Kısa Kolon Etkisi Nedir? TBDY 2018 Ve Kısa Kolon Etkisi

Ülkemizde ve dünyada meydana gelen depremler, yapılarda olan bazı teknik kusurların çok acı sonuçlarını bizlere miras olarak bırakmıştır.

Yapılan araştırmalara göre son 1903 yılından günümüze Türkiye de büyüklüğü 6 ve üstü 66, 7  ve üstü 17 deprem yaşanmıştır. Bu depremler sonucunda korkutucu insan kayıplarıyla karşılaşılmıştır. 26.12.1939 yılında meydana gelen Erzincan depreminde, kayıtlara göre Erzincan ve çevre illerde toplam 32962 insan hayatını kaybetmiştir. Depremden önce 20000 nüfuslu Erzincan Şehri depremden sonra 12000 kişiye düşmüştür.

Yakın zamanda da Marmara, Gölcük, Van.. depremleri yaşanmış yine maalesef binlerce insanın ölümüyle sonuçlanmıştır. Bu depremlerde kısa kolon etkisiyle hasar görmüş veya yıkılmış yapılara sıklıkla rastlanılmıştır. Mühendisliğe ve mühendislik esaslarına değer veren ülkelerde, yaşanan depremlerde can ve mal kayıpları sayısal olarak oldukça düşük kalmıştır.

Depreme dayanıklı yapılar tasarlarken teknik açıdan dikkat edilmesi gereken bir çok detay vardır. Bu detaylardan bir tanesi kısa kolon etkisidir. Kısa kolon davranışı, kolonun kesme kırılmasıyla güç kaybetmesi olarak kısaca tanımlayabiliriz. Duvar yüksekliği, bant pencereler, asma katlar, yetersiz kayma donatısı, eğimli arazi temelleri, aşırı derin kirişler gibi sebeplerle ortaya çıkmaktadır.

Kısa Kolon Etkisi

Herhangi bir kolona, herhangi bir nedenle, hesapladığımızdan daha fazla kesme kuvveti etkiliyorsa, bu etkiye kısa kolon etkisi denir. Dikkat ederseniz kesme kuvvetinden bahsediyoruz. Kesme kuvvetinin adının geçtiği her yerde gevrek davranış söz konusudur ve tehlikelidir. O halde kısa kolon etkisi de tehlikelidir.

Bir yapıda kısa kolon ve kolonlar diğer kolonlara göre daha rijit davranış gösteriler. Rijitliği yüksek elemanlar, deprem anında daha fazla enerji sönümledikleri için daha yüksek kuvvetlere maruz kalırlar. Kısa kolon kolonlar çok yüksek moment etkisi altında kalır ve genelde patlarlar. Bu nedenlerden dolayı yapılarda kısa kolonlar zayıf halka olarak görülür.

Kısa kolon tanımının, kolon yüksekliği ile bir ilgisi yoktur. Gereken dizayn kesme kuvvetini hesaplamazsanız/yanlış hesaplarsanız 3 metre yüksekliğindeki bir kolonda, 5 metre yüksekliğindeki bir kolonda kısa kolon tanımına girebilir. Bunun aksine gerekli dizayn kesme kuvvetini hesaplarsanız 2 metrelik bir kolonda, 1 metrelik bir kolonda kısa kolon DEĞİLDİR. Anlamalısınız ki kısa kolon tabiri, kesme kuvvetinin doğru hesaplanıp hesaplanmadığı ile ilgilidir.

