Prefabrik Yapılarda Kolon-Kiriş Bağlantıları- Birleşimleri

Prefabrik yapılarda birleşim, kolon ve kiriş elemanlarının birleştiği düğüm noktalarıdır; bağlantı ise birleşim ve komşu elemanların ara yüzlerinden meydana gelen kısımdır. Prefabrik elemanlar arasındaki bağlantı tipinin seçimi, betonarme prefabrik tasarımı için gereklidir. Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantılarının güçlü, sünek ve deforme olabilmesi istenir.

Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantıları, çerçevelerin yapısal davranışında ve elemanlar arası kuvvet aktarımında rol oynar. Her bağlantı; düşey ve enine yatay kesme kuvvetini, eksenel basınç ve gerilmeyi, eğilme momenti ve burulmayı elemanlar arasında güvenli bir şekilde aktarmalıdır. (Prefabrik taşıyıcı sistemler)

Güçlü bir bağlantı; belirlenmiş doğrusal olmayan hareket bölgeleri (plastik mafsallar) sismik yer hareketi altında elastik olmayan bir tepki alırken, elastik kalan bir bağlantıdır. Ayrıca doğrusal olmayan hareket bölgeleri güçlü kolon-zayıf kiriş deplasman ilkesini sağlamalıdır. Güçlü bağlantıdaki hem kesme hem de kayma sözde kuvvetleri, mafsal bölgesinde karşılığında gelişmekte olan muhtemel eğilme kuvvetlerinden daha büyük olmalıdır.

Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantıları;

1. Mafsallı Bağlantılar
2. Moment Aktaran Bağlantılar

olmak üzere ikiye ayrılmaktadır.

Prefabrik taşıyıcı elemanlar aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

1-Prefabrik Yapılarda Mafsallı Bağlantılar

Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantılarında mafsallı birleşimler, çerçeve düzleminde, kesme kuvveti ve eksenel kuvvet aktarabilen, moment aktaramayan birleşimlerdir. Genellikle tek katlı sanayi yapılarında kullanılmaktadır. Çok katlı yapılarda yalnızca yerinde dökme veya prefabrik betonarme perdeler ile kullanılabilmektedir. Aşağıda tek katlı mafsallı prefabrik yapının görünümü verilmiştir.

Prefabrik yapılarda mafsallı birleşimlerde, plastik mafsal kolon uçlarında oluşur. Enerji tüketebilmesi için kolon alt uçlarının mafsallaşması gerekmektedir. Bu özellik mafsallı prefabrik yapıları (kiriş uçlarında mafsallar oluşturarak) monolitik yapılardan ayırmaktadır.

1-a. Pimli Bağlantılar

Pimli bağlantı detayı yukarıda verilmiştir. Kolonda çıkan pimler kirişte bırakılan yuvalara girmektedir. Pimlerin ankrajını sağlamak için bu yuvalar yeterli dayanıma sahip harç ile doldurulmaktadır. Dolgu harcında oluşacak bölgesel hasarları engellemek için elastomer mesnetler kullanılmaktadır.

Pimli bağlantılar, devrilmeden kaynaklanan arttırıcı kuvvetler ve yerçekimi kuvvetleri için; eksenel ve kesme kuvvetlerini aktarmaktadır. Tanımsal olarak momenti ve burulmayı aktaramasalarda; kesme sürtünmesi ve derz dolgusu gibi elemanlar arası etkileşimden kaynaklanan küçük momentleri hızlıca sönümlerler.

Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantılarında kolon ve kiriş uçlarında yani pimin kullanıldığı bölgede, yoğun çekme gerilmesi için iyi şekilde sargılama yapılmalıdır. Sargı donatı olarak yatay U etriyeler kiriş uç bölgelerinde, kapalı etriyeler kolon uç bölgelerinde kullanılarak etkin pim boyu kadar uzunlukta yerleştirilmelidir.

1-b. Kaynaklı Bağlantılar

Kaynaklı bağlantı detayı yukarıda verilmiştir. Bu bağlantılar kolay uygulanabilir, hafif ve ekonomik olmasından; ayrıca perçin, cıvata gibi deliklerle zayıflatılmış olmamasından dolayı tercih edilmektedir. Bağlantı noktasında, kaynak kapasitesi için birleşim metali akma dayanımının (birleştirilen malzemelerin akma dayanımına eşit ya da büyük ise) %45’ine kadar izin verilmektedir.

1-c. Yuvalı Bağlantılar

Yuva yanaklarında kalınlık en az 15 cm olacaktır ve hesaplanan deprem yükünden elde edilen kesme kuvveti bu yanaklardaki donatılarla karşılanacaktır. Yuva yanaklarında yatay bağlantılar için pim kullanılacaktır (TBDY, 2018).

