Sünek detaylandırma nedir? Betonarmede ilkeler ve TBDY kuralları

Süneklik nedir?

Süneklik, bir elemanın ya da yapının akma noktasından sonra dayanımını önemli ölçüde kaybetmeden şekil değiştirmeyi sürdürebilme yeteneğidir. Sayısal olarak genellikle süneklik oranı ile ifade edilir: göçme anındaki yer değiştirmenin akma anındaki yer değiştirmeye oranı.

Örnek: Bir kolonun tepe noktasında donatı 20 mm yer değiştirmede akıyor, kolon 80 mm'ye kadar dayanımını koruyarak şekil değiştirebiliyorsa süneklik oranı μ = 80 / 20 = 4'tür. Aynı kolon 25 mm'de kesmeyle kırılıyorsa oran 1,25'e düşer; bu kolon pratikte gevrek davranır.

Deprem yönetmelikleri, yapıların büyük depremlerde tamamen elastik kalmasını beklemez; bu ekonomik olmazdı. Bunun yerine yapının bir kısmının akarak enerji tüketmesine izin verir ve tasarım kuvvetlerini buna göre azaltır. Bu azaltmanın karşılığı, yapının gerçekten sünek davranabilmesidir ve bunu sağlayan şey detaylardır. Konunun deprem davranışı tarafı deprem ve yapı davranışı: temel kavramlar yazısında anlatılıyor.

Gevrek ve sünek kırılma

Betonarmede sünekliğin kaynağı çeliktir. Beton basınçta sınırlı şekil değiştirme yapabilir ve sarılmamışsa ezilerek dağılır. Çelik ise akma sınırına ulaştıktan sonra uzun bir plastik bölge boyunca uzamaya devam eder. Sünek detaylandırmanın özü, bu çelik davranışının ortaya çıkmasına izin vermek ve betonun, kesmenin ya da ankrajın daha önce göçmesini engellemektir.

Donatı çeliğinin kendisinin de sünek olması gerekir: deprem bölgelerinde kopma uzaması ve çekme/akma dayanımı oranı yeterli olan çelik sınıfları kullanılır. Türkiye'de bu amaçla B420C ve B500C sınıfları yaygındır.

Sünek detaylandırmanın temel ilkeleri

1. Sarılma: Kritik bölgelerde sık ve kapalı etriyeler çekirdek betonu sarar, basınç altında ezilmesini geciktirir ve boyuna donatının burkulmasını önler.
2. Kesme güvenliği: Elemanın kesme dayanımı, eğilme kapasitesine ulaştığında oluşacak kesme kuvvetinden büyük olmalıdır. Böylece eleman önce eğilmeyle akar.
3. Ankraj ve ek yerleri: Donatılar yeterli boyla ankre edilir, bindirmeler plastik mafsal bölgelerinden uzak tutulur.
4. Deprem kancaları: Etriyeler 135° kancalarla kapatılır; kanca betonun açılmasıyla çözülmez.
5. Kapasite tasarımı: Akmanın nerede olacağı önceden belirlenir; diğer elemanlar akan elemanların kapasitesine göre daha güçlü tasarlanır.
6. Düzenlilik: Kısa kolon, yumuşak kat gibi kuvveti beklenmedik yerlerde toplayan düzensizliklerden kaçınılır.

TBDY 2018 ve TS 500'de sünekliği sağlayan detay kuralları

Aşağıdaki tablo, sünek davranış için en sık kullanılan detay kurallarını özetler. Madde ve özel durumlar için yönetmeliğin kendisine bakılmalıdır.

Bu kuralların genel çerçevesi için TBDY 2018 detay kurallarına genel bakış yazısına bakabilirsiniz.

Sarılma: kolon, kiriş ve perde

Sarılma, sünek detaylandırmanın en görünür parçasıdır. Kolonda sarılma bölgesi her iki uçta yer alır. Örneğin ℓn = 270 cm olan 50/50 bir kolonda ℓn/6 = 45 cm, 1,5 × 50 = 75 cm ve 50 cm koşullarından en büyüğü olan 75 cm her uçta sarılma bölgesidir. Boyuna donatı Φ20 ise aralık bmin/3 ≈ 167 mm, 150 mm ve 6 × 20 = 120 mm'nin en küçüğü olan 12 cm'yi aşamaz; orta bölgede 20 cm'ye kadar açılabilir. Enine donatı alanı (Ash) koşulu ayrıca sağlanmalıdır. Ayrıntılar kolon sarılma bölgesi nedir yazısında.

Kirişte sarılma bölgesi mesnet yüzünden itibaren 2h boyunca uzanır; ilk etriye mesnet yüzünden en fazla 50 mm uzakta başlar. Kirişlerdeki uygulama için kirişlerde sarılma bölgesi ve etriye sıklaştırma yazısına bakın.

