Kolon sarılma bölgesi nedir? Boyu ve etriye aralığı (TBDY)

Sarılma bölgesi nedir, ne işe yarar?

Deprem sırasında bir kolonun en çok zorlandığı yerler alt ve üst uçlarıdır. Eğilme momenti burada en büyük değerine ulaşır ve kesit plastik şekil değiştirme yapabilecek kadar zorlanabilir. Sarılma bölgesi, bu uçlarda betonu ve boyuna donatıyı sık ve kapalı etriyelerle sararak kesitin dağılmadan şekil değiştirebilmesini sağlayan bölgedir.

Sık etriyeler üç iş görür:

• Betonu sarar: Yanal yönde tutulan beton, sarılmamış betona göre çok daha büyük birim kısalmalara dayanır. Kabuk betonu dökülse bile çekirdek yük taşımaya devam eder.
• Boyuna donatının burkulmasını önler: Basınç altındaki çubuk iki etriye arasında yana doğru burkulmak ister; aralık küçüldükçe burkulma boyu kısalır.
• Kesmeye karşı direnç sağlar: Kolon uçlarındaki kesme kuvveti en büyük değerine bu bölgede ulaşır.

Sarılma bölgesi doğru detaylanmamış bir kolonda depremde beton kabuk dökülür, etriyeler açılır, boyuna donatı burkulur ve kolon taşıma gücünü hızla kaybeder. Deprem sonrası hasar fotoğraflarında sıkça görülen "fıçı gibi şişmiş" kolon uçları bu mekanizmanın sonucudur. Konunun genel çerçevesi için sünek detaylandırma yazısına bakabilirsiniz.

Sarılma bölgesinin boyu nasıl belirlenir?

TBDY 2018'e göre kolonun her iki ucundaki sarılma bölgesinin boyu aşağıdaki üç değerin en büyüğünden az olamaz:

• Kolon serbest yüksekliğinin 1/6'sı
• Kolon kesitinin büyük boyutunun 1,5 katı (dairesel kolonda çapın 1,5 katı)
• 500 mm

Serbest yükseklik, döşeme veya temel üstünden üstteki kirişin altına kadar ölçülür. Konsol kolonlarda sarılma bölgesi yalnızca alt uçta bulunur ve boyu kolon boyutunun 2 katından az olamaz. Temelden çıkan kolonlarda sarılma bölgesi enine donatısı, temel içinde de kolonun en küçük boyutundan az olmayan bir yükseklik boyunca devam ettirilir.

Not: Eski deprem yönetmeliğinde (2007) bu sınır kesitin büyük boyutu kadardı. TBDY 2018 bunu 1,5 katına çıkarmıştır. Eski paftalardan kopyalanan detaylarda sarılma boyu bu yüzden çoğu zaman kısa kalır.

Görüldüğü gibi yaygın konut kolonlarında 1,5b koşulu belirleyicidir. Kesit büyüdükçe iki sarılma bölgesi kolonun büyük kısmını kaplar; bu durumda bazı ofisler kolon boyunca tek aralık kullanmayı tercih eder.

Sarılma bölgesinde etriye aralığı ve çapı

TBDY 2018'e göre sarılma bölgesinde enine donatı çapı en az Φ8 olmalıdır. Etriye ve çirozların düşey aralığı:

• Kesitin en küçük boyutunun 1/3'ünü,
• 150 mm'yi,
• Boyuna donatı çapının 6 katını

aşamaz ve 50 mm'den az olamaz. Etriye kolları ve/veya çirozlar arasındaki yatay uzaklık da etriye çapının 25 katını geçemez.

6Φ koşulu pratikte en çok atlanan sınırdır:

Kolonda farklı çaplar karışık kullanılmışsa, en ince boyuna çubuğu esas almak güvenli tarafta kalır. Bu aralık sınırlarının yanında enine donatının alanı da yeterli olmalıdır; bu ikinci koşul eksenel yüke bağlıdır.

Enine donatı alanı: Ash koşulu

Kolondaki tasarım eksenel kuvveti Nd > 0,20 Ac fck ise sarılma bölgesindeki enine donatının toplam alanı her iki doğrultu için ayrı ayrı şu iki bağıntının elverişsiz olanını sağlamalıdır:

• Ash ≥ 0,30 · s · bk · [(Ac / Ack) − 1] · (fck / fywk)
• Ash ≥ 0,075 · s · bk · (fck / fywk)

Burada s etriye aralığı, bk göz önüne alınan doğrultudaki çekirdek boyutu (en dış etriye eksenleri arası), Ack etriyenin dışından dışına ölçülen çekirdek alanıdır. Nd ≤ 0,20 Ac fck ise bu bağıntılarla bulunan değerin en az 2/3'ü kullanılır. Dairesel kolonlarda aynı mantık hacimsel oran üzerinden kurulur.

Bu koşul, yalnızca aralık kuralına bakılarak hazırlanmış detayların en sık takıldığı noktadır: aralık uygun olsa bile kol sayısı veya etriye çapı yetersiz kalabilir. Kol sayısını artırmak için çiroz eklenir; yerleşim için kolon etriye ve çiroz yerleşimi yazısına bakabilirsiniz.

Sayısal örnek: 40/60 kolon, 12Φ16 boyuna donatı

Varsayımlar: 40/60 kolon, C30/37 (fck = 30 MPa), B420C (fywk = 420 MPa), serbest yükseklik 2,50 m, paspayı 30 mm (örnek kabul), boyuna 12Φ16 (uzun yüzlerde 5'er, kısa yüzlerde 3'er çubuk).

1. Sarılma boyu: 2500/6 = 417; 1,5 × 600 = 900; 500 → 900 mm.
2. Aralık sınırı: 400/3 = 133; 150; 6 × 16 = 96 → en çok 96 mm, s = 90 mm.
3. Çekirdek: Ack = 340 × 540 = 183.600 mm²; Ac/Ack − 1 = 240.000/183.600 − 1 ≈ 0,307; fck/fywk = 0,0714. Etriye eksenlerine göre bk ≈ 330 mm (kısa doğrultu) ve 530 mm (uzun doğrultu).
4. Kısa doğrultu (bk = 330): 0,30 × 90 × 330 × 0,307 × 0,0714 ≈ 195 mm² (ikinci bağıntı 159 mm²) → 195 mm².
5. Uzun doğrultu (bk = 530): 0,30 × 90 × 530 × 0,307 × 0,0714 ≈ 314 mm² (ikinci bağıntı 255 mm²) → 314 mm².

Uzun doğrultudaki gereksinim, uzun yüzleri birbirine bağlayan kolların (etriyenin iki kısa kenarı ve üç çiroz) toplamıyla karşılanır. Sonuç: eksenel yük düşükse Φ8/9, yüksekse Φ10/9 ile aynı çiroz düzeni yeterlidir. Hesap kaba bir örnektir; bk ve Ack tanımlarını projede yönetmelik metnine göre uygulayın.

Orta bölge ve kolon–kiriş birleşim bölgesi

İki sarılma bölgesi arasında kalan orta bölgede de enine donatı çapı en az Φ8'dir; aralık kesitin en küçük boyutunun yarısını ve 200 mm'yi aşamaz. Yatay kol aralığı için 25Φw sınırı burada da geçerlidir. Bindirme orta bölgeye düştüğünde, bindirme boyunca aralık en küçük boyutun 1/3'ünü ve 150 mm'yi aşmamalıdır.

Sarılma etriyeleri kolonun kiriş yüksekliği içinde kalan kısmında, yani birleşim bölgesinde de devam eder. Birleşimin dört yanından kiriş bağlanıp bağlanmamasına göre (kuşatılmış ya da kuşatılmamış birleşim) gereken enine donatı değişir; birleşimdeki etriyelerin unutulması uygulamada en sık rastlanan hatalardan biridir. Ayrıntı için kolon–kiriş birleşim bölgesi yazısına bakabilirsiniz.

Kolonun önünde parapet, bant pencere veya yarım yükseklikte duvar varsa serbest yükseklik fiilen kısalır ve kısa kolon oluşur. Bu durumda sarılma koşulları kolonun tüm yüksekliğine yayılabilir; bkz. kısa kolon etkisi.

Çizimde gösterim ve sık yapılan hatalar

Görünüşte sarılma bölgeleri ölçüleriyle işaretlenir; her bölgenin aralığı ayrıca yazılır. Poz etiketinde iki aralık birlikte verilir: Φ8/9-12, sarılma bölgelerinde 9 cm, orta bölgede 12 cm aralık demektir. Sarılma boyu etikette değil, görünüşte ölçüyle verilmelidir; demirci etriyeleri bu ölçüye göre dizer.

Şantiyede kontrol için en pratik yöntem, sarılma bölgesinde döşeme üstünden itibaren ilk metredeki etriye sayısını saymaktır: 9 cm aralıkta ilk etriye 5 cm'de başlıyorsa 90 cm'lik bölgede 10 etriye bulunmalıdır. Etriyelerin kalıba girmeden bağlanması, betonlama sırasında kaymalarını önler; sahadaki kontrol adımları için beton dökümü öncesi demir kontrolü yazısına bakabilirsiniz.

Sık yapılan hatalar

• Sarılma boyunu 2007 yönetmeliğindeki gibi kesitin büyük boyutu kadar almak.
• 6Φ sınırını unutarak Φ14 veya Φ16 boyuna donatıda 10 cm aralık yazmak.
• Yalnızca aralık kuralına bakıp Ash alan koşulunu kontrol etmemek.
• Sarılma bölgesini döşeme üstünden değil, kat tabanından veya kiriş üstünden ölçmek.
• Birleşim bölgesinde ve temel içinde etriyeyi kesmek.
• Uzun kenarda çiroz koymayıp yatay kol aralığını 25Φw'nin üzerine çıkarmak.

Bu kuralların hepsi her kolon için ayrı uygulanır. KNCad gibi bir statik detay programı sarılma bölgesini, etriye aralıklarını ve poz etiketini kolon geometrisinden üretir; ancak eksenel yüke bağlı Ash kontrolü statik hesabın sonucuna dayanır ve mühendisin onayı gerekir.

Kolon sarılma bölgesi kontrol listesi

• Sarılma boyu: H/6, 1,5 × büyük boyut ve 500 mm'nin en büyüğü mü? Konsol kolonda alt uçta en az 2 × boyut mu?
• Aralık: küçük boyutun 1/3'ü, 150 mm ve 6Φ'nin en küçüğünü aşmıyor, 50 mm'nin altına inmiyor mu?
• Etriye çapı en az Φ8 mi, kancalar 135° mi?
• Yatay kol aralığı 25Φw'nin altında mı?
• Nd'ye göre Ash koşulu her iki doğrultuda sağlanıyor mu?
• Orta bölgede aralık küçük boyutun yarısını ve 200 mm'yi aşmıyor mu?
• Birleşim bölgesinde ve temel içinde etriyeler gösterilmiş mi?
• Görünüşte sarılma boyu ölçülü, etikette iki aralık yazılı mı?