Betonarme Perdelerin Davranışları ve Özellikleri-TBDY-2018

Yüksek yapılarda yatay yüklerin karşılanmasında perdeler etkili bir şekilde kullanılır. Perdeler, çerçevelerle beraber veya birbirine bağ kirişleriyle birleşen gruplar halinde bulunur. Perdelerin plandaki yerleri ve geometrileri genellikle binanın mimari fonksiyonlarına bağlı olarak ortaya çıkar. Bu sebeple davranışları ve çözümlemeleri değişiklikler gösterir.

Perdeler, yüksek binalarda, dayanım yanında yatay yerdeğiştirmeyi sınırlaması bakımından da tercih edilir. Büyük depremlerde, perdeler plastik şekil değiştirmelerle deprem etkilerinin dinamik etkisine karşı koyar. Özenli bir şekilde düzenlenen perdeler, taşıyıcı sistemin toptan göçmesini önledikleri gibi, yapısal olmayan hasarların sınırlandırılmasında da etkili olur. (TBDY Betonarme Perde Tasarımı)

Tek başına bulunan bir perde, betonarme konsol kolon gibi davranır. Perdenin ince kesiti yanal burkulma tehlikesini öne çıkarırsa da, genellikle çok katlı binadaki döşemeler perdede yeterli bir yanal rijitlik oluşturarak bu tehlikeyi ortadan kaldırır. Perdelerde deprem etkisinden eğilme momenti ve kesme kuvveti oluşurken, düşey yüklerden normal kuvvet meydana gelir. Perdelerde en çok zorlanan kesit tabanda olup, eğilme momenti ve normal kuvvet etkileşimi gözönüne alınarak tasarımı yapılır. Böyle bir tasarımda, perdenin gövde donatılarının hesaba katılması, ekonomik sonuç verebilir. Perdenin yatay yükleri karşılaması bakımından, kat döşemelerine olan bağlantısı ve taban etkilerinin zemine iletmesi için yeterli temel düzeninin sağlanması önemlidir.

Bodur perdelerde genellikle çok büyük kesit etkileri meydana gelmez. Bu sebeple konstrüktif uç donatıları yanında, kesit düşey ve yatay donatısı gövdeye düzgün bir şekilde dağıtılır. Orta yükseklikte ve yüksek perdelerde büyük taban momenti sebebiyle, donatı perde uç bölgelerinde toplanarak güç tükenmesi momenti ve eğriliği arttırılabilir. Bu suretle eğilmeden oluşan basınç kuvvetinin belirli bir kısmı da donatı tarafından karşılanır. Perdenin, normal kuvvet ve büyük eğilme momenti ile zorlanan temel seviyesindeki kesitinde sünekliği arttırmak için perde kesitinin uç bölgelerinde sargı donatısı kullanmak önemlidir. Bu amaçla perde uç bölgesi enine donatıları, kolonlardaki gibi düzenlenir. Enine donatının, uç bölgesi düşey donatıların burkulmasını önlemek için de gerekir. Genellikle perde kesitinde düşey yüklerden oluşan normal kuvvet dengeli durumdaki normal kuvvetten küçük olduğu için, deprem etkisinin tasarımın üzerine çıkması durumunda, etkili olan eğilme momenti sebebiyle, perde kesitindeki çekme donatısı çoğu zaman akmaya erişir ve sünek bir güç tükenmesi oluşur. Ancak, normal kuvvet büyükse, dengeli durum üzerinde kalındığından çekme tarafındaki donatı akma durumuna erişmez ve sünek bir güç tükenmesi ortaya çıkmaz. Bu durum perde kesitinde ortalama normal gerilmenin sınırlandınlmasıyla önlenir.

Perde yüksekliğinin perdenin plandaki boyuna oranı 3 den büyük olan perdelerin kesme kuvveti etkisi altındaki davranışının kirişlere benzer ortaya çıktığı gözlenmiştir. Basınç normal gerilmelerinin kesme kuvveti dayanımına olumlu katkısı sebebiyle, perdede eksenel basınç normal kuvvetinin kesme kuvveti dayanımına faydalı bir etkisi vardır. Ancak, bu katkının gözönüne alınmasında, düşey basınç gerilmelerinin düşük olduğu ve depremin tekrarlı etkisinden dolayı, iki doğrultuda eğik çatlakların çıkabileceği unutulmamalıdır. Bu sebepten kesme kuvvetinden oluşan eğik çekme gerilmelerinin donatı ile karşılanması uygundur. Kesme kuvveti güç tükenmesi sünek olmadığı için, önlenmesi gerekir. Bu amaçla, donatının pekleşmesini de gözönüne alacak şekilde hesaplanan kesit eğilme dayanımının üstünde kalacak bir düşey ve yatay gövdeye yerleştirilecek bir kesme kuvveti donatısının öngörülmesi ve bunun eğilme güç tükenmesinden önce kapasitesine erişmemesinin sağlanması gerekir. Perde taban kesitinin plastikleşmesinden sonra, perde, kesme kuvveti değişiminde değişiklikler olacağı gözönüne alınır.