Perdede sarılma uç bölgelerinde yoğunlaşır. Perde uçları eğilmede en büyük basınç ve çekmeyi alan liflerdir; uç bölgesi kolon gibi etriyelerle sarılır. Uç bölgesinin boyutları ve donatı düzeni perde uç bölgeleri yazısında anlatılıyor.

Kesme güvenliği ve kapasite tasarımı

Kapasite tasarımında hangi elemanların akacağı önceden seçilir ve diğer elemanlar onların kapasitesine göre güçlendirilir. İki temel uygulaması vardır:

Güçlü kolon – zayıf kiriş: Bir düğüm noktasında kolonların moment kapasitelerinin toplamı, kirişlerin moment kapasitelerinin toplamından yeterince büyük olmalıdır; TBDY 2018 bu oranın en az 1,2 olmasını ister. Böylece plastik mafsallar kirişlerde oluşur ve katın tamamını göçüren kolon mekanizması önlenir. Ayrıntılar için güçlü kolon – zayıf kiriş yazısına bakabilirsiniz.

Kesme kuvvetinin kapasiteden hesabı: Kolon ve kirişlerde tasarım kesme kuvveti, analizden gelen değerle değil, eleman uçlarında moment kapasitelerine ulaşıldığında oluşacak kesme kuvvetiyle belirlenir. Örneğin uç moment kapasitelerinin toplamı 360 kNm olan ve net açıklığı 5 m olan bir kirişte, bu kapasitelere karşılık gelen kesme 360 / 5 = 72 kN'dir; düşey yüklerden gelen kesme buna eklenir. Etriyeler bu toplam kuvvete göre seçilirse kiriş kesmeden önce eğilmeyle akar. Sayılar örnek amaçlıdır; pekleşme etkisinin nasıl hesaba katılacağı yönetmelikte tanımlıdır.

Ankraj, bindirme ve birleşim bölgeleri

Akan bir donatının işe yaraması için iki ucunun da sağlam tutulması gerekir. Ankraj boyu yetersizse çubuk akmadan önce betondan sıyrılır; bu da gevrek bir göçmedir. TS 500'deki temel kenetlenme boyu ℓb = 0,12 (fyd / fctd) Φ bağıntısıyla hesaplanır ve 20Φ'den az olamaz. C30/37 beton ve B420C çelikte bu yaklaşık 34Φ eder; Φ20 için yaklaşık 70 cm.

Bindirmeler, plastik mafsalın oluşması beklenen bölgelerden uzak tutulur. Kolonlarda bu nedenle bindirme kat tabanında değil, kolonun orta üçte birinde yapılır; bindirme boyu ℓ0 = (1 + 0,5r) ℓb ile bulunur. Çapı 30 mm'yi aşan çubuklarda bindirme yerine manşonlu ek kullanılır.

Kolon–kiriş birleşim bölgesi de sünek davranışın parçasıdır: kolon etriyeleri birleşim bölgesinin içinde de devam ettirilir ve kiriş donatıları kolonun içine yeterli boyla ankre edilir. Birleşim bölgesinde etriyelerin atlanması, sahada en sık rastlanan ve en tehlikeli eksiklerdendir.

Detayda sık yapılan hatalar ve kontrol listesi

Hesapta öngörülen süneklik ancak detaylar doğru çizilir ve uygulanırsa gerçekleşir. Sahada ve paftada en sık görülen hatalar:

• 90° kancalı etriyeler; depremde açılan etriye sarılma sağlamaz.
• Sarılma bölgesinin kolon–kiriş birleşim bölgesinde kesilmesi.
• Kolon bindirmesinin kat tabanında, yani en zorlanan bölgede yapılması.
• Kısa kolonun normal kolon gibi detaylandırılması.
• Kiriş mesnedinde alt donatının yetersiz bırakılması ya da kolona ankre edilmemesi.
• Perde uç bölgesinde etriye ve çirozların eksik konması.
• Paspayının fazla tutulup sarılmış çekirdeğin küçülmesi ya da az tutulup donatının korunmaması.

Kontrol listesi:

• Bütün etriyeler 135° kancalı mı, düz uçlar 6Φ ve 80 mm'den uzun mu?
• Kolon ve kiriş sarılma bölgeleri boy ve aralık koşullarını sağlıyor mu?
• Bindirmeler kolon orta üçte birinde mi, Φ > 30 mm'de manşon var mı?
• Güçlü kolon – zayıf kiriş koşulu sağlanmış mı?
• Kesme donatısı kapasiteden hesaplanan kuvvete göre mi?
• Perde uç bölgeleri ve gövde donatısı koşulları sağlanıyor mu?

Bu kuralların her elemanda aynı şekilde uygulanması, detayların kural tabanlı üretilmesiyle kolaylaşır; KNCad gibi bir statik detay programı sarılma bölgelerini, etriye aralıklarını ve kancaları kolon, kiriş ve perde detaylarında otomatik çizer. Ancak sünekliğin tasarım kararları, hesap ve kontrol mühendisin sorumluluğundadır.