Ülkemizdeki yapı stoğunun çok büyük bir kısmını betonarme yapılar oluşturmaktadır. Bu yapıların da en önemli elemanlarından biri kolonlardır. Bu yazıda kolon tasarımında kesit seçimini ve bu seçimi yaparken atalet momentinin etkisini sizler için incelemeye çalışacağım.
Mimari kaygıların bir kenara atıldığı, iki ayrı fakat benzer bina düşünelim. Bu iki binada da kolon en kesit alanları birbirine eşit olarak tasarlanacağını varsayalım.
Örneğin A binasında 60×60 cm2 boyutlarında 10 kolon bulunsun. Toplam kolon en kesit alanı bu durumda 0,6*0,6*10 = 3,6 m2 olur.
B binasında ise 30×30 cm2 boyutlarında 40 kolon bulunsun. Bu durumda ise yine kolon en kesit alanı 0,3*0,3*40 = 3,6 m2 olur.
Peki böyle bir durumda hangi seçimi yapmak daha mantıklı? Kolon boyutlarının büyük olduğu tasarımımı tercih etmek mi yoksa kolon sayısının çok olduğu daha hiperstatik olan sistemi seçmek mi?
A binasındaki büyük boyutları seçmenin daha mantıklı doğru olduğunu düşünüyorsanız haklısınız. Bunun sebeplerini ise beraber inceleyelim.
Depreme Karşı Hangisi Daha Mantıklı?
Deprem söz konusuyken atalet momentlerinin önemini hepimiz biliyoruz. Yapılara perdeler yerleştirmek depreme karşı en önemli önlemlerimizdendir. Bunun sebeplerinden biriyse perdelerin atalet momentlerinin yüksek olmasıdır. Dikdörtgenin atalet momenti hesaplanırken kullandığımız formül Iz =(b*h3) /12 dir. İki bina içinde kolonların toplam atalet momentlerini hesaplayalım.
IA Binası = (60*603/12) *10 = 10.800.000 cm4
IB Binası = (30*303/12) *40 = 2.700.700 cm4
Görüldüğü üzere A binasındaki kolonların toplam atalet momenti B binasındakinin 4 katı büyüklüğündedir ve A binasının mantıklı bir seçim olduğunu söyleyebiliriz.
Maliyet Açısından Hangisini Seçmeliyiz?
Bildiğimiz gibi beton malzemesinin basınç dayanımı, çekme dayanımına göre daha fazladır. Betonun çekme dayanımı, basınç dayanımının yaklaşık olarak sadece %10’una tekabül etmektedir. (Aşağıdaki tablodan betonun ve çeliğin basınç, çekme dayanımlarını inceleyebilirsiniz.) Biz mühendislerse betonun bu zayıflığını gidermek adına çekme bölgelerine çelik yerleştirerek betonarme elemanları oluştururuz.
Kolonlar da üzerlerine gelen yükleri taşırken hem beton hem de çeliği kullanırlar. Ancak çelik özellikle ülkemizde betona göre çok daha pahalı bir malzemedir ve biz mühendisler olarak estetik ve emniyetin yanında ekonomiyi de düşünmek zorundayız. (İnşaat çeliği fiyatlarını buradan, beton fiyatlarını buradan inceleyebilirsiniz.) Kolonlar söz konusu olduğunda ise TBDY-2018’nin 7.3.2.1. maddesi bize kullanabileceğimiz donatı oranlarının %1-%4 arasında olmasını söyler. Bu sebeple kolon tasarlarken donatı oranımızın %1’e yakın olmasını sağlamalıyız.
Önceden de bahsettiğimiz gibi kolonlar üzerlerine gelen yükleri hem beton kısmı hem de çelik kısmı ile beraber taşır. Kolon enkesiti küçüldükçe gelen yük betonun taşıma kapasitesine yaklaşıldığında çeliğin taşıma kapasitesi de yük taşımaya başlar ve bu da çeliğin kullanım miktarını arttırır. Dolayısıyla da maliyet artmış olur. Bu gibi durumlarda kolonu boyutlandırırken daha büyük kesit olarak seçmeli ve donatı oranını minimum olan %1’de veya %1’e yakın tutmalıyız.
Özetlersek; betonarme yapılarda kolon tasarımında kesit seçimi yaparken, büyük kesitli kolonlar kullanmak küçük kesitli kolonları kullanmaktan daha doğru olur. Tasarım yaparken gelen basınç yüklerini çelik yerine beton kesite taşıtmalı ve donatı oranını %1’e yakın tutmaya çalışmalıyız. Atalet momentlerinin daha büyük olacağından ötürü de büyük kesitler kullanmamızda fayda vardır.
