-
Yapı Elemanlarının DavranışıYrd. Doç. Dr. Barış ÖZKUL
Kolon Türleri ve Eksenel Yük Etkisi Altında Kolon Davranışı
Kolonlar; bütün yapılarda temel ile diğer yapıelemanları
arasındaki bağı sağlayan ana yapıelemanlarıdır.
Enine Donatının Cinsine Göre
Etriyeli Kolon Fretli Kolon
Taşıyıcı Sistemine Göre
AhşapÇelikBetonarme Bileşik
Etriye
Göbek Fret
Kabuk
Çelik Boru
Beton
ÇelikProfil
Etriye
Etriyeli Fretli
Bileşik
Bileşik
Kolonlar eksenel yük ve eğilme momentine maruz kalan
elemanlardır. Kolonun fonksiyonu; kesme kuvveti, moment, burulma,
oturma, rötre ve bunun gibi etkileri temele iletmektir. Bu
etkilerin yanında, zamana bağlı deformasyonlar ve oturmalar da göz
önünde bulundurularak, kolon boyunca çelik donatı
çubuklarıyerleştirilir. Betonarme kolonlarda boyuna donatının
yanında etriye ve fret şeklinde enine donatılar da kullanılır.
Genellikle dairesel veya dikdörtgen kesitli oldukları halde
yapının statik ve mimarisinden kaynaklanan sebeplerle uygulamada
farklı geometrik şekil ve kesitlere de rastlanılabilir.
Döşemelerden gelen yükleri çoğu durumda kirişler vasıtasıyla
almakla birlikte bazı durumlarda doğrudan da yük alabilirler.
Kolonların, eksenel yükleri taşımalarının yanısıra yukarıda
bahsedildiği gibi yapıya etki eden deprem veya rüzgâr gibi yatay
yüklerin taşınmasında da önemli görevleri vardır. Betonarme bir
yapıda, yapıyı oluşturan tüm elemanların sünek davranışgöstermesi,
büyük bir enerjinin açığa çıktığı deprem etkisi sırasında, yapının
ve yapıyı oluşturan elemanların bu enerjiyi yutması ve tüketmesi
açısından çok önemlidir. Depremde hasar görmüşbinalar
incelendiğinde; kolonların, binanın ayakta kalmasında veya büyük
ölçüde hasar görmesinde başlıca etken ve çok önemli birer taşıyıcı
eleman oldukları dikkati çekmektedir.
-
Özellikle perdesiz veya az perdeli yapılarda yatay taşıyıcılar
ile temeller arasındaki tek bağlantıkolonlar olduğundan, yapıdaki
taşıyıcı elemanlar içinde önem bakımından en ön sırada yer alırlar.
Günümüze kadar yapılar üzerinde yapılmış olan gözlemlerde; döşeme
veya kirişlerden bir veya birkaçı hasar görmüş yada yıkılmış olduğu
halde ayakta duran birçok binaya rastlanmasının yanında, sadece bir
kolonun hasar görmesinden dolayıtamamen yada kısmen yıkılmış pek
çok yapıya rastlanılmıştır.
Eksenel olarak yüklenmiş bir kolonun nihai taşıma kapasitesi
makul bir doğrulukla hesaplanabilir. Nihaidayanım, betonun
karakteristik basınç dayanımı veboyuna donatının akma dayanımı ile
hesaplanabilir. Etriyeli bir kolon için göçme, betonun kırılması
veetriyeler arasındaki donatının burkulması ile olur.
Etriyeler
Burkulan boyuna donatı
Kolonun nihai yük kapasitesi; kolonun kesit alanı, betonun
basınç dayanımı, boyuna donatının kesit alanı ve dayanımı ile
ilgilidir.
Nd=0.85fckAc+fykAs
TS500’e göre Etriyeli bir kolonun eksenel yük kapasitesi;
fck: Betonun basınç dayanımıAc: Betonun kesit alanıfyk: Boyuna
donatının karakteristik akma dayanımıAs: Çelik donatının kesit
alanı
TS500’e göre, nihai eksenel yük kapasitesi sadece betonun ve
boyuna donatının alanı ve dayanımına bağlıdır. Bununla birlikte
yatay donatıaralığı, alanı ve dayanımı eksenel yüklü kolonun
davranışında dikkate alınmamaktadır.
Betonarme kolonlar enine donatı olan fretler yada dikdörtgen
etriyeler ile sarılırlar. Beton basınca maruz kaldığında yatay
yönde genişleme eğilimine girer ve yatay donatı ile sarılır. Bu
yatay deformasyon, yatay donatı ile önlenir ve betona pasif basınç
uygular. Böylece yatay donatı içindeki beton artık tek eksenli
basınç altında değil, üç eksenli basınç gerilmeleri altındadır.
