BETONARME YAPILARDA TASARIM
İnsanlar yüzyıllar önce yapı malzemesi olarak taşı kullanmaya başladığında ellerinde iyi bir bağlayıcı malzeme olmadığından uygulamada sınırlı kalmıştır. Taşın çekme dayanımının düşük olması da büyük açıklıkların geçilmesine mani olmuştur. Büyük açıklıkları geçme arzusu insanları alternatif sistemleri aramaya itmiş ve kesitin bir bütün olarak basınca çalıştığı kemer sistemler geliştirilmiştir
Kemer Sistem
İnsanlarda bitmeyen daha iyisine ulaşma arzusu ilk kez Romalılarca kullanıldığı sanılan doğal çimento ve kireç gibi bağlayıcıların bulunmasına sebep olmuştur. Bulunan bu bağlayıcı malzemeler ile daha dayanıklı yapılar inşa edilebilmiştir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan çimento ise John Aspdin adlı bir İngiliz duvarcı tarafından bulunmuştur. Aspdin, çimentonun patentini alırken imal edilen çimentoyu Portland’ta bulunan taşlara benzettiği için “Portland Çimentosu” olarak tescil ettirmiştir.
Portland Taşı
Çimentonun kum, çakıl ve su karıştırılarak elde edilmesiyle oluşturulan betonun darbe etkilerine ve çekmeye karşı dayanıklı olmadığı tespit edilerek çelik çubuklarla güçlendirilmesi yoluna gidilmiş ve ortaya çıkan malzeme betonarme olarak adlandırılmıştır.
Çelik çubukların betona ilavesiyle hem çekmeye hem de basınca karşı koyabilen ve daha esnek kompozit bir malzeme olan betonarmede temel hususlar aşağıda belirtilmiştir.
Çekmenin tamamı donatılar (çelik çubuklar) tarafından karşılanır.
Çelik ve betonun beraber çalışması bu iki malzeme arasında bulunan kenetlenme ve aderans ile sağlanır.
Beton ve çeliğin genleşme katsayıları birbirine çok yakındır.
Taşıyıcı Sistemin Tasarlanması
Büyük bir betonarme yapı stokuna sahip olan ülkemizde ağır hasarlara sebep olan depremlerden çıkarılan sonuçlara göre depreme dayanıklı yapı tasarımında başlıca koşullar;
Depreme dayanıklı olacak şekilde tasarlanmış mimari: Yapıda istenmeyen düzensizlikleri barındırmayan tasarımlar (Burulma, kısa kolon etkisi vb.)
Yönetmelik ve şartnamelere uygunluk: TBDY2018 ve TS500’de belirtilen hususlara uygun tasarım.
Nitelikli malzeme, sahada projeye uygunluk ve denetim: Sahada betonun doğru şekilde uygulanması ve bakımının yapılması; donatıların sayı ve ebatlarının projeye uygunluğu, donatıların doğru şekilde kenetlenmesinin sağlanmasıdır.
Yönetmelik ve şartnameler belirli sınırlar, hesap yöntemleri belirtse bile taşıyıcı sistemin düzenlenmesi tasarım yapan mühendise aittir. Betonarme olarak tasarlanacak yapının; kullanım amacına, inşa edileceği bölgenin depremsellik ve zemin durumuna uygun düzenli bir taşıyıcı sisteme sahip olması çok büyük önem arz etmektedir. Taşıyıcı sistemi iyi hesaplanmış fakat düzensiz ve uygun olmayan taşıyıcı sisteme sahip bir yapının davranışı; taşıyıcı sistemi kabaca hesaplanmış ancak oldukça düzenli ve uygun taşıyıcı sisteme sahip bir yapının davranışından kat ve kat daha olumsuzdur. Bu nedenle depreme dayanıklı yapı tasarımında taşıyıcı sistem kararları oldukça önem teşkil etmektedir.
Taşıyıcı sistem kararları alınırken dikkat edilmesi gereken temel hususlar;
*Yapıda yeterli rijitlik olmalıdır: Deprem etkileri altında yapı salınım yaparak deprem enerjisinin bir kısmını hareket enerjisine dönüştürür. Fakat yapılan bu salınımlarda yatay deplasmanlar belirli sınırları aşmamalı, hafif ve orta şiddetteki depremlerde yanal ötelenmeler kalıcı olmamalıdır.
*Yapıda gerekli dayanım sağlanmalıdır: Taşıyıcı elemanlardaki deprem kaynaklı kesit tesirleri tespit edilip gerekli boyutlama yapılarak dayanım sağlanmalıdır.
