Yığma Kubbelerin Yapısal Davranışı

Kubbe Nedir?

Kubbeler; geniş açıklıkları geçme amacıyla inşa edilen, mekân örtüsü işlevi gören, pozitif Gauss eğrilikli sistemlerdir. Bir kemerin simetri ekseni etrafında 180° derece dönmesiyle meydana gelirler. Tarih boyunca gerek İslâm mimarisinde gerekse Batı mimarisinde tasarımcılar çeşitli geometride ve kombinasyonlarda kubbeler denemiştir. Kimi zaman tüm cemaatin toplandığı çatı anlamına gelen kubbe kimi zamansa devletin otoritesi ve gücünü simgelemiştir.

Tarihi kubbeler kerpiç, tuğla ve taş gibi çekme dayanımı düşük olan yığma malzemelerden imâl edilmiştir. Yalnızca basınca çalıştıkları hususundaki genel kanının aksine özellikle etek bölgelerinde yatay eksende olmak üzere ciddi derecede çekme gerilmesine maruz kalmaktadırlar.

Kubbeler, statik ve dinamik yükler (deprem vs.) etkisiyle hasar almakta hatta yıkılmaktadır. 6 Şubat 2023’te meydana gelen Kahramanmaraş – Pazarcık depreminde kültürel mirasımız olan yapıların birçoğu maalesef ağır hasar almıştır. Bu acı tecrübe, tarihi yapıların mühendislik hizmeti almasının zorunlu olması gerektiğinin göstergesi niteliğindedir. Tarihi yapılara müdahalede bulunacak olan mühendis, öncelikle yapı elemanlarının davranışını iyi kavramalıdır. Bu sebeple yazımızda kubbelere etki eden gerilmeler, bu gerilmelerin yoğunlaştığı bölgeler ve geçmiş ile günümüzde kullanılan çözüm yöntemleri açıklanacaktır.

Kubbelerde Yük Aktarımı

Bilindiği üzere yığma yapı sistemiyle inşa edilen antik yapılarda taşıyıcı sistem, betonarme yapılardaki iskelet sisteminden oldukça farklıdır. Burada kullanılan tüm elemanlar taşıyıcı sistemin bir parçasını oluşturur. Örneğin malzeme olarak taş kullanılmış olan bir kubbede en üstteki kilit taşının ağırlığını hemen alt sırasında bulunan taşlar taşır. Her taş, yükünü bir sıra altındaki taşa aktarır. Böylece tüm sistem monolitik çalışma imkânı bulur [1].

Kubbelerde Basınç ve Çekme Bölgeleri

Kubbeyi oluşturan elemanlar; eğilme, basınç ve çekme gerilmeleri altındadır. Çözümü basitleştirmek amacıyla yapılan kabullerde kubbenin geometrik özelliğinden dolayı eğilme gerilmesi ihmâl edilebilir [2].

Kubbelerde her eleman yükünü bir alt sıradaki elemana aktardığı için bu yapıların düşey eksende tamamen basınç gerilmesi altında çalıştığını söylemek yanlış olmaz. Ancak yatay eksen için aynı şeyi söylemek mümkün değildir. Sanılanın aksine özellikle kasnakla birleşen etek bölgeleri çekme gerilmesi almaktadır. Yapılan bir çalışma; yatay eksende, kubbe yüksekliğinin üçte birlik üst kısmının basınç, geri kalan üçte ikilik alt kısmınınsa çekme gerilmesine maruz kaldığı ortaya koymuştur [3].

Yapılan çalışmalardan da görüleceği üzere, kubbeler çekme gerilmesi almaktadır ve bu gerilmelerin en yoğun olduğu bölge; etek bölgesidir. Dolayısıyla etek bölgesinde kubbenin açılma eğiliminde olarak deplasman yapması kaçınılmazdır. Bunun önüne geçmek maksadıyla geçmişte mühendisler çeşitli çözümler geliştirmiştir. Gotik katedrallerde rastladığımız uçan payandalar ve Mimar Sinan’ın geliştirdiği yarım kubbe kombinasyonları buna örnek olarak gösterilebilir [4].

Bu çözümlerin yanı sıra yük aktarımını güvenli bir biçimde sağlamak maksadıyla tasarımcılar dairesel kesitten çokgensel kesite geçerken Türk üçgeni, payanda ve tromp adı verilen kubbeye geçiş elemanlarından faydalanmışlardır. Kubbelerin yapısal davranışları tüm bu elemanların kullanım biçimine ve geometrik özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.

Günümüzde hasar alan kubbelerin onarımı için birçok yöntem bulunmaktadır. Büyük çatlaklar için genellikle FRP ile güçlendirme yahut çekme çemberi uygulaması yapıldığı görülmektedir. Bu yöntemlerin avantaj ve dezavantajlara sahip olduğunu unutmamak gerekir. Örneğin çekme çemberi uygulaması yapılırken çeliğin korozyona uğrayabileceğini ve taşların kimyasal yapısına zarar verebileceğini göz önünde bulundurmak elzemdir. Bu yüzden çekme çemberi uygulamasında paslanmaz çelik kullanmak ve yapının kontrolünü sağlamak bir çözüm yöntemi olabilir.

[1] Tanrıverdi, Ş., 2020. Taş kubbelerde pencere boşluğunun ve kasnak yüksekliğinin davranış ve dayanım üzerine etkisinin incelenmesi, Doktora Tezi, Aksaray Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aksaray.

[2] Beckmann, P., 1995. Structural aspects of building conservation, UK: McGraw-Hill International.

[3] Cowan, H. J., b.t. An historical outline of architectural science, Architectural Science Series,

[4] Savaşır, K., 2016. Kubbelerin yapı sistemlerinin yük aktarım prensibine göre incelenmesi, 8. Ulusal Çatı ve Cephe Sempozyumu, Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, İstanbul.

[5] Sesigür, H., Çelik, O.C., Çılı, F., 2007. Tarihi yapılarda taşıyıcı bileşenler, hasar biçimleri, onarım ve güçlendirme. İstanbul Bülten, 89, s. 10-21.