Kolonlar yapı sistemlerinde, genellikle kirişlerden gelen yükleri temele, dolayısı ile zemine aktarırlar. Çeşitli kolon türleri mevcuttur. Kolonlarda oluşabilecek bir hasar, yapının göçmesine neden olabilecek kadar ağır hasarlara neden olabilmektedir. Kolon nedir, kolon türleri ve uygulamaları nelerdir? Gelin beraber yazımıza geçelim.

Eksenel Kuvvet Altındaki Elemanlar | Kolon Nedir?

İçerisine donatı(çelik) konularak, beton ile imal edilen kolonlara betonarme kolon denir. Betonarme kolonlar sınıflandırılırken donatının türü ve niteliği göz önünde bulundurulur.

Kolon Türleri ve Uygulamaları

• Etriyeli kolon
• Fretli kolon

Etriyeli Kolon Nedir?

Enine donatıları bildiğimiz basit etriyeler şeklinde olan kolonlardır. Kesitleri dikdörtgen veya karedir.

Etriyeler, beton dökülürken boyuna demirlerin oynamasını önler ve de onların burkulma boylarını kısaltarak taşıyıcı olmalarını sağlar.

Fretli Kolon Nedir?

Fretli Kolonlar, dairesel kesitli göbek betonunu sarmal şekildeki fret adı verilen enine donatı ile kuşatan kolona denir.

Fret donatısı beton çekirdeğinin mukavemetini daha çok arttırdığı için aynı kesitteki etriyeli kolondan daha fazla yük taşımaktadır.

Kolon Kesit Tipleri

• Dikdörtgen
• Dairesel, sekizgen, halka
• Çokgen (L, I, T,C, kutu, … kesitli)

Uygulamada genellikle dikdörtgen kolon kesiti kullanılır. Diğerleri dikdörtgen kolon tipine göre daha az tercih edilmektedir. Aşağıda, kolon kesit örnekleri yer almaktadır:

Donatı Türleri

Boyuna Donatı

Normal kuvvet ve eğilme momentlerini karşılar.

Etriye Veya Fret

Kesme kuvvetini ve burulma momentini karşılar. Betonun şişmesini, boyuna donatının yanal yer değiştirmesini ve burkulmasını  önler. Ayrıca kolonun taşıma gücünü artırır ve de sünekleştirir.

Çiroz

Etriyenin bombelenme boyunu azaltır, betonun şişmesini önler, boyuna donatının yanal yer değiştirmesini ve burkulmasını önler.

Kolonlara Etkiyen Kuvvetler

• Normal kuvvet (kolon ekseni yönünde, genelde basınç)
• Eğilme momenti (“x” ekseni etrafında)
• Eğilme momenti (“y” ekseni etrafında)
• Kesme kuvveti (“x” yönünde)
• Kesme kuvveti (“y” yönünde)
• Burulma momenti (kolon ekseni etrafında)

Bu altı kuvvetin hepsi kesite beraber etki eder. Ancak en etkin olanları normal kuvvet, eğilme momentleri ve kesme kuvvetleridir. Burulma momenti nadiren, özellikle düzensiz yapılarda ve deprem sırasında, etkin olur.

Normal kuvvet genelde basınçtır, çekme olması istenmeyen bir durumdur. Çekme olması halinde taşıyıcı sistem değiştirilerek, örneğin kolon ekleyerek-kaldırarak, sorun giderilmeye çalışılır.

Davranış: Normal kuvvet

Salt normal kuvvet(basınç) etkisinde tüm lifler eşit miktarda kısalır. Deforme olmamış ve deforme olmuş düzlemler birbirine paraleldir. Tarafsız eksen sonsuz dadır. Tüm kesit basınç altındadır.

Normal kuvvetin çekme olması istenmeyen bir durumdur, taşıyıcı sistemin iyi olmadığına işaret eder. Çekme olması halinde taşıyıcı sistemde değişiklik yapılarak (örneğin: kolon eklenerek veya çıkarılarak) kolon eksenel kuvvetinin basınç olması sağlanmaya çalışılır.

Davranış: “x” etrafında moment

Kesitin bir tarafındaki lifler uzar diğer tarafındakiler kısalır. Kesit “x” etrafında döner. Tarafsız eksen “x” eksenine paraleldir ve kesit içinde konumlanır. Basınç alanı dikdörtgen olur. Kolon bir kiriş gibi davranır.

Davranış: “y” etrafında moment

Kesitin bir tarafındaki lifler uzar diğer tarafındakiler kısalır. Kesit “y” etrafında döner. Tarafsız eksen “y” eksenine paraleldir ve kesit içinde konumlanır. Basınç alanı dikdörtgen olur. Kolon bir kiriş gibi davranır.

