TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 Prof. Dr. Görün Arun

Transkript

1 BETONARME ÇERÇEVE TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 Prof. Dr. Görün Arun 08.3 BETONARME YAPILAR Perde, Döşeme Taşıyıcı sistemi sadece normal çerçevelerden oluşan bir yapı H N 25m olmak koşulu ile 3. ve 4. derece deprem bölgelerinde yapılabilir. 1. ve 2. derece deprem bölgelerinde, süneklik düzeyi normal çerçevelerden oluşan böyle bir yapının yapılabilmesi için, süneklik düzeyi yüksek perdelerin birlikte kullanılması zorunludur. 2 Perdeler, planda uzun kenarının kalınlığına oranı en az 7 olan betonarme taşıyıcı duvarlardır. Perde kalınlığı, kat yüksekliğinin 1/20sinden ve 20 cm den az olmamalıdır. lw 7bw bw 20cm bw Hw/20 cm 3 Betonarme yapılarda deprem yüklerinin tümünün bina yüksekliği boyunca sadece perdeler tarafından taşınması için A g / A p koşulunu sağlamalıdır. Burada A g bodrum katı B.A. perdeli binaların zemin kat seviyesinde, diğer binaların temel üst kotu seviyesindeki katta, dikkate alınan deprem doğrultusuna paralel olarak çalışan perde en-kesit alanları toplamı, A p binanın tüm katlarının plan alanları toplamıdır. Ayrıca bir katta dikkate alınan deprem doğrultusundaki perde alanı, A g, bina taban alanının %1 inden az olmamalıdır. Bu binalarda perde duvar kalınlığı, binadaki en yüksek kat yüksekliğinin 1/20sinden ve 15cm den az yapılmamalıdır. 4 BETONARME Betonarme perde donatıları düzdür ve duvarın tek ya da iki yüzünde, yatay ve düşey ızgara şeklinde düzenlenir. Avcılar, 1999 Perde gövdesinin her iki yüzündeki donatı ağları, her metrekare perde yüzünde en az 4 adet çiroz ile karşılıklı olarak bağlanmalıdır. Avcılar, 1999 Perde gövdesinde boyuna ve enine donatı aralığı 25cm den fazla olmamalıdır. Etriye kollarının ve/veya çirozlarınarasındaki yatay uzaklık, a, etriye ve çiroz çapının20 katından fazla olmamalıdır (DBYBHY2007)

2 Perde yüksekliği / uzunluğu oranı 2den büyük (Hw/ℓw > 2.0) perdeler konsol kiriş gibi davranır. Bu perdelerin planda her iki ucunda perde uç bölgeleri oluşturulmalıdır. Uç bölgelerinin plandaki uzunluğu, perde toplam uzunluğunun %20 sinden ve perde kalınlığının iki katından daha az olmamalıdır. Perde uç bölgelerinin her birinde en az 4Ø14 düşey donatı kullanmalı, enine donatı çapı 8 mm den az yapılmamalıdır. Bu durumda yükseklik boyunca perde kalınlığı, kat yüksekliğinin 1/12 sinden az olmamalıdır. Düzce, 1999 Perde uç bölgeleri, perdenin kendi kalınlığı içinde, perdeye birleşen diğer bir perdenin içinde veya perdenin ucunda genişletilmiş bir kesitin içinde de düzenlenebilir. 7 Burada etriye ve/veya çiroz düşey aralığı perde kalınlığının yarısından ve 10cm den daha fazla, 5cm den daha az olmamalıdır. 8 Dairesel perdelerde uç elemanları nervür şeklinde yapılır. Uç bölgeleri dışında, çirozların çapı, en az yatay donatının çapı kadar olmalıdır. İzmit, 1999 Düşey donatılar, temelin içinde de en az perde kalınlığının iki katı kadar bir yükseklik boyunca devam ettirilmelidir Betonarme perdeler, düktilitesi az, elastik davranışı iyi sistemlerdir. Düzce, 1999 Düzce, 1999 Perdeler kendi düzlemlerinde etkiyen yatay kuvvetleri tabanlarından ankastre düzlem bir pandül ayak gibi çalışarak zemine iletir. Dairesel perdelerde yetersiz nervür (uç elemanları) 11 Adapazarı,

