Betonarme Yapılarda Eğik Kolon Tasarımının Statik Olarak Sakıncaları

‘’Yapı Mühendisliği, kesin olarak belirlenemeyen yükler etkisinde, özellikleri ancak tahmin edebilen malzemeler kullanılarak , sadece yaklaşık olarak analiz edebilen gerçek yapılar yapma sanatıdır.’’

Edward L.Wilson

Ne güzel söylemiş Bay Wilson…Ama son zamanlarda bazı fizik ve matematik kurallarını risk altına alacak yapılar görmekteyiz. Tabi ki bilimin önüne geçmeyeceğiz ve engelemeyeceğiz. Ama bildiğimiz kurallar ve malzemlerle risk alarak çözümler yapmak doğrumu onu tartışmalıyız.
Yüksek yapı mimarları, özelikle büyük kentlerde estetik olarak dış cephede ve köşelerde eğik olarak mütemati çalışan kolonlarla çözüm aramaktadırlar. Bu yapı mühendisliği olarak ne kadar doğru??

DBYBHY-2007 A ve B kural düzensizliği , maalesef Amerikan ACI 318 ve ,ATC-3 şartnamelerinde yer almamakla beraber, yurtdışında yapılacak projeler bu düzensizliklere ihlal edilerek proje tasarlanabilmektedir.. Tabi ki Türkiye’de bu A ve B kural düzensizliği yerine eğik kolonla statik çözüm yapılmasını tasarlayan inşaat mühendisler görülmektedir.

Bu gizli düzensizliği Prof.Dr.Zekai Celep(İTÜ.),Prof.Dr.Nahit Kumbasar(İTÜ.),Prof.Dr.Ahmet Topçu(Harran Ünv.) konu ile ilgili olumsuzluklarını meclis söylemlerinde anlatmışlardır.
Özelikle 1.deprem derecesi olan bölgelerde konu önemle ehemmiyet kazanmaktadır.

Taşıyıcı sistemin depremde hasar görmesinin nedenleri önem sırasına göre ;
1.)Taşıyıcı sistemin iyi tasarlanmaması,
2.)Malzeme(özelikle beton) dayanımının düşük olması,
3.)Konstrüktf ayrıntılara dikkat edilmemiş olması,
4.)Statik ve betonarme hesapların yeterli olmaması,

Deprem zorlaması en fazla alt katlarda etkili olacağı için buradaki kolon düzenine önem verilmeli, görünüş gerekçeleriyle ani rijitlik değişikliğine gidilmemelidir. Dayanım düzensizliği çıkmaması için gayret sarf edilmelidir.

Normal kuvvetlerin de büyük olması ikinci mertebe etkileri birinci mertebe etkileri yanında önem kazanır.Bu parametreleri içeren ve ikinci mertebe etkilerin birinci mertebe etkileri oranı olarak kabul edebilecek (Ɵᵢİkinci mertebe gösterge değeri)

Ɵᵢ=Nᵢ.Δᵢort./Vᵢ.hᵢ Nᵢ=ΣN͵=1W͵

Her kat için hesap edilerek mertebe etkilerin seviyesi hakkında karar verilebilir.Burada Nᵢ kat normal kuvveti,Vᵢ kat kesme kuveti,hᵢ kat yüksekliği ve Δdi,ort. Kat relatif tasarım yer değiştirmesidir.İkinci mertebe etkilerinin büyük olduğu Ɵᵢ>0,12 durumunda ise taşıyıcı sistemin rijitleştirilerek ikinci mertebe gösterge değerinin 0,12 altına düşürülmelidir.(Zekai Celep)

a.)Eğilme momenti , eksenel basınç ve eğilme altındaki elemanların taşıma gücü;

Betonarme kolon, yapısal sistemin, yani çerçevenin bir parçasıdır ve çerçeveye monolitik olarak bağlıdır. Bu nedenle kolonlar, düşey ve yatay yükler altında eksenel basınca ek olarak eğilme momenti ve kesme kuvveti taşırlar, bazı durumlarda da burulma etkisine de maruzdurlar. Kesme kuvvetinin etkisi nedir? Eksenel yük ve eğilme etkisi (bileşik eğilme) bakılması gerekmektedir. Betonarme bir kolonun yalnızca eksenel yük taşıması olanaksızdır. Bu nedenle yönetmeliklerde kolonların eksenel yük taşıyor gibi boyutlandırılıp donatılmasına izin verilmez. Betonarme yapılardaki kolonların kesit boyutları, boylarına oranla küçük olduğundan, kolonlar genellikle narin elemanlardır. Kolona etkiyen eksenel kuvvet ve moment dışmerkez bir kuvvetle değiştirilebilir. Eğilme etkisi, narin kolonda, şekilde “y” ile gösterilen yer değiştirmelere neden olacaktır. Bu durumda kolona etkiyen N(e) momentinin yanı sıra, yer değiştirme nedeniyle ek bir moment de oluşacaktır. Yapılacak hesap analizlerinde eğik olan kolonda ciddi ek momentler oluşmaktadır.

b.)İkinci mertebe momenti;