Şimdi bir çerçeve düşünelim. 4 metre yüksekliğinde, kiriş yüksekliğimizde 50cm olsun. Bu çerçevenin arasını duvar örerek kapatmış olalım. Kolon serbest yüksekliğimiz 4-0.50=3.50 metre olacak ve kesme kuvvetini de bu 3.50 metreye göre hesaplayacağız. Problem görünmüyor. Şimdi ayni açıklıkta öreceğimiz duvarın aşağıdan itibaren 2 m yüksekliğinde olduğunu düşünün. Kolon adeta ikiye bölünmüş olur. 3.50 metre yüksekliğinde olan kolonun alttan 2 metresi duvar tarafından tutulmuş, üstteki 1.50 metresi ise serbest. Daha acık bir ifadeyle, kolonun alt 2 metrelik kısmı duvar olduğundan deplasmanı önlenmiş, üst 1,50 metrelik kısım ise serbest olduğundan rahatça deplasman yapabilecek. Bu durumda üstteki 1.50 metrelik kısım için kesme kuvveti hesaplayacaksınız(dizayn kesme kuvveti) serbest yükseklik olarak 1.5 metrelik kısmı almalısınız/alacaksınız.

Sayısal bir örnek verirsem konu kafanızda daha iyi canlanacak. 3.50 metre yüksekliğindeki kolonun alt moment kapasitesi 15 tm, üst moment kapasitesi 15 tm olsun(kolon donatıları sabit). Bu kolonun hesap kesme kuvvetini nasıl hesaplarız, yada kolon betonarme ise etriye hesabını hangi kuvvete göre yaparız:

V=(Ma+Mu)/L
V=(15+15)/3,5= 8,57 ton.

Yani siz bu kolonda maksimum 8,57 tonluk kesme kuvvetine göre dizayn yaparsınız. Bu durumda tam boy duvar vardır, yada hiç yoktur.

Hesabi böyle yaptınız ama sadece alttan 2 metrelik kısma duvar ördünüz diyelim, şimdi bu durumu inceleyelim:

Eğer siz duvar durumuna dikkat etmeden kesme kuvveti hesabi yaptıysanız 8,57 tona göre etriyenizi koyacaktınız (betonarme ise). Oysa alttan 2 metre duvar örüldüğünde üst kısımda kalan kolon serbest boyu 1,50 metre kalmış olacaktı. Bu durumda kolonda oluşabilecek maksimum kesme kuvvetine bakalım:

H=1,50 metre

V=(Ma+Mu)/L

V=(15+15)/1,50=20 ton

Biraz önce kaç ton hesapladınız: 8,57 ton. Kolon kısalınca, duvar örünce ne hesapladık 20 ton. Yani gerçekte kısmı duvar ördüğünüzde 20 tonluk bir kesme kuvvetine göre dizayn yapmalıydınız (etriye koymalıydınız). Arada farka dikkat edin. 8,57 ton nerede, 20 ton nerede. Eğer bu durumda siz hesabınızı düzgün yapmışsanız ve 20 tonluk kuvvete göre dizayn yapmışsanız her şey yolunda demektir ve kısa kolondan söz edilemez. Ama aşağıda 2 metrelik duvar olmasına rağmen siz 8,57 ton kuvvet hesapladıysanız ve dizayn ettiyseniz, o kolon kesme anlamında yetersiz kalacaktır ve kesme kırılmasına uğrayacaktır yani kısa kolon oluşacaktır.

TBDY 2018 Ve Kısa Kolon Etkisi

Kısa kolonlarla ilgili TBDY 2007 ve TBDY 2018’de yeteri kadar bilgi elbette vardır. Bant pencerelerin oluşturduğu kısa kolon etkisiyle hasar gören kolon mesnet bölgeleri etriye sıklaştırılmalarıyla geçilse idi hasarlar daha sünek olabilirdi. Bu tip kısa kolon hasarlarının deprem enerjisini sönümlediği ve üst katlara iletilmediği görüşü de vardır ve bu da bir ironi oluşturmaktadır, ancak gevrek hasarların ne derece deprem enerjisini sönümleyebileceği de tartışılır bir konudur elbette, öncede belirttiğimiz gibi kısa kolon hasar bölgeleri etriye sıklaştırması ile geçilseydi daha sünek davranış içerisinde bu mümkün olabilirdi sanırız.

