Kolon–kiriş birleşim bölgesi detayı: etriye ve ankraj (TBDY)

Birleşim bölgesi nedir, neden kritik?

Kolon ile kirişin kesiştiği, yüksekliği kirişin yüksekliği, genişliği kolonun kesiti kadar olan hacme birleşim bölgesi (düğüm noktası) denir. Deprem sırasında bir yanda kirişin üst donatısı çekmeye, öbür yanda alt donatısı çekmeye çalışır; bu kuvvetler birleşimin içinde ters yönde, çok kısa bir mesafede birbirine aktarılır. Sonuç, birleşim bölgesinde kolonun ve kirişin kendisindekinden çok daha büyük bir kesme kuvvetidir.

Birleşim hasar gördüğünde çerçeve, kolon ve kiriş sağlam kalsa bile çalışmaz: kiriş momentini kolona aktaramaz, kolon da kirişlerle birlikte yatay yükü taşıyamaz. Deprem sonrası incelemelerde sık görülen çapraz çatlaklı, betonu dökülmüş düğüm noktaları çoğunlukla iki eksiğin sonucudur: birleşime hiç etriye konmamış olması ve kiriş donatısının kolon içinde yetersiz ankraj edilmesi.

Birleşim bölgesi aynı zamanda ek yapılmayacak bir bölgedir: kolon boyuna donatısının bindirmesi kolon serbest yüksekliğinin orta üçte birine, kiriş donatısının ekleri de sarılma bölgelerinin dışına konur. Birleşimden geçen çubuk orada kesintisiz olmalıdır. Kolon kesiti katta değişiyorsa boyuna donatının birleşim içinde eğimle (krank) kaydırılması da yönetmeliğin eğim sınırı içinde kalmalıdır.

Birleşim tasarımı, kolonların kirişlerden güçlü olması ilkesiyle birlikte düşünülür; bu ilke için güçlü kolon–zayıf kiriş yazısına bakabilirsiniz.

Kuşatılmış ve kuşatılmamış birleşim

TBDY 2018 birleşimleri iki sınıfa ayırır:

• Kuşatılmış birleşim: Kolona dört yanından kiriş bağlanıyor ve her kirişin genişliği, bağlandığı kolon yüzü genişliğinin 3/4'ünden az değilse birleşim kuşatılmış sayılır. Dört kiriş birleşimi her yönden sardığı için beton daha iyi tutulur.
• Kuşatılmamış birleşim: Bu koşulu sağlamayan bütün birleşimler. Kenar ve köşe kolonlar (bir veya iki yanı boş) her zaman bu sınıftadır.

Uygulamada gözden kaçan nokta şudur: dört yanından kiriş bağlanan her iç kolon kuşatılmış değildir. Örnek: 50/50 bir iç kolona dört yönden 30/60 kirişler bağlanıyor. 3/4 × 500 = 375 mm, kiriş genişliği 300 mm'dir. Koşul sağlanmaz; birleşim kuşatılmamıştır. Aynı kolona 40 cm genişliğinde kirişler bağlansaydı (400 ≥ 375) birleşim kuşatılmış olurdu.

Sınıf iki şeyi değiştirir: birleşime konacak enine donatı miktarını ve birleşimin taşıyabileceği en büyük kesme kuvvetini.

Birleşim bölgesinde etriye: miktar, çap ve aralık

TBDY 2018'e göre birleşim bölgesi boyunca, birleşimin altındaki kolonun sarılma bölgesi için hesaplanan enine donatının:

konulmalıdır. Etriyeler sarılma bölgesindeki gibi 135° kancalı kapalı etriye ve çirozlardan oluşur; kanca düz ucu 6Φ ve 80 mm'den az olmaz. Kolon sarılma donatısının kendisi için kolon sarılma bölgesi, etriye ve çiroz düzeni için kolon etriye ve çiroz yerleşimi yazılarına bakabilirsiniz.

Sayısal örnek: Alttaki kolonda sarılma bölgesi donatısı her doğrultuda 4 kollu Φ10/80 olsun. Bir doğrultuda birim boydaki enine donatı: 4 × 78,5 / 80 ≈ 3,93 mm²/mm.

