Kolon boyuna donatı oranı: yüzde 1 ve yüzde 4 sınırları

Boyuna donatı oranı nedir, sınırları nelerdir?

Oran basit bir bölmedir: ρ = As / Ac. As kesitteki bütün boyuna çubukların toplam alanı, Ac ise kolonun brüt (paspayı dahil) kesit alanıdır. TBDY 2018 kolonlar için şu sınırları koyar:

Dikdörtgen kolonda her köşede bir çubuk bulunması gerektiğinden en az 4 çubuk olur; ancak %1 koşulu, pratikte yaygın kesitlerde bundan çok daha fazla çubuk ister. TS 500 de kolonlar için alt ve üst donatı sınırları tanımlar; deprem bölgesindeki binalarda TBDY 2018'in koşulları birlikte uygulanır ve hangisi daha elverişsizse o esas alınır. İki yönetmeliğin ilişkisi için TS 500 ve TBDY ilişkisi yazısına bakabilirsiniz.

Neden en az yüzde 1?

Alt sınırın iki temel nedeni vardır:

• Sünme ve rötre: Sürekli yük altında beton zamanla kısalır ve yükün bir kısmını donatıya aktarır. Donatı çok azsa bu aktarılan yük donatıyı akma sınırına yaklaştırabilir.
• Öngörülemeyen eğilme: Hesapta merkezi basınç altında görünen bir kolon bile yük dışmerkezliği, kalıp kusuru ve deprem etkisiyle eğilmeye zorlanır. Az donatılı kesitin eğilme kapasitesi ve sünekliği düşüktür.

Bu nedenle statik hesap daha az donatı verse bile kolonda en az %1 donatı bulunur. Kolon kesitini gereğinden büyük seçmek, %1 koşulu yüzünden donatı miktarını da büyütür; büyük kesitli kolonlarda çoğu zaman belirleyici olan hesap değil, bu alt sınırdır.

Neden en çok yüzde 4 ve bindirmede yüzde 6?

Donatı oranı arttıkça çubuklar arasındaki boşluk daralır. Betonun çubuklar arasına yerleşmesi zorlaşır, vibratör giremez ve özellikle kolon dibinde boşluklu beton oluşur. Çok donatılı kesit ayrıca daha gevrek davranabilir; basınç bölgesi büyür ve kesitin dönme kapasitesi azalır.

Bindirme bölgesinde iki kolonun çubukları yan yana durduğu için çubuk sayısı ve oran iki katına çıkar. Yönetmelik bu yüzden bindirmeli ek yapılan kesitte toplam oranı %6 ile sınırlar. Kolon çubuklarının tamamı genellikle aynı seviyede bindirildiğinden pratik sonuç şudur:

Bütün çubuklar aynı kesitte bindiriliyorsa kolonun kendi oranı en çok %3 olabilir. %3'ü aşan kolonlarda ya bindirmeler kademelendirilir ya da manşonlu ek gibi bindirmesiz çözümler düşünülür. Manşonlu veya kaynaklı eklerde komşu çubukların ekleri arasında en az 600 mm mesafe bırakılır. Bindirme yerinin seçimi için kolon bindirme yeri yazısına bakabilirsiniz.

Oran nasıl hesaplanır? Adım adım

1. Brüt alanı bulun: b × h. 40/60 kolon için 400 × 600 = 240.000 mm².
2. Alt ve üst sınırı alana çevirin: %1 → 2.400 mm², %4 → 9.600 mm², bindirmede %6 → 14.400 mm².
3. Statik hesaptan gelen alanı yazın ve alt sınırla karşılaştırın; büyük olanı esas alın.
4. Çap ve adet seçin: Köşelere birer çubuk, kalanları yüzlere simetrik dağıtın. Φ14'ten ince çubuk kullanmayın.
5. Gerçek oranı yeniden hesaplayın: Seçilen çubukların toplam alanı / brüt alan.
6. Bindirme kesitini kontrol edin: Oranın iki katı %6'yı aşmıyor mu?
7. Net aralığı kontrol edin: Özellikle bindirme bölgesinde, yan yana duran çubuklar arasında betonun geçebileceği boşluk kalıyor mu?

Çubuk alanları: Φ14 = 154 mm², Φ16 = 201 mm², Φ18 = 254 mm², Φ20 = 314 mm², Φ22 = 380 mm², Φ25 = 491 mm². Çapların kullanım yerleri için inşaat demiri çapları yazısına bakabilirsiniz.

Sayısal örnekler: 40/60 ve 50/60 kolon

İlk satır sık yapılan bir hatayı gösterir: 40/60 kolonda 10Φ16 "yeterince donatı" gibi görünse de %1'in altında kalır. 12Φ16 ile oran sınırın hemen üzerine çıkar.

8Φ20 ile 12Φ16 alan olarak birbirine yakındır, ama davranış farklıdır. 8Φ20'de 60 cm'lik yüzde yalnızca 3 çubuk vardır ve çubuklar arası mesafe büyür; daha az sayıda çiroz gerekir ama sargı daha az düzenli olur. 12Φ16'da çubuk sayısı artar, çiroz sayısı da artar; ancak sarılma bölgesinde 6Φ kuralı nedeniyle etriye aralığı 96 mm ile sınırlanır. Φ20 seçildiğinde bu sınır 120 mm'ye çıkar. Yani çap seçimi yalnızca oranı değil, etriye aralığını ve çiroz düzenini de belirler; bu ilişki için kolon sarılma bölgesi yazısına bakabilirsiniz.