Sarılmış Beton
EtriyeSeviyesi
EtriyeSeviyesi
Boyuna donatı ile etriyelerin birleştiği noktalarda beton daha
etkili sarılabilmektedir.
-
Sarılmanın etkisi iki komşu etriye arasında önemli şekilde
eksilir. Dikdörtgen etriyeler şekil değiştirme kapasitesini önemli
ölçüde geliştirir. Bununla birlikte aşırı miktarda kullanılmadıkça
dayanımı arttırmaz. Sarılma etkisi yüzünden, eksenel olarak
yüklenmiş kolonun davranışı değişir. Eğer eksenel olarak yüklenmiş
bir kolon yeterli yatay donatıya sahipse, kolonun davranışı sünek
olur. Tersine, yeterli yatay donatıya sahip olmayan kolon ise çok
gevrek bir davranış gösterir.
Kolonun boyuna donatıları yatay donatının köşelerine yakın
olarak yerleştirilmelidir. Etriyelikolonlarda, özellikle deprem
bölgelerinde, kapalı etriyeninher bir köşesinde bir boyuna donatı
bulunması gereklidir. Boyuna donatıların aralığının yakınlığı ve
her birinin kapalıetriyelerin köşesinde bulunması sünekliği
arttırır, donatı çubuklarının burkulmasına karşı dayanım
sağlar.
Farklı geometrileri sebebiyle dikdörtgen etriyelersarılma
donatısı olarak fretler kadar etkili değildirler.
Eksenel yükleme durumunda tipik gerilme-şekil değiştirme
diyagramı, bir kolon numunenin sarılmışçekirdeği için çeşitli
miktarlardaki sargı donatılarına göre farklılıklar
göstermektedir.
-
•Etriye seyrek de olsa, süneklik artar
•Sık etriye süneklik ve dayanımı arttırır
•Etriye serbest açıklığı ve adımının azalmasısebebiyle çift
etriye süneklik ve dayanımıönemli ölçüde arttırır.
•Fretli kolonlar etriyeli kolonlara göre hem süneklik hem de
dayanım açısından dahaetkindir.
•Donatılı betonlarda c0 değeri sargı etkisi arttıkça
büyümektedir
Kolonlarda Donatı Yerleşim ve Birleşim Hataları
Son yıllarda meydana gelen depremlerde görülen yapı hasarlarının
en önemli sebeplerinden bir tanesi de betonarme donatılarda görülen
yetersizlikler ve yanlışlıklardır. Deprem sırasında önemli görevler
üslenen etriyelerin eksik yerleştirilmesi, kolonların boyuna
donatılarında filiz boylarının yeterli olmaması, donatı için
gerekli pas payının bırakılmaması gibi çok basit hataların aslında
ne büyük felaketler doğurduğu son depremlerde görülmüştür. Deprem
bölgelerinde yapılan incelemelerde, bu basit ama önemli hatalar pek
çok hasarlı yapıda gözlenmiştir.
Depremlerde hasar gören veya yıkılan binalarda göze çarpan en
önemli konulardan birikolon boyuna donatılarının bindirmeli
eklerinin kolonorta bölgesinde yapılmamış olmasıdır.
DOĞRU YANLIŞ
Çeşitli depremlerden sonra bölgede yapılan incelemelerde, pek
çok yapıda bırakılan betonarmedonatı filizlerinin yetersiz veya
rasgele uzunluklardabırakıldığı tespit edilmiştir.
-
Bir üst kat kolonu için bırakılan filizler gerekliönlemler
alınmadığı takdirde korozyona uğramaktadır. Paslanmış donatı,
aderansı önemli ölçüde olumsuzetkilemekte ve donatının betondan
sıyrılıp çıkmasınıkolaylaştırmaktadır.
Kolonda basınca çalışan boyuna çubukta kancayapılması kabuk
betonunda büyük zararlara yolaçtığından kanca yapılmasından
kesinliklekaçınılmalıdır. Kolona kanca yapılarak
yerleştirilmişdonatı, kabuk betonunu ezerek çatlamasına
nedenolacaktır.
Çekme
Kolon-kiriş birleşim bölgelerinde donatıdetaylarının yeterliliği
ve uygunluğu, deprem yüküetkisi altındaki yapının davranışı için
oldukçaönemlidir. Ülkemizde görülen depremlerin ardından,
genellikle kolon-kiriş birleşim noktalarında ciddihasarlar meydana
geldiği görülmektedir. Kolon-kirişbirleşim bölgesindeki hasarların
en önemlinedenlerinden biri olarak etriye yetersizliği
sayılabilir.