3 Perdenin kendi düzlemi doğrultusunda yatay yükler karşısında yanal ötelenmesi çok küçük olduğundan perdeli sistemlerde katlar arası yer değiştirme de az olur. DÜZENLENMESİ İki perdenin uygun yükseklikte kirişlerle bağlandığı sistemler depremlerde uygun davranır. Burulma Eğilme Kesme Kayma Temel dönmesi Deprem tehlikesinin orta boyutlarda olduğu yerlerde ve yüksekliği 5 katı geçen betonarme yapıların Perde+Çerçeveli olarak yapılması uygundur. Betonarme yapılarda perde+çerçeve tasarımında perdeler, devrilme momentinin %40 ını karşılamalıdır. Depreme karşı beklenilen yararın sağlanabilmesi için perdeler simetrik yerleştirilmeli ve perde-çerçeve bağlantıları yeterli olmalıdır. 13 Büyük yer sarsıntıları karşısında perdelerin rijitliği, katlar arası ötelenmeyi sınırlarken onarımı kolay olan kirişlerdeki çatlamalar, mafsal oluşturarak enerji sönümlemesini sağlar. Burada kirişler feda edilen elemanlardır. 14 DÜZENLENMESİ DÜZENLENMESİ Perdelerin simetrik ve yeterli genişlikte düzenlenmemesi ya da yapının belli bölümlerinde yoğunlaşması burulma etkilerini oluşturur. Moment kolu kısa Yanlış Planda kolon ve perdeler dengeli ve burulmayı oluşturmayacak biçimde düzenlenmelidir. Doğru Moment kolu uzun Perde duvarların burulma dayanımları zayıf olduğu için perdeleri yapı kenarlarına yakın, kenarlara paralel tasarlamak burulma dayanımlarını artırır DÜZENLENMESİ DÜZENLENMESİ Perdenin kendi düzlemine dik doğrultuda hiçbir tutucu niteliği yoktur. Planda perdeler en az üç adet düzenlenmeli, üçü uzayda bir noktada kesişmemeli, ortogonal ve simetrik yerleştirilmelidir. Perdelerin tek doğrultuda birbirine paralel tasarlanması yapının göçmesine neden olabilir

4 DÜZENLENMESİ LERİN SÜREKLİLİĞİ Alüvyonlu, dolgu zemin gibi zayıf zemin üzerindeki yapılar depremden çok daha fazla etkilenir. Alt katlarda büyük hacimler elde etmek amacıyla üst kat dahil bir perdenin her iki ucundan alttaki kolonlara oturtulması, bu katların rijitliğini büyük ölçüde azaltır. Perdeli Bodrum Zayıf zemine oturan betonarme perdeli bodrumu olan yapılarda, temel rijitliğindeki bu yetersizlik pek hissedilmez. Betonarme dış duvarlı (perdeli) bodrum ile inşa edilen yapıların bodrum kat ara kolonlarında, kirişlerinde ve ayrık temellerinde pek hasar görülmemektedir. Zemin katta perdenin kolonlara oturtulması, zemin katının kesme dayanımını düşürür, bu kat yumuşak kata dönüşür. Üst kattaki bir perdenin kiriş açıklığına oturtulması halinde, o binada kesilen perde düzensizliği vardır DBYBHY de göre bu düzensizliğe hiçbir zaman izin verilmez, KESİNLİKLE YASAKLANMIŞTIR. Perdeler zemine kadar kesintisiz devam etmelidir BÖLME DUVARLARI BETONARME YAPILAR Taşıyıcı olmayan dolgu duvarlarının da yapı rijitliğine önemli etkisi vardır. Bölmelerdeki düzensizlik, taşıyıcı sistemin düzenini bozup depremde burulma etkileri doğmasına neden olabilir. Üst katları bölme duvarları ile örülmüş, zemin katı bölme duvarsız yapının zemin katı da yumuşak kat durumuna düşer. Betonarme yapılar, çelik ve ahşap yapılara oranla çok ağırdır. Depremde yapıya gelen kuvvet yapı ağırlığı ile orantılı olduğuna göre yapı hafif olursa etkileyecek kuvvetler o kadar az olur. Bölmeli yapılar, aşırı sürtünmeyle deprem enerjisini yutacağından bölmesiz yapılara göre depreme daha dayanıklıdır. Betonarme yapıları hafifletmek için dolgu ve bölme duvarları hafif yapılmalı, ağır cephe kaplamalarından kaçınılmalıdır BETONARME YAPILAR Betonarme yapılarda taşıyıcı döşeme, Yerinde dökme betonarme Hazır elemanlar üzerinde yerinde dökme beton Hazırtaşıyıcı döşeme elemanları: Kalıp üzerinde yerinde dökme betonarme sistemlerinden biri ile oluşturulur. Prefabrike beton üzerinde yerinde dökme beton Prefabrike beton plak

