Kolonların Kirişlerden Daha Güçlü Olması Koşulu-Güçlü Kolon Zayıf Kiriş Prensibi

Güçlü kolon zayıf kiriş prensibi olarak da bilinen kolonların kirişlerden güçlü olması koşulu, bir düğüm noktasında birleşen kolonların taşıma gücü momentleri toplamının, aynı düğüm noktasına birleşen kirişlerin kolon yüzündeki kesitlerindeki taşıma gücü momentleri toplamından en az %20 daha büyük olması kuralıdır.

Tasarım depreminden daha büyük bir depremin meydana gelmesi durumunda, birleşim bölgesinin kapasitesine erişerek veya birleşim bölgesindeki kolon uç kesitlerinin kapasitelerine erişerek güç tükenmesi meydana gelmesi, taşıyıcı sistemin büyük hasarla toptan göçmesine sebep olur. Bu ise yapının göçmesine neden olup büyük can kaybı yaratacağından istenmeyen bir durumdur. Bunun yerine, aşırı zorlanma durumunda birleşim bölgesindeki kiriş mesnet kesitlerinde güç tükenmesine erişilmesinin sağlanması, taşıyıcı sistemde toptan göçmeye sebep olmayacak kontrollü hasarın oluşmasına sebep olur. Bu amaçla kolonların kirişlerden daha güçlü olması ve böylece elastik ötesi şekil değiştirme oluşan plastik mafsal bölgelerinin kirişlerde oluşması için Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 7.3.5’te;

(Mra + Mrü ) ≥ 1.2(Mri+ Mrj)     (Koşul 1)

koşulu belirtilmiştir. Bu koşulun uygulanabilmesi için, düğüm noktasında birleşen kirişlerin süneklik düzeyi yüksek kirişler için gerekli enkesit koşullarının sağlanması zorunludur.

Burada;

• Mra = Kolonun veya perdenin serbest yüksekliğinin alt ucunda fcd ve fyd ’ye göre hesaplanan taşıma gücü momenti,
• Mrü = Kolonun veya perdenin serbest yüksekliğinin üst ucunda fcd ve fyd ’ye göre hesaplanan taşıma gücü momenti,
• Mri = Kirişin sol ucu i’deki kolon veya perde yüzünde fcd ve fyd ’ye göre hesaplanan pozitif veya negatif taşıma gücü momenti,
• Mrj = Kirişin sağ ucu j’deki kolon veya perde yüzünde fcd ve fyd ’ye göre hesaplanan negatif veya pozitif taşıma gücü momenti

Bu koşul ile hasarların kolonlara göre daha sünek davranış gösteren kirişlerde oluşmasının sağlanması amaçlanmaktadır.

Yukarıdaki bağıntı her bir deprem doğrultusunda ve depremin her iki yönü için elverişsiz sonuç verecek şekilde, ayrı ayrı uygulanmalıdır. Kolon taşıma gücü momentlerinin hesabında, depremin yönü ile uyumlu olarak bu momentleri en küçük yapan Nd eksenel kuvvetleri gözönüne alınacaktır.

Nd = Yük katsayıları ile çarpılmış düşey yükler ve deprem yüklerinin ortak etkisi altında hesaplanan eksenel kuvvettir.

Kolonların kirişlerden güçlü olması koşulu;

1. Düğüm noktasında birleşen kolonların her ikisinde de Nd≤0.1 Ac fck olması (Koşul 2),
2. Perdeye küçük rijitlik doğrultusunda kirişin birleştiği birleşim bölgelerinde,
3. Tek katlı binalarda,
4. Çok katlı binaların kolonları üst katlara devam etmeyen düğüm noktalarında-en üst katlarda

aranmaz.

Formülden de anlaşılacağı üzere ilgili koşulun sağlanamadığı durumlarda düğüm noktası bazında çözüm yöntemi olarak;

• Kolon moment taşıma kapasitelerinin artırılması,
• Kiriş moment taşıma kapasitelerinin azaltılması amacıyla döşemelerden kirişlere yük dağılımının değiştirilmesi,

değerlendirilebilir.

Ayrıca sadece çerçevelerden veya perde ve çerçevelerin birleşiminden oluşan taşıyıcı sistemlerde, gözönüne alınan deprem doğrultusunda binanın bir i. katında;

αi=Vis/Vik≥0.70  (Koşul 3)

koşulu sağlanıyorsa ilgili katın alt ve üst bazı düğüm noktalarında koşul 1’in sağlanamamasına izin verilmektedir. Burada;

• Vis: Binanın i’inci katında, koşul 1’in hem alttaki hem de üstteki düğüm noktalarında sağlandığı kolonlarda, gözönüne alınan deprem doğrultusunda hesaplanan kesme kuvvetlerinin toplamı
• Vik: Binanın i’inci katındaki tüm kolonlarda gözönüne alınan deprem doğrultusunda hesaplanan kesme kuvvetlerinin toplamını

ifade etmektedir.

Koşul 2’yi sağlayan kolonlar, koşul 1’i sağlamasa bile Vis hesabında gözönüne alınabilir.

Koşul 3’ün sağlanması durumunda 0.7<αi<1.0 aralığında koşul 1’in hem alttaki hem üstteki düğüm noktalarında sağlandığı kolonlara etkiyen eğilme momentleri ve kesme kuvvetlerinin 1/αi ile çarpılarak artırılması gerekmektedir. Koşul 1’i sağlamayan kolonlar ise düşey yük ve deprem etkisi altında donatılandırılacaktır.

Eğer αi<0.7 ise  tüm çerçeve süneklik düzeyi sınırlı olarak ele alınır. Bu sistem süneklik düzeyi yüksek perdeler ile birlikte kullanıldığında ise süneklik düzeyi karma sistem olarak kabul edilir.

Kolonların kirişlerden güçlü olması koşulunun sağlanması, kat mekanizması oluşması sonucu tüm sistemin dayanımını kaybetmesini de önlemektedir. Kolonların kirişlerden güçlü olması koşulunun sağlanmadığı sistemlerde hasarlar kolonlarda oluşmaktadır. Oluşacak hasar az sayıda kesitte ortaya çıkacağından, deprem sırasında oluşan enerjinin tüketilmesi ancak plastikleşen kesitlerin büyük dönmeler yapabilmesi ile mümkün olacaktır. Çoğu durumda bu kesitler gereken büyük dönme değerlerine ulaşamamakta veya ulaşabildiği durumda dayanımlarını önemli oranda kaybetmiş olduklarından düşey yükleri de taşıyamaz hale gelmekte ve tüm sistemin dayanımını olumsuz etkilemektedir. Dayanımı kaybeden kolonların sayısı arttığında yapının toptan göçme olasılığı da artmaktadır. Kolonların kirişlerden güçlü olduğu sistemlerde ise hasar daha sünek elemanlar olan kirişlerde oluşmaktadır. Oluşacak hasar çok sayıda kesitte ortaya çıkacağından, deprem sırasında oluşan enerji plastikleşen kesitlerin sınırlı dönmeleri ile tüketilebilmektedir.