Kiriş-Kolon Sarılma Bölgeleri
Etriye sıklaştırmasından kaçınılmasıyla sağlanacak küçük kazanç,
bedeli ölçülemeyecek zararlara yol açmaktadır. Projede belirlenen
etriye aralığı ve sayısına, yapı üretimi sırasında yeterince dikkat
edilmemesi sonucu, pek çok kolonda ve kirişte büyük hasarlar
oluşmuştur.
Kolon-kiriş düğüm noktalarında aşırı donatıyoğunlaşması
nedeniyle beton kalitesinin standartların çok çok altına düşmesine
sebep olabilmektedir.
-
Yapının yatay kuvvetlere karşı dayanımınıartırmak ve muhtemel
işçilik ve tasarım hatalarına karşı güvenli tarafta kalmak için her
iki yönde yeterli perdeler düzenlemek gerekir. Bu perdeler elden
geldiğince, burulma rijitliğini artırmak amacıyla, yapının dış
cephe çerçevelerinin köşelerine yerleştirilir. Yapının bir
yönündeki gerekli perde kesit alanı aşağıdaki bağıntıdan tahmin
edilir.
Aperde≥0.0015nAyapı
Aperde/Ayapı≥0.008
n:Yapının kat sayısı
Ayapı: Yapının bir katının plandaki alanı. Farklı kat
alanlarının olması halinde en büyüğü alınır.
Aperde: Bir yöndeki yatay kuvvete direnen (uzun kenarı yatay
kuvvet yönünde olan) perdelerin toplam alanı.
Örnek: Aşağıda kat kalıp planı verilen yapı 10 katlıdır. Yapının
perdeleri ön tasarım için yeterli midir? n=10, Ayapı = 11.15 = 165
m2
X yönü (P2, P5)
Aperde= 2 . 0.25 . 5.0 = 2.5 m2
Aperde =2.5 > 0.0015 . 10 . 165 = 2.48 m2
Aperde≥0.0015nAyapı Aperde/Ayapı≥0.008
Aperde / Ayapı = 2.48/165 = 0.015 > 0.008
Y yönü (P1, P3, P4, P6)Aperde= 4 . 0.25 .2.5 = 2.5 m2
Aperde = 2.5 > 0.0015 .10 .165 = 2.48 m2
Aperde / Ayapı = 2.5/165 = 0.015 > 0.008
Perdeler yatay kuvvetlere karşı en büyük direnci gösteren,
yapının göçmesini zorlaştıran elemanlardır. Kolonlara nazaran çok
büyük olan rijitlikleri nedeniyle deprem kuvvetinin çok büyük bir
kısmını taşırlar, yatay yer değiştirmelerin küçük kalmasını
sağlarlar ve yapının burulmasını önlerler.
Video (Perde)
Perdelerin yukarıda belirtilen işlevleri sağlayabilmesi için
bilinçli yerleştirilmesi gerekir. Aksi halde, yapıya fayda yerine
zarar verirler. Perde ve kolonlar simetrik yerleştirilmezlerse kat
rijitlik merkezi, kütle merkezi ile çakışmaz, ex ve ey dış
merkezlikleri oluşur. Deprem kuvveti daima kütle merkezinden geçer.
Deprem x yönünden geldiğinde, yapı x yönünde ötelenir ve ey dış
merkezliğinin oluşturduğu burulma momenti yapıyı rijitlik merkezi
etrafında döndürür.
Deprem y yönünden geldiğinde, yapı y yönünde ötelenir ve ex dış
merkezliğinin oluşturduğu burulma momenti yapıyı rijitlik merkezi
etrafında döndürür.
-
• Perdeler ve kolonlar, elden geldiğince, rijitlik merkezi ile
kütle merkezi çakışacak şekilde,
• Perdeler hem x hem de y yönünde, elden geldiğince,
rijitlikleri eşit olacak şekilde,
• Kolonlar ve perdeler, elden geldiğince, x ve y eksenlerine
göre simetrik olacak şekilde,
• Perdeler, elden geldiğince, yapı dış kenarlarına yakın olacak
şekilde,
• Elden geldiğince, yapı ortalarında da bir iki perde olacak
şekilde yerleştirilmelidir.
Teşekkürler…
Haftaya; Basit Eğilme Etkisindeki Elemanlar
Kesme Etkisindeki Elemanlar