Yumuşak Kat Nedir?

Deprem mühendisliği literatüründe “yumuşak kat” (soft story), bir binanın yapısal bütünlüğünü tehdit eden en sinsi dinamik düzensizliklerden biridir. Genellikle zemin katlarda ticari alan yaratma (dükkan, otopark, lobi) arzusuyla ortaya çıkan bu durum, yapısal rijitliğin katlar arasındaki ani süreksizliği olarak tanımlanır.

Peki, bu mimari tercih neden bir sismik felakete dönüşüyor? Uluslararası yönetmelikler bu riski nasıl hesaplıyor? Gelin, teorik temellerden modern güçlendirme stratejilerine kadar konuyu derinlemesine inceleyelim.

1. Rijitlik ve Dayanım: İki Farklı Kavram, Tek Bir Risk

Mühendislikte “yumuşak kat” ile “zayıf kat” terimleri sıkça karıştırılır. Oysa aralarındaki fark, binanın depreme nasıl tepki vereceğini belirler:

• Yumuşak Kat: Yanal rijitliğin üst katlara göre düşük olmasıdır. Yani katın deformasyona karşı direnci azdır.
• Zayıf Kat: Yanal dayanımın yani katın taşıyabileceği maksimum kesme kuvveti kapasitesinin düşük olmasıdır.

Genellikle zemin katlarda dolgu duvarların kaldırılması, modelleme aşamasında ihmal edilen ancak gerçek sismik davranışta devasa bir “rijitlik boşluğu” yaratan temel sebeptir.

2. Mekanizma: Neden “Pancake” Göçme Yaşanır?

Bir yapıda yumuşak kat oluştuğunda, deprem enerjisi binanın geneline yayılmak yerine en esnek olan bu katta hapsolur.

1. Konsantre Deformasyon: Üst katlar rijit bir blok gibi hareket ederken, zemin kat kolonları aşırı yanal ötelemeye maruz kalır.
2. P-Delta Etkisi: Katlar arasındaki aşırı yer değiştirme, yapının ağırlık merkezini kaydırır ve kolonlar üzerinde tasarımda öngörülmeyen ek momentler yaratır.
3. Plastik Mafsalların Oluşumu: Kolon alt ve üst uçlarında oluşan plastik mafsallar, yapının düşey yük taşıma kapasitesini aniden bitirerek binanın kendi üzerine çökmesine neden olur.

3. Yönetmeliklerin Kıyasıya Mücadelesi: TBDY 2018 vs. ASCE 7-22

Dünya genelindeki sismik kodlar, yumuşak katı tespit etmek için farklı metrikler kullanır.

TBDY 2018 Yaklaşımı (B2 Düzensizliği)

Türkiye’deki yönetmelik, rijitliği göreli kat ötelemesi üzerinden kontrol eder:

\eta_{ki} = \frac{(\Delta_i / h_i)_{ort}}{(\Delta_{i+1} / h_{i+1})_{ort}} > 2.0

Eğer bu katsayı 2.0’ı aşarsa, yapıda B2 düzensizliği var demektir ve mühendisin daha gelişmiş analiz yöntemlerine (Dinamik Analiz) geçmesi zorunlu kılınır.

ASCE 7-22 Yaklaşımı

Amerikan standardı doğrudan kat rijitliği (K_i​) oranlarına odaklanır. Eğer bir katın rijitliği, bir üstündekinin %70’inden azsa, “yumuşak kat” teşhisi konur.

Eleştiri: Akademik çalışmalar, TBDY 2018’deki formülde paydada yer alan kat yüksekliği (h_i​) faktörünün, çok yüksek tavanlı zemin katlarda rijitlik kaybını “maskeleyebildiğini” ve tehlikeli binaların “düzenli” görünebildiğini vurgulamaktadır.

4. Sayısal Örnek

Farklı zemin kat yüksekliklerine sahip iki yapının sayısal olarak rijitlik farkına bakalım şimdi de. İki tarafından ankastre olarak mesnetlenmiş bir kolonun yanal rijitliğini hesaplamak için kullanılan formül:

\begin{equation}

k=\frac{12*EI} {h^3}

\end{equation}

Paydadaki h kolonun yüksekliğini temsil ediyor. Eğilme Rijitliği EI’yi 1 birim alarak basit bir hesap yaparsak:

k_{3metre}=\frac{12*1} {3^3} =\frac{12} {27}=0.\overline4 \approx 0.44



\\~
\\~

k_{4metre}=\frac{12*1} {4^3} =\frac{12} {64}=0.1875\approx0.19

\\~
\\~
oran=\frac{k_{3metre}} {k_{4metre}}=\frac{0.44} {0.19}=2.32

Yukarıdaki hesapta açıkça görüldüğü üzere 3 metrelik kolon 4 metrelik kolondan 2.32 kat daha rijit. Sadece bir katın yüksekliğini 1 metre fazla yapmak bile ne kadar rijitlik farkına neden oluyor gördüğünüz gibi. Bu yüzden kat yüksekliklerinizi aynı tutmanız gerekiyor. 