İkinci mertebe momenti olarak adlandırılan bu ek moment, eksenel yükün yer değiştirme ile çarpımına eşittir, ΔM = N (y). Şekilde gösterilen kolonun maksimum hesap momenti, dış merkezliğin oluşturduğu momente (birinci mertebe momenti), ikinci mertebe momenti eklenerek bulunur. Kolona uygulanan birinci mertebe momentinin (M = N × e) kolon boyunca sabit olmasına karşın, ikinci mertebe momenti yer değiştirmeye göre kolon boyunca değişmektedir. Bu nedenle maksimum moment, yer değiştirmenin en büyük olduğu kolon boyu ortasında oluşacaktır.
M′ = N (e) + N (y) = N (e + y)
M′max = N (e + ymax)
N (e) ile gösterilen birinci mertebe momenti, çerçeve çözümünden elde edilen hesap momentidir.
N (e) = M
Gerçek yapılardaki kolonların sınır koşulları ve kolona etkiyen yükler, çok daha karmaşıktır. Eğik kolondan dolayı düşey yüke ek olarak yatay kuvvetlerin de bulunduğu durumlarda, eğer yeterli rijit perdeler yoksa, oluşacak yer değiştirmeler büyük olacak ve ikinci mertebe momentleri yüksek düzeylere erişecektir.Bu durumda birinci mertebe momenti de kolon boyunca sabit olmadığından, birinci ve ikinci mertebe momentlerinin toplanması ile elde edilen maksimum moment, kolon boyu ortasında oluşmayacaktır.

c.)Burulma düzensizlikleri;

Çok katlı yapılarda genel olarak burulma düzensizliği, plan geometrisinin veya taşıyıcı eleman rijitlik dağılımının simetrik olmamasından kaynaklanmaktadır. Ancak, gerek plan geometrisi gerekse rijitlik dağılımı bakımından simetrik olan bazı yapılarda da burulma düzensizliği olabilmektedir. Bu çalışmada plan geometrisi ve rijitlik dağılımı bakımlarından simetrik olan ve olmayan yapılarda burulma düzensizliği durumları araştırılmıştır. Bunun için, burulma düzensizliği olan ve olmayan 15 katlı olarak üçgen, elips, kare, dikdörtgen, daire, L , T ve eğik kolonlu bir yapı(3.kattan sonra 17.dereceli açı ile içe doğru eğiliyor.)sekiz farklı geometri ele alınacak olursa , deprem etkileri altındaki davranışları incelenmesine hep beraber aşağıdaki tabloya bakarak inceleyelim.

Çalışmalarda SAP 2000 yazılım programı versiyon 7 kullanılmıştır.(Kaynak; Selçuk Üniveristesi ve Tuncer İnan İnşaat Mühendisi)

d.)Plastik Mafsallar;

Şiddetli bir depremde yüklerin artması durumunda sözü edilen kesitlerde plastik şekil değiştirmeler ortaya çıkar.Plastik şekil değiştirmelerin başladığı kesitlerde, artan yükle beraber iç kuvvetlerde önemli bir artış olmadan plastik şekil değiştirmelerin artmaya devam ettiği düşünülebilir, bu davranışa plastik mafsal davranışı da denir (eğilme momenti etkisiyle plastik şekil değiştirme yapan sünek kesitler için geçerli). Başka bir deyişle yapı hasar görerek enerji yutar. Plastik mafsalın normal afsaldan farkı üzerinde sabit bir moment olmasıdır.

Yapısal analiz yararlı ve zorunlu olmakla beraber , varsayımlar nedeni ile elde edilen sonuçlar kesin olmaktan çok uzaktır. Varsayımlar değiştirilirse sonuçlar da değişir. Mühendis bu varsayımların esiri olmamalıdır.

Sayılar davranışın daha iyi anlaşılması için yol gösterici olmalı, karar ; bu sayılar, davranış bilgisi, önsezi ve tecrübe ile değerlendirilerek verilmelidir. Davranışı anlamaya çalışmadan, sayılara güvenerek oluşturulan bir yapı, deprem sırasında sağlıklı bir davranış göstermeyebilir. Bilgisayarlar, parametreleri değiştirip çok sayıda analiz yapmak için yararlı ve sağlıklı veriler vermeyebilir.

Son zamanlarda yerel yazılım programlarıda yeni versiyonlarında bu eğik kolonlu çözümlemelerini piyasaya çıkarmışlardır. Bir mühendis olarak yapacağımız tasarımı birde eğik kolonlu olarak SAP-2000,ETABS,İDE YAPI,PROBİNA,STA 4 CAD hatta tabaklar ve tablolarla beraber elle çözümlediğimizde burulmaların, ikinci mertebe yüklerin, plastik mafsalların ,kayma yüklerin ne kadar sınırların üzerinde olduğunu ve yapıyı zorladıklarını analiz hesaplarında göreceksiniz.

Çok sayıda yapılacak analiz veriler ve hesaplar , vereceğimiz karara daha fazla yardımcı olacaktır.

Taşıyıcı sistem seçiminde temel kural şu olmalıdır; Düşey olsun yatay olsun, yükler en kısa yoldan temele ulaşmalı, yapı içinde dolanmamalıdır!..

Son söz olarak;
Mühendis olarak mesleğimizin gereğini yapmalıyız.
Ağlatmayalım…
Ağlamayalım…

 

28.09.2014
Ahmet Özürün
İnşaat Mühendisi

Kaynaklar;

1.)Deprem Mühendisliğine Giriş (Prof.Dr Zekai Celep-Nahit Kumbasar (İTÜ))
2.)Tuncer İnan(İnşaat Mühendisi)
3.) Selçuk üniversitesi makaleleri.

Linkback: http://www.medeniyetmuhendisleri.com/makaleler-tezler/betonarme-yapida-egik-kolon-tasariminin-statik-olarak-sakincalari-ahmet-ozurun-t670.0.html

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.