• Kuşatılmamış birleşim (%60): 0,60 × 3,93 = 2,36 mm²/mm → aynı 4 kollu Φ10 ile s = 314 / 2,36 ≈ 133 mm. Ancak en büyük aralık 100 mm olduğu için Φ10/100 kullanılır.
• Kuşatılmış birleşim (%40): 0,40 × 3,93 = 1,57 mm²/mm → s ≈ 200 mm. En büyük aralık 150 mm olduğu için Φ10/150 kullanılır.

Görüldüğü gibi çoğu konut kolonunda aralık sınırı belirleyicidir. 60 cm yüksekliğinde bir kirişin birleşim bölgesinde kuşatılmamış durumda en az 6–7, kuşatılmış durumda en az 4–5 etriye sırası bulunur. Detayda bu sayı ayrıca yazılmalıdır; "kolon etriyeleri birleşimde de devam eder" notu sahada yeterli olmaz.

Birleşimde kesme güvenliği

Birleşime etkiyen kesme kuvveti, birleşime bağlanan kirişlerin donatılarının akma kuvvetlerinden bulunur. Kabaca: kirişin bir yanındaki üst donatı ile öbür yanındaki alt donatının pekleşmeli akma kuvvetleri toplanır (TBDY bu kuvveti 1,25 fyk ile hesaplatır) ve kolondan gelen kesme kuvveti çıkarılır:

Ve = 1,25 · fyk · (As1 + As2) − Vkol

Bu kuvvet, birleşimin etkin genişliği, kolon derinliği ve beton dayanımının karekökü (√fck) ile orantılı bir sınırı aşamaz. Kuşatılmış birleşimlerin sınır katsayısı kuşatılmamışlara göre belirgin şekilde yüksektir. Sınır aşılırsa kolon veya kiriş boyutları büyütülüp hesap tekrarlanır; birleşime fazladan etriye koymak bu koşulu sağlamaz.

Bu kontrolü statik program yapar, ancak detaycının sonucunu bilmesi gerekir: kiriş üst donatısı hesaptan fazla konursa (ör. "yuvarlayarak" 4Φ16 yerine 4Φ20) As1 büyür, birleşim kesmesi artar ve yapılmış bir kontrol geçersiz hale gelebilir. Detayda donatıyı değiştirmek statikçinin onayıyla yapılmalıdır.

Kiriş donatısının kolon içinde ankrajı

İç kolonlarda kiriş üst ve alt donatısı birleşimden geçerek komşu açıklığa devam eder. Ek gerekiyorsa birleşimin ve kiriş sarılma bölgesinin dışında yapılır.

Kenar ve köşe kolonlarda kiriş donatısı birleşimde biter. Deprem yönetmeliğinin bu durum için kuralı:

• Donatı kolonun karşı yüzüne, sargılı çekirdeğin öbür tarafına kadar uzatılır ve 90° bükülerek birleşimin içine doğru (üst donatı aşağı, alt donatı yukarı) döndürülür.
• Kolon içinde kalan yatay ve düşey kısımların toplamı kenetlenme boyu ℓb'den az olamaz.
• Yatay kısım 0,4ℓb'den, bükülen düşey kısım 12Φ'den kısa olamaz.

Sayısal örnek: C30/37 beton, B420C çelik, Φ16 kiriş alt donatısı. fyd = 420/1,15 ≈ 365 MPa; fctd = 0,35·√30/1,5 ≈ 1,28 MPa. ℓb = 0,12 · (365/1,28) · 16 ≈ 549 mm (20Φ = 320 mm'den büyük, geçerli).

• 0,4ℓb ≈ 220 mm; 12Φ = 192 mm.
• 50 cm'lik kolonda paspayı, etriye ve kolon boyuna donatısı düşüldükten sonra yatay kısım yaklaşık 430 mm olur (≥ 220 mm, uygun).
• Gereken düşey kısım: 549 − 430 = 119 mm, ancak alt sınır 192 mm → düşey kısım 200 mm alınır.
• Üst donatı betonlamada kirişin üst bölgesinde kalan yatay çubuk olduğu için TS 500'e göre ℓb 1,4 ile büyütülür (≈ 770 mm); aynı kolonda üst donatının düşey kısmı yaklaşık 770 − 430 = 340 mm olur.