5 Döşeme donatılarının hesabında döşeme, 1.0m genişliğinde kiriş olarak ele alınır. Yerinde dökme betonarme döşemelerin yapımında kalıp ve iskele gerekir. 1.0m için gerekli donatı alanı bulunduktan sonra, tablo yardımıyla donatı çapı ve yerleştirilecek aralığı saptanır Tek doğrultuda çalışan plaklar kirişlerin yanyana dizilmesiyle oluşturulan plaklar olarak ele alınır. Bu nedenle ana donatıları kısa kenarları doğrultusunda yerleştirilir. Döşeme kalınlığı, 10-25cm arasında seçilir. Hurdi döşeme Yerinde Dökme Betonarme Döşemeler Tek doğrultuda yük aktaran dikdörtgen döşemelerde kısa kenar doğrultusunda düz ve pilye olarak ana donatı, uzun kenar doğrultusunda dağıtma donatısı yerleştirilir. Ana donatılar Ø8 den az, döşeme kalınlığının 1/10 undan fazla seçilemez. Donatı aralığı döşeme kalınlığının 1,5 katını ve 20cm i geçmemelidir. Nervürlü döşeme Kirişli dikdörtgen döşeme Sürekli plakların uzun kenar mesnetlerinde dönme engellenmişse, burada ana donatıya dik olarak, kısa açıklığın 1/4ü kadar uzatılacak mesnet donatısı bulundurulmalıdır. Mesnet donatısı, ana donatının %60ından az olmamalı, BÇI için Ø8/20, BÇIII için Ø8/30, BÇIV için Ø6/15 dan az donatı kullanılmamalıdır. Kirişsiz döşeme Mantar döşeme Kirişli döşeme Kaset (petek) döşeme Plak uzunluğu doğrultusunda, plak alt yüzünde ana donatının 1/5 i kadar dağıtma donatısı yerleştirilir. Dağıtma donatısı aralığı 30cm den fazla olmamalıdır. 29 İki doğrultuda çalışan plaklar eğilme yüklerini her iki doğrultuda da kenarlarının uzunluğu oranına bağlı olarak paylaşır. Bu nedenle ana donatılar her iki doğrultuda yerleştirilir. Döşeme kalınlığı 15-30cm arasında seçilir. 30 5

