DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI DERSİN SORUMLUSU: Yard. Doç. Dr. Nurhayat Değirmenci
Betonarme taşıyıcı sistemler başlıca; Düşey yükleri doğrudan taşıyan ve düşey taşıyıcıları birbirine bağlayan kat tabliyeleri (döşemeler ve kirişler), Bunların mesnetlerini oluşturan ve yükleri alt katlara ve temele aktaran düşey taşıyıcılar (kolon ve perdeler), Yapının yüklerini güvenli ve uygun bir biçimde zemine aktaran temellerden oluşur.
TAŞIYICI SİSTEMLER (Yatay Rijitlik Elemanlarına Göre) Çerçeve Perde çerçeve (boşluklu perde) erde (boşluksuz perde) Tüp İç içe tüp Kafes tüp Modüler tüp
DÖŞEMELER KİRİŞLİ PLAK DÖŞEME Bir doğrultuda çalışan İki doğrultuda çalışan DİŞLİ (NERVÜRLÜ) DÖŞEME Bir doğrultuda dişli döşeme (dolgu bloklu; asmolen döşeme) İki doğrultuda dişli döşeme (kaset döşeme) KİRİŞSİZ DÖŞEME (Mantar döşeme)
PLAKLAR Genellikle dikdörtgen biçimli, çift doğrultuda çalışan plaklar yüzeysel taşıyıcı özelliğinden yararlanma ve donatı yerleştirme açısından uygun. Plak boyutlarının büyük olması kalıp bakımından hız ve ekonomi sağlar, 50m² bir sınır olabilir (açıklık artışı ile yükseklik ve yapı ağırlığında bir artış). Büyük plakları tali kirişlere bölerek uygun kalınlıklar düzenlenebilir, ancak ana kirişlere yük aktarma ve tesisat geçişleri de göz önünde bulundurulmalıdır. Plak kalınlıklarının sehim bakımından yeterli olduğu kontrol edilmeli. Kirişsiz döşemelerde yatay yüklerin perdelerle taşınması, boşlukların başlık (kolon) şeridi dışında yapılması uygun.
KİRİŞLİ PLAK DÖŞEMELER Bir Doğrultuda Çalışan Kirişli Döşeme h ln/25 Tek açıklıklı 30 sürekli plak 12 konsol plak h 80mm h 120mm (üzerinden taşıt geçen döşeme) İki Doğrultuda Çalışan Kirişli Döşeme h ln (1- αs/4)/(15+20/m) h 80mm Net beton örtüsü 15mm
lx yük yük kisa açiklik > Tek dogrultuda çalisan kirisli plak döseme cevre kirisleri lxd203 120mm ly uzun aciklik m= ly lx > 2.0 Iki dogrultuda calisan kirisli plak döseme cevre kirisleri D305 140mm plak döseme ly ly m= ly lx 2
DİŞLİ DÖŞEMELER Bir doğrultuda çalışan dişli döşeme Dolgu bloklu dişli döşeme; asmolen döşeme İki doğrultuda dişli döşeme Kaset döşeme Kirişlerdeki kurallar geçerli Basınç donatısı gerekmeyecek şekilde eğilme donatısı Minimum kayma donatısı olacak şekilde kesit boyutu
DİŞLİ DÖŞEME - KASET DÖŞEME
KİRİŞSİZ PLAK DÖŞEMELER Tablasız Kirişsiz Döşeme Tablalı Kirişsiz Döşeme h ln/30 ve h 180mm h ln/35 ve h 140mm h ln/30 ve h 200mm (TS500 de verilen yaklaşık hesap yöntemi ile hesap yapılıyorsa.) Kolon boyutu l/20, 30cm Net Beton Örtüsü 15mm
KİRİŞLER Birbirini izleyen açıklıklar çok farklı olmamalı, kirişlerin moment diyagramlarının dengeli olması sağlanmalıdır. Eksenler arası çok farklı olmamalıdır. Kenar açıklığın daha küçük seçilmesiyle (L1~0.8L2) Büyük yükleri taşıyan, mesnet tepkileri büyük olan kirişlerin birbirine taşıtılmaması, bunların kolonlara oturtularak yüklerin en kısa yoldan zemine aktarılması ilkesine uygun düzenleme yapılması. Süreklilikten yararlanmak için bir doğrultuda en az 3 açıklık olması iyi bir çözümdür. Eksen aralıklarının seçiminde serbest olunursa ekonomik olan açıklık araştırılmalıdır. Sıradan bina inşaatında bunun bu günkü şartlarda 6m~8m arasında olduğu söylenebilir.