*Yapı sünek olarak tasarlanmalıdır: Süneklik; malzeme, kesit, taşıyıcı sistem elemanı ve yapının taşıma gücünde önemli bir düşüş olmadan deformasyon yapabilme yeteneğidir. Süneklik sayesinde yapıda ani göçmeler meydana gelmez.
Betonarme yapılarda sünekliğin sağlanabilmesi için temel birtakım hususlara dikkat edilmesi gerekmektedir;
1) Donatı oranını sınırlandırmak: Döşeme ve kirişlerde; kesitte bulunan çekme donatısı miktarı sınırlandırıp betonun basınç altında kırılmasından önce donatının akmaya ulaşması sağlanarak süneklik elde edilebilir.
2) Etriye ve Çirozların kullanılması: Taşıyıcı elemanların henüz eğilme donatıları akmadan kesme kuvveti sebebiyle ani ve gevrek göçmelerine engel olmaktadır.
3) Kuvvetli kolon-zayıf kiriş: Plastik mafsalların öncelikle kirişlerde meydana gelecek şekilde tasarım yapılması ile ani göçme mekanizması engellenmektedir.
4) Kolon-kiriş birleşim noktalarında sık etriye kullanımı: Depremde en çok zorlanması beklenen kolon-kiriş birleşim bölgelerinde kiriş ve kolon kesitlerinde etriye sıklaştırılması ile birleşim bölgesinin dayanımı ve sünekliği artırılmalıdır.
5) Yeterli aderans ve yeterli kenetlenmenin sağlanması: Taşıyıcı yapı elemanlarında sünekliliği azaltan faktörlerden biri kesme kuvveti etkisi, diğeri ise aderans zayıflamasıdır. Yeterli aderansın sağlanamaması, kesme kuvvetini karşılayan iç kuvvetleri azaltmaktadır. Aderansın sağlanabilmesi, yeterli kenetleme boyu ve bu mesafe boyunca sık etriye bulundurmakla temin edilebilir.
*Yapısal düzensizliklerden uzak durulmalıdır:
Planda Düzensizlikler:
Burulma Düzensizliği (A1): Belirtilen iki deprem doğrultusunun herhangi biri için, herhangi bir katta en büyük göreli kat ötelemesinin o katta bulunan aynı doğrultudaki ortalama göreli kat ötelemesine oranının 1.2’den fazla olması durumudur.
“A1 düzensizliğinin oluşmaması için rijitlik merkezi ile yapı kütle merkezi mümkün olduğunca yakın tasarlanmalıdır.”
Döşemelerdeki Süreksizlik Düzensizliği (A2): Herhangi bir kattaki boşluk alanları toplamının, toplam kat alanının 1/3’ünden daha fazla olmasıdır. Bu durum deprem yüklerinin düşey taşıyıcı elemanlara güvenle aktarabilmesine engel olduğu için tasarımda bu düzensizliğe yer verilmemelidir.
Planda Çıkıntıların Olması Düzensizliği (A3):Bina kat planlarında çıkıntı yapan kısımların birbirine dik iki doğrultudaki boyutlarının her ikisinin de, binanın o katının aynı doğrultulardaki toplam plan boyutlarının %20’sinden daha büyük olması durumudur.
Düşeyde Düzensizlikler:
Komşu Katlar Arası Dayanım Düzensizliği (Zayıf Kat) (B1):Betonarme binalarda birbirine dik iki deprem doğrultusunun herhangi birinde, herhangi bir kattaki toplam etkili kesme alanının bir üst kattaki etkili kesme alanına (etkili kesme alanı=perde alanı + kolon alanı + 0.15 x duvar alanı) oranının 0.8’den küçük olması durumudur.
Zayıf Kat
Komşu Katlar Arası Rijitlik Düzensizliği (Yumuşak Kat)(B2): Birbirine dik iki deprem doğrultusunun herhangi biri için, herhangi bir kattaki göreli kat ötelemesi oranının bir üst veya bir alt kattaki göreli kat ötelemesine oranının 2.0’den fazla olması durumudur.
Taşıyıcı Sistem Düşey Elemanların Düzensizliği (B3): Kolon veya perdelerin bazı katlarda kaldırılarak kirişlerin veya guseli kolonların üzerine oturtulması veya üst katlardaki perdelerin altta kolonlara oturtulması durumudur.
(Betonarme yapıların tasarımı daha kapsamlı ve derin bir konudur. Biz, bu yazımızda temel kaideleri belirtmeye gayret ettik.)
İntaç Mühendislik olarak birçok betonarme projesini başarı ile tamamladık.
