Neden Dairesel Kolonlar Var Ama Dairesel Kirişler Yok?
Günümüzde en çok rastlanan kolon kesit tipinin dikdörtgen olduğu konusunda eminim ki aynı fikirdeyiz. Bazı durumlardaysa gerek mimari kaygılardan ötürü gerekse daha sağlıklı olduğundan ötürü dairesel kolon kullanımıyla da karşılaşırız. Ancak dairesel kiriş ile hiç karşılaşmadığımız bir gerçek. Bu sebeple dairesel kesitin kolonlarda tercih edilip kirişlerde tercih edilmemesinin sebeplerini beraber irdeleyelim.
Dairesel ve Dikdörtgen Kesitli Kolonların Taşıma Gücü Karşılaştırılması
Kolonların asıl amaçlarının eksenel yük taşımak ve bu yükleri temele aktarmak olduğunu biliyoruz. Peki aynı kesit alanına sahip dairesel ve dikdörtgen kesitli kolonlardan hangisinin taşıma gücü daha yüksek? Dairesel kolonlar özellikle etriye yerine fret kullanıldığı zaman taşıma gücü açısından dikdörtgen kesitli kolonlara karşı üstündür. Fretler sayesinde sürekli bir hale gelen kolonun çekirdeği dikdörtgen kesite göre avantaj sağlar. Bunun yanında mimari açıdan her ne kadar sübjektif bir konu olsa da daha estetik olduğu için kullanılmak istenebilir. Bunun yanında en büyük dezavantajı ise işçiliğinin zor olmasıdır. Kalıp işçiliğinin zor olması ve zor olduğundan ötürü kalifiye işçi eksikliğinden kaynaklanan sebepler hem işçilik ücretinin artmasına hem de zaman kaybına sebep olabilir. Bu yüzden çok fazla tercih edilmeyen bir kesit türüdür.
Neden Dairesel Kesitli Kirişler Yok?
Neden dairesel kiriş yok diye bir soru karşımıza çıktığı zaman bunun başlıca iki sebebi var diyebiliriz. Bunlardan ilki kolonlarda da dairesel kesitin nadiren kullanılmasının sebebi olan işçiliğin zorluğudur. İşçilik açısından kirişlerin kesitlerinin dairesel olması kolonların dairesel olmasından daha zorlayıcıdır. Kolonların boyu genelde narinliğin de önüne geçmek amacıyla kısa tutulur ve çoğu yapıda 4 metreyi geçmez ancak kimi durumlarda kirişlerin boyu çok uzun değerlere ulaşabilir. Aşağıdaki şekillerden de görebileceğiniz üzere bu tarz kalıpların imal edilmesi çok meşakkatli olacaktır. Aynı zamanda beton kendi ağırlığını taşıyabilecek sertliğe ve dayanıma ulaşana kadar kalıbı taşıyacak dikmelerin yerleşimi konusunda da zorluklar çıkaracaktır.
İkinci sebep ise mekanik özelliklerinden ötürü diyebiliriz. Bilindiği üzere kirişler eğilmeye karşı çalışan yapı elemanlarıdır. Yatayda boyları uzun olduğu için düşey yükler altında eğilmeye maruz kalmaktadırlar. Dikdörtgen kesit ise dairesel kolona göre bu hususta daha kuvvetlidir. Bunu bir örnekle açıklamaya çalışalım. Mukavemet derslerinden de hatırlanacağı gibi eğilme gerilmesi şu formül ile hesaplanır. σ = Me / W = Me * y / I
Bu formüllerdeki parametreler şunları ifade etmektedir:
σ= Eğilme Gerilmesi
W = Mukavemet Momenti
Me = Eğilme Momenti
I= Alan Atalet Momenti
y= Tarafsız olan eksene uzaklık
Şimdi bir örnekle hangi kesitin daha fazla eğilme gerilmesine maruz kaldığını bulalım. Kullanılacak betonun dayanım sınıfı ve her iki kesit de aynı eğilme momentine maruz kalsın. Her iki kesit için de kesit alanları birbirine eşit olsun. Bunu sağlamak amacıyla dikdörtgen kesitli betonun boyutlar 30 cm x 60 cm ölçülerinde olsun. Buradan dikdörtgen kesitli betonun kesit alanı 1800 cm2 olacaktır. Aynı kesit alanına sahip bir dairesel kolonun çapını belirlemek için 1800 = π*d2/4’den yola çıkarak d’yi 47,87 olarak buluruz. İşlem kolaylığı için bunu 48 olarak alalım. Aşağıdaki tablo yardımıyla da her iki kesit için mukavemet momentlerini bulalım
Yani dairesel kiriş için mukavemet momenti = W = π * d3 / 32 = 3,1415*483/32 = 10857 cm3’ tür.
Dikdörtgen kesit için mukavemet momenti doğal olarak yatık kiriş olarak değil de derin kiriş olarak hesaplanacaktır.
Dikdörtgen kesit için mukavemet momenti = W = b * h2 / 6 = 30*602/6 = 18000 cm3’ tür.
Her iki kesit de farazi olarak Me = 100.000 kN.cm’lik bir eğilme momentine maruz kaldığını varsayarsak;
Dairesel kesitin maruz kalacağı eğilme gerilmesi = σ = Me / W =100000 / 10857 = 9,21 kN / cm2 olmaktadır.
Dikdörtgen kesitin maruz kalacağı eğilme gerilmesi = σ = Me / W =100000 / 18000 = 5,55 kN / cm2 olmaktadır.
Görüldüğü üzere aynı malzemeden imal edilen ve aynı en kesit alanına sahip olan dairesel ve dikdörtgen kesitli iki farklı kiriş arasından dikdörtgen olanın kullanılmasıyla kirişe etkiyen eğilme gerilmesi hatırı sayılır bir oranda azaltılmıştır.
Özet olarak işçiliğin zor olması ve bu zorluktan ötürü maliyette artışlar olduğundan ötürü dairesel kirişler yapılmamaktadır. Ancak bundan da önemlisi daha az eğilme gerilmesine maruz kalmak amacıyla imal edilen kirişler dairesel kesitli olarak değil de dikdörtgen kesitli olarak tasarlanır.