Yüklerin kirişlere aktarılışı iyi düzenlenerek iç kuvvetler daha dengeli, momentler daha küçük oluşturulabilir. Yükler kirişlere olabildiğince yaygın intikal ettirilmelidir. a) b) P P / 2 P / 2 L / 2 L / 2 L / 3 L / 3 L / 3 M P L 4 M P L 6 c) P = p / L L M P L 8
Fazla sarkan kirişler tesisat elemanlarına paralel doğrultuda seçilebilir; büyük açıklığa tali, küçük açıklığa ana kirişleri yerleştirmek uygun olur; açıklıklar oranı 2/3 uygun olabilir.
Kolonları tek doğrultuda bağlayan kirişler, kolondan çıkan, içeriye doğru devamı olmayan konsollar da çözümü akılcı olmayan sorunlar meydana getirirler. Maalesef ülkemizde çok yaygın yapılan hataların başında bu tür düzenlemeler gelmektedir. Hatalı kirişlemeye örnekler
dolayli mesnetleme durumunda kirislere yük aktarilmasi...
Kısa kolon etkisi ile hasar gören bir yapı, Adapazarı depremi.
Kısa kolon etkisi ile hasar gören bir yapı, Ceyhan depremi
KOLONLAR, PERDELER Eksenlerin kesişme noktalarına taşıyıcı yerleştirilmelidir. Düşey taşıyıcılar temele kadar devam etmelidir. Her kolon iki doğrultuda kirişlerle bağlanmalıdır. Rijitlik merkezi ile ağırlık merkezi birbirine yakın olacak şekilde dengeli yerleştirilmelidir. Her iki doğrultuda rijitlikler uygun olmalıdır.
Perde Elemanı Yatay yüklerin taşınmasında etkili olarak kullanılan perdeler, plandaki uzun kenarının kısa kalınlığa oranı en az yedi olan, düşey taşıyıcı sistem elemanlarıdır. Bir yapıda tek başına olabilen perdeler, çerçeve sistemiyle birlikte kullanıldığında, rijitlikleri fazla olduğundan, deprem veya rüzgardan oluşan yatay yüklerin tamamına yakınını karşılarlar. Yüksek yapılarda, yatay yükler etkisinde kat yer değiştirmelerinin sınırlandırılması açısından, perdelerin kullanılması gereklidir. Döşemeler düzlemlerinde çok rijit olduklarından perdelerin rölatif hareketlerini engeller. Perdelerin, yapının güvenliğini sağlaması ve kat yer değiştirmeleri sınırlandırarak yapısal hasarları önlemeleri açısından etkili davrandıkları belirlenmiştir
Perde Kesitlerini Düzenleme Şekilleri Perde kesitleri, mimari kısıtlamalar ve deprem doğrultularında etkili çalışmasını sağlamak amacıyla I, T, L, H, C, U, Y gibi tasarlanabilir. Perdenin minimum kalınlığı, beton ve donatı yerleşimini sağlamak, yangın riskini en aza indirmek için yönetmelikler tarafından belirlenmiştir. Deprem anında yatay kuvvetler perdeler üzerine etkili olmaya başladığında, kayma dayanımını ve stabiliteyi sağlamak için kalınlığı arttırmak gerekebilir. Ancak perde kesitinin iki ucunda gerilmeler büyük olacağı için, donatı perde uç bölgelerinde yoğunlaşır ve buralarda kalınlığın artmasıyla perde uç elemanları oluşturulur. Perde ucuna diğer doğrultuda başka bir perdenin birleşmesi durumunda, uç elemanı bu perde içinde oluşturulabilir. Başlıklı perdeler, kiriş mesnetlenmesinde ve eğilme donatılarının yerleştirilmesinde kolaylık sağlar. Bunun yanında uç elemanlar perdenin yanal burkulma stabilitesini arttırır ve potansiyel plastik mafsal bölgelerindeki basınca maruz betonun daha iyi sarılmasını sağlarlar. Böylece plastik mafsal bölgelerinde sıkışan betonun erken dağılması önlenmiş olur. Perdelerin dik açı ile birleşmesi sonucunda, kanatlı perde şekilleri oluşur. Bu perdeler, binanın iki ana doğrultusunda da dayanım sağlarlar. Kanatlar basınç etkisinde oldukça sünek davranırlarken, T ve L kesitli perdelerde kanatlar çekmeye zorlandığında oldukça sınırlı sünekliğe sahiptirler.
