Taşıyıcı Sistem Tasarımında Yapı Güvenliği İçin Temel İlkeler

Bir yapının iskeleti olarak görev yapan taşıyıcı sistem, kendi ağırlığını ve yapıya etki eden yükleri zemine güvenli bir şekilde aktarabilmelidir. Bu önemli işlevi nedeniyle, taşıyıcı sistem tasarımı ve seçimi esnasında son derece hassas ve dikkatli davranılmalıdır.

Taşıyıcı sistem tasarımında, deprem gibi önemli bir kuvvet etkisi altında en uygun tasarım için önem dereceleri birbirinden farklı olan aşağıdaki ilkelerin birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Aşağıda bahsedilen hususlar yapı kullanım amacına bağlı olarak farklı önem derecelerine sahip olabilirler. Bir ilke diğerine göre daha çok veya daha az önemli olabilir. Dolayısıyla yapının önem ve kullanım amacına göre her bir ilke birlikte değerlendirilmeli ve uygun taşıyıcı sistem tasarımı yapılmalıdır.

Yapıya aktarılan deprem enerjisinin önemli bir bölümünü tüketerek yapının daha ekonomik tasarlanmasına imkan tanıyabilecek şekilde, taşıyıcı sistem yeterli süneklik ve yeterli sönüme sahip olmalıdır.

Deprem sebebiyle oluşacak eylemsizlik kuvvetlerinin düşey taşıyıcı sistem elemanlarına güvenle aktarılabilmesi için taşıyıcı sistemin sade, basit, düzenli ve simetrik bir şekilde tasarlanmasına dikkat edilmelidir.

Her ne kadar önemi nedeniyle kolon ve kiriş tasarımına daha çok özen gösterilip döşemeler bir nebze geri planda bırakılıyor olsa da, yatay yükleri düşey taşıyıcılara  güvenle aktarabilmesi amacıyla döşemelerin yeterli rijitlik ve dayanıma sahip olmalarına dikkat edilmelidir.

Bunun yanı sıra depreme dayanıklı sağlam bir bina tasarımı için, taşıyıcı sistemin yıkılmadan ayakta kalmasını sağlayacak şekilde yeterli dayanım, yeterli rijitlik ve yeterli kararlılık taşıyıcı sisteme sağlatılmak zorundadır. Bahsedilen bu üç ilke depreme dayanıklı sağlam bir bina tasarımı için olmazsa olmaz üç ilkedir.

Bu yazımızda yeni Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2018) hükümleri dikkate alınarak bu olmazsa olmaz üç ilkenin taşıyıcı sisteme sağlatılması için neler yapılabilir bunları anlatmaya çalıştık. Yazıyı fazla uzatmamak adına süneklik ve sönüm konularına bu yazımızda değinmedik. Ancak terimler üzerine tıklayarak bu konularla ilgili bilgilere de ilgili bağlantılardan ulaşabilirsiniz veya sitemizde bu konular ile ilgili yer alan yazıları aratabilirsiniz.

Yeterli Dayanım

Dayanım; bir eleman ya da sistemin yük taşıma kapasitesidir. Bir taşıyıcı sistem ve elemanlarının her biri (1) eksenel yük, (2) eğilme, (3) kesme, (4) burulma gibi yük etkilerini taşıma gücü aşılmadan taşıyabilmedir. Taşıyıcı elemanlar kendilerine etkiyen iç kuvvetleri taşıyabilecek şekilde boyutlandırılmalıdırlar.

TBDY-2018’e göre yeterli dayanım için, yükleri taşıyacak şekilde elemanların taşıma güçlerinin belirlendiği yaklaşıma ek olarak kapasite tasarım ilkesi de belirlenmiştir. Kapasite tasarımı ilkesiyle yapı; şiddetli depremlerde toptan göçmeyecek, ancak dikkate alınan deprem düzeyine bağlı olarak, taşıyıcı sisteminde önemli hasarların oluşabileceği sünek bir davranışa zorlanmaktadır. Özetle; kolonlar kirişlerden daha güçlü olmalıdır.

Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, birleşim bölgesindeki kolonların taşıma gücü momentlerinin, kiriş taşıma gücü momentlerinden %20 daha büyük olması durumunda güçlü kolon-zayıf kiriş ilkesinin sağlanacağını öngörmektedir.

Yeterli Rijitlik

Elemanın şekil değiştirmeye karşı koyma direnci rijitlik olarak tanımlanır. Temel ilke, yapıda yüklerden meydana gelecek ve hasara yol açabilecek yerdeğiştirmeleri sınırlamaktır.

TBDY-2018’de yeterli rijitlik için getirilen koşul şu şekildedir: Yatay yükler altında yapı rijitliğinin en önemli ölçütü toplam yerdeğiştirme yerine, bir katın altındaki kata göre yapmış olduğu göreli ötelenme miktarıdır.

Yeterli Rijitlik İçin Ne Yapılmalıdır?

• Enkesit boyutlarını arttırmak (Eğilme doğrultusundaki boyutu arttırmak daha etkildir. Örneğin yatay taşıyıcı elemanlarda eğilme doğrultusundaki enkesit boyutu olan döşeme kalınlığını ve kiriş yüksekliğini arttırmak rijitliği arttırmanın ana yoludur.)
• Elemanın boyunu kısaltmak (Eleman boyu arttıkça narinlik etkisi artmakta ve ötelenmeler büyük boyutlara ulaşmaktadır.)
• Mesnetlerdeki ve birleşim bölgelerindeki hareketleri kısıtlamak (Basit mesnetten ankastre mesnete doğru gidildikçe kısıtlama artmaktadır. Dolayısıyla en büyük rijitlik ankastre mesnetli ve birleşim bölgeleri çok sağlam olan taşıyıcı sistemlerde olacaktır.
• Malzeme kalitesini arttırmak (Elastisite modülünü arttırmak rijitliğin artmasını sağlayacaktır.)
• Yapı tasarımında perde duvar kullanmak (Yeterli rijitliği sağlamak için taşıyıcı sisteme tekniğine uygun olarak her iki doğrultuda perde duvarlar eklenmelidir.

Yeterli Kararlılık

Yapıların stabilitesini kaybederek aşırı gevrek bir şekilde göçmesine engel olmak amacıyla, yapıların yeterli kararlılıkta tasarlanması gerekmektedir. Bir yapının kararlılığı etkiyen eksenel yükün derecesine, taşıyıcı sistemin malzeme özelliklerine, kesit boyutlarına, eleman boylarına ve mesnetlenme koşulları gibi parametrelere göre değişmektedir.

Genel olarak, yanal yerdeğiştirmeyi önleyici taşıyıcı sistemlere sahip yapılar daha stabil olmaktadır. Kolayca yanal ötelenme yapan sistemler ise daha kolay stabilitesini kaybetmektedir. Bu bağlamda taşıyıcı sistem açısından, yeterli kararlılık yeterli rijitlik ile iç içe geçmektedir. Dolayısıyla yeterli rijitliğe sahip bir taşıyıcı sistem tasarlamışsa, bu durum stabilite açısından son derece önemli bir durumdur.

Yeterli Kararlılık İçin Ne Yapılmalıdır?

• Büyük enkesit boyutları seçmek (Enkesit boyutları arttıkça sistem daha kararlı bir hale gelecektir.)
• Elemanın boyunu kısaltmak (Narin elemanlardan oluşan bir düşey taşıyıcı sistem kararlılık açısından uygun bir tasarım olarak değerlendirilemez.)
• Yeterli düşey taşıyıcı eleman kullanmak (Kolon ve perde duvarlardan oluşan düşey taşıyıcı elemanlar yeterli sayıda ve boyutlarda olacak şekilde tasarım yapılmalıdır.

Başka yazılarda görüşmek dileğiyle.