THE EFFECT OF FRICTION PENDULUM TYPE ISOLATORS ON THE STRUCTURAL SYSTEMS OF HOSPITALS

Year 2025, Volume: 13 Issue: 2, 570 - 581, 27.06.2025

Mehdi Öztürk

https://doi.org/10.21923/jesd.1645136

Abstract

Earthquakes are natural disasters that pose significant risks to both historical and modern reinforced concrete and steel structures. In countries like Turkey, which are located in active seismic zones, ensuring the safety of structures is of critical importance. Seismic isolation systems, developed to minimize earthquake-induced damage, are effective engineering solutions that enhance the resilience of structures against seismic loads. In this study, the impact of friction pendulum isolators on seismic performance is investigated in accordance with the Turkish Building Earthquake Code (TBEC) 2018. A hospital building was designed using both the conventional approach and with seismic isolation, with the goal of achieving the target seismic performance level in each case. Numerical analyses revealed that seismic isolation increases the structural period, thereby reducing seismic forces, decreasing inter-story drifts, and minimizing structural deformations. Furthermore, a cost analysis of the isolation system was conducted, indicating that the cost of the isolated building is approximately 20% higher compared to a conventional reinforced concrete structure. Nevertheless, the study concludes that friction pendulum isolator systems represent a significant engineering solution for enhancing the seismic resilience of critical structures such as hospitals.

Keywords

Earthquake, TBDY-2018, Seismic Isolators, Friction Pendulum, Structural Deformation

HASTANELERDE SÜRTÜNMELİ SARKAÇ TİPİ İZOLATÖRLERİN TAŞIYICI SİSTEME ETKİSİ

Abstract

Depremler, hem tarihi hem de modern betonarme ve çelik yapılar için büyük risk oluşturan doğal afetlerdir. Türkiye gibi aktif deprem kuşağında yer alan ülkelerde yapı güvenliğinin sağlanması kritik bir öneme sahiptir. Deprem hasarlarını minimize etmek amacıyla geliştirilen sismik izolasyon sistemleri, yapıların deprem yüklerine karşı dayanıklılığını artıran etkili mühendislik çözümlerindendir. Bu çalışmada, Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) 2018’e göre, sürtünmeli sarkaç izolatörlerin sismik performans üzerindeki etkisi konu alınmıştır. Çalışma kapsamında bir hastane binası, geleneksel yaklaşım ve sismik izolatörlü olarak hedef sismik performansı sağlayacak şekilde ayrı ayrı tasarlanmıştır. Sayısal analizler sonucunda, sismik izolasyonun yapı periyodunu uzatarak deprem kuvvetlerini azalttığı, göreli kat ötelemelerini düşürdüğü ve yapısal deformasyonları minimize ettiği belirlenmiştir. Ayrıca, izolasyon sisteminin maliyet analizi yapılmış ve izolatörlü bina maliyetinin geleneksel betonarme binaya kıyasla %20 daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Ancak sonuç olarak, sürtünmeli sarkaç izolatör sistemlerinin, hastane gibi kritik yapıların sismik dayanıklılığını artırmada önemli bir mühendislik çözümü olduğu vurgulanmıştır.