Davranış: Normal kuvvet ve “x” etrafında moment

Normal kuvvet tüm lifleri kısaltırken moment kesitin bir tarafındaki lifleri uzatır diğer tarafındakileri kısaltır. Normal kuvvet ve momentin değerlerine bağlı olarak:

• Normal kuvvetin neden olduğu kısalma momentin oluşturduğu uzamadan daha büyükse, tüm liflerde kısalma vardır. Kesit “x” etrafında döner. Tarafsız eksen “x” eksenine paralel ve kesit içi ile sonsuz arasında konumlanır.
• Normal kuvvetin neden olduğu kısalma momentin oluşturduğu uzamadan daha küçükse, kesitin bir tarafında uzama diğer tarafında kısalma vardır. Kesit “x” etrafında  döner. Tarafsız eksen kesit içinde ve “x” eksenine paraleldir.
• Basınç alanı dikdörtgen olur.

Davranış: Normal kuvvet ve “y” etrafında moment

Normal kuvvet tüm lifleri kısaltırken moment kesitin bir tarafındaki lifleri uzatır diğer tarafındakileri kısaltır. Normal kuvvet ve momentin değerlerine bağlı olarak:

• Normal kuvvetin neden olduğu kısalma momentin oluşturduğu uzamadan daha büyükse, tüm liflerde kısalma vardır. Kesit “y” etrafında döner. Tarafsız eksen “y” eksenine paralel ve kesit içi ile sonsuz arasında konumlanır.
• Normal kuvvetin neden olduğu kısalma momentin oluşturduğu uzamadan daha küçükse, kesitin bir tarafında uzama diğer tarafında kısalma vardır. Kesit “y” etrafında  döner. Tarafsız eksen kesit içinde ve “y” eksenine paraleldir.
• Basınç alanı dikdörtgen olur.

Davranış: Normal kuvvet ve iki eksenli eğilme (eğik eğilme)

Normal kuvvet ve momentlerin değerlerine bağlı olarak tarafsız eksen kesit içinde veya dışında herhangi bir yerde olabilir. Genelde “x” veya “y” eksenlerine paralel değildir. Buna bağlı olarak; basınç alanının geometrisi de üçgen, dörtgen, yamuk, çokgen olabilir.

Tarafsız eksenin sonsuz konumundan sadece bir tanesi doğrudur. Kesitin U, L,T,… de olabileceği düşünülürse, çözümün ne denli zor olduğu anlaşılır.

Davranış: Normal kuvvet-moment karşılıklı etkileşim eğrileri

Kolonun kırılmasına neden olan normal kuvvet-moment değerlerine ait eğriler yukarıda verilmiştir. Bu eğrilere karşılıklı etkileşim eğrileri adı verilir. Eğriler incelenerek aşağıdaki yorumlar yapılabilir:

• Normal kuvvetin sıfır olması durumunda kolon sadece moment etkisindedir, tamamen bir kiriş gibi davranır ve kırılma kesin olarak sünek olacaktır.
• Normal kuvvet sıfırdan belli bir düzeye kadar artarken moment taşıma gücü de artar. Bu durumda kırılmaya daha çok moment hakim olur. Kırılmanın sünek olması beklenir.
• Normal kuvvet belli bir düzeyden sonra arttıkça moment taşıma gücü giderek düşer. Bu durumda kırılmaya daha çok normal kuvvet hakim olur. Kırılmanın gevrek olması muhtemeldir.
• Normal kuvvetin en büyük değerinde moment taşıma gücü sıfırdır ve kırılma kesin olarak gevrek olacaktır.
• Normal kuvvetin yüksek olması halinde tüm kesitte basınç oluşur, tüm lifler kısalır. Uzama değil; kısalma olduğundan donatı aksa bile çatlak oluşmaz, kırılma betonun ezilmesi sonucu olur ve gevrektir (basınç kırılması).
• Kirişlerde olduğu gibi, dengeli donatı sınırlaması ile sünek kırılmayı sağlamak mümkün değildir. Sünekliği sağlamak için, normal kuvveti sınırlamak, kesit boyutlarında elden geldiğince cömert davranmak, sık sargı kullanmak zorunlu olur.

Bu bilgiler ışığında, kırılma türünü normal kuvvetin belirlediğini söyleyebiliriz. Bu nedenle, gevrek kırılmayı önlemek için, normal kuvvet sınırlandırılmalıdır. Yönetmelikler bu sınırlamayı aşağıdaki gibi vermektedirler.

MaxNd ≤ 0.9fcdAc(TS 500:2000)              MaxNd ≤ 0.4fckAc (TBDY-2018)

Burada Max Nd yük etkilerinin birleşimlerinden hesaplanan tasarım eksenel basınç kuvvetlerinden en büyük olanıdır. Ac kolon net kesit alanıdır(varsa boşluklar düşülmelidir). Ac bu iki koşulu sağlamak zorundadır, sağlamıyorsa büyütülmelidir.

Kolon Donatı ve Kalıp Animasyonu

Kaynaklar / References

• Ahmet TOPÇU, Betonarme I, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, 2019, http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu

• Wikipedia

Muhammet Talha Salman

Esen Kalın…

Diğer yazılarıma buradan ulaşabilirsiniz.