Betonarme bir binanın deprem sırasındaki davranışı, bir zincirin performansına benzer; sistemin en zayıf halkası, genel dayanımı belirler. Bu zincirdeki en kritik ve en çok zorlanan halkalar, kolon-kiriş birleşim bölgeleri, yani düğüm noktalarıdır. Bir depremde yapının ayakta kalması, büyük ölçüde bu bölgelerin ani ve gevrek (kırılgan) bir şekilde göçmesini önleyecek şekilde tasarlanmasına ve inşa edilmesine bağlıdır.
Düğüm Noktası Neden Bu Kadar Kritik?
Kolon-kiriş birleşimleri, binanın hem düşey (yerçekimi) hem de yatay (deprem, rüzgar) yükleri için bir kavşak noktasıdır. Düşey yükler açısından, döşeme ve kirişlerden gelen ağırlıklar, bu noktalar üzerinden kolonlara ve oradan temele aktarılır. Yatay yükler (deprem) söz konusu olduğunda ise asıl zorlanma başlar. Deprem kuvveti, yapının salınım yapmasına neden olur. Bu salınım sırasında kirişlerin uçlarında çok büyük eğilme momentleri ve kesme kuvvetleri oluşur. Bu kuvvet yoğunlaşması kritik bir durum yaratır. Kirişlerde biriken bu deprem enerjisi, tam da birleşim noktasından kolona aktarılmak zorundadır. Bu aktarım, küçücük bir bölgede (düğüm noktası) muazzam bir kuvvet yığılmasına neden olur. Bu yığılma; yüksek kesme kuvvetleri, yüksek eksenel kuvvetler ve yüksek momentler şeklinde kendini gösterir. Yüksek kesme kuvvetleri, kirişlerden gelen zıt yönlü kuvvetlerin birleşim bölgesini "makasla kesmeye" çalışmasıdır. Yüksek eksenel kuvvetler, kolon üzerindeki basınç ve çekme kuvvetleridir. Yüksek momentler ise kiriş uçlarındaki momentlerin kolona aktarımıdır.
Deprem Performansının Anahtarı: Süneklik ve "Güçlü Kolon - Zayıf Kiriş" İlkesi
Birleşim bölgeleri, deprem enerjisini yutabilmek ve ani bir kırılma (gevrek göçme) yaşamamak için sünek davranmak zorundadır. Süneklik, yapının hasar görse bile enerjiyi sönümleyerek ayakta kalabilme kapasitesidir.
TBYD-2018 bu davranışı garanti altına almak için "Güçlü Kolon - Zayıf Kiriş" tasarım ilkesini şart koşar. Bu ilke özetle şunu söyler:
"Deprem sırasında kontrollü hasar (plastik mafsal) oluşacaksa, bu hasar kolonlarda veya birleşim yerinde değil, kirişlerin uçlarında (kolon yüzünde) meydana gelmelidir."
Çünkü kirişlerin hasar görmesi (eğilmesi) yapının aniden göçmesine neden olmazken, kolonların veya birleşim yerinin hasar görmesi tüm katın veya binanın anlık olarak çökmesine yol açabilir.
TBYD-2018'e Göre Tasarım ve Detaylandırma Esasları
Düğüm noktasının "Güçlü Kolon - Zayıf Kiriş" ilkesine uyması ve sünek davranması için TBYD, Bölüm 7'de çok net kurallar tanımlar:
a) Birleşim Bölgesi Kesme Güvenliği:
Düğüm noktası, deprem sırasında kirişlerden aktarılan muazzam kesme kuvvetini karşılayabilmelidir. Bu bölgeye etkiyen kesme kuvveti, kirişlerin taşıyabileceği maksimum kuvvet (kapasite) üzerinden hesaplanır. Eğer betonun kesme kapasitesi yetersiz kalırsa, devreye "boğaz etriyeleri" girer.
b) Sargılama ve Boğaz Etriyeleri:
Bahsettiğiniz boğaz etriyeleri (sargı donatısı) hayati önem taşır. Bu etriyelerin iki temel görevi vardır. Birincisi, kesme kuvvetini karşılayarak birleşim bölgesindeki yüksek kesme gerilmelerini karşılamaktır. İkincisi, süneklik sağlamaktır; yani beton çekirdeğini bir korse gibi sararak, yüksek basınç altında betonun dağılmasını engeller ve sünekliğini arttırır. TBYD, bu etriyelerin birleşim bölgesi içinde (kolonun kiriş yüksekliği kadar olan kısmında) yönetmelikte belirtilen sık aralıklarla (genellikle s≤10 cm - 15 cm gibi) devam ettirilmesini zorunlu kılar. Bu, "etriyelerin yukarıda toplanması" olarak bahsettiğiniz kritik imalat detayıdır.
c) Donatıların Kenetlenmesi (Kiriş Gönyeleri):
Kirişlerdeki deprem kuvveti, donatılar (demirler) aracılığıyla kolona aktarılır. Bu aktarımın tam olabilmesi için kiriş donatılarının kolondan "sıyrılmaması" gerekir. Kiriş üst ve alt donatıları için TBYD, özellikle dış birleşimlerde, kiriş donatılarının kolonun içine doğru 90 derecelik kancalar (gönyeler) ile bükülerek yeterli uzunlukta (kenetlenme boyu) uzatılmasını şart koşar. Bu "gönyeler", donatının kolona sağlamca bağlanmasını (ankraj) sağlar ve deprem anında donatının sıyrılıp çıkmasını engeller.
Maksimum Performans İçin Uygulama (İmalat) Aşaması
En iyi tasarım bile, sahada kötü bir işçilikle felakete dönüşebilir. Belirttiğimiz uygulama detayları bu yüzden kritiktir. Bunlardan ilki doğru donatı montajıdır. Düğüm noktaları binadaki en sık donatıya sahip (en "karmakarışık") yerlerdir. "Boğaz etriyelerinin" ve "kiriş gönyelerinin" projeye birebir uygun yerleştirilmesi, vibratörün betonu yerleştirebilmesi için donatılar arasında boşluk bırakılması şarttır. İkincisi ise beton dökümü öncesi temizliktir (kolon dip temizliği). Kolon kalıpları kapatılmadan önce, kolonun dibinde (paspayı, tahta parçası, toprak, çivi vb.) biriken tüm pisliklerin hava kompresörü ile temizlenmesi zorunludur. Bu temizliğin önemi şuradadır: Eğer bu temizlik yapılmazsa, eski beton (veya temel) ile yeni dökülen kolon betonu arasında "soğuk derz" adı verilen zayıf bir tabaka oluşur. Bu tabaka, deprem anında kuvvet aktarımını engeller ve kolonun tam da dibinden, yani en çok zorlandığı yerden kesilmesine veya ezilmesine neden olabilir.
İnşaat Mühendisi - Şantiye Şefi Emrecan Kolbaş'a katkılarından dolayı teşekkür ederiz.
