BETONARME YAPI TASARIMI DERSİ Kolon betonarme hesabı Güçlü kolon-zayıf kiriş prensibi Kolon-kiriş birleşim bölgelerinin kesme güvenliği M.S.

Transkript

1 BETONARME YAPI TASARIMI DERSİ Kolon betonarme hesabı Güçlü kolon-zayıf kiriş prensibi Kolon-kiriş birleşim bölgelerinin kesme güvenliği M.S.KIRÇIL

2

3

4

5 y N cp ex ey x ex= x doğrultusundaki dışmerkezlik ey= y doğrultusundaki dışmerkezlik Mx= x ekseni etrafında eğilme momenti My= y ekseni etrafında eğilme momenti Mx= N ey My= N ex GERÇEK DURUM: İKİ EKSENLİ BİLEŞİK EĞİLME (EĞİK EĞİLME)

6 İKİ EKSENLİ BİLEŞİK EĞİLME İÇİN TİPİK ÖRNEK OLARAK KÖŞE KOLONLAR GÖSTERİLEBİLİR.

7 KENAR VE İÇ KOLONLARDA YÜKLEME DURUMU VE YÜK DEĞERLERİNE BAĞLI OLARAK DÜŞEY YÜKLER ALTINDA İKİ EKSENLİ VEYA TEK EKSENLİ BİLEŞİK EĞİLME HESABI YAPILABİLİR. BURADA TEK EKSENLİ BİLEŞİK EĞİLME İLE KASTEDİLEN HESAP YAPILAN DOĞRULTUDA MOMENT VARKEN, BUNA DİK DOĞRULTUDA MOMENTİN SIFIR OLMASI DEĞİLDİR. HESAP YAPILAN DOĞRULTUYA DİK DOĞRULTUDAKİ MOMENT BAZI DURUMLARDA İHMAL EDİLEBİLECEK KADAR KÜÇÜK OLABİLİR. BU DURUMLARDA TEK EKSENLİ BİLEŞİK EĞİLME HESABI YETERLİ OLUR.

8 Deprem yükleri altında ise hemen tüm kolonlarda bileşik eğilme oluşur. Bunun sebepleri şöyle sıralanabilir: Taşıyıcı sistem her zaman simetrik olacak şekilde tasarlanamayabilir. Bu durumda yapıda burulma etkileri ortaya çıkacaktır. Bu nedenle deprem yükünün etkidiği doğrultuya dik doğrultudaki kolonlarda da kesme kuvveti ve eğilme momenti oluşacaktır (bkz. Muto metoduyla burulmalı deprem hesabı örneği). G R

9 Taşıyıcı sistem simetrik olsa bile deprem yükleri her zaman asal eksenlere paralel etkimeyebilir. X ve Y doğrultularında deprem yükü etkidiğini varsayıp iç kuvvetleri hesaplamak bizim tasarım sırasında yaptığımız bir basitleştirmedir. R G

10 Taşıyıcı sistem simetrik tasarlansa bile imalat kusurları nedeniyle simetri ortadan kalkabilir. Bu nedenle deprem yönetmeliği simetrik ya da simetrik olmayan tüm yapılarda mevcut dışmerkezliğe ek olarak yapının plandaki boyutunun %5 i kadar ek dışmerkezlik hesaba katılmasını öngörmektedir (bkz. Muto metoduyla burulmalı deprem hesabı örneği). 0.05Lx R G Lx

11 Taşıyıcı sistem simetrik ve deprem yükü de asal eksenlerden herhangi birine paralel etkise bile, şiddetli bir deprem sırasında düşey taşıyıcı sistem elemanlarının hasar görmesi sonucu rijitlik merkezinin yeri değişecek ve önceden öngörülemeyen bir dışmerkezlik ortaya çıkabilecektir. R G R G Hasar gören kolonlar Hasar görmeden önce Hasar gördükten sonra

12 Bu ders kapsamında yaptığımız projede, basitleştirme adına bunların tamamını göz ardı ediyoruz. Burulma etkisinde deprem hesabının nasıl yapılacağına ve ek dışmerkezliğin nasıl hesaba katılacağına dair bir örnek adresinde var.

