MEKANİK SİSTEMLERİN SİSMİK KORUMANIN ÖNEMİ VE HESAPLANMASI

ÖZET

Gelişen teknoloji ve yaşanan tecrübeler doğrultusunda, artık depreme dayanıklı binalar tasarlanabilmektedir. Ancak, binalar depremde zarar görmese bile elektromekanik sistemlerde alınmayan sismik önlemler, hayat kayıplarına neden olabilmektedir. Unutulmamalıdır ki, deprem sonucu hayat kayıplarının %65’i deprem sonrası çıkan yangınlarda gerçekleşmektedir. Bu hayat kayıplarının yaşanmaması için elektromekanik sistemlerdeki sismik korumaların yönetmeliklerle zorunlu hale getirilmesi gerekmektedir.

DEPREM YÖNETMELİKLERİNDE SİSMİK KORUMANIN YERİ

Mekanik tesisatın depreme karşı korunmasıyla ilgili bir yönetmelik Türkiye’de bulunmamaktadır. Mekanik tesisatın deprem göz önüne alınarak tasarımı ve bununla ilgili kullanılacak elemanların seçimi uluslararası yönetmeliklere dayanmaktadır. Bu konuda referans alınabilecek bina yönetmelikleri Amerika (Kaliforniya) kaynaklıdır. Bunlar içinde esas olarak, BOCA National Code 1996, SBCCI 1997 Standard Building Code ve International Building Code (IBC) 2000 bu alana yön veren ana yönetmeliklerdir. Türkiye için de hesap yöntemi bu yönetmeliklere dayanmalıdır. Özellikle IBC 2000 mekanik tesisatın sismik tasarımı için temel standart kabul edilebilir.

Tesisatın ve ekipmanların deprem dayanım hesaplarında esas, bunlara gelen deprem kuvvetlerinin belirlenmesidir. Ekipman, tesisat ve bunları yapıya bağlayan elemanlar bu kuvvetlere göre hesaplanır veya seçilir. Cihazlara ve tesisata etkiyen deprem kuvvetlerinin hesabında, dinamik hesap ve statik hesap olmak üzere farklı iki yöntem vardır. Kritik cihazların hesabında dinamik hesap kullanılmalıdır. Dinamik hesap uzmanlık isteyen karmaşık bir hesabı gerektirir. Refere edilen bina kodlarında statik hesap verilmektedir. Sistemin tasarımı bu hesap yardımıyla gerçekleştirilmektedir. Genel tasarım bakış açısından, tekniğine uygun uygulama halinde, statik hesap yeterlidir.

1996 BOCA ve 1997 SBCCI yapı kodlarına göre hesap

Statik hesapta bağlanacak cihazın ağırlık merkezine yatay ve düşey yönde etkileyecek deprem kuvvetleri hesaplanır. Cihaz ve bağlama elemanları bu kuvvetlere dayanacak şekilde seçilir. 1996 BOCA ve 1997 SBCCI yapı kodlarında bir cihazın ağırlık merkezine gelen yatay deprem tasarım kuvveti,

Fp=Av.Cc.P.ac.Wc

biçiminde tanımlanmıştır. Düşey yöndeki kuvvet ise bu yatay kuvvetin %33’üdür.

Fpv=0,33.Fp

Burada geçen sembollerin anlamı aşağıda verilmiştir:

Av = Pik hız ilişkili ivmeyi temsil eden bir katsayı. Bu katsayı a) bölgenin deprem risk grubuna, b) uygulamanın sismik tehlikeye açıklık grubuna bağlı olarak ilgili tablolardan seçilir. Dört deprem risk bölgesi ve üç sismik tehlikeye açıklık grubu tanımlanmıştır. Av sayısı 0.05 değerinden küçük ve 0.20 değerinden büyük olabilir. 

Cc = Mekanik ve elektrik komponentlerin ve sistemlerin sismik katsayısı. Bu katsayı sistemler ve komponentler için bir tablo halinde verilmiştir ve 0.67 ile 2 değeri arasında değişmektedir.

P = performans kriteri faktörü. Bu faktör sismik tehlikeye açıklık grubuna bağlı olarak tablo halinde çeşitli sistem ve komponentler için Cc ile aynı tabloda verilmiştir. 0.5 ile 1.5 arasında değişmektedir.

ac = bağlantı amplifikasyon faktörü. Bu faktör deprem kuvvetlerinin cihaza geçmesi esnasındaki sönüm veya yükseltkenmesi ile ilgilidir ve bağlantının, cihazın ve binanın doğal frekanslarına bağlı olarak hesaplanır ve bir tablo halinde verilir. Değeri 1.0 veya 2.0 olabilir.