Bindirme bölgesinde net aralık: betonun geçeceği yer

Oran sınırları sağlansa bile bindirme bölgesinde çubukların arasında betonun geçeceği boşluk kalmalıdır. Bindirmede alt kolonun çubuğu ile üst kolonun çubuğu yan yana durur; yüzdeki net aralık bu çiftler arasında ölçülür.

• 40/60, 12Φ16: Uzun yüzde 5 çubuk, eksenler arası yaklaşık 127 mm. Bindirmede her noktada iki Φ16 yan yana durur (32 mm genişlik); çiftler arası net boşluk yaklaşık 127 − 32 = 95 mm. Beton rahat yerleşir.
• 40/60, 12Φ25: Eksenler arası yaklaşık 125 mm, çift genişliği 50 mm; net boşluk yaklaşık 75 mm. Hâlâ uygulanabilir, ama etriye ve çirozlar da eklendiğinde vibratör iğnesinin girebileceği yer azalır.
• Aynı kesitte 16Φ25: Oran %3,27 olur; bindirmede %6,5 ile %6 sınırını aşar ve uzun yüzde çiftler arası net boşluk yaklaşık 50 mm'ye iner. Bu kolon ya büyütülmeli ya da bindirme kademelendirilmelidir.

Net aralığın yönetmelikteki alt sınırı çubuk çapına ve en büyük agrega boyutuna bağlıdır; projede TS 500'deki değeri kontrol edin. Pratikte kolon bindirmesinde iki çubuğu yüz doğrultusunda değil, kesitin içine doğru yan yana koymak paspayını korur.

Kesit değişimi, dairesel kolon ve diğer özel durumlar

• Kesit değişen kolon: Üst katta kesit küçüldüğünde oran yeniden hesaplanır. Alt kattan devam eden çubuklar küçük kesitte %4'ü aşabilir; ya çubuk sayısı azaltılır ya da üst kat için ayrı filiz konur.
• Dairesel kolon: Oran aynı şekilde brüt daire alanına göre hesaplanır; en az 6 çubuk çevreye eşit aralıkla dağıtılır ve çap en az 350 mm'dir. Ayrıntı için dairesel kolon donatısı yazısına bakabilirsiniz.
• Uzun kenarı kısa kenarının 6 katı veya daha fazla olan kesit: Kolon değil perde olarak ele alınır; boyuna donatı kuralları da perde kurallarına döner.
• Eksenel yük sınırı: Oran uygun olsa bile kesit, Ac ≥ Ndm / (0,40 fck) koşulunu sağlamalıdır. Bu koşul donatıyla değil, kesit büyütülerek veya beton sınıfı artırılarak sağlanır. 40/60, C30/37 için sınır yaklaşık 2.880 kN'dir.

Detayda dikkat edilecekler ve sık yapılan hatalar

• Brüt yerine net kesit kullanmak: Oran paspayı dahil brüt alana göre hesaplanır.
• Bindirme bölgesini unutmak: %3'ün üzerindeki kolonlarda bütün çubuklar aynı seviyede bindiriliyorsa %6 sınırı aşılır.
• Kesit küçüldüğünde oranı yeniden hesaplamamak.
• Simetrik olmayan dağılım: Hesap simetrik donatı varsaydıysa yüzlere farklı sayıda çubuk koymak kapasiteyi değiştirir.
• Şantiyede çap değiştirmek: Φ16 yerine "elde olan" Φ14 kullanmak hem oranı hem de 6Φ'ye bağlı etriye aralığını değiştirir.
• Kirişe fazla donatı koymanın kolona etkisini unutmak: Kolon donatısı güçlü kolon–zayıf kiriş koşuluyla da belirlenir; kiriş donatısı artarsa kolon yetersiz kalabilir.

Oran, çubuk sayısı ve çap poz etiketinden doğrudan okunabildiği için kontrol en kolay paftada yapılır. KNCad gibi bir statik detay programında poz etiketi ve metraj tablosu kolon geometrisine bağlı üretildiğinden, kesit değiştiğinde çubuk boyları ve toplam ağırlık da birlikte güncellenir; oranın yönetmelik sınırları içinde olduğunu ise mühendis kontrol eder.

Boyuna donatı oranı kontrol listesi

• Oran brüt kesite göre %1 ile %4 arasında mı?
• Bindirmeli ek kesitinde toplam oran %6'nın altında mı? (Tüm çubuklar aynı seviyede ekleniyorsa kendi oran %3'ün altında mı?)
• Bütün çubuklar Φ14 veya daha kalın mı? Dairesel kolonda en az 6 çubuk var mı?
• Her köşede bir çubuk var mı, ara çubuklar simetrik mi?
• Seçilen çap, sarılma bölgesindeki 6Φ etriye aralığı sınırıyla uyumlu mu?
• Kesit değişen katlarda oran yeniden hesaplandı mı?
• Kesit, Ac ≥ Ndm / (0,40 fck) koşulunu sağlıyor mu?
• Kesit, görünüş ve metraj tablosunda çubuk sayısı ve çapı aynı mı?