13 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER Düşey yükler nedeniyle X ve Y doğrultularında oluşan eğilme momentleri Y Y M y(g+q) X M x(g+q) M y(g+q) M x(g+q) X

14 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER X doğrultusu depremi nedeniyle X ve Y doğrultularında oluşan eğilme momentleri X Y X doğrultusu depremi G y x M YX M XX Y M YX Y X M xx X M XX =X ekseni etrafında X doğr. depreminde döndüren moment M YX =Y ekseni etrafında X doğr. depreminde döndüren moment

15 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER X doğrultusu depremi + Düşey yük Y M y(g+q) Y M x(g+q) X M YX Y M y(g+q) M x(g+q) M XX X M YX M XX X

16 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER Y doğrultusu depremi nedeniyle X ve Y doğrultularında oluşan eğilme momentleri Y doğrultusu depremi G y x M YY Y X M XY Y M YY Y X M XY X M XY =X ekseni etrafında Y doğr. depreminde döndüren moment M YY =Y ekseni etrafında Y doğr. depreminde döndüren moment

17 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER X doğrultusu depremi + Düşey yük Y doğrultusu depremi Y 0.30M YY M YX M y(g+q) X M x(g+q) M XX 0.30M XY Deprem hesabında ek dışmerkezlik etkisini dikkate almadığımız için (2 boyutlu hesap), X doğrultusu depremi altında X ekseni etrafında çeviren moment bulamıyoruz. Benzer biçimde, Y doğrultusu depremi altında da Y ekseni etrafında çeviren moment bulunamıyor.

18 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER X doğrultusu depremi + Düşey yük Y doğrultusu depremi Y M YX M y(g+q) X M x(g+q) 0.30M XY X doğrultusu depremi için hesap momentleri: M X = M x(g+q) 0.30M XY M Y = M y(g+q) ± M YX

19 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER Düşey yük + Y doğrultusu depremi X doğrultusu depremi Y M YY 0.30M Y X M y(g+q) X M x(g+q) 0.30M XX M XY Deprem hesabında ek dışmerkezlik etkisini dikkate almadığımız için (2 boyutlu hesap), X doğrultusu depremi altında X ekseni etrafında çeviren moment bulamıyoruz. Benzer biçimde, Y doğrultusu depremi altında da Y ekseni etrafında çeviren moment bulunamıyor.

20 BETONARME HESAPTA KULLANILACAK İÇ KUVVETLER Düşey yük + Y doğrultusu depremi X doğrultusu depremi Y 0.30M YX M y(g+q) X M x(g+q) M XY Y doğrultusu depremi için hesap momentleri: M X = M x(g+q) M XY M Y = M y(g+q) ± 0.30M YX

21 Yük kombinasyonları Her bir yük kombinasyonundan elde edilen M ve N ikilileri için, X ve Y doğrultularında ayrı ayrı donatı hesabı yapılıp, elde edilen donatılardan en büyüğü kullanılmalıdır. 1.4G+1.6Q G+Q+E G+Q-E 0.9G+E 0.9G-E Uygulamada deprem (E) yüklemesinden oluşan normal kuvvetlerin yüksek yapılar dışında ihmal edilebileceği eğilimi vardır. Ancak, az katlı yapıların kenar kolonlarında da deprem yüklemesinden oluşan normal kuvvetler etkili olabilir. Az katlı yapılarda da hiç olmazsa kenar kolonlarda deprem yüklemesinden oluşan normal kuvvetlerin hesaba katılması gerekir.

22 Yük kombinasyonları Her bir yük kombinasyonundan elde edilen M ve N ikilileri için, X ve Y doğrultularında ayrı ayrı donatı hesabı yapılıp, elde edilen donatılardan en büyüğü kullanılmalıdır. 1.4G+1.6Q G+Q+E G+Q-E 0.9G+E 0.9G-E Düşey yüklerden (zati ve hareketli) gelen normal kuvvetlerin, kolon önboyutu için hesaplanmış normal kuvvetler olduğu kabul edilebilir.

23 KESİT HESABI y M y M X x

24 KESİT HESABI

25 C20/S420 KESİT HESABI M x =M G+Q+E M y =M G+Q M y X M x Y 250 M X M y X Y

26 KESİT HESABI Y X 250

27 KESİT HESABI

28 KESİT HESABI Y X 250

29 KESİT HESABI

30 KESİT HESABI Donatı yüzdesi üst ve alt sınırının kontrolü ρ min = 0.01 ; ρ maks = 0.04 (DBYBHY,2007) Dikdörtgen kesitli kolonlarda en az 4Ø16 veya 6Ø14, daire kesitli kolonlarda 6Ø14 den az donatı kullanılmamalı (DBYBHY,2007) Hesabını yaptığınız kolon için seçtiğiniz donatı adet ve konfigürasyonunun kullandığınız abağa uygun olmasına dikkat ediniz!!!

