Makaleyi E-Dergiden okumak için lütfen tıklayın
Giriş
Betonarme kiriş ve kolon kesitlerinin taşıma güçleri, gerekli denge ve uygunluk denklemlerinden yararlanılarak hesaplanır. Uygunluk denklemleri yazılırken beton birim ezilme kısalması eCU’nun bilinmesi gerekir. eCU, yükleme hızı, basınç hızı, basınç bölgesinin geometrisi, sargı etkisi, birim deformasyon dağılımının eğimi gibi birçok değişkenden etkilenir. Yönetmeliklerde bu değişkenler dikkate alınmaz. Türk yönetmeliği TS 500’de, Amerikan yönetmeliği ACI 318’de betonun birim ezilme kısalmasının dayanımı ne olursa olsun 0,003 varsayılması öngörülmektedir. Eurocode’da ise eCU’un normal dayanımlı betonlar için 0,0035 alınırken, yüksek dayanımlı betonlar için aşağıdaki denklemden hesaplanmaktadır.
eCU = 0,0026 + 0,035 (0,90 – 0,01*fCK)4 (1)
Yönetmeliklerde betonun birim ezilme katsayısını etkileyen yükleme hızı, basınç bölgesinin geometrisi, sargı etkisi, birim deformasyon dağılımının eğimi gibi değişkenler dikkate alınmamaktadır. Dolayısıyla bu değerler tartışmaya açıktır.
Bu çalışmada yönetmeliklerde yapılan varsayımlardan hangisinin gerçeğe daha yakın olduğu değerlendirilecektir.
Yöntem
Bir varsayımın ne denli gerçekçi olduğunu anlamak için kesin çözümün var olması gerekir. Betonarmede maalesef kesin çözümden söz etmek olası değildir. Betonarmenin gerçek davranışlarını bilmeyenlerin sundukları kesin çözümler birtakım varsayımlara dayanmaktadır. Bu nedenle karşılaştırmada kullanılacak yöntem, kesin yöntem değil, daha doğru yöntem olarak tanımlanacaktır. Bu çalışmada, kiriş ve kolon kesitleri için daha gerçekçi malzeme modelleri kullanılarak farklı beton birim ezilme değerleri için moment değerleri hesaplanıp, bu yaklaşımla oluşacak M - eCU eğrilerinin tepe noktasındaki momentin, kesitin maksimum taşıma gücü momenti olacak ve bu moment yönetmeliklerde varsayılan taşıma gücü momentlerle karşılaştırılacaktır.
Kiriş Kesitleri
Dengeli donatı oranı, eğilme altındaki betonarme bir kirişin taşıma gücüne, çekme donatısının akması ve en dış basınç lifindeki betonun aynı anda ezilmesi ile ulaşılmasını sağlayan donatı oranıdır. Kiriş toplam yüksekliği, 300 mm’den ve döşeme kalınlığının üç katından daha küçük olamaz. Kiriş gövde genişliği 200 mm’den az, kiriş toplam yüksekliği ile kolon genişliği toplamından fazla olamaz.
Dişli döşeme dişleri, çerçeve kirişi olmayan ikincil kirişler, ön gerilmeli ve önüretimli kirişler, kiriş boyutlarıyla ilgili yukarıdaki koşullara uymak zorunda değildir. Kirişlerde net beton örtüsü, özel yapılar dışında, dıştaki elemanlarda 25 mm’den, içteki elemanlarda 20 mm’den az olmamalıdır.
Kirişlerde sıra içinde veya sıralar arasında donatı çubukları arasında kalan net aralık, 20 mm’den ve donatı çapından ve en büyük agrega boyutunun 4/3’ünden az olmamalıdır. Demet donatı kullanıldığında anma çapı φ esas alınmalıdır.
Kirişlerde pilye büküm noktaları, kuramsal kesim noktasından ileride düzenlenmelidir. Bu uzaklık, faydalı yüksekliğin üçte birinden ve donatı çapının 8 katından az olmamalıdır. Gerekli olmayan çubukların kesilme noktaları ile kuramsal kesim noktası arasındaki uzaklık ise faydalı yükseklikten ve nervürlü çubuklarda donatı çapının 20 katından, düz yüzeyli çubuklarda ise donatı çapının 40 katından az olmamalıdır. Kirişlerde çekme ve basınç donatı oranları farkı, dengeli donatı oranının 0,85 katından fazla olamaz.
Resim: Kiriş Kesiti
Denge altı kiriş kesitlerinde oluşan moment kapasiteleri beton birim ezilme kısalmasına karşı pek duyarlı değildir. Bir kirişte üç ayrı beton sınıfı için yapılan taşıma gücü hesaplarında elde edilen maksimum taşıma gücü momenti eCU = 0,003 varsayımı ile hesaplanan taşıma gücü momentine oranı %2’yi geçmemelidir. Eğer %2 şartı sağlayabiliyor isek Eurocode için hesaplanmasına gerek yoktur. Taşıma gücü momenti %2 için hemen hemen sabittir. Bu nedenle maksimum moment Eurocode’dan elde edilen momente oranı TS500 ile elde edilenden farksız olacaktır.
Kolon Kesitleri
Kullanılan malzeme: S420 ve sargı etkisinin olmadığını varsayarsak taşıma gücünü etkileyen değişkenler üçe indirgenmiştir: “Beton Dayanımı”, “Eksenel Yük Düzeyi” ve “Boyuna Donatı Oranı”.
