Kolon-Kiriş Birleşim Bölgeleri ve Yük Aktarımı

Betonarme yapılarda, deprem etkileri altında yük aktarımının sağlandığı bölge, en çok zorlanan bölgelerden biri olan kolon birleşim bölgeleridir.
Deprem etkileri söz konusu olduğunda, öncelikle bu etkileri alan, birleşim bölgesindeki kiriş ve kolon boyuna donatılarıdır. Kolon kiriş birleşim bölgesinde şeritler şeklinde diyagonal çatlaklar oluşmaya başlar. Deprem etkileri arttığında ise bu çatlaklar genişleyerek, davranışı şerit ve kafes olarak adlandırılan iki mekanizma domine etmektedir.

(Birleşim bölgesindeki yük aktarımı ve oluşan mekanizmalar

Şekilden de görüldüğü üzere, ilk etapta, etki eden kesme kuvvetleri altında birleşim bölgesinde diyagonal bir açı ile basınç bloğu oluşmaktadır. Buna şerit mekanizması denmektedir. Ancak bunda elastik ötesi bir davranış söz konusu olmamakla birlikte yüksek dönmeler ve donatılarda yüksek uzamalar henüz başlamamıştır. Bu mekanizma oluştuğunda kolon ve kiriş boyuna donatılarında sıyrılmanın başladığı söylenebilir. Artan etkiler ile birlikte yük aktarım mekanizması, kafes mekanizmasına dönüşmektedir. Bu mekanizmada donatılarda aderansın yitirilmesi ve elastik ötesi bir davranış söz konusudur. Bu davranışın karşılanabilmesi için bu birleşim bölgesinde
gerekli sargı etkisinin sağlanması, bir diğer deyişle yatay ve düşeyde donatı yerleştirilmesi ile kesme etkilerinin alınması gerekmektedir.

Depremlerde oluşan hasarlar dikkate alındığında, en yüksek hasarın kuşatılmamış (dış) kolon-kiriş birleşimlerde oluştuğu gözlemlenmektedir. (Kuşatılmış Kolon Yetersizliği-TBDY 2018) İç kolon-kiriş birleşimlerinde kirişlerin her yönden bağlanıyor olmasının birleşim bölgesinin kesme kuvveti kapasitesine katkı sağlamaktadır. Dış kolon-kiriş birleşim bölgelerinde bu katkının da olmaması ve ayrıca yukarıda bahsi geçen yetersizliklerin bulunması, aderansın gereken bindirme boylarının artmasına sebep olmaktadır. Dolayısıyla dış birleşim bölgelerinde bindirme boylarına da dikkat edilmediğinden, bu tip birleşimler, depremden dolayı gelen tekrarlı yüklemelerde yetersiz kalmaktadır.

Herhangi bir dış yük altında betonarme sistemlerde kolonlarda moment kapasitesinin kirişlerdek moment kapasitesinden önce aşılması istenmez . Mra ve Mrü kolon alt ve üst, ve Mri ve Mrü kiriş uçlarında oluşan momentlerdir.

(Mra+Mrü)≥1.2 (Mri+Mrü)  (Güçlü kolun zayıf kiriş koşulu)

Herhangi bir kolonda göçme meydana gelmesi tüm yapıyı doğrudan etkilerken, bir kirişte oluşacak göçme kısmi hasarla atlatılabilmektedir. Bu yüzden güçlü kolon testleri yapılmaktadır. Kiriş uçlarında oluşması istenen momentlerin adım adım artmasıyla kirişler akma sınırına kadar ulaşır. Akma sınırında ve hala yük taşıyabilen kirişler artan momentlerle taşıma gücü sınırına geldiğinde artık bu noktada plastik mafsal oluşumu başlar. Momentlerin artmasıyla mafsallar döner ve gelen momentleri diğer uca aktarır. Plastik mafsal oluşumundan sonra kiriş, basit kiriş gibi davranır. Yeterli sayıda plastik mafsal oluşumundan sonra sistem göçme anına gelir.

Birleşim bölgesinde kiriş ve kolon momentleri; donatı tarafından çekme kuvveti ( beyaz oklar), beton tarafından basınç kuvveti (siyah oklar) aktarılarak taşınmaktadır. Böylece, kesme kuvvetleri birleşim bölgesinde beton basınç bloğu ve donatı çekme bloğu tarafından aktarılmaktadır (gri oklar).

Kiriş-kolon birleşim bölgesi çekirdeğine etki eden yüklemelerin idealleştirilmiş hali aşağıda verilmiştir. Basınç ve kesme kuvvetlerinin boyuna donatılar ve beton vasıtasıyla birleşim bölgesinin merkez bölgesine taşındığı varsayılmaktadır. Bu kabuller sayesinde birleşim bölgesinde gerçekleşecek tepkilerin ve oluşacak mekanizmanın tahmini yapılmaktadır.

Kiriş-kolon birleşim bölgelerinin kapasitesi için yönetmelikler bazı sınırlandırmalar ve kabuller getirmiştir. Güçlü kolon zayıf kiriş sayesinde sistemin göçmesi zorlaşmakta ve süneklik artmaktadır. TDBY-2018 bu konuda sınırlandırma yaparken kirişleri kuşatılmış kiriş ve kuşatılmamış kiriş olarak iki sınıfta incelemiştir. Kirişlerin kolona dört taraftan birleştiği durum ve her kiriş genişliğinin birleştiği kolonun genişliğinden ¾ daha az olmaması halinde bu birleşim kuşatılmış birleşim olarak tanımlanacaktır. Aksi durumlar ise kuşatılmamış kiriş olacaktır. Bu kapsamda Aşağıda verilen  formülle kesme kuvveti hesaplanacaktır.
Ve≤1.25∗fyk∗(As1+As2)−Vkol
Hesaplanan kesme kuvveti kuşatılmış birleşimlerde Ve≤1.7∗bj∗h√fck, kuşatılmamış kirişlerde ise Ve≤1.0∗bj∗h√fck  sınırlandırmaları aşılmayacaktır. Bu sınırların aşıldığı durumlar için tasarım aşamasında kolon veya kiriş kesit boyutları büyütülerek deprem hesabının tekrar başlaması gerekmektedir.