Ortadaki resimde ise zemin katta kolonlar devam etmiyor, yani kolonlar kirişe oturuyor. Bu sadece yumuşak kat sorunu değil başka sorunlar da doğuruyor ancak burada sadece yumuşak kat sorununu gözönüne alıcaz. Bir katın yanal rijitliği hesaplanırken en basit şekilde kolonların (veya perdelerin) rijitliği hesaplanır ve bunlar o katta bulunan kolon (veya perde) sayısına çarpılır. Eğer o katta diğer kattakilerden daha az kolon veya perde bulunuyorsa o katın rijitliği de diger katların rijitliğinden düşük olacaktır. Bu da yine düşeyde rijitlik düzensizliği oluşturacak ve kolonların eksik olduğu katta yumuşak kat oluşacaktır. 

Sağ resimdeki mekanızmanın ise özellikle Türkiye’de 10 binlerce örneği olabilir. Özellikle zemin katında dükkan olan ve çerçeve sistemden oluşan yapılarda meydana gelen bir yumuşak kat türü. Dolgu duvarlar sadece yapının üst katlarında çerçevelere bitişik olarak inşa edildiyse ve bu dolgu duvarlar yapının zemin katında (veya başka bir katında) bulunmuyorsa bu katta yumuşak kat ortaya çıkarıyor. Türkiye için en tehlikelisi de bu tür. Çünkü Türkiye’de mühendisler dolgu duvarları yapıyı tasarlarken gözönüne almıyor ve bu rijitlik düzensizliğinden habersiz bir şekilde tasarımını sonlandırıyor. Ama gerçekte olan yapıda bu sorun var ve deprem sırasında bu katta yumuşak kat oluşuyor. Çözüm ise dolgu duvarları çerçevelerle arasında derz bırakarak tasarlamak. Bu tavsiyeyi kaç farklı yazıda verdim bilmiyorum ama vermem gerekiyor.

5. İyileştirme ve Güçlendirme Stratejileri

Mevcut bir binada yumuşak kat tespit edildiğinde uygulanabilecek modern mühendislik çözümleri mevcuttur:

A. Çelik Moment Çerçeveleri ve Çaprazları

Özellikle zemin katın dükkan olarak kullanılması gerekiyorsa, görüş alanını kapatmayan çelik çerçeveler rijitliği artırmak için idealdir.

B. Sürtünmeli ve Viskoz Sönümleyiciler (Dampers)

Bu cihazlar sismik enerjiyi ısıya dönüştürerek soğururlar.

6. Yapısal Örnek

Yukarıda hata kısmını tırnak içinde yazdım çünkü bu tarz tasarlanmış yapı örnekleri ile karşılaşabilirsiniz ve bunlar bilinçli olarak öyle tasarlanmış olabilir. Bu ne demek? Bu şu demek. Gerçekten iyi mühendislik bilgisine sahip mühendislik bürolarında bu tarz tasarımlar yapılabiliyor ama onlar bu tasarımın yol açaçağı sorunu bilerek ve buna karşı önlem alarak tasarlıyor. Deneyimsiz ve sıradan bir mühendisin bu tarz tasarımlara girmektense bu tarz tasarımlardan kaçınmasını tavsiye ederim. 

Yukarıdaki iki görsele bakarsaniz bunlar ETH Zürich Hönggerberg kampüsünde bulunan HIT binasının görselleri. Bu binanın bir bölümünde bulunan salonun yüksekliği iki kat yüksekliğine denk geliyor. Bahsettiğimiz tasarım “hatalarından” birisine benziyor ancak bu yapıyı tasarlayan mühendisler ne yaptığını bildiği sürece sorun yok. 

Sormak istediğiniz sorular varsa bunları yorumlarda sorabilirsiniz.

Hatırlatma: Yazılan makalelerden haberdar olmak istiyorsanız, sosyal medya hesaplarımızı takip edebilirsiniz.