Wc = göz önüne alınan cihaz veya elemanın çalışma ağırlığıdır.

IBC 2000 yapı koduna göre hesap 

şeklinde ifade edilmiştir. Düşey yöndeki kuvvet, yine yatay kuvvetin %33’ü değerindedir. Formül genel yapısıyla aynı olmakla birlikte daha detaylıdır ve daha fazla parametreyi dikkate almaktadır. Bunların içinde en önemlisi cihazın bina içinde bulunduğu yükseklik konumunu dikkate almasıdır. Zeminde bulunan cihazlarla çatıda bulunan cihazlar arasında aynı depremden gelen kuvvetler bakımından fark vardır. Yatay kuvvet değeri Fp ; 1,6.SDSIpWp değerinden büyük ve 0,3.SDSIpWp değerinden küçük olamaz. Bu formülde

Wp = yine cihazın ağırlığıdır.

Ip= Komponent önem faktörüdür. Değeri 1.0 veya 1.5 olabilir. Yeni bir kavram olup, cihazın ne kadar hayati olmasıyla ilgilidir.

z= cihazın yerden itibaren bulunduğu seviyenin yüksekliğidir.

h= binanın yere göre yüksekliğidir.

ap= cihaz yapısının yükseltme faktörüdür. Tablo halinde verilmiş olup, değeri 1.0 ile 2.5 arasında değişir.

Rp= cihaz cevap modifikasyon faktörüdür. Değeri 1.25 ile 5 arasında değişir.

SDS= kısa süreli tasarım spektral cevap ivmesidir. Bu faktör göz önüne alınan maksimum depremin spektral cevap ivmesine ve binanın kurulduğu yerin zemin yapısına bağlı olarak hesaplanır. Gerekli data ve formülasyon kod tarafından verilmiştir.

T.C. DEPREM BÖLGELERİNDE YAPILACAK OLAN BİNALAR HAKKINDA YÖNETMELİK

Bu yönetmeliğin 2.11 numaralı maddesi, mekanik ve elektrik tesisat bileşenlerine etkiyen deprem yükünün nasıl hesaplanacağını anlatmıştır. 

Örneklem Hesabı üzerinden sistemi incelersek,

Su Soğutmalı Chillerin Sismik Hesaplamaları

Kolon Boruları

Kolon boruları özellikle çok katlı binalarda kritik bir konudur. Bunu sebepleri, öncelikle uzun bir boru hattının yalıtımlı ve içi dolu ağırlığının bina statiğine olan etkisi ve yine uzun bir boru hattında meydana gelen ısıl boyut değiştirmelerin (genleşme/büzüşme) yaratacağı gerilmelerdir.

Kolon borularında oluşan ısıl boyut değiştirmelere karşı uygulanan yöntemlerden biri,

boru hattının kaydırılması (off-set) veya hat üzerinde genleşme/ büzüşme alıcı

kısımlar (omega) oluşturulmasıdır.

Isıl boyut değiştirmelere karşı uygulanan bir başka yöntem, boru hattı üzerinde belirli

noktalarda ve gerekli sayıda uzama kompansatörleri kullanılmasıdır.

Bir önceki yöntemde olduğu gibi burada da öncelikle boruda meydana gelecek ısıl

boyut değiştirmeler hesaplanır, sonra boru sabit noktaya monte edilir ve daha sonra

da yukarıya ve aşağıya doğru ısıl boyut değiştirmelere izin verecek şekilde boru

kılavuzları oluşturulur.

Uzama kompansatörleri potansiyel sızıntı noktaları oluşturmaları ve bakım gerektirmeleri gibi sebeplerden ötürü sorunlarayol açabilirler. İkinci olarak, sismik dayanım açısından boru hattı üzerinde zayıf noktalar oluştururlar. Son olarak ise yine sabit noktadan dolayı bina statiğine ciddi bir yük bindirilmesi söz konusudur.

  Kolon borularında genleşme/büzüşme alıcı uzama kompansatörleri kullanım

Bu yöntemde öncelikle boruda medyana gelecek ısıl boyut değiştirmeler hesaplanmalıdır.

