve deneyime sahip değildir. Dolayısıyla şayet şartnamede de ayrıntılı biçimde yapılması gerekenler belirtilmeyip tek cümleyle “Tesisatlar depreme karşı korunacaktır.” gibi kısa ifadeler yer alıyorsa ihaleye katılan yükleniciler doğru bütçelendirme yapamamakta, sonuçta projenin yürütülmesi esnasında büyük sorunlar çıkmaktadır.

Şartnamelerde sismik korumanın ne düzeyde yer alması gerektiğine karar verebilmek için öncelikle yasal yükümlülükler ele alınmalıdır. Söz konusu projenin gerçekleştirileceği ülkenin yerel yönetmelikleri başta olmak üzere, proje beklentileri doğrultusunda uluslararası yönetmelikler de şartnamelerde yer alabilmektedir. Ülkemizde geçerli yönetmelik Bayındırlık ve İskân Bakanlığı tarafından 2006’da yayınlanmış olan Deprem Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik’tir. Ancak bu yönetmelik de bir önceki sürümü olan 1997 tarihli Afet Yönetmeliği gibi tesisatların deprem koruması konusunda son derece yetersizdir.

Bu nedenle ülkemizde yürütülen kamu projelerinde dâhi ancak şartnamede açık ve net olarak sismik korumayla ilgili yapılacaklar belirtildiği veya uluslararası standartlara atıfta bulunulduğu veya proje müşaviri çokuluslu bir firma olduğu takdirde yeterli düzeyde sismik koruma yapılmaktadır. Ülkemizde halen yaşadığımız bu acı gerçeği bir an önce değiştirmeli ve uluslararası düzeydeki bilinçliliğe ulaşmamız gerekmektedir. Aksi takdirde gerek ülkemiz için hayati önem taşıyan depreme hazırlık konusunda geri kalmamız, gerekse yüklenicilerimizin küresel rekabette geri kalmaları kaçınılmaz olacaktır.

Türkiye Deprem Yönetmeliği’nde, saygın bir uluslararası standart olan FEMA-356’dan faydalanılarak, bir deprem anında ve sonrasında binalardan ve tesislerden beklenen deprem performansı derecelendirmiştir. FEMA’da 4 kademe olarak yapılan bu derecelendirme bizim yönetmeliğimizde 3 kademe olarak yer almıştır. Bu farkı yaratan ise FEMA’daki en üst düzey performans derecesinin (işlevsellik) bizim yönetmeliğimize girmemiş olmasıdır. Aşağıda FEMA’daki 4 kademeye göre performans dereceleri tanımlanmıştır.

 

Tesisat projelerinin keşif özetleri hazırlanırken sismik koruma donanımları ayrıntılı olarak ve miktarlarıyla birlikte belirtilmelidir. Ülkemizde bu konuda en sık yapılan ve büyük sorunlara yol açan hata, keşif özetine tek bir satır olarak “Tesisatların depreme karşı korunması” şeklinde bir madde eklenmesidir. Böyle bir durumda yükleniciler bu satıra tahmini bir değer girmekte, neticede proje esnasında ortaya çıkan ihtiyaçları karşılayacak bütçe mevcut olamamaktadır. Yükleniciler için haksız rekabete sebep olabilecek bu durumdan kaçınmak üzere, tasarım aşamasında sismik koruma gereksinimleri ayrıntılı olarak belirlenmeli ve teklif alma aşamasında keşif özetlerine işlenmelidir.

Sismik koruma keşif özetlerinin hazırlanabilmesi için, öncelikle tesisat ekipmanlarının boyut ve ağırlık gibi özelliklerinin belirlenmiş olması gerekir. Ancak bu durumda ekipmanlar için gerekecek sismik izolatörler, sınırlayıcılar, esnek bağlantılar vb donanımların sayıları ve özellikleri belirlenebilir. İhale aşamasında kesin ekipman marka ve modellerinin henüz seçilmemiş olması, bu durumu engellemez çünkü kapasiteleri itibariyle ön seçimleri yapılmış olan ekipmanların boyutları, farklı markalar ve modeller için de olsa çok büyük değişiklikler göstermeyecektir. Nitekim çoğu sismik koruma donanımı (izolatörler, sınırlayıcılar vs) belirli yük aralıklarında aşağı yukarı aynı fiyatta olduğundan, projenin sismik koruma bütçesi oldukça küçük sapma paylarıyla tespit edilebilir.