Perdeler, kolonlara göre eğilme rijitliklerinin büyük olması sebebiyle, yatay yüklerin önemli bir kısmını karşılar ve kesitlerinde önemli eğilme momenti meydana gelir. Buna karşılık kolon ve perdeler civarında bulunan açıklıkların birbirinden çok farklı olmaması, kolon ve perdede normal kuvvetlerinin birbirine yakın olarak oluşmasına sebep olur. Sonuç olarak, deprem etkisinde kolon kesitlerinde normal kuvvet ve eğilme momenti beraberce etkili olurken, perde kesitlerinde esas olarak eğilme momenti etkili olur. Bu durum kolon ve perde temellerine de aynı şekilde yansır. Göreli olarak düşük normal kuvvet sebebiyle, perde temellerinin, zeminde çekme gerilmesi oluşmayacak biçimde düzenlenmesi mümkün olmayabilir. Eğer perde bir yapıya sonradan güçlendirme maksadıyla ilave edilmişse, perdenin normal kuvveti, sadece daha sonra gelecek hareketli yüklerden oluşacağı için, bu durum çok daha belirgin olarak ortaya çıkar. Perdeye yakın kolonlarla beraber bir temel düzenlenmesi çözüm olabilir. Bu suretle perdeye komşu kolonların normal kuvvetlerinden faydalanılarak temeldeki normal kuvvetin dış merkezliği azaltılır. Bunun yanında perde kesitinin küçültülerek, kolon kesitlerinin büyütülmesiyle de, perdede meydana gelen deprem momentinin azaltılması da bazı durumlarda, perde temelinin düzenlenmesinde ortaya çıkan zorluğun yenilmesindeki çözümün bir parçası olabilir.

Perdede toptan kaymanın önlenmesi için, donatının kesitte düzgün dağılı bir gövde donatısının bulunması önerilir. Temelin dönmesi ise, genellikle rijit hareket etkili olacağı için, bu durumda deprem enerjisinin perde tarafından tüketilmesi ve perdenin sünekliği sözkonusu olmaz. Yüksek yapılardaki bazı perdelerin deprem etkisi altında iş derzinden kaydığı gözlenmiştir. Statik yükleme altında sünek bir davranış gösteren iş derzlerinde, tekrarlı yükleme altında kaymalar ve kesme kuvveti dayanımında azalmalar meydana gelebilir. Kesitteki donatının akmasıyla enerjinin tüketilmesi sözkonusu olursa da, onarılması zor hasarlar meydana geleceğinden, iş derzinde kayma, arzu edilmeyen bir güç tükenmesi şeklidir. Bir iş derzinde kesme kuvvetinin iletilmesinde en önemli katkı agrega kilitlenmesi ile ortaya çıkar. Bu sebepten iş derzi, pürüzlendirildikten ve temizlendikten sonra beton dökülmesi önemlidir. Perde kesitinde bir kayma şekil değiştirmesi meydana geldiğinde, donatılarda uzama meydana gelir. Uzama sonucu oluşan donatı çekme kuvveti iki beton yüzeyi arasında kendisini dengeleyecek düşey bir basınç kuvveti oluşturur. Bu basınç kuvveti yüzeyin pürüzlülüğüne bağlı olarak bir sürtünme kuvveti meydana getirir. Bu kuvvet agrega kilitlenmesi olarak da görülebilir ve etkisinin devam etmesi için yüzeylerin açılmaması, pürüzlü yüzeyler arasındaki temasın devam etmesi gerekir. Bu sebeple kesitteki geçen düşey donatının açılmayı önleyerek sürtünme kuvvetinin ortaya çıkmasının sağlaması gerekir.

Perdeler arası bağ kirişleri sisteminin rijitliğini arttırarak yatay yerdeğiştirmeleri azaltır. Bağ kirişinin rijitliğinin arttırılması ile bağ kirişinde eğilme momenti büyürken, perdeler arası etkileşim artar ve perde kesitlerinde meydana gelen normal kuvvetle daha büyük momentin taşınması mümkün olur. Ancak, rijitliğin arttırılması ile periyodun da azalacağı ve deprem yüklerinin artabileceği unutulmamalıdır. Kirişsiz döşemelerde perdeler arası etkileşim bağ kirişleri yanında belirli ölçüde döşeme tarafından da sağlanır. Perdeler konsol kiriş davranışından dolayı, üst katlarda çerçevelere göre daha fazla dönme ve yerdeğiştirme yapar.

