Kuşatılmış Kolon Yetersizliği-TBDY 2018

Kuşatılmış kolon yetersizliği ya da hatası olarak bildiğimiz kolon kiriş birleşim bölgelerinin kesme güvenliği konusunda Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’nde bir takım değişiklikler oldu.

Kuşatılmış ve Kuşatılmamış Birleşimler Nedir?

Deprem etkisi altında, betonarme binaların taşıyıcı sistem elemanlarının tasarımında sıkça karşılaştığımız durumlardan bir tanesi Kuşatılmış Kolon Yetersizliği‘dir.

Öncelikle bu konuda sıkça ortaya çıkan bir yanlış anlaşılmayı giderelim. Bir kolon kiriş birleşiminin kuşatılmış ya da kuşatılmamış olması, kolon kiriş birleşim bölgelerinin kesme güvenliğinde kullanılacak formülün belirlenmesi amacıyla yapılan bir tanımlamadır. Yani  bazı statik analiz programlarında dahi kuşatılmış kolon hatası olarak gösterilen yetersizlik, aslında kolon kiriş birleşim bölgesinin kesme güvenliğini sağlamaması durumudur. Bir birleşimin kuşatılmamış olması, bu birleşimin kesme güvenliğini sağlamadığı anlamına gelmez. Kuşatılmamış birleşim, istenmeyen bir durumdur ve yönetmelik tarafından cezalandırılır.

Şimdi bir birleşimin kuşatılmış ya da kuşatılmamış olarak kabul edilmesi için gereken koşulları ele alalım;

TBDY 2018 7.5’e göre;

7.5.1. Kuşatılmış ve Kuşatılmamış Birleşimler
Süneklik düzeyi yüksek kolon ve kirişlerin oluşturduğu çerçeve sistemlerinde kolon-kiriş birleşimleri, aşağıda (a) ve (b)’de tanımlandığı üzere, iki sınıfa ayrılacaktır.
(a) Kirişlerin kolona dört taraftan birleşmesi ve her bir kirişin genişliğinin birleştiği kolon genişliğinin 3/4’ünden daha az olmaması durumunda, kolon-kiriş birleşimi “kuşatılmış birleşim” olarak tanımlanacaktır.
(b) Yukarıda (a)’daki koşulları sağlamayan tüm birleşimler, “kuşatılmamış birleşim” olarak tanımlanacaktır.

Yani bir birleşimin kuşatılmış birleşim olarak sayılması için gereken koşul; bir kolonun 4 tarafından da kiriş ile kuşatılması ve bu kirişlerden her birininin genişliği, kolona bağlandıkları yüzlerinin 3/4’ünden geniş olması koşuludur. Burada herhangi bir deprem doğrultusu söz konusu olmayıp, 4 yön işin koşul sorgulanıp kuşatılma durumu belirlenecektir.

Peki kolonu 4 tarafından kuşatan kirişlerin bazılarının konsol kiriş olması, kuşatılma durumunu değiştirir mi ?

Bu konuda deprem yönetmeliklerinde bir husus bulunmamaktadır. İlgili durum için paket hesap programları 2 farklı seçeneği de sunmaktadır.

Buraya kadar sadece birleşimin kuşatılıp kuşatılmamış olduğuna baktık. Kolon kiriş birleşim bölgesinin kesme güvenliği hesabında birleşimin durumuna göre gerekli formüller kullanılacak.

Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği

Gözönüne alınan deprem doğrultusunda (2 farklı doğrultu için ayrı ayrı) kolon-kiriş birleşim bölgelerindeki kesme kuvveti aşağıdaki formülle hesaplanıp, kuşatılma durumuna göre seçilecek formülün sonucu olan değer ile karşılaştırılacaktır.

Ve = 1.25 fyk (As1 + As2 ) −Vkol

(Kirişin kolona sadece bir taraftan saplandığı ve öbür tarafta devam etmediği durumlar için As2 = 0 alınacaktır.)

Burada;

Ve = Kolon, kiriş, birleşim bölgesi ve perdede enine donatı hesabında esas alınan kesme kuvveti,

Vkol = Düğüm noktasının üstünde ve altında Bölüm 4’e göre hesaplanan kolon kesme kuvvetlerinin küçük olanı,

fyk = Boyuna donatının karakteristik akma dayanımı,

As1 = Kolon-kiriş düğüm noktasının bir tarafında, kirişin negatif momentini karşılamak için üste konulan çekme donatısının toplam alanı,

As2 = Kolon-kiriş düğüm noktasının As1’e göre öbür tarafında, kirişin pozitif momentini karşılamak için alta konulan çekme donatısının toplam alanı,

Karşılaştırma

Kuşatılmış birleşimlerde: Ve ≤1.7 bj h√fck

Kuşatılmamış birleşimlerde: Ve ≤1.0 bj h√fck

Burada görüldüğü üzere kuşatılmamış birleşimdeki “bj h√fck” değeri olduğu gibi kullanılırken, kuşatılmış birleşimler ise ödüllendirilerek 1.7 katsayısı ile büyütülmektedir.

fck = Betonun karakteristik silindir basınç dayanımı

h = Kolonun gözönüne alınan deprem doğrultusundaki enkesit boyutu, yani kolonun, kirişin bağlandığı yöndeki derinliğidir.

