Ülkemiz, ne yazık ki aktif fay hatları üzerinde bulunması nedeniyle sık sık yıkıcı depremlerle yüzleşmek zorunda kalan bir coğrafyadır. 1999 Gölcük depreminden yakın tarihteki İzmir ve Kahramanmaraş merkezli depremlere kadar edindiğimiz acı tecrübeler, yapı stoğumuzdaki mühendislik hatalarını gözler önüne sermiştir. Yıkılan binaların enkazlarında yapılan incelemeler, sadece malzeme kalitesinin düşüklüğünü değil, aynı zamanda tasarım ve uygulama aşamasında yapılan hayati hataları da ortaya çıkarmaktadır.
Bu hatalar arasında, binanın taşıyıcı sisteminin davranışını bozan ve ani göçmelere neden olan betonarme kolon hasarlarından "Kısa Kolon Etkisi" en kritik olanlardan biridir. Mimari kaygılarla yapılan estetik tercihler veya bilinçsizce örülen duvarlar, bir binanın deprem anında enerji sönümleme kapasitesini yok ederek taşıyıcı elemanların kırılmasına yol açabilir. Güvenli yapılar inşa edebilmek için bu sinsi tehlikenin ne olduğunu ve nasıl önlenebileceğini anlamak hayati önem taşır.
Kısa Kolon Etkisi Nedir?
Kısa kolon etkisi; bir kolonun serbest boyunun, çeşitli yapısal veya mimari nedenlerle kısalması sonucu, hesaplanan değerin çok üzerinde kesme kuvvetine maruz kalması durumudur. Bu etki kolonu sünek (esnek) eğilme davranışı yerine, gevrek (kırılgan) kesme davranışına zorlar. Kısaca, kolonun yükü absorbe edemeden aniden patlamasıdır.
Halk arasında ve hatta bazen sektör içinde yanlış bilinenin aksine, "Kısa Kolon" tabiri kolonun fiziksel boyunun uzunluğuyla (örneğin 1 metre veya 4 metre olmasıyla) doğrudan ilgili değildir. Mühendislik hesabında kesme kuvveti doğru hesaplanmış ve donatısı buna göre yerleştirilmiş 1 metrelik bir kolon kısa kolon hatası içermezken; yanlış müdahale edilmiş 4 metrelik bir kolon kısa kolon davranışı gösterebilir. Asıl mesele, projelendirme aşamasında öngörülen "serbest yüksekliğin", uygulama veya mimari detaylar (duvarlar, pencereler) nedeniyle beklenmedik şekilde kısalmasıdır.
Kısa kolon davranışı gösteren elemanlar, normal kolonlara göre çok daha rijit (sert) bir davranış sergilerler. Fizik kuralları gereği, deprem yükleri yapının en rijit elemanlarına toplanma eğilimindedir. Hem kapasitesinden fazla yüke maruz kalan hem de kısalan boyu nedeniyle esneme kabiliyetini yitiren bu kolonlar, donatıların akmasına fırsat kalmadan betonun ezilmesiyle ani bir şekilde hasar görür. Bu durum, yapının zayıf halkası haline gelerek toptan göçmeye zemin hazırlar.
Kısa Kolon Oluşumuna Neden Olan Faktörler
Kısa kolon oluşumunun en yaygın sebebi, betonarme çerçeve içine örülen dolgu duvarların kolon yüksekliği boyunca devam etmeyip yarım bırakılmasıdır. Özellikle bodrum katlarda havalandırma amacıyla bırakılan bant pencereler veya dükkan katlarında yapılan asma katlar bu durumun en tipik örnekleridir.
Bir yapıda kolonların arasına örülen tuğla duvarlar, taşıyıcı sistemden (kolonlardan) tamamen ayrılmadığında, deprem esnasında kolona yaslanarak ona destek noktası oluştururlar. Örneğin 3 metre yüksekliğindeki bir kolonun yanına 2 metre yüksekliğinde sert bir duvar örüldüğünde, kolonun sadece üstteki 1 metrelik kısmı hareket edebilir hale gelir.
Bu durumda kolon, projede tasarlandığı gibi tüm boyuyla eğilip enerjiyi sönümleyemez. Duvarın bittiği noktadan itibaren adeta makaslama etkisiyle karşılaşır. Yetersiz kayma donatısı, eğimli arazilerde temellerin farklı kotlarda yapılması veya derin kirişlerin kolon serbest boyunu kısaltması da bu etkiyi tetikleyen diğer faktörlerdir.
Matematiksel Bakış: Kesme Kuvveti İlişkisi
Kısa kolon etkisinin tehlikesini anlamak için basit bir mühendislik formülüne bakmak yeterlidir. Bir kolona etkiyen kesme kuvveti (V), kolonun alt ve üst uçlarındaki momentlerin toplamının (Ma + Mu), kolonun serbest boyuna (L) bölünmesiyle bulunur:
V=(Ma+Mu)/L
Bu formülde görüleceği üzere, Kesme Kuvveti (V) ) ile Kolon Boyu (L) ters orantılıdır. Yani kolonun serbest boyu ne kadar kısalırsa, üzerine gelen kesme kuvveti o kadar artar. Eğer tasarımda 4 metre boyundaki bir kolona göre hesap yapıp etriye (enine donatı) yerleştirdiyseniz, ancak uygulamada duvar nedeniyle bu boyu 2 metreye düşürdüyseniz, kesme kuvveti teorik olarak iki katına çıkar.
Kolonlar "sünek" davranış (eğilme momenti ile güç tükenmesi) gösterecek şekilde tasarlanır, ancak kısa kolon etkisiyle artan bu muazzam kesme kuvveti, kolonun "gevrek" davranış (kesme kuvveti ile güç tükenmesi) göstermesine neden olur. Betonarme, kesme kuvvetine karşı zayıftır ve bu kuvveti karşılayacak yeterli sıkılaştırma (etriye) yapılmadıysa kolon aniden patlar.
Alınabilecek Önlemler ve Çözüm Yolları
Kısa kolon etkisinden korunmanın en etkili yolu, tasarım ve uygulama aşamasında bu riskin farkında olmaktır. Eğer mimari nedenlerle kısa kolon oluşumu kaçınılmazsa (örneğin asma katlı bir yapı), mühendis bu durumu hesaplarına dahil etmelidir. Oluşan yüksek kesme kuvvetini karşılamak için kolonun tüm boyunda etriyeler (enine donatılar) ciddi oranda sıklaştırılmalı ve beton kalitesi artırılmalıdır.
Daha yaygın ve pratik bir çözüm ise, dolgu duvarların kolonlarla etkileşimini kesmektir. Yarım duvar örülmesi gereken yerlerde, duvar ile kolon arasına strafor gibi esnek ve ezilebilir malzemeler yerleştirilerek sismik derz bırakılmalıdır. Bu sayede deprem anında kolon, duvara çarpmadan ve boyu kısalmadan serbestçe salınım yapabilir.
Yapı genelinde perde duvar kullanımını artırmak, binanın yanal rijitliğini yükselterek kolonların yapacağı deplasmanı sınırlar ve kısa kolon riskini azaltır. Mühendislik, zorluklardan kaçmak değil; bant pencere veya asma kat gibi mimari gereklilikleri, doğru hesap ve detaylarla güvenli hale getirmektir.