31

32 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Çerçeve türü yapılarda deprem yükleri altında en fazla birleşim bölgelerindeki kiriş ve kolon kesitleri zorlanmaktadır.

33 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Şiddetli bir depremde yüklerin artması durumunda sözü edilen kesitlerde plastik şekil değiştirmeler ortaya çıkar. Plastik şekil değiştirmelerin başladığı kesitlerde, artan yükle beraber iç kuvvetlerde önemli bir artış olmadan plastik şekil değiştirmelerin artmaya devam ettiği düşünülebilir, bu davranışa plastik mafsal davranışı da denir (eğilme momenti etkisiyle plastik şekil değiştirme yapan sünek kesitler için geçerli). Başka bir deyişle yapı hasar görerek enerji yutar. Plastik mafsalın normal mafsaldan farkı üzerinde sabit bir moment olmasıdır. M p

34 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi KİRİŞ UCUNDA PLASTİK MAFSAL

35 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Plastik mafsalların sayısının giderek artmasıyla taşıyıcı sistem göçme konumuna gelebilir. Buna mekanizma durumu da denir. Bu noktada plastik mafsalların yapı içindeki dağılımı oldukça önemlidir. Plastik mafsalların kolon kesitlerinde oluşması durumuna kolon mekanizması, kiriş kesitlerinde oluşması durumuna da kiriş mekanizması adı verilir. Kolon mekanizması: Yapı az sayıda plastik mafsal oluşumuyla göçme konumuna geliyor. Kiriş mekanizması: Yapının göçme konumuna gelmesi için çok sayıda plastik mafsal gerekli.

36 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Plastik mafsallarının bir katın kolonlarının alt ve üst uçlarında oluşması sonucunda az sayıda plastik mafsal oluşumuyla yapı göçme konumuna gelecek ve can kaybı olabilecektir. Bunun engellenmesi ve yapının plastik mafsalların kiriş uçlarında oluşacak şekilde tasarlanması gerekir. Plastik mafsal kolon uçlarında oluşmuş. Kirişler kolonlardan daha güçlü ENGELLENMELİ!!! Plastik mafsal kiriş uçlarında oluşmuş. Kolonlar kirişlerden daha güçlü

37 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Tüm plastik mafsallar zemin katta oluşmuş, yapı göçmemiş ancak kullanılamaz duruma gelmiş.

38 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Kolonun alt ve üst ucunda plastik mafsallar oluşmuş, kiriş uçlarında hasar yok.

39 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Depremden önce bu bölüm binanın zemin katıydı. Plastik mafsallar zemin kat kolon uçlarında oluştuğu için bu kat göçmüş (yumuşak kat).

40 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Yapının istenmeyen bu davranışını engellemek için deprem yönetmeliği kolonların kirişlerden daha güçlü olacak şekilde tasarlanmasını öngörüyor. Bunun için de düğüm noktasına bağlanan kolon ve kirişlerin moment taşıma güçlerinin karşılaştırılmasını zorunlu tutuyor.

41 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi

42 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi

43

44 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Güçlü kolon- zayıf kiriş kontrolü deprem yükü içeren her bir yük kombinasyonu için yapılmalı ve bunların tümü için bu koşulun sağlandığı gösterilmelidir. G+Q+E G+Q-E 0.9G+E 0.9G-E Kolon taşıma gücü hesabı yaparken hesabını yaptığınız kolonun donatı konfigürasyonuna uygun abak (karşılıklı etki diyagramı) kullanınız!

