Prefabrike Beton Kolonlar. Prefabrike Beton Kolon - Temel Birleşimi. Prefabrike Beton Kolon - Temel Birleşimi

Transkript

1 Prefabrike Beton Yapılar TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 Prof. Dr. Görün Arun 09.1 PREFABRİKE BETON YAPILAR Kurgu, Kolon, Kiriş Prefabrike beton yapılar, genellikle öngerilmeli olarak fabrika koşullarında imal edilmiş *kiriş ve kolonların ya da *çerçevelerin şantiyede birleştirilmesiyle oluşturulur. Fabrikada ön üretimli elemanlar yüksek kalitede üretilir. Prefabrike beton elemanlar, üretimden saat sonra şantiyeye sevke hazır hale gelir. 2 Prefabrike Beton Yapılar Prefabrike beton yapı elemanları yüksek nitelikli malzeme, işçilik ve kontrol ile üretildikleri için yüksek dayanımlıdır. İmalatta malzeme kaybı az ve montaj kalitesi yüksektir. Üretim ve şantiyede montaj, iklim şartlarından etkilenmez. Prefabrike Beton Yapılar Prefabrike beton elemanlar ağırdır. Şantiyede tasarım yüksekliğine kaldırılması için vinçler gerekir. İlk kalıp maliyeti fazladır. Ancak kalıplar tekrar kullanılabildiği için tekrarlanır birimler ne kadar fazla olursa inşaat maliyeti o kadar az ve hızlı olur. Yapının kısa sürede kullanıma hazır olması, yatırılan sermayenin çabuk kazanca dönüşmesini sağlar. Prefabrike beton elemanların şantiyede montajı, nitelikli işçilik gerektirir. Ön-germe beton elemanlar ile büyük açıklıklar geçilebilir. Açıklık/kesit yüksekliği oranı yerinde dökme betonarme sistemlere kıyasla yüksektir. Mimari tasarımda modülasyon önemlidir. 3 4 Prefabrike Beton Yapılar Prefabrike yapılar, betonarme yapılara göre daha esnektir ve daha uzun periyotludur yani daha fazla yatay öteleme yapar. Prefabrike Beton Yapılar Tangshan depremi, Çin, 1976 Birleşim bölgeleri tam monolitik ve rijit olmadığı için yıkıcı depremlerde enerji tüketme gücü, betonarme yapıların birleşim bölgelerine göre daha azdır. Prefabrike beton yapıların depreme dayanıklı olması, büyük ölçüde birleşim bölgelerinin Ceyhan, 1998 Çatı kirişlerinin yıkılması depreme dayanıklı yapılmasına bağlıdır. 5 Deprem bölgelerinde kullanılacak prefabrike yapı elemanlarında *döşeme elemanları ve *tek katlı binaların kolonlarına mafsallı olarak bağlanan kirişler dışında, tam öngerilme uygulanmasına izin verilmez. Elemanlarda yeterli sünekliği sağlayabilecek düzeyde öngerilmesiz donatı kullanılması zorunludur. 6 1