Ekipmanlar için sismik koruma keşif özetinin hazırlanması nispeten kolay olmakla birlikte, tesisat hatları (borular, hava kanalları vs) için durum karışıktır. Bunun nedeni, detay projelere bağlı olarak sismik korumadan istisna olabilecek hatların, toplam keşif miktarlarını ve dolayısıyla bütçeyi kayda değer oranda değiştirebilmesidir. Örneğin teklif projesi aşamasında askı çubuğu boyları henüz belirlenmemiş bir boru hattı, kesin proje aşamasında şayet belirli bir uzunluktan az çubuklarla asılırsa sismik koruma yapılmayabilir. Elbette bu derece ayrıntılı bilgiler, genellikle ancak uygulama projelerinin çizilmesi esnasında kesinlik kazanmaktadır.

Bu noktada üzerinde önemle durulması gereken bir husus, sismik koruma keşif özetleri hazırlanırken uyulması gereken etik kurallardır. Tesisatlarda sismik korumanın, az sayıda uzmanlık firması tarafından sürdürülen bir konu olması itibariyle bazı sistemler ve ürünler, firmadan firmaya değişiklik gösterebilmektedir. Benzer şekilde bir firmada olmayan bazı donanımlar bir başka firmada olabilmekte veya (tüm çözümler, yönetmeliklere ve standartlara uygun olmak kaydıyla) bir firmanın çözümleri bir başka firmanın çözümlerinden farklı olabilmektedir. Bu durumda firmalara veya ürünlere özel ifadelerle hazırlanacak bir keşif özeti, yükleniciler açısından haksız rekabete sebep olabilmekte, bu durumda ise en büyük zararı proje sahipleri ve elbette ortaya çıkacak riskler itibariyle söz konusu yapıyı kullanacak insanlar görmektedir.

Talep edildiği taktirde ihale öncesi yapılacak bir konsept sismik tasarım, ihale esnasından başlayarak projenin yürütülmesi esnasında büyük tasarruf sağlayacaktır. Bu durumda ihaleye teklif verecek yükleniciler, büyük bir doğruluk payı ile sismik koruma bütçesini belirlemiş olacaklar ve böylelikle haklı bir rekabet ortamı sayesinde proje sahiplerine uygun maliyetleri yansıtacaklardır. Bunun ötesinde, proje uygulanırken ortaya çıkacak ihtiyaçlar önceden belirlenmiş olacak ve beklenmedik bir maliyet unsuru ortaya çıkmayacaktır.

Konsept sismik tasarımın uygulama projesi esnasında yapılacak kesin sismik tasarımdan en önemli farkı, başta boru-kanal hatlarının askıları olmak üzere tüm tesisatların montaj detaylarına bağlı olarak sismik korumadan istisna olabilecek durumları belirtememesidir. Bu durum, ihale aşamasındaki sismik koruma bütçesinin uygulama aşamasında azalmasına imkân verebilmektedir. Ancak böyle bir öngörü ile ihale aşamasında sismik koruma bütçesinin düşük tutulması, uygulama esnasında gerçek ihtiyaçların karşılanamaması gibi olumsuz sonuçlara yol açabilecektir. Bu nedenle konsept tasarıma göre belirlenecek sismik koruma bütçesi, birim fiyatlı işlerde proje sahipleri açısından, götürü işlerde ise yükleniciler açısından ancak maliyet azaltıcı bir ekstra avantaj olarak görülmelidir.

Keşif özeti hazırlanabilmesi için tüm tesisat ekipmanlarının boyut ve ağırlık gibi fiziksel özelliklerinin belirlenmiş olması gerektiğini belirtmiştik. Bunun ötesinde bir konsept sismik proje tasarımı için ise boru-kanal plan ve kesit çizimleriyle birlikte tüm tesisat tasarımını içeren dokümanlar, uzman sismik mühendislere verilmelidir.