Bundan sonra boru, binanın belirli katlarında boru sabit olarak monte edilir. 

Yüzer Sistem

Kolon borularındaki ısıl boyut değiştirmelere karşı uygulanabilecek gelişmiş bir yöntem olarak, kolon borusunun yaylar üzerine monte edildiği “yüzer sistem” gösterilebilir. Bu yöntemde de ilk olarak boruda meydana gelecek ısıl boyut değiştirmeler hesaplanır ve bu ısıl boyut değiştirmeleri karşılayacak yaylar seçilerek, boru bu yaylar üzerine monte edilir.

Kolon borularında ısıl boyut değiştirmelere ve titreşime karşı yüzer sistem

Yüzer sistem hesabında öncelikle boruların dolu ağırlıkları ve işletme sıcaklıkları belirlenir.

Daha sonra boru çapına ve uzunluğuna bağlı olarak her 2 veya 3 katta bir borunun

yerleştirileceği yaylar için bir ön seçim yapılır.

Bu seçimlerle birlikte keyfi olarak belirlenmiş bir sanal sıfır noktası (ısıl genleşme olmadığı öngörülen, genelde şaft ortasına yakın seçilen bir nokta) yazılıma girilerek ısıl

genleşme sonrası yaylara gelecek yükler ve çökme miktarları hesaplanır. Başlangıçta

seçilmiş yayların uygun olmaması durumunda seçimler birkaç defa tekrarlanarak en uygun yaylar belirlenir.

Kolon boruları için yüzer sistem hesabı, hesap makinesi ile yapılması çok zahmetli olan ve zaman alıcı bir işlemdir. Bundan ötürü bu iş için özel olarak tasarlanmış bir bilgisayar yazılımı kullanılır. Bu yazılım, her deneme seçimi sonrasında arka arkaya sürekli tekrarlanan hesaplamalar (iterasyon) yaparak en

uygun izolatör seçimine olanak tanır (Aşağıdaki Çizelge).

           Kolon borularında yüzer sistem örnek hesap formu

Yüzer sistem uygulanmış bir kolon borusunda sismik koruma gereken durumlarda, kolonun belirli noktalarında 4 yönlü sismik halat setleri kullanılır.

Yüzer sistem uygulanmış kolon borularında sismik halat kullanımı (üstten görünüş)

SİSMİK KORUMANIN MALİYETİ

 Günümüz modern binalarında elektromekanik tesisat maliyetleri gelişen teknoloji ve artan konfor ihtiyacı sonucu bina maliyetinin %25-30’u mertebelerine ulaşmıştır. Bu maliyeti korumak için yapılacak sismik uygulamalar ise genel olarak; Mekanik tesisat maliyetinin % 1 ’i Bina maliyetinin ise % 0,3 ’ünü geçmemektedir.

 SONUÇ

 Sonuç olarak mekanik  tesisatın sismik koruması yerel yönetmeliklerle zorunlu hale getirilmeli, alınacak sismik önlemlerin çerçevesi çizilmelidir. Bu işte uzman mühendislerin projelendirme ve kontrol işlemlerini gerçekleştirmesi gerekmektedir.

KAYNAKLAR

1) FEMA 412, December 2002 “Installing Seismic Restraints for Mechanical Equipment”

2) FEMA 413, December 2004 “Installing Seismic Restraints for Electrical Equipment”

3) FEMA 414, December 2004 “Installing Seismic Restraints for Duct and Pipe”

4) Tauby, J.R. ; Lloyd, R. ; Noce, T. ; Tünnissen, J. “A Practical Guide to Seismic Restraint” ASHRAE, 1999

5) “Seismic Restraint Manual – Guidelines for Mechanical Systems” SMACNA, 1998

6) T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı “Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik”, 1997

7) ICC (International Code Council) “IBC - Inernational Building Code”, 2000

8) www.deprem.gov.tr

9) Tauby, J.R., Lloyd, R., Noce, T., Tünnissen, J. ,“A practical Guide to Seismic Restraint”, ASHRAE RP- 812, 1999 [2] Mason Industries, “Seismic Restraint Guidelines”, 1999 [3] ASHRAE Handbook 10)Applications, “Seismicand wind Restraint Design”, Chp.53, 1999 [4] NFPA 13, “Instillation of     

 11) Sprinkler Systems”, 1996 [5] Isısan Çalışmaları No.265, “Isıtma Tesisatı”, Bölüm13, 2000