Kolon belirli bir boy için tasarlanmışsa ve bu çalışma boyunu engelleyerek kısaltacak  etmenler varsa ( yanına duvar örülmesi-perde konulması, rampa tabliyesi bağlanması, merdiven bağlanması  vs ), bu kolonlara beklenenden fazla kesme gerilmeleri ( asal çekme gerilmeleri ) gelir ve kolon ağır hasar alabilir, aslında yukarıda açıklandığı gibi hasara sebep olan ilgili kesme kuvvetinin mohr çemberine konulması ve 45 derece döndürülmesi ile oluşan asal çekme gerilmeleridir.

Kısa Kolon Nerelerde Görülür?

Özellikle döner merdivenler ara sahanlıklar kirişlerin orta veya mesnet bölgelerine basmakta, ki kirişler bu merdivenlerin varlıklarına göre hesaplanmamakta, merdivenler sonradan konstüriktif  olarak eklenmektedirler, ve bu durumda kısa kalan kiriş bölgeleri mesnetlerde kısa kirişe sebep olmaktadırlar, ki bu da bir çeşit kısa kolon davranışını çağrıştırır.

Kirişler farklı kolon/perde ötelenmelerinden dolayı ve üzerlerindeki duvar yüklerinden dolayı depremlerde yatay olarak da ciddi farklı deplasmanlar yapabilmektedirler. Bu deplasmanlardan dolayı kirişler yatay olarak da ciddi etkilere maruz kalabilmektedirler. Eğer kirişlerde yukarda açıklandığı gibi boy sınırlamaları yapılırsa, kısa kolon davranışına benzer, kısa kiriş davranışı gözlenebilir. Özellikle döşeme boşluklarının kiriş mesnet bölgelerine komşu olduğu durumlarda bu çeşitten davranışlara dikkat edilmelidir düşüncesindeyiz.

Perdelerin kollarını/kolonları vesair bağlayan kısa bağ kirişleri de, kesme dayanımlarına karşı etkin olmadıkları için ya bağlantı noktalarından veya orta noktadan mafsallı tasarlanmaları iyi olur kanaatindeyiz, zaten deprem yönetmeliğinde bu konuyla ilgili detaylar var.

Evet her ne kadar piyasada kısa kiriş tabiri yüksek vesair kirişler için kullanılsalar da,  (yani uzunluğu yüksekliğinin 4 katından fazla olan kirişler için) Kirişlerde yatay ötelenmeler rijit diyafram döşemeler tarafından da karşılanırlar elbette, ama özellikle farklı ötelenmelerde, kısa kiriş davranışının oluşabilme durumlarıyla ilgili  deneysel karşılaştırmaların çalışılması gerekir kanaatindeyiz.

Günümüz inşaat piyasasında asma kat yapılabilen bir binaya yukarıda anlattığım sebeplerden dolayı, çizdikleri projelere asma kat yapmayan bir mimar veya mühendis büyük ihtimalle sektör değiştirmek zorunda kalacaktır. Zaten mühendislikte bu değildir. Mühendislik, var olan veya olası sorunlara çözümler bulabilmektir. Bunu örneklerle açıklayalım.

1. Asma kat sebebiyle oluşan kısa kolonlar için ayrıca hesap yapılmalıdır(V=(Ma+Mü)/L). Oluşacak kesme kuvveti etkisini sönümlemek için donatı oranında iyileştirmeye gidilmelidir.
2. Bir kolondan sonra bant pencere konulması gerekirse(mimari açıdan); bant pencere ile kolon arasında en az 1 metrelik duvar ördürülmelidir.
3. Kısa duvarlar örülmesi gerekiyorsa(mimari açıdan); duvarı kolonla temasını sağlamadan aralarında en az 10 cm’lik boşluklar bırakıp örülmeli ve boşluk ezilebilen malzemelerle doldurmalıdır.

Sonuç olarak kısa kolon kullanımını mümkün oldukça sıfıra indirilmelidir. Kullanılması zorunlu durumlarda gerekli önlemler alınmalıdır.

Bu yazı Sanal Şantiye editörleri tarafından Ahmet ÇELİKKOLLU, Fatih Taner VURAL ve Cihat ÇETİN‘in yazılarından derlenerek yeniden düzenlenmiştir.