İki perdeli sistemde mesnet bölgelerinin akma durumuna erişmesiyle dayanımın sonuna gelinmiş olur. Perdelerden hangisinin daha önce akma durumuna geleceği elemanların birbirine göre olan rijitliklerine bağlıdır. Bu duruma gelinceye kadar mevcut süneklik ile deprem enerjisinin karşılanması büyük hasarı önler. Bunun için, ilk önce bağ kirişlerinin büyük bölümünün güç tükenmesi durumuna gelmesi tercih edilir. Böylece, perdelerin mesnet kesitleri daha güç tükenmesine gelmeden yatay yükün büyük bir kısmı karşılanmış ve perdelerde önemli hasar meydana gelmemiş olur. Gerçekte de perdeler konsol davranışı gösterdiği için, üst katlarda deprem kuvvetleri altında perdede büyük dönme, bağlanan kirişlerde büyük eğilme momentleri meydana gelir. Ancak, eğilmenin etkili olduğu üst kat bağ kirişlerinde tekrarlı ve yön değiştiren yüklemeden dolayı, kesitlerinin plastikleşmesi ile önemli rijitlik kaybı oluşur. Bağ kirişlerinde donatının akması, çatlamaların oluşması veya hasar meydana gelmesi durumu taşıyıcı sistemin bütününü etkilemez ve onarılabilir. Bu kirişlerin çatlayacakları gözönüne alınarak eğilme rijitliklerinde bir azaltma yapılması ve bu suretle gelen etkilerin de azaltılması mümkündür. Ancak, bu durumda perdede oluşacak normal kuvvet de azalacağı için, perdeler arası etkileşim zayıflar. Aşırı azaltma durumunda, perdeler sadece aynı yatay yerdeğiştirmeyi yaparak birbiriyle etkileşirken, yatay kuvvetin paylaşımında sadece kesitlerin eğilme rijitliği etkili olur.

Eğer bağ kirişleri kısa ve yüksekse, büyük eğilme momentine karşı koyar. Bunun sonucu olarak da kesme kuvveti büyük değerler alır. Açıklığı yüksekliğine göre küçük olan bağ kirişlerinde, alışılagelen kiriş teorisinden ayrılıp, kirişte basınç ve çekme çubukları kabulü ile çapraz donatı yerleştirilmesi daha uygundur. Perdeye kenetlenmesi sağlanacak bu çapraz donatıya ek olarak, bağ kirişinde konstrüktif alt ve üst donatı ile etriye de bulunur.

Tünel kalıp sistemine göre inşa edilen binalar çok rijit olup, deprem kuvvetinin tamamı perdeler tarafından taşınır. Bu tür taşıyıcı sistemlerin yatay yük taşıma kapasiteleri çok yüksektir. Ancak, kritik kesitleri sadece perdelerin temelle birleştiği kesit olduğu için, süneklikleri aynı oranda büyük değildir. Perdelerde boşlukların oluşturulması, onların taşıma güçlerini azaltırken, sünekliklerini artırır. Bu tür perdelerin çerçevelerle birleştirilmesiyle daha sünek taşıyıcı sistemler elde edilir. (Perdeli Çerçeve Betonarme Taşıyıcı Sistemler) Sünek taşıyıcı sistemler, deprem etkisi altında daha fazla şekil değiştirirken kritik kesitlerinin sayısı da artar ve bu suretle elastik ötesi şekil değiştirmeler de büyür. Perdeler boşluklu da olsa, çerçeve ile de beraber bulunsa, konsol kolon şeklinde davrandıkları için kritik kesitleri mesnetleridir. Bu kesit mesnette bir bölge olarak ortaya çıkar ve kritik perde yüksekliği olarak adlandırılabilecek bu boy yaklaşık olarak perdenin plandaki uzunluğu ile iki katı arasında değişir. Kritik perde yüksekliği boyunca perdenin kalınlığı büyütülür ve uç bölgelerinin donatısı artınlır.

Perdelerin belirgin özelliği, konsola benzer davranış göstermesi ve temele en büyük değeri alan eğilme momentinin önemli bir şekilde işaret değiştirmeden yukarı doğru azalmasıdır. Buna karşılık kolonlarda moment kat içinde işaret değiştirebilir.TBDY’nde perdeler planda uzun kenarının kalınlığına oram en az 6 olan düşey taşıyıcı elemanlar olarak kabul edilir. Eğilme etkisindeki perdelerde kesit uçlarında büyük gerilmeler meydana gelir. Bu sebepten perde uç bölgeleri oluşturulur ve bu bölgeler, boyuna donatı ve enine donatı bakımından, kolon kesitine benzer düzenlenir. Perdelerin temele birleşen bölümü en çok zorlanan bölgesi olup, temel üstünden itibaren toplam perde yüksekliğinin belirli bölgesi Perde Kritik Yüksekliği olarak tanımlanır ve bu yükseklikte kesit ve donatı için daha kapsamlı şartlar sözkonusudur. Perdelerde yeterli bir sünek davranışın sağlanması için, perde gövdesinde yeteri derecede sık düşey ve yatay donatı öngörülür.

Kaynaklar: Dr. Zekai Celep-Deprem Yönetmeliği Taslağında Betonarme Yapılar Konusunda Muhtemel Değişiklikler, TBDY-2018 , TBDY 2018 Eğitim Elkitabı, Zekai Celep Ders Notları