6 İki doğrultuda yük aktaran betonarme döşemelere ana donatılar, iki doğrultuda da düz ve pilye şeklinde yerleştirilir. Düz donatılar mesnetten mesnete, pilyeler komşu döşeme açıklığının moment = 0 bölgesine kadar uzatılır. Moment 0 bölgesi, komşu açıklığın 1/5 1/4 mesafesi kadardır. Kirişli plak döşemeler, kendilerinden en az üç kere daha derin kirişlere oturmalıdır. Plaklar için öngörülen en az kalınlık 8cm dir. Ana donatılar Ø8 den az, döşeme kalınlığının 1/10 undan fazla seçilemez. Donatı aralığı, döşeme kalınlığının 1.5 katından ve kısa doğrultuda 20cm, uzun doğrultuda 25cm den fazla olmamalıdır. 31 Ayrıca plak kalınlığının serbest açıklığa oranı: *tek açıklıklı döşemelerde L/25, *sürekli döşemelerde L/30, *konsol döşemelerde L/12 den az olmamalıdır. 32 Kirişsiz döşemeler, doğrudan kolon, perde yada ana kirişe oturan, en fazla 7 m açıklık geçebilen döşeme plaklarıdır. Uygulamada, strüktürel nedenlerle kirişsiz döşeme kalınlıkları cm arasında yapılır. Kirişsiz döşemelerde, süreksizlik nedeniyle dış kenarlarda sorunlar yaşanır. Kirişsiz döşeme sistemleri ağır döşemelerdir ve deprem bölgelerinde tüm sistemde büyük yatay ötelemelere yol açar. Yapısal süreklilik için dış kolonlardan itibaren iç açıklığın % 30 u kadar konsol çıkılması uygun olur. 33 Bu döşemelerde, döşeme ve kolonun oluşturduğu çerçeve çok esnektir ve yatay yüklerin oluşturacağı yatay ötelemelerin büyüklüğü, ciddi sakıncalar yaratır. Şartnameler bu döşemeler ile oluşturulan sistemleri düktil kabul etmez. 34 Kirişsiz döşemelerde döşeme açıklığı büyüdüğünde kolon civarında büyük kesme kuvvetleri oluşacağı için kolon başlarında bölgesel takviye gerektirir. Loma Prieta, 1989 Kirişsiz döşeme sistemleri döşeme-kolon birleşim bölgesinde zayıftır ve kolonlar tarafından zımbalanma tehlikesi vardır. Bu döşemeler sadece düşey yüklere karşı tasarlanmalı, yatay yükler perdeler tarafından alınmalıdır. 35 Bu tür döşemelere mantar döşemeler denir. 36 6

7 Döşemenin büyük açıklıklarda düz olarak tasarlanması ağırlığı artıracağı için tek yada çift doğrultuda nervürlü (dişli) döşeme şeklinde yapılması daha uygun olur. Mantar döşemelerde başlık genişliği; l1- kolonlar arası mesafenin 0.04ünden az yapılmalıdır. Dişli döşemede serbest diş aralığı en fazla 70 cm olmalıdır. Tabla kalınlığı; serbest diş aralığının 1/10undan ve 5cm den (deprem bölgelerinde 7cm den) az olmamalıdır. Diş genişliği; en az 10cm, Diş yüksekliği; tabla kalınlığı ile birlikte en az, *tek açıklıklı döşemelerde L/10, *sürekli döşemelerde L/25, *konsollarda L/ 10 olmalıdır. Kolon aksından itibaren başlığın bir tarafa açılması; l1 uzunluğunun 1/10undan az olmalıdır. Plak ve kolonların eğilmeye dayanıklı bağlantısı için, kolon kesitinin açıklık yönündeki genişliği; * aynı yöndeki l1 açıklığının 1/20sinden ve * 30cm den küçük olmamalıdır. Etkili başlık boyutu 37 Tek doğrultuda çalışan dişli döşeme açıklığı 4.0m den fazla ise taşıyıcı dişlere dik, aynı boyutlu ve aynı donatılı enine kirişler düzenlenmelidir. Açıklık 4-7m arasında bir adet, 7m den büyük açıklıklarda iki adet enine kiriş düzenlenmelidir. 38 Tek doğrultuda çalışan dişli döşemenin nervürleri, kısa kirişlere yada uzun kirişlere oturacak şekilde düzenlenebilir. Dişler arası 70cm düzenlenen döşeme dişlerinde 1 yada 2 adet düz donatı, 1 yada 2 adet montaj donatısı yerleştirilir. Donatıları saran en az Ø8/25 etriye uçları, döşeme plağı içine döndürülür. Dişlerin üzerindeki tablada, her iki doğrultuda dağıtma donatısı yerleştirilir. Her bir doğrultuda dağıtma donatısı alanı, plak tüm kesit alanının 0,0015inden az, donatı aralığı 25cm den fazla olmamalıdır. Dişler arası boş yada yığma blok dolgulu (asmolen) dişli döşemeler, diş doğrultusuna dik gelen yatay kuvvetlere karşı zayıftır. Kaset döşeme, nervürlü döşemenin iki doğrultuda düzenlenmiş şeklidir. Yatay kuvvetler, dişler doğrultusuna dik düzenlenmiş perdelerle alınmalıdır Hazır Elemanlar+Yerinde Dökme Beton Döşemeler Nervürlü yada Kaset döşemelerle m açıklık geçilebilir. Ancak bu döşemeler, kirişsiz döşemelere göre hafif olsa da kirişli plak döşemelere göre %20 ağırdır. Hazır asmolen kirişlerin betonarme döşemeye ankrajı tam yapılamadığı için, asmolen kirişleri doğrultusuna dik gelen yatay kuvvetlere karşı zayıftır. Yatay kuvvetler, kirişler doğrultusuna dik düzenlenmiş perdelerle alınmalıdır. Yatay kuvvetler, perdelerle alınmalıdır