Perdelerin Planda Yerleştirilmesi Perdeler yatay ve düşey yükler ile burulma etkisi altındadır. Perdenin kesitine ve plandaki yerine göre eğilme momenti ve burulma dayanımı değişir. Bu durumda bazen perdelerin yerleri taşıyıcı sistem açısından pek uygun olmayabilir. Mimari plan ve döşemelerin büyüklüğü perde yerinin belirlenmesinde etkili olmaktadır. Mimar ve inşaat mühendisinin birlikte çalışması depreme karşı taşıyıcı sistemin düzenlenmesi açısından daha uygundur.
Perdeler, burkulma stabilitesine sahip, rijitlikleri simetrik ve temelde devrilmeye karşı yeterli güvenlikte olmalıdır. Perdeleri planda yerleştirirken, beklenen plastik şekil değiştirmelerin bina planında düzgün bir şekilde dağılmasını sağlamak uygundur. Aksi durumda, bazı perdeler aşırı, bazıları da kapasitelerinin altında zorlanacaktır. Perdeli bir yüksek yapıda yeterli rijitlik sağlanabilmesi için sistem çizgileri bir noktadan geçmeyen en az üç perde teşkil edilmelidir
Bazen yapılar, deprem yüklerinin fazla olması ve özellikle deplasman koşulunu sağlamak üzere yalnız perdelerden teşkil edilebilir. Tünel kalıp ile yapılan binalarda yatay ve düşey yükler perdeler tarafından taşını. Yapının özellikle deprem etkisinde elastik davranışının sağlanması genellikle yönetmeliklerdeki minimum donatı şartlarına uyulması ile mümkündür.
Yapının rijitlik merkezini belirlemede etkili olan perdelerin yerleşim düzeni son derece önemlidir. Rijitlik ve kütle merkezlerinin birbirine yakın olması sistemin stabilitesini geliştirmektedir. Perdelerin burulma rijitliğine dikkat edilmesi gerekir. Kattaki burulma etkisi, düşey elemanların üzerine etkiyen kesme kuvvetinin moment koluyla çarpılması olduğuna göre, moment kolu en büyük olan perde veya çerçevede burulma etkisi daha büyük olacaktır. Perdelere gelen burulma etkilerini azaltmak için perde sistemlerinin ideal şekilde düzenlenmesi gerekmektedir.
Buna göre; a) Yapıda en büyük burulma rijitliğinin sağlanması için, perde duvarlar yapının çevresine dağıtılmalıdır. Aynı düzlemdeki perdeler, tek başlarına konsol kiriş gibi çalışabildikleri gibi, birbirlerine bağ kirişleri ile bağlanarak perde çifti olarak düzenlenebilirler.
b) Perde duvarlar kat planı içinde, döşeme yüklerinin olabildiğince büyük kısmını, eksenel kuvvet olarak temele aktaracak şekilde düzenlenmelidir. Bu şekilde perdede eğilme momenti için gereken donatı azalır.
c) Çok katlı yapılarda deprem direncinin bir kaç perdede yoğunlaştırılması, temel sistemini bu noktalarda çok büyük deprem etkisine maruz bırakır. Bu durum, ekonomik olmayan ağır bir temel sistemini gerektirdiğinden kaçınılmalıdır.
d) Perde duvarlar, çok katlı bir yapıda, her iki doğrultuda yerleştirilmelidir. Bu şekilde depremin güçlü yönde etkimesi durumunda bile, rijitlik merkezinin herhangi bir tarafında oluşabilecek olan mafsallaşmadan dolayı, rijitlik merkezinin kütle merkezi ile olan mesafesi artacak ve oluşacak burulmaya yardım edebilecek olan depreme dik yöndeki perdelerin yardımcı olması sağlanamayacaktır
e) Perdeler, simetrisi bozuk şekilde ve kat içinde belli bir bölgeye yoğunlaştırılmamalıdır. Perdelerin sistem çizgilerinin bir noktada kesişmeleri önlenmelidir.