Kolon 30 cm olsaydı yatay kısım 230 mm civarında kalır; 0,4ℓb koşulu sınırda sağlanır ama düşey kısım 549 − 230 ≈ 320 mm'ye çıkar. Kalın çaplı kiriş donatısının dar kolona ankrajı bu yüzden zorlaşır; ya çap küçültülür ya da kolon büyütülür. Kenetlenme boyunun ayrıntısı için bindirme boyu nedir yazısına bakın.

Donatı yoğunluğu ve sahada uygulama

Birleşimde kolon boyuna donatıları, iki doğrultudan gelen kirişlerin üst ve alt donatıları ve birleşim etriyeleri aynı hacimde buluşur. Detay çizilirken:

• İki doğrultudaki kiriş donatıları farklı seviyelerde geçirilir; birinin üst donatısı diğerinin üzerinden geçer. Bu, ikinci kirişin faydalı yüksekliğini bir çubuk çapı kadar azaltır ve hesapta dikkate alınmalıdır.
• Kiriş donatılarının kolon boyuna donatılarının arasından geçebileceği kontrol edilir; kiriş çubuğu kolon çubuğuyla aynı hizaya düşüyorsa yerleşim değiştirilir.
• Kirişteki ilk etriye kolon yüzünden en fazla 50 mm uzakta başlar; kiriş sarılma bölgesi için kiriş sarılma bölgesi yazısına bakın.

Sahada birleşim etriyelerinin unutulmasının nedeni çoğunlukla sıralamadır: kiriş donatısı yerleştikten sonra kapalı etriyeyi kolona geçirmek mümkün değildir. Doğru yöntem, birleşim etriyelerini kiriş donatısından önce kolon boyuna donatılarına geçirip yukarıda toplamak, kiriş donatısı yerleşince aşağı indirip bağlamaktır. Detayda birleşim etriyelerinin sayısı ve aralığı ayrı bir notla gösterilirse kontrol elemanı da betonlama öncesinde bunları sayabilir. KNCad gibi bir statik detay programı kolon detayını sarılma bölgesi, etriye ve çiroz düzeniyle, poz ve metrajıyla birlikte üretir; birleşim etriyelerinin sayısının detayda okunabildiğini yine de kontrol edin. Bkz. kolon detayı.

Sık yapılan hatalar ve kontrol listesi

Sık yapılan hatalar:

• Birleşim bölgesinde hiç etriye göstermemek veya yalnızca "devam eder" notu yazmak.
• Dört yanında kiriş olan her iç kolonu kuşatılmış saymak; kiriş genişliğinin 3/4 koşulunu kontrol etmemek.
• Kuşatılmamış birleşimde 150 mm aralık kullanmak.
• Kenar kolonda kiriş donatısını kolon ortasında bitirmek veya gönyeyi birleşimin dışına döndürmek.
• Gönyenin düşey kısmını 12Φ'den kısa çizmek.
• İki doğrultudaki kiriş donatılarını aynı seviyede çizmek.
• Kiriş donatısını hesabın üzerinde artırıp birleşim kesmesini yeniden kontrol ettirmemek.

Kontrol listesi:

1. Her birleşimin sınıfı (kuşatılmış/kuşatılmamış) belirlendi mi?
2. Birleşim etriyesi %40 / %60 koşulunu ve 150 / 100 mm aralığı sağlıyor mu?
3. Birleşimdeki etriye sayısı detayda yazılı mı?
4. Kenar ve köşe kolonlarda kiriş donatısı karşı yüze uzanıp 90° içe dönüyor mu, yatay ≥ 0,4ℓb, düşey ≥ 12Φ, toplam ≥ ℓb mi?
5. İki doğrultudaki kiriş donatıları farklı seviyede ve kolon donatıları arasından geçebiliyor mu?
6. İlk kiriş etriyesi kolon yüzünden en fazla 50 mm uzakta mı?