8 Hazır Döşeme Elemanları Hazır Döşeme Elemanları Gazbeton yada bimsbeton hazır döşeme elemanları ile rijit diyafram oluşturabilmesi için bu elemanlar, bütün kenarları boyunca donatılı beton elemanlara ankre edilmelidir. Spitak depremi, Ermenistan 1988 Tangshan depremi, Çin 1976 Ankrajı yapılmamış hazır döşeme plaklarının yıkılması Yerinde Dökme Betonarme Kubbeler Deprem kuvvetlerini düzlemine dik alan elemanlardan düzlemi doğrultusunda alan elemanlara dağıtılması diyafram vasıtasıyla olur. Yatay kuvvetler karşısında diyafram, yatay bir kiriş gibi, kuvvete dik yönde basınç ve çekme yörüngeleri oluşturur. perde Kubbe Deformasyonları temel çerçeve Kubbeler, geometrileri nedeniyle plak döşemelerden daha stabildir. Küre kubbeler düşeyden 520nin altında çekmeye çalışır. Betonarme kubbelerin bu bölgeleri yeterli şekilde donatılmalıdır. Yatay yükler diyaframdan perde ve/ veya çerçevelere aktarılarak temellere iletilir. Döşemenin yatay yükleri düşey taşıyıcı elemanlara güvenle aktarıp diyafram davranışı gösterebilmesi için döşemede büyük boşluklar bulunmamalıdır. 45 MERDİVENLER 46 MERDİVENLER Merdiven yuvasının yerinin belirlenmesinde döşeme kenarlarının zayıflatılmasından kaçınmalıdır. Gölcük, 1999 Yapıların depreme ya da başka olağanüstü durumlarda hızla boşaltılmasında merdivenlerin görevi çok önemlidir. Ceyhan, 1998 Merdivenin, döşeme diyaframının tarafsız ekseni üzerinde düzenlenmesi en uygun çözümdür. Merdivenler, yatay yükler altında, katlar arasında rijit bir diyagonal kiriş gibi çalışır

9 MERDİVENLER MERDİVENLER Fonksiyonunu yerine getirebilmesi için merdivenlerde hasar olmaması gerekir. Bir çözüm yolu olarak merdivenler: bir ucu ankastre bir ucu kayıcı mesnetli olarak düzenlenebilir yada yapıdan derzlerle ayrılan ve yapıya oranla daha büyük deprem kuvvetlerine göre hesaplanmış bağımsız bölümler şeklinde tasarlanabilir. Ayrıca, merdiven duvarlarının yıkılması engellenmelidir. Bu nedenle merdiven duvarlarının alçı blok veya tuğla yapılmasından kaçınılmalıdır. Erzincan Depremi, 1995 Yapılarda taşıyıcı elemanlara gelen deprem kuvvetleri elemanın rijitliği ile orantılı olduğundan merdivenler depremden çok etkilenir ve büyük hasarlar oluşabilir