Boyut, ağırlık (bazı durumlarda ayrıca ağırlık merkezinin konumu), titreşimli cihazlarda motor gücü ve frekans değerleri vb tüm bilgiler tasarımın ekipman kısmının girdileridir. Bu kısmın çıktıları ise ekipmana etkiyecek deprem yükünün hesaplanması, kullanılacak sismik izolatörlerin veya sınırlayıcıların seçimi, bu donanımların yapısal bağlantı hesapları (dübel-cıvata ebatları ve derinlik, kenar mesafesi gibi bağlantı detayları) ve yine bu donanımların yerleşim ve montaj detaylarıdır. Tesisat hatlarının girdileri ise boru-kanal-kablo tavası vb hatların plan ve kesit çizimleri olup, çıktıları da aynı plan ve kesit çizimlerine sismik koruma noktalarının işlenmesi ve ilgili sismik hesapların rapor halinde sunulmasıdır.

Tesisat projelerinin uygulanmasındaki en büyük sorunlar, işin temelinden itibaren organize bir şekilde ele alınmamasından kaynaklanmaktadır. Üstelik bu sebeple ortaya çıkan sorunların büyük bir kısmının çözümü de mümkün olamamaktadır. Bu sorunların başında ise disiplinler arası koordinasyon eksikliği veya hataları gelir.

Bir yapının inşası, temel olarak 4 disiplinde ele alınabilir; (1) İnşaat Grubu, (2) Mimarî Grup, (3) Mekanik Tesisat ve (4) Elektrik Tesisatı. Tesisatların sismik korumasının özellikle binanın yapısal sistemiyle doğrudan ilişkili olmasından dolayı, İnşaat Grubu ile koordinasyon projenin ilk aşamasından itibaren ön planda tutulmalıdır. Uygulama safhasında ise İnşaat Grubu’nun özellikle ekipman kaidelerini yapmaya başlamasından önce kesinlikle bu kaidelerin sismik hesapları yapılmalı ve hem kaide içi donatılar belirlenmeli hem de kaidenin bina yapısal sistemine tespiti sağlanmalıdır.

Ekipman kaidelerinin boyutları da ekipmana monte edilecek sismik izolatörlerin veya sınırlayıcıların yapısal bağlantılarının (dübel-cıvata) doğru yapılmasına imkân verecek şekilde yeterli büyüklükte seçilmeleri gerekir. Aksi takdirde sonradan ilave edilmesi gereken çelik plakalar ve profiller ile çoğu zaman tek seçenek olan kimyasal dübellerin kullanımına gerek duyulması, gerek maliyet artışı gerekse uygulama zorluğu açılarından bezdirici olmaktadır.

Yapısal bağlantılar konusunda bazı özel durumlarda sadece İnşaat Grubu ile koordinasyon yeterli olmamaktadır. Özellikle su yalıtımı gibi durumlar için Mimari Grup ile de sıkı bir koordinasyon yapılmaması halinde, proje yürütücüsü tarafından gerekli sismik koruma bağlantılarının yapılmasına izin verilmemesi gibi akıl dışı durumlar gündeme gelebilmektedir. Böyle durumlara en sık teraslarda ve tesisat mahallerinde rastlanılmaktadır.

Sismik koruma projelerinin tasarım ve çizim aşamaları, tesisat projelerinin aynı aşamalarıyla doğrudan bağlantılıdır. Bir ihalenin henüz teklif aşaması için hazırlanan çizimler; çoğu zaman kesit resimleri, koordinasyon paftaları, konsol detayları gibi sismik tasarımı (ve buna bağlı olarak bütçeyi) büyük oranda etkileyen ayrıntıları içermezler. Bundan dolayı bazı durumlarda ihale aşamasında sismik koruma bütçesinin belirlenmesinde büyük değişikliklerin olma potansiyeli mevcuttur. İşte bundan ötürü sismik koruma bütçeleri belirlenirken en kötü durum senaryosuna göre keşif özetleri hazırlanmalıdır. Özellikle henüz kesitleri ve koordinasyonları belirlenmemiş olan tüm boru-kanal-elektrik tavası gibi hatlarda sismik koruma yapılacağı öngörülmelidir. Ayrıca sonradan doğabilecek ilave maliyetleri ortadan kaldırmak için de ekipmanların mümkün olan tüm özellikleri (boyutlar, ağırlık, motor gücü vs) ve bina içindeki konumları belirlenmelidir. Neticede projenin uygulama safhasına geçildiğinde ortaya çıkacak değişiklikler ve revizyonlar sismik koruma tasarımın ve uygulamasının doğru şekilde yapılmasına engel teşkil etmemelidir.