Perdelerin planda uygun olan ve olmayan dağılımlarına örnekler: A ) Bağlantıları zayıf prefabrike panolar gibi fleksibl döşemeler halinde perdeler birbirine olabildiğince yakın olmalı B ) Rijit bir döküm betonarme döşemeler halinde mesafeli olabilir C ve D ) Uzun doğrultuda uçlarda yerleştirilen perdeler ısı genleşmeleri ile önemli iç kuvvetlere ve zorlamalara sebep olurlar. Bina döşemelerinde perdeler kısa doğrultuda A ve B deki gibi yönlendirilmelidir. D ) Hatalı perde dağılımı: Genleşme deformasyonlarını sınırlamaya ek olarak büyük dış merkezli deprem kuvvetleri ve enine doğrultudaki perdelerin küçük manivela kolu önemli hatalarıdır.
Mevcut bir yapıda perde hatasının düzeltilmesine dair örnekler: Mevcut perde sayısının yeterli olmaması halinde, yeni perdelerin ilavesi, yeterli mukavemette olmaktan başka burulma etkilerini azaltacak biçimde tasarlanmalı ve inşa edilmelidir.
TEMELLER Yüzeysel Temeller Derin Temeller Duvar altı Temelleri Tekil Temeller Sürekli Temeller Bir Doğrultuda Sürekli İki Doğrultuda Sürekli (Izgara Temeller) Radye Temeller
DERZLER Kural olarak, taşıyıcı sistemleri yatayda ve düşeyde olabildiğince sürekli elemanlarla üretmekte sayısız fayda vardır. Hiperstatiklik derecesi ve monoblok karakteri yüksek yapıların davranışlarında sayısız üstünlükler vardır. Bununla beraber, Tabiattaki tüm cisimler gibi, yapılar da, sıcaklık değişimlerinden etkilenir, genleşirler; Ayrıca, beton malzemenin büzülme, sünme, çelik malzemenin gevşeme gibi zaman içinde değişen çok canlı özellikleri vardır.
DERZLER(Devam) Diğer taraftan, yapılarımızın oturduğu zeminler, kısa mesafelerde değişik özellikler gösterebilirler; blok alanının büyümesi, daha yüksek zemin mukavemetleri talep edebilir. Değişik nedenlerle farklı oturma olasılığı olabilir. Titreşim yalıtımına, yangına karşı yalıtıma ihtiyaç duyulabilir. Bizzat taşıyıcı sistemin bazı elemanları, örneğin perdelerin plandaki konumları, yukarıdaki etmenlerle birlikte, blok boyutlarını kısıtlama gereği doğurabilir.
Derzler yapıldıkları amaca bağlı olarak, ayırma derzi, hareket derzi, deprem derzi, genleşme derzi gibi isimlerle anılmaktadır. Deprem derzleri: İhtiyaç duyulan derz genişliği = Her bir kat için komşu blok veya binalarda hesaplanan yer değiştirmelerin mutlak değerlerinin toplamının bir katsayısı ile çarpımı Komşu blokların veya binaların kat döşemelerinin bütün katlarda aynı seviyede olmaları durumunda = R / 4 Aksi halde = R /2 alınmalıdır. Bırakılacak minimum derz genişliği ise, 6 m yüksekliğe kadar en az 30 mm, 6 m den sonraki her 3 m ilave yükseklik için bu değere en az 10 mm eklenmelidir. Yangın tehlikesi yüksek yapılarda, blok genişliklerinin 30 m ile sınırlandırılmasında yarar vardır. Genleşme derzleri için 40 m 50 m blok genişlikleri uygundur.
Yapinin geometrisine bagli olarak uygun deprem derzleri düzenlenmesi