2 Prefabrike Beton Kolonlar Prefabrike Beton Kolon - Temel Birleşimi Prefabrike beton kolonlar kare yada dikdörtgen kesitli yapılır. Prefabrike kolonlar nakliye dikkate alınarak 1 yada 2 kat yüksekliğinde tasarlanır. 7 Prefabrike kolonların temele bağlanması; mafsallı olarak pimlerle ya da çelik plakalarla, ankastre olarak; Soket (çanak) temel şeklinde ankraj bulonlarıyla ankraj çubuklarıyla çelik profil ya da plakalarla yapılır. 8 Prefabrike Beton Kolon - Temel Birleşimi Prefabrike Beton Kolon -Temel Birleşimi - Ankastre Soket temel - çanak temel Kolonun temelde düzenlenen sokete oturtulması ile büyük momentler aktarılabilir. Moment aktarımı için ana moment ekseni doğrultusundaki kolon boyutunun 1.5 katı kadar gömülme derinliği yeterlidir. Prefabrike kolonların temele mafsallı bağlanması; *pimlerle *silindirik çelik plakalarla yapılır. Soket, temelin içine gömülü ise soketin altında kalan temel pabucu zımbalanmaya karşı koyabilecek kalınlıkta yapılmalı yada kolondan gelebilecek bütün yüklere göre hesaplanıp donatılmalıdır Prefabrike Beton Kolon -Temel Birleşimi - Ankastre Prefabrike Beton Kolon -Temel Birleşimi - Ankastre Ankraj bulonlu kolon temel birleşiminde temelden çıkan ankraj bulonları kolon alt ucunda bulunan deliklerden geçirilerek sıkılır. Ankraj çubuklu kolon temel birleşiminde; *temelden çıkan çubuklar üst kolonda bulunan yuvalara yada *kolondan çıkan donatı çubukları temelde bırakılan yuvalara yerleştirilir. Kolon uçlarındaki yuvalar, pullu somunların sıkılmasına imkan vermelidir. Ankraj çubuklu birleşimlerle büyük eğilme momentleri aktarılabilir. Somunların rahat sıkılabilmesi için kolon tabanı, kolon kesitinden büyük düzenlenebilir

3 Prefabrike Beton Kolon -Temel Birleşimi - Ankastre Prefabrike Beton Kolon - Temel Birleşimi Çelik plakalı ya da çelik profillerle yapılan kolon temel birleşimi, az moment aktarılması gerektiği durumlarda yapılır. Kolon temel birleşiminin takviye edilmiş çelik taban plakalarıyla yapılması, kolondan temele büyük moment aktarımı gereken yerlerde kullanılır. Ford Fabrikası Zayıf kolon ayağı Bulonlu kolon eki Ankraj çubuklu kolon eki Kaynaklı kolon eki Prefabrike kolon ekleri bulonlu, ankraj çubuklu yada kaynaklı olarak birleşimin dönmesine izin verilen mafsallı moment aktaracak şekilde rijit yapılır. 15 Kolon birleşimlerinin mafsallı yapılmasında: Üst kolon, alt kolondan çıkan kısa bir bağlantı çubuğunun üzerine oturtulur. Üst ve alt kolonun birleşim yüzeyleri dairesel olarak yuvarlatılarak üst kolonun belli bir miktar dönmesi sağlanır. Kolon uçlarına ankrajlanmış iki çelik plaka arasına çelik mafsal yerleştirilir. Mafsallı birleşecek kolon uçları sık sarılmalıdır. Mafsallı birleşimler 16 Bulonlu kolon ekleri Rijit prefabrike kolon ekleri bulonlu, ankraj çubuklu yada kaynaklı yapılır. Kolon eklerinin bulonlu yapılmasında bağlanacak iki kolon ucunda da bulon delikleri bulunur yada bulonlar alt kolondan ankastre çıkarılarak sadece üst kolonda bulon yuvaları vardır. Yuvalar, pullu somunların sıkılmasına imkan vermelidir. 17 Ankraj çubuklu kolon ekleri Kolon eklerinin ankraj çubuklu yapılmasında *üst kolonda bulunan yuvalara alt kolon filizleri yada *üst kolondan çıkan ankraj çubukları alt kolondaki yuvalara yerleştirilir. Bu tip birleşimlerde büyük eğilme momentleri aktarılabilir. 18 3