2-Prefabrik Yapılarda Moment Aktaran Bağlantılar

Prefabrik yapılarda, moment aktaran bağlantılar genel olarak 3 sınıfa ayrılmaktadır:

• Kuru bağlantılar,
• Islak bağlantılar
• Kompozit bağlantılar.

Yapının yanal dayanım ve rijitliğini arttırmak ve elemanları arasındaki düzlem-içi momentleri aktarabilmek için Prefabrik yapılarda, moment aktaran bağlantılar kullanılmaktadır. Tersinir tekrarlı deprem yükleri altında moment aktaran bağlantılar, sünek davranış gösterecek şekilde tasarlanmalıdır. Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantılarında bu moment aktaran bağlantı türü dayanım ve süneklik kapasitelerinde azalma olmaksızın bağlanan elemanlarının iç kuvvetlerini aktarmaktadır. Bu tür birleşimler tek katlı endüstri yapılarından, çok katlı ve ağır yüklerin olduğu yapılara kadar uygulanmaktadır.

2-a. Islak Kolon-Kiriş Bağlantıları

Islak kolon-kiriş bağlantı kuvvet ve moment aktarımı sağlayarak monolitik bağlantı oluşturmaktadır. Bu bağlantının üst tarafı ilave donatılar ile yerinde dökme betondan meydana gelmektedir.

2-b. Tam Ard-germeli Bağlantılar

Tam ard-germeli bağlantı detayı yukarıda verilmiştir. Bu bağlantı kalıcı kullanılmaktadır. Ard-germe halatları kılıfların içinden geçirilmektedir ve daha sonra çimento harcıyla doldurulmaktadır. Bu bağlantılarda, ard-germe halatlarından dolayı oluşturulan sürtünme ve mengene kuvvetleri ile kesme kuvveti aktarımı gerçekleştirilir.

2-c. Üstte Islak-Altta Kaynaklı Bağlantılar- Hibrit Bağlantılar

Ülkemizde yaygın olarak kullanılan üstte ıslak-altta kaynaklı bağlantıların (hibrit bağlantılar) alt tarafı çelik bağlantı elamanları ile oluşturulup, kolon guselerine kaynaklanmıştır. Üst tarafı ise ilave donatılar ile yerinde dökme betondan meydana gelmektedir. Üstte ıslak-altta kaynaklı bağlantı birleşimi, elemanlar arasında moment aktaran bir mesnetlenme sağlar ve pozitif ve negatif momentler için simetrik olmayan davranış sergiler.

Kaynaklanan kiriş boyuna donatılarına betonla arasındaki aderansı yok etmek için en az 12 φL (φL boyuna donatı çapı) uzunluğunda plaka-kiriş açıklığı bölgesinde plastik kılıf uygulamaktadır. Böylece boyuna kiriş donatılarının şekil değiştirme kapasiteleri arttırılmış olur. Kısa konsol üzerine yerleştirilen kirişin o bölgede ters U şeklindeki etriyeler; alt plakaya doğrudan kaynaklanması istenmediği için, alt plaka üstündeki çelik plakalara kaynak dikişiyle tutturulmaktadır. Ayrıca etriye aralığı en çok 4 φL ve 75 mm olmalıdır.

2-d. Manşonlu-Pimli Bağlantılar

Manşonlu-pimli bağlantıda kullanılan manşonlar çekmeye çalışmaktadır ve manşon aracılığıyla eğilme momentinden kaynaklanan yatay kuvvet donatı çubuklarına aktarılmaktadır. Kirişten gelen kesme kuvvetinin kolondan çıkan konsol ile taşındığı kabul edilmektedir. Bu bağlantıda pimler ise enine eğilme dayanımını ve yatay kesme aktarımını sağlamaktadır.

Prefabrik Kolon-Kiriş Bağlantılarında manşonlu-pimli bağlantılarda, pozitif moment konsola yerleştirilen en az 4 adet pimin kesme kapasitesiyle, yerinde dökme beton ile ise negatif moment karşılanmaktadır. Özellikle kiriş mesnetindeki alt donatılarının akma kapasitesi mutlaka pimlerin kesme kapasitesinden küçük olmalıdır.

Kaynaklar: Papatya İRİZ-PREFABRİK BETONARME ÇERÇEVE TİPİ YAPILARIN SİSMİK PERFORMANS FAKTÖRLERİNİN BELİRLENMESİ
TÜRKİYE BİNA DEPREM YÖNETMELİĞİ-TBDY2018
Şenel, Ş. M., Palancı, M., Kalkan, A., ve Yılmaz, Y. (2013). Mevcut prefabrik binaların mafsallı birleşimlerinin kesme ve devrilme güvenliğinin araştırılması. Teknik Dergi, 24(119), 6505-6528.