Buradaki bj değeri konusunda kafa karışıklığı yaşanabildiği için bunu detaylı şekilde anlatmaya çalışalım. TBDY’de bj şu şekilde tanımlanmaktadır;

“bj = Gözönüne alınan deprem doğrultusunda, birleşim bölgesine saplanan kirişin kolonla aynı genişlikte olması veya kolonun her iki yanından da taşması durumunda kolon genişliği, aksi durumda kirişin düşey orta ekseninden itibaren kolon kenarlarına olan mesafelerden küçük olanının iki katı (kiriş genişliği ile birleşimin yüksekliğinin toplamını aşamaz)”

bj’nin üst sınırı yukarıda da belirtildiği üzere kiriş genişliği ve kolonun kiriş saplanan yönündeki derinliğinin toplamıdır.

Kiriş genişliği kolon genişliği ile aynı ya da kolonun iki tarafından da taşacak şekilde büyükse kolon genişliğidir.

Farklı bj durumları için çizimlerle örnek verelim;

Yukarıdaki görsellerden de anlaşılacağı üzere birleşim bölgesinin kesme güvenliği açısından kirişin, kolona mümkün olduğu kadar, kolon kesitinin ortasından bağlanması gerekmektedir.

Kuşatılmış Kolon Hatası Nasıl Giderilir?

Kolon Kiriş Birleşim Bölgesi Kesme Güvenliği Nasıl Sağlanır?

Kolon kiriş kesme güvenliğinin sağlanması, Ve değerinin’nin  (1 veya 1,7) bj h√fck değerinden daha küçük olması ile sağlanmaktadır. Güvenliğin sağlanmadığı durumda aşağıdaki seçenekler değerlendirilmelidir;

Katsayı x bj h√fck değerini büyütmek

Buradaki ifadeyi büyütmenin ilk yolu baştaki katsayının 1.7 olarak seçebilmenin sağlanmasıdır. Bu da yukarıda açıklandığı üzere kolonun 4 bir tarafından ve yeterli genişliklerde kuşatılmasıyla yani birleiimin kuşatılmış birleşim haline getirilmesiyle sağlanır.

bj ifadesini yine yukarıda detaylı şekilde açıkladık ve kirişin mümkün olduğunca kolon kesitinin orta bölgesine denk getirilmesiyle sağlandığını gördük.

h değeri, kolonun ilgili yöndeki derinliği olduğundan burada kolonun derinliğini artırmak bir seçenektir.

√fck değerini artırmak adına daha yüksek dayanımlı bir beton sınıfı kullanmaktır.

Ve değerini küçültmek

Ve = 1.25 fyk (As1 + As2 ) −Vkol olduğundan,

burada bu koşulu geçmek için seçilen donatı sınıfını değiştirmek yani daha düşük akma dayanımına sahip bir donatı seçmek ya da Vkol kolon kesme kuvveti de tüm taşıyıcı sistem ile oynamayı gerektireceğinden değiştirmeye çalışmak çok mantıklı olmayacaktır. Ancak As1 ve As2 yani kirişin alt ve üst çekme donatılarını, kirişlerin yüklerini azaltarak sağlayabilmek mümkündür. (Döşeme ya da nervür yön değişimi gibi)

TBDY ile Kolon Kiriş Birleşim Bölgesi Kesme Güvenliği Konusunda Ne Değişti?

TBDY 2018’de TDY 2007’de olduğu Ve değerinin formülü değişmemiş ve aynı kalmıştır;

Ve = 1.25 fyk (As1 + As2 ) −Vkol

Ancak kuşatılmış ve kuşatılmamış birleşimler için kullanılan karşılaştırma değerlerinin formülleri değişmiştir.

TDY 2007’de;

(a) Kuşatılmış birleşimlerde: Ve ≤ 0.60 bj h fcd
(b) Kuşatılmamış birleşimlerde: Ve ≤ 0.45 bj h fcd

TBDY 2018’de ise;

Kuşatılmış birleşimlerde: Ve ≤1.7 bj h√fck

Kuşatılmamış birleşimlerde: Ve ≤1.0 bj h√fck

fcd değeri yerine √fck değeri gelmiş ve katsayılar değişmiştir. Peki bu durumun sabit bj h değerleri için nasıl bir değişiklik meydana getirdiğine bakalım.

Görüldüğü üzere TBDY 2018 ile Kolon Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği koşulları TDY 2007’ye göre ağırlaştırılmıştır. (Ve değerinin daha da düşük tutulması ya da kolon derinliği, kiriş genişliği, beton dayanımı gibi özelliklerin artırılması gerekmektedir.)