Keywords

Deprem, TBDY-2018, Sismik İzolatör, Sürtünmeli Sarkaç, Yapısal Deformasyon

References

• Al-Ameeri, A. (2017). Kurşun Çekirdekli Kauçuk İzolatörlü Çelik Binaların Deprem Analizi. Gaziantep: Gaziantep Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Analiz Yöntemi ile İncelenmesi. Erzurum: Erzurum Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Asher, JW., Young, RP. Ve Ewing, RD. (2001). Seismic Isolation Design of the Arrowhead Regional Medical Center. Structural Design of Tall Buildings, 10(5): 321-334.
• Ateş, Ş. ve Dumanoğlu, A. A. (2003). Kauçuk Mesnetli Binaların Dinamik Analizi. Beşinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, 26-30 Mayıs, İstanbul.
• Castaldo, P., Palazzo, B. ve Vecciha, P.D. (2015). Seismic reliability of base-isolated structures with friction pendulum bearings. Dept. of Civil Engineering University of Salerno via Giovanni Paolo II, 80-93.
• Eniş, A. (2024). Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımında Sismik İzolatör Kullanımı ve Kullanıcı Tercihine Etkisi. İstanbul: Haliç Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Hong, W.K. ve Kim, H.C. (2004). Performance of a Multi-Story Structure with a Resilient-Friction Base Isolation System. Elsevier-Computer and Structures, 82: 2271 228.
• Lee, PL., Mazeika, A., Hartman, C., Whittaker, A. ve Constantinou, MC. (2001). Seismic Isolation of an Internet Service Exchange Facility: Abovenet ISX-SF1. Structural Engineers Association of California 70 Annual Convention Proceedings, California, 67-86..
• Nasery, M. M., Ergün, M., Ateş, Ş. Ve Husem, M. (2015). Süneklik Düzeyi Yüksek Bir Binanın Dinamik Davranışına Deprem İzolatörlerinin Etkisinin Araştırılması. Conference: Sekizinci Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Mayıs.Wu, YM. ve Samali, B. (2002). Shake Table Testing of a Base Isolated Model. Engineering Structures, 24(9): 203-1215Goldberg, D., 1989. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. Reading, Boston: MA: Addison-Wesley Professional.
• Şahin, M. (2020). Kauçuk İzolatörlü Bir Yapının Soğuk Hava Koşulları Etkisi Altındaki Modal Davranışının Operasyonel Modal
• Sevim, E. (2016). Sismik İzolatörlerin Bina Türü Yapıların Dinamik Davranışına Etkisi. İstanbul: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Shrimali, M.K., Bharti, S.D. ve Dumne, S.M. (2014). Seismic Response Analysis of Coupled Building Involving MR Damper and Elastomeric Base Isolation. Ain Shams Engineering Journal, 2(6): 457-470
• Şirin, S. ve Boduroğlu, H. (2010). Sürtünme sönümlü elemanlı betonarme sistemlerin sismik performansı. İstanbul Teknik Üniversitesi Mühendislik Dergisi, İstanbul, 9(6), 169-177.
• Spyrakos, C.C., Maniatakis, C.A. ve Koutromanos, I.A. (2009). Soil-Structure Interaction Effects on Base Isolated Buildings Founded on Soil Stratum. Elsevier-Engineering Structures, 31: 729-737
• TBDY. (2018). Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Afet ve Acil Durum Yönetim Başkanlığı, AFAD, İçişleri Bakanlığı, 2018, Ankara, Türkiye
• Tokuç, M. (2008). Mevcut Betonarme Bir Okul Binasının Performasının Değerlendirilmesi ve Sismik İzolasyon Kullanılarak Güçlendirilmesi. İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Toprak, T. (2012). Burulma Düzensizliği Olan Yapılarda Sismik İzolasyon Kullanımının Deprem Yükleri Altındaki Davranışa Olan Etkisi. İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Tsai, C.S., Chen, W.S., Chen, B.J. ve Pong, W.S. (2006). Vertical Distributions of Lateral Forces on Base İsolated Structures Considering Higher Mode Effects. Structural Engineering and Mechanics, 23(5): 543-56.
• Türker, H. (2005). Sismik İzolasyon Sistemlerinin Kullanılış Tipleri Örnek Bir Maliyet Analizi. Deprem Sempozyumu, Kocaeli, 65-87..
• UBC 97, (1997). Uniform Building Code 97. International Code Council, I. Baskı, Amerika Birleşik DevletleriSpyrakos, C.C., Maniatakis, C.A. ve Koutromanos, I.A. (2009). Soil-Structure Interaction Effects on Base Isolated Buildings Founded on Soil Stratum. Elsevier-Engineering Structures, 31: 729-737
• Wu, YM. ve Samali, B. (2002). Shake Table Testing of a Base Isolated Model. Engineering Structures, 24(9): 203-1215Goldberg, D., 1989. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. Reading, Boston: MA: Addison-Wesley Professional.
• Yıldız, M. B. (2020). Sismik İzolatörlerin Farklı Konumlarının Binaların Dinamik Davranışlarına Etkisi. Bayburt: Bayburt Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi
• Zulfakar, M. (2021). Farklı Sürtünme Yüzeyli Sarkaç İzolatörlerin Yapı Deprem Davranışı Üzerındeki Etkilerinin İncelenmesi. Trabzon: Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.