Narinlik etkisi, bir kolonda, şekil değiştirme nedeniyle ortaya çıkan ikinci mertebe momentinin, kolonun tasarımında veya çözümlemesinde göz önüne alınmasını gerektirecek düzeyde oluşmasına yol açan davranıştır. Kolonlarda boyuna donatı, enine donatı ile sarılarak rijit bir sistem meydana getirilmelidir.
Dikdörtgen kesitli kolonlarda kesit genişliği 300 mm’den az olamaz. Ancak I, T ve L kesitli kolonlarda en küçük kalınlık 200 mm, kutu kesitli kolonlarda ise en küçük et kalınlığı 120 mm olabilir. Daire kesitli kolonlarda, kolon çapı 350 mm’den az olamaz.
Bir kolonda beş ayrı beton sınıfı için yapılan taşıma gücü hesaplarında elde edilen maksimum taşıma gücü momenti eCU = 0,003 varsayımı ile hesaplanan taşıma gücü arasındaki en büyük fark, normal dayanımlı betonlar için %2,6, yüksek dayanımlı betonlar için ise %8,8 olmaktadır. Ancak genelde %5’i geçmemektedir. Genelde boyuna donatı oranı arttıkça maksimum momentle hesaplanan ve eCU = 0,003’e göre hesaplanan moment arasındaki fark azalmaktadır. Öte yandan beton dayanımı arttıkça bu farkın arttığı görülmektedir.
Normal dayanımlı betonlarda TS500’e göre, yüksek dayanımlı betonlarda Eurocode’un daha iyi sonuç verdiği görülmektedir. Özetlemek gerekirse, taşıma gücü momenti betonun birim ezilme kısalması 0,003 alınarak hesaplansa, Eurocode varsayımlarına göre de hesaplansa bunların maksimum momentten farklı kabul edilebilir düzeylerde kalmaktadır.
Tabi bu çalışma kapsamında betonların birim ezilme kısalma değerleri saptanırken sargı etkisi dikkate alınmamıştır. Birim ezilme kısalmasının sargıya değiştirilmesinin pratik olmadığı açıktır. Ancak bilindiği gibi bir deprem kuşağı üzerinde yer alan ülkemizde yönetmelik gerek kirişlerde gerekse kolonlarda sargıyı zorunlu kılmaktadır.
Sonuç
Basit eğilmede, yani kiriş kesitlerinde taşıma gücü momentinin beton birim ezilme kısalmasına duyarlı olmadığı ve %2’den büyük olduğu durumunda taşıma gücü momenti sabit kalmaktadır. Bu durumda TS500 ve Eurocode varsayımları ile özdeş taşıma gücü momentleri elde edilmiş olacaktır.
Sargısız betonarme kolon kesitlerinde normal dayanımlı betonlar için 0,003 varsayımı ile elde edilen taşıma gücü momentinin maksimum momentten farkın %2,6 olduğu görülmüştür. Yüksek dayanımlı betonlarda bu fark %5’i geçmemektedir.
Eurocode’daki varsayımlarla hesaplanan taşıma gücü momentin maksimum momentten farkı normal dayanımlı betonlarda %8,6’ya kadar çıkmakta, yüksek dayanımlı betonlarda ise %3’ü geçmemektedir.
Özetle, bu irdeleme de beton birim ezilme kısalması için TS 500’de yapılan 0,003 varsayımın, tüm beton dayanımları için kullanılabileceği ve bu yapıldığında moment kapasitesindeki hatanın kabul edilebilir sınırlar içinde kalacağı öngörülmüştür. Yazar, TS500’de bu konuda bir değişiklik yapılmasına gerek olmadığı kanısındadır.
Kaynaklar
[1] “Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları, TS 500”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2000
[2] “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M)”, American Concrete Institute, Detroit, Michigan, 2007
[3] “Eurocode 2: Design of Concrete Structures - Part 1 - 1, General Rules and Rules for Buildings”, European Standard EN 1992-1-1, 2004.
Yazan: Yasemin ERDOĞAN / Makine & İnşaat Mühendisi
Makaleyi E-Dergiden okumak için lütfen tıklayın
12 Aralık 2020
Şantiye
İnşaat sektörünün buluşma noktası Şantiye, “Güven”i temsil eden “Basılı bir Yayın” olma özelliğinin yanı sıra yenilenen web sitesi, Turkcell Dergilik ve Türk Telekom E-Dergi gibi mobil uygulamalardaki varlığı, 37 bin e-bülten abonesi, 15 bini aşkın takipçiye sahip facebook ile 7 bin takipçiye sahip instagram sayfaları ve 20 bin 200 linkedin bağlantısıyla inşaat sektöründe hedef kitleye erişimin en verimli ve hızlı çözümü olmaya dijital ortamlarda da devam ediyor... 1988'den bu yana basılı yayıncılıkta olduğu gibi...
Abone Olmak için
Bir yıllık abonelik bedelimiz olan 120 TL (6 Sayı, KDV Dahil)'yi TR70 0001 0008 5291 9602 1550 01 IBAN no’lu hesabımıza (Ekosistem Medya) yatırıp, dekontu ve açık adresinizi santiye@santiye.com.tr adresine e-posta veya 0532 516 03 29 no’lu telefona WhatsApp / SMS aracılığıyla ulaştırabilirsiniz.