4 Aktarılacak eğilme momentleri büyükse, üst kolon ana donatıları alt kolondan çıkan donatı filizlerine küt kaynakla ya da bindirilerek kaynaklanıp arası yerinde dökme betonla tamamlanır. Kaynaklı kolon ekleri Kolon eklerinin kaynaklı yapılmasında aktarılacak eğilme momentleri küçükse, bağlanacak iki kolon uçlarında bulunan çelik plakalar üst üste getirilerek kaynaklanır. Kaynaklı kolon ekleri Aktarılacak eğilme momentleri büyükse, kolon uçları dört yüzü de çelik lamalarla kaplanarak her iki yönden de bağlanır. 19 Kolonlarda bindirme boyunca yapılacak kaynakların soğuması sırasında büzülmesi kolonların hizadan kaçmasına neden olabilir. Bu nedenle aynı anda iki kaynakçı karşılıklı olarak kaynaklamaya başlamalıdır. 20 Prefabrike Beton Kirişler Prefabrike Beton Kirişler Prefabrike beton kirişler öngerilmeli olarak; dikdörtgen, L, T, I kesitli yapılır. Kiriş genişliği, yüksekliğin yarısı kadardır. L ve T kesitlerde çıkıntı boyutları eni doğrultusunda en az 15cm, yükseklik doğrultusunda en az 30cm olmalıdır. 21 Prefabrike kiriş gövdesi boşluklu yada değişken en-kesitli de olsa kirişi oluşturan çubuk en-kesiti dikdörtgen, L, T yada I şeklindedir. Ön germe (prefabrike)/ard germe betonarme kirişler: - Basit mesnetli: L/15 L/18 - Sürekli kiriş: L/18 L/24 açıklık geçebilir. 22 Prefabrike Beton Kirişler Kiriş-Kiriş Birleşimleri Prefabrike Beton Kiriş Ekleri Prefabrike kiriş-kiriş birleşimleri mafsallı ya da rijit düzenlenir. Mafsallı kiriş kiriş birleşimi Prefabrike kiriş-kiriş birleşimlerinin mafsallı düzenlenmesi pimlerle yapılır

5 Prefabrike Beton Kiriş Ekleri ankraj donatılarının kaynaklanması ard-germe gergi çubukları Deprem sırasında prefabrike yapılarda; Kirişlerin yanlamasına devrilerek yerinde dökme beton Prefabrike kiriş-kiriş birleşimlerinin kesme kuvveti ve eğilme momenti aktaracak şekilde rijit düzenlenmesi; ankraj donatılarının kaynaklanmasıyla, gergi çubuklarıyla, yerinde dökme betonla ve ard-germeyle yapılır. 25 Kiriş uçlarının kırılarak mesnetlerinden düşmeleri sık rastlanan hasarlardır. 26 Tek Katlı Çerçeve Tek katlı çerçeve Çok katlı çerçeve Prefabrike beton çerçeveleri; *tek katlı: kolon-kirişlerin mafsallı yada rijit birleşimi, *çok katlı: -birkaç kat yüksekliğindeki kolonlara kirişlerin mafsallı yada rijit birleşimi, -konsollu rijit çerçevelerin kiriş ve kolonlarının mafsallı birleşimi, ile oluşturulur Mesnetlenme Prefabrike kolon-kiriş birleşiminde mesnetlenme, beton ya da çelik konsollar üzerinde yapılır. Çok katlı kolon-kiriş birleşimi Semer tipli plakaların kullanılması yanal deplasmanları önler. Bu plaka, konsol bitiminden 15mm önce başlamalı, kiriş bitiminden 15mm içeride kalmalıdır. Mafsallı kolon-kiriş birleşimi, pimlerle yapılır. Birleşimdeki taban, mesnetteki kesme kuvveti büyüklüğüne göre boyutlandırılır. Tek katlı kolon-kiriş birleşimi

6 Çok katlı prefabrike beton kolonların mafsallı birleşimi için çerçevedeki moment etkilerinin minimum olduğu bölgeler en uygundur. Konut, Osaka Kolonların orta noktaları yaklaşık olarak yatay yüklerden dolayı oluşan momentlerin en küçük olduğu yerlerdir. Bu tür düzenlerde kiriş kiriş birleşimi moment aktarabilmelidir. Bank Lambert, Brüksel DBYBH Yönetmelikte, endüstri yapısı türü tek katlı binalar dışında, bağlantıları mafsallı olan (moment aktaramayan) prefabrike çerçeve türü taşıyıcı sistemlere, her iki doğrultuda yatay deprem yüklerinin tamamını taşıyabilen yerinde dökme betonarme perdeler yapılması koşulu ile izin verilir. Kaynaklı olarak yapılan mafsallı bağlantılar, depremden oluşacak bağlantı kuvvetlerinin en az 1.5 katını, diğer mafsallı bağlantılar ise en az 1.2 katını taşıyacak dayanımda olmalıdır. Beinecke Library