Sismik koruma tasarım ve uygulamasının, tesisat projesi ve uygulamasıyla paralel ilerlemesi esastır. Buna göre en sağlıklı yaklaşım tesisat teklif projesi yapıldıktan hemen sonra sismik koruma konsept projesinin yapılmasıdır. Şayet bu mümkün olmazsa, tesisat uygulama çizimleri yapılırken sismik koruma projesi de eş zamanlı olarak yürütülmelidir. Ancak böylesi bir paralel çalışmanın gerektirdiği hassasiyete ülkemizde çok az projede rastlanabilmektedir. Şayet sismik koruma konsept projesi yapılmış ise tesisat uygulama çizimleri yapılırken tesisat tasarımcısının elinin altında zaten gerekli sismik proje de olacağından, uygulamanın sismik koruma açısından çok sağlıklı yürüyeceğini söylemek mümkündür.

Tesisat uygulama projeleri sismik korumayla birlikte hazır olmadan sahaya verilmemelidir. Aksi takdirde saha mühendisleri ya gerekli sismik koruma uygulamalarını ihmal edeceklerdir ya da duruma göre yamama çözümlerle yetinmek zorunda kalacaklardır. Her durumda projenin sismik koruma açısından doğru sonuçlardan ve sağlıklı neticelerden uzaklaşması kaçınılmazdır. Bu noktada önemle belirtilmesi gereken bir husus, sismik koruma uygulamalarının standart detay çizimler ile tamamlanamayacağıdır. Her yapının ve her projenin kendine has özel durumları ve beklentileri sebebiyle, projeye özel sismik koruma tasarımının yapılması olmazsa olmaz bir gereksinimdir.

Tesisatların depremden korunmaları amacıyla kullanılacak ürünlere gerçek anlamıyla bir devreye alma ve test etme uygulaması yapılamayacağı aşikârdır. Bu ürünlerin gerçekten vazifelerini gördükleri veya göremedikleri ancak bir deprem esnasında ortaya çıkacaktır. Bu aşamadan sonra ise hataların ve kusurların özrü bir anlam ifade etmeyecektir. Sonuç, çok yüksek oranda maddi kayıplar ve çok daha kötüsü can kayıpları olabilir.

Yukarda belirtilen sebeplerden ötürü sismik koruma donanımlarının bağımsız laboratuarlarda test edilmiş ve sertifikalandırılmış ürünler olması, hayati derecede önem taşımaktadır. Ayrıca bu ürünler çok uzun yıllar boyunca nitelikleri bozulmadan durabilmeli ve olası bir deprem anında fonksiyonlarını yerine getirebilmelidirler.

Tesisatların depremden korunması amacıyla kurulacak sistemlerin ve kullanılacak donanımların doğru şekilde tesis edildiğinden emin olunması, ancak şantiyedeki uygulamaların uzman sismik tasarım mühendislerinin gözetiminde yapılması sayesinde mümkün olabilmektedir. Sismik koruma sistemleri standart bir test ve devreye alma uygulamasına olanak vermediğinden, bu sistemlerin hassas ve titiz bir şekilde uygulanması, sistemin fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için olmazsa olmaz bir şarttır.

Sismik tasarımın önemli bir aşaması olan deprem yükü hesapları yapılırken, sismik izolatör ve sınırlayıcıların bağlantı detaylarının da hesapları yapılmalıdır. Bu detaylar, dübel-cıvata sayısı ve ebatlarının yanı sıra, dübel çakma derinliği ve delik kenar çapı gibi ayrıntıları da içermelidir. Aksi taktirde sismik bağlantı yapılan betonun kırılması gibi durumlar meydana gelebilir.