45 TAŞIMA GÜCÜ Y X 250

46 TAŞIMA GÜCÜ M y =M G+Q X M xr =? Y 250

47 TAŞIMA GÜCÜ M yr =? X M x =M G+Q Y 250

48 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Düğüm noktasına bağlanan kirişlerin moment taşıma gücü hesabında, basınç donatısı ihmal edilerek M r =A s f yd (d-d ) bağıntısı kullanılabilir. Depremin yönüyle uyumlu taşıma gücü hesabı yapmaya dikkat edilmelidir! Çekme donatısı üstte Çekme donatısı altta

49 Güçlü Kolon-Zayıf Kiriş Prensibi Düğüm noktasına bağlanan kirişlerin moment taşıma gücü hesabında, basınç donatısı ihmal edilerek M r =A s f yd (d-d ) bağıntısı kullanılabilir. Depremin yönüyle uyumlu taşıma gücü hesabı yapmaya dikkat edilmelidir! Çekme donatısı üstte Çekme donatısı altta

50 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği Kat deprem yükleri döşemeler aracılığıyla kirişlere ve kolonlara dağıtılır ve temel aracılığıyla zemine aktarılır. Dolayısıyla taşıyıcı sistemi oluşturan tüm elemanlar bu etkileri karşılayabilecek şekilde tasarlanır, boyutlandırılıp donatılırlar. Bununla beraber taşıyıcı sistem elemanlarının birbirlerine bağlandıkları bölgelerde bu etkileri aktarabilecek şekilde düzenlenmelidir. Aksi halde bir düğüm noktasına bağlanan taşıyıcı sistem elemanları kapasitelerine ulaşmadan önce düğüm noktasında bir çözülme meydana gelecek, betonarme bir yapının en önemli özelliği olan monolitik olma özelliği ortadan kalkacak ve yapının yatay yer-değiştirmesi hızla artacaktır. Yatay yer-değiştirmedeki bu artış ikinci mertebe etkileri ihmal edilebilir büyüklükten uzaklaştıracak ve yapıda stabilite kaybı söz konusu olabilecektir. Bu nedenle birleşim bölgesinde çözülmeyi güçleştirmek için, bu bölgelerde yetersiz sargı ve/veya aderans kaybı gibi gevrek kırılma biçimlerinin önüne geçilmelidir.

51 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği Düz donatı ve yetersiz kenetlenme boyu nedeniyle aderans kaybı. Kiriş düğüm noktasından ayrılmış ancak düğüm noktasına bağlanan kirişlete ciddi miktarda plastik şekil değiştirme yok.

52 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği Düğüm noktası çözülmüş ancak düğüm noktasına bağlanan kiriş ve kolonda ciddi miktarda plastik şekil değiştirme yok. Birleşim bölgesinin dayanımı, birleşim bölgesine bağlanan taşıyıcı sistem elemanlarının dayanımından daha küçük.

53

54 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği Sünek davranış göstermesi istenen taşıyıcı sistemlerde birleşim bölgelerinin dayanımı, birleşim bölgesine saplanan taşıyıcı sistem elemanlarının dayanımından az olmamalıdır.

55 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği V e =1.25 A s1 f yk + C 2 - V a C 2 =1.25 A s2 f yk V e =1.25 A s1 f yk A s2 f yk V a =1.25 (A s1 + A s2 )f yk V a V e =1.25 A s2 f yk + C 1 - V Ü C 1 =1.25 A s1 f yk V e =1.25 A s2 f yk A s1 f yk V Ü =1.25 (A s2 + A s1 )f yk V Ü DEPREMİN YÖNÜ V e = 1.25 (A s1 + A s2 )f yk min(v a ;V ü )

56 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği V a V e =1.25 A s3 f yk + C 4 - V a C 4 =1.25 A s4 f yk A s3 V e =1.25 A s3 f yk A s4 f yk V a =1.25 (A s3 + A s4 )f yk V a C A s4 f yk 1.25 A s3 f yk C 3 V e =1.25 A s4 f yk + C 3 - V Ü A s4 C 3 =1.25 A s3 f yk V e =1.25 A s4 f yk A s3 f yk V Ü V ü =1.25 (A s4 + A s3 )f yk V Ü DEPREMİN YÖNÜ V e = 1.25 (A s3 + A s4 )f yk min(v a ;V ü )

57 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği

58 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği

59 Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği

60 Yararlanılan kaynaklar Afet Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, 2007 Betonarme, İ.Berktay, İMO İstanbul Şubesi, 2003 Deprem Müh. Giriş ve Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı, Z.Celep & N.Kumbasar, 2004 Earthquake Resistant Concrete Structures, G.Penelis & A.J.Kappos, E&FN Spon, 1997 Seismic Design of Reinforced Concrete Structures, Federal Emergency Management Agency