Rezonans Nedir? Bina Rezonansı Neden Önemlidir?

Bina Rezonansı Neden Önemlidir?

Bir binanın sismik dalgalar nedeniyle tabanında sallanmaya tepkisi, tasarımı ve yapımı ile ilgili bir dizi faktöre bağlıdır. Bununla birlikte, en önemli faktörlerden biri basitçe binanın yüksekliğidir, çünkü bu, bina rezonansı sıklığını belirler. Kısa binalar yüksek bir rezonans frekansına (kısa dalga boyu) sahipken, yüksek binalar düşük bir rezonans frekansına (uzun dalga boyu) sahiptir. Sismik tehlike açısından, bu nedenle, kısa binalar, nispeten yakın depremlerden kaynaklanan yüksek frekanslı sismik dalgalardan kaynaklanan hasara karşı hassastır. Öte yandan, çok daha uzak mesafelerden ortaya çıkmış olabilecek düşük frekanslı sismik dalgalar nedeniyle yüksek binalar risk altındadır.

Bina Rezonansı nedir?

Rezonans, yapısal bir sistem, sistemin doğal frekanslarından birine karşılık gelen bir frekansta zorlandığında oluşur. Bunlar, sistemin doğal olarak titremeyi sevdiği frekanslardır. Zorlama frekansı bu doğal frekanslardan birine karşılık gelirse, yapının kuvveti ve tepkisi birbiriyle aynı fazdadır, bu nedenle kuvvet tarafından pozitif iş yapılır ve titreşimdeki enerji artar. Sonunda, sistemdeki sönümleme ve doğrusal olmayan durumlar zorunlu tepkiyi sınırlar.

Düşük doğal frekanstan kaynaklanan titreşim nedeniyle sistemin tepkisinin daha yüksek doğal frekans nedeniyle titreşimle faz dışı olduğu iki rezonans arasındaki bir frekansta bir anti-rezonans oluşur. Ortaya çıkan titreşimler daha sonra birbirini iptal etme eğilimindedir.

Yüksek Binalar Mı Yoksa Alçak Binalar Mı Rezonansı Daha Çoktur?

Yüksek binalar depremlerde sesli ve hızlı sallanırken, “yumuşak” sallanma, büyük depremler tarafından salınan düşük frekanslı dalgalara verdiği bina rezonansı tepkisinin bir sonucudur. Özellikle yüksek bir binanın alttan yana doğru itildiğini hayal edin. Devasa binanın çok fazla ataleti var ve alttaki kuvvetin kirişler aracılığıyla yukarı doğru iletilmesi zaman alıyor. Kuvvetler tepeye ulaştığında (muhtemelen bir saniyeden daha kısa bir süre) tüm bina hareket halinde olacak ve yana doğru hareket edecektir. Aniden dibi durdurursanız, üst kısım momentumunu korur ve yapının sertliği onu durdurana kadar bu pozisyonu aşar ve esnemesine izin veren elastik özelliği onu bu deformasyonu geri kazanmaya ve diğer yöne dönmeye zorlar. Bu tek itme (binayı belirli bir mesafeye itmek), tabanına uygulanan kuvvet kademeli olarak azaltılırken veya esneme, ısıtma ve gıcırdama ile emilirken, binanın sabitlenmemiş ucunda (üstte) bir salınımla sonuçlanır.

Şimdi, binanın altını durdurmak yerine onu tersine çevirir ve diğer yöne geri iterseniz, bu, tepenin geri döndüğünde kat etmesi gereken mesafeyi artıracak, dönüş salınımına ivme katacak ve salınımı artıracaktır. Birini salıncakta ittiğinizde de aynı şey devam eder: Sallanan kişiyi “ileri” sallanırken itin, böylece sisteme girdiğiniz enerji yerçekimi tarafından zaten çekilmiş olan enerjiye eklenir. Size doğru gelirken onları iterseniz, tüm enerjiniz “geri” salınımlarının gücüne direnmek için harcanır ve sistem tüm enerjisini kaybeder.

Yüksek bir binanın gerçekten sallanmasını sağlamak için, sismik dalgaların tabanını binanın doğal salınımına, yani rezonans frekansına uyan bir frekansta ileri geri sürüklemesi gerekir. Diğer bir deyişle, bir binayı “zeminden koparırsanız” ve sallanmasına izin verirseniz, bunu diğer şeylerin yanı sıra malzeme özellikleri, geometrisi ve ağırlığı ile belirlenen bir frekansta yapacaktır. Daha sonra aynı frekansta sallamaya devam ederseniz, aynı salınım seti gibi hareketi vurgulayarak “rezonansa” neden olursunuz.

Daha uzun binalar, kısa binalardan daha düşük doğal rezonans frekanslarına sahiptir; bu, geniş bir sismik dalga frekansı yelpazesi serbest bırakıldığında, farklı rezonans frekanslarına sahip binalar farklı şekilde sallanacağı anlamına gelir. Küçük 2 katlı evler son derece yüksek rezonans frekanslarına sahiptir ve bu nedenle depremin merkez üssünün yakınında en güçlü şekilde yaşanan çok keskin sismik dalgalara karşı daha hassastır.

Bina Rezonansı ve Mühendislik Bağlantısı

Yapı mühendisleri, binaları ve diğer insan yapımı yapıları deprem ve fırtına kuvvetlerine dayanabilecek şekilde tasarlamak için binaların doğal frekansını hesaplar. Örneğin, sismik dalgaların frekansı bir binanın doğal frekansıyla eşleşirse, rezonans oluşur ve yapı bozulur. Mühendisler, çeşitli yapısal tasarımların ve malzemelerin beklenen tehlikeli koşullar altında nasıl performans gösterdiğini öğrenmek için araştırma ve saha çalışmaları yürütür, böylece mümkün olan en güvenli yapıları tasarlayabilirler. Ayrıca, erken arıza uyarısı sağlamak için rüzgar, titreşim ve yer hareketi sensörlerini içeren gerçek zamanlı rüzgar ve deprem izleme sistemleri tasarlarlar.

Yazının yazıldığı tarih itibariyle, #İzmir’ de gerçekleşen deprem için geçmiş olsun İzmir diyoruz.

Strucare olarak, sizlere Yapı Rehberi olma yolundaki çalışmalarımıza devam ediyoruz.