Mimarlar için taşıyıcı sistem rehberi: kolon, kiriş ve perde

Taşıyıcı sistemi neden erken düşünmek gerekir?

Betonarme bir binada kolonlar, perdeler ve kirişler mimari mekânın içinden geçer. Plan tamamlandıktan sonra taşıyıcı sistem "sığdırılmaya" çalışıldığında üç şeyden biri olur: kolonlar büyüyüp mekânı daraltır, perde gereken yere konamadığı için kolon sayısı artar ya da kirişler kat yüksekliğini ve cepheyi bozar. Deprem bölgesindeki bir ülkede taşıyıcı sistem ikincil bir konu değil, tasarımın bir parçasıdır.

Pratikte en verimli yol, ön proje aşamasında statik proje müellifiyle bir veya iki kısa toplantı yapmaktır. Bu toplantıda kesin hesap değil, sistem kararı konuşulur: çerçeve mi, perde-çerçeve mi; perdeler nerede; bodrum ve zemin katta kolon düzeni nasıl. Toplantıya kat planlarının taslağı, kesit, cephe fikri ve parselin imar durumu ile gitmek yeterlidir. Statikçinin ilk sorusu genellikle şunlar olur: kaç kat, bodrum var mı, zemin kat ne olacak, en büyük açıklık nerede, perde konabilecek kör duvarlar hangileri. Sistem türlerinin genel tarifini taşıyıcı sistem türleri yazısında bulabilirsiniz.

Kural 1: Düşey taşıyıcılar kat boyunca sürekli olsun

Kolon ve perdeler temelden çatıya aynı yerde devam etmelidir. Üst katlarda konut, zemin katta dükkân, bodrumda otopark olan binalarda bu kural en çok zorlanan kuraldır: üst kattaki kolon düzeni otopark şeridine ya da vitrin açıklığına denk gelir.

• Kolon kaydırma ve transfer: Bir kolonun alt katta olmaması, yükünün bir kirişe aktarılması demektir. Bu kirişler çok büyür ve deprem davranışı açısından istenmeyen bir düzensizlik oluşturur.
• Çözüm: Aks sistemini en kısıtlı kata (çoğu zaman otopark ya da zemin kat ticaret) göre kurup üst katları bu ızgaraya uydurmak, tersinden çok daha ekonomiktir.
• Kolon yönü: Kolonları duvar içinde saklamak için uzun kenarını duvar doğrultusunda yönlendirmek yaygındır. Ancak bütün kolonlar aynı yöne bakarsa bina bir doğrultuda rijit, diğerinde esnek kalır; kolon yönlerini iki doğrultuya dengeli dağıtın.
• Perdeler: Perdeler de temelden itibaren sürekli olmalıdır. Zemin katta "vitrin açılsın" diye kesilen perde, binanın en kritik katında rijitliği ortadan kaldırır.

Aks ızgarasının nasıl kurulacağını aks sistemi yazısında anlattık.

Kural 2: Planı düzenli ve dengeli tutun

Depremde bina, kütlesinin merkezinden itilir ve rijitliğinin merkezi etrafında döner. Bu iki merkez birbirinden uzaklaştıkça bina burulur; köşe kolonları en çok zorlananlar olur. Mimar için anlamı basittir:

• Perdeleri dengeli dağıtın: Asansör ve merdiven çekirdeğini planın bir köşesine sıkıştırıp başka perde koymamak burulmayı artırır. Çekirdeğe ek olarak plan çevresine, iki yönde de perde yerleştirin.
• İki yönü de düşünün: Perdeler yalnızca bir doğrultuda olursa diğer doğrultu kolonlara kalır. Her iki doğrultuda yeterli perde boyu olmalıdır.
• Girinti ve çıkıntılar: L, T, U biçimli planlarda kanatların birleştiği köşeler zorlanır. Kanatlar uzunsa binayı derzle ayrı bloklara bölmek çoğu zaman daha iyi bir çözümdür.
• Döşeme boşlukları: Büyük galeri ve avlu boşlukları döşemenin yatay yükü perdelere dağıtma işini zayıflatır. Boşluk yerini ve boyutunu statikçiyle konuşun.

Derz kararı: Bir yapıyı derzle bloklara ayırmak, her bloğun kendi başına düzenli bir sistem olmasını sağlar; ancak derz boyunca iki kolon ya da iki perde, ikiye bölünmüş temel ve cephede görünür bir ayrım gerektirir. Derz genişliği deprem hesabındaki yer değiştirmelere göre belirlenir ve iki blok arasında depremde çarpışmayı önleyecek kadar olmalıdır. Derzin yeri, mimari açıdan en az zarar verecek ve taşıyıcı sistem açısından en çok yarar sağlayacak hat olarak statikçiyle birlikte seçilmelidir. Burulma, yumuşak kat ve süneklik kavramlarının açıklaması için deprem ve yapı davranışı yazımıza bakabilirsiniz.

Kural 3: Yumuşak kat ve kısa kolondan kaçının

Yumuşak (zayıf) kat

Üst katlarda dolgu duvar ve perdelerle rijit olan bir binanın zemin katı yüksek, açık ve yalnız kolonlu ise deprem hasarı o katta toplanır. Zemin katı ticaret olan konut binalarında sık görülen bu durumun önü, perdeleri zemin katta da sürdürmek ve zemin kat yüksekliğini üst katlardan çok farklı yapmamakla alınır.

Kısa kolon

Bant pencere, yarım yükseklikte dolgu duvar ya da bodrumda kademeli zemin, kolonun serbest boyunu kısaltır. Kısa kalan kolon çok daha büyük kesme kuvveti çeker ve gevrek kırılabilir. Cephe tasarımında kolonların önüne yarım duvar örülecekse duvarla kolon arasında derz bırakılması ya da sistemin buna göre çözülmesi gerekir. Konunun detaylandırma tarafını kısa kolon etkisi yazısında anlattık.

Kolon, kiriş ve perde için ön boyutlar

Kesin boyutlar statik hesapla belirlenir, ancak ön projede gerçekçi boyutlarla çizmek sonradan büyük revizyonu önler. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) bazı alt sınırlar koyar:

Alt sınır, tasarım boyutu değildir. Çok katlı bir binada alt katlardaki kolonlar eksenel yük nedeniyle alt sınırın çok üzerinde çıkabilir. Ön projede kolonları en küçük ölçüyle çizip mekânı buna göre sıkıştırmak yerine, statikçiden kaba bir ön boyut isteyin. Kiriş için açıklığın yaklaşık 1/10–1/12'si kadar yükseklik, ön tahminde sık kullanılan bir başlangıçtır. Ayrıntılı kurallar kiriş boyutları için en küçük koşullar yazısındadır.

Ön boyut isterken statikçiye kat adedini, kat yüksekliğini, en büyük açıklıkları ve kullanım türünü vermeniz yeterlidir. Bu bilgilerle verilen kaba kolon ve perde ölçüleri kesin olmasa da, plan çizilirken mekânların gerçekçi ölçülerle kurulmasını sağlar ve ruhsat aşamasındaki sürprizleri azaltır.

Kiriş yüksekliği ve kat yüksekliği

Kat yüksekliği planlanırken yalnızca net tavan yüksekliği değil, döşeme kalınlığı, kiriş sarkması, tesisat ve asma tavan payı da hesaba katılmalıdır. Kaba bir kontrol:

3,00 m kat yüksekliğinde 60 cm yüksekliğinde bir kirişin altında, kaplamayla birlikte yaklaşık 2,30–2,35 m net yükseklik kalır. Kiriş kapı ya da pencere üstüne denk geliyorsa doğrama yüksekliği buna göre belirlenmelidir.

Kirişin görünmesini istemiyorsanız seçenekler vardır: yassı kiriş (döşeme kalınlığında, geniş kiriş), ters kiriş (döşeme üstüne çıkan kiriş) ya da kirişsiz döşeme. Her birinin açıklık, sehim ve deprem davranışı açısından bedeli vardır; bu seçimi statikçiyle birlikte yapın. Detay farkları için ters kiriş ve yassı kiriş yazısına bakabilirsiniz.

Bodrum, otopark ve temel kararları

Bodrum katlar çoğu zaman taşıyıcı sistemin en kısıtlı yeridir: araç şeritleri, rampalar, park yerleri ve teknik hacimler kolon yerleşimini doğrudan belirler. Bu yüzden otoparklı binalarda aks sistemini önce bodrum planında denemek, sonra üst katlara taşımak iyi bir yöntemdir.

• Park yeri ve kolon: Kolonların park yerlerinin arasına, kapı açılmasını engellemeyecek şekilde gelmesi gerekir. Kolonun iki park yeri arasında kalacak biçimde aks aralığını seçmek, sonradan kolon kaydırmaktan çok daha kolaydır.
• Rampa: Rampa döşemesi eğimli bir döşemedir ve kat döşemesini keser. Rampa kenarındaki kirişler, perdeler ve rampa altındaki yükseklik ilk aşamada çözülmelidir.
• Bodrum perdeleri: Toprağa dayanan dış duvarlar genellikle betonarme perde olarak yapılır; hem toprak itkisini taşır hem de binanın alt katlarda çok rijit olmasını sağlar. Perdelerde açılacak havalandırma ve ışık boşlukları statikçiyle konuşulmalıdır.
• Temel ve yeraltı suyu: Zemin etüdünde yeraltı suyu çıkmışsa radye temel, su yalıtımı ve bodrum kotları birlikte düşünülür. Bodrum sayısındaki bir artış temel derinliğini ve kazı iksasını değiştirir.

Bitişik nizamda komşu sınırındaki bodrum perdesi ve temel, komşu yapının temeline zarar vermeyecek şekilde tasarlanmalıdır. Bu tür durumlarda kazı ve iksa kararı mimari programı da etkileyebilir; erken aşamada konuşulması gerekir.

Konsollar, çıkmalar ve boşluklar

• Konsol uzunluğu: Çıkmalar ve balkonlar arttıkça konsol kiriş ve döşeme yüksekliği büyür, sehim ve titreşim sorunu doğar. Uzun konsolları erken aşamada statikçiye gösterin.
• Konsola kolon oturtmayın: Üst kattaki bir kolonun ya da perdenin konsol üzerine oturması, düşey sürekliliği bozan ciddi bir düzensizliktir.
• Merdiven ve asansör: Merdiven ve asansör boşlukları perdelerle çevrilmeye uygundur; bu çekirdekler doğru yerleştirilirse binanın en güçlü elemanı olur.
• Perde boşlukları: Perdede kapı ve pencere açılabilir, ancak boşluğun yeri ve boyutu perdenin davranışını değiştirir. Boşlukları alt alta hizalı tutmak ve perde uçlarına çok yakın koymamak gerekir.
• Tesisat şaftları: Şaftlar kiriş ve perdeyle çakışmayacak şekilde yerleştirilmelidir; sonradan kiriş delmek kabul edilebilir bir çözüm değildir.

Statikçiyle çalışırken kısa kontrol listesi

1. Aks sistemi ortak ve tek kaynaklı mı?
2. Kolon ve perdeler temelden çatıya sürekli mi?
3. Her iki yönde yeterli ve dengeli perde var mı?
4. Zemin kat diğer katlardan belirgin şekilde daha esnek mi?
5. Bant pencere veya yarım duvar kısa kolon oluşturuyor mu?
6. Kiriş yükseklikleri kat yüksekliği ve doğrama kotlarıyla uyumlu mu?
7. Konsol, galeri ve büyük boşluklar statikçiyle konuşuldu mu?

Bu kararlar oturduktan sonra statik proje kalıp planlarına ve donatı detaylarına dönüşür. Detay aşamasında KNCad gibi bir statik detay programı kolon, perde ve kiriş detaylarını AutoCAD veya GstarCAD içinde üretir; ancak iyi bir detay, ancak iyi kurulmuş bir taşıyıcı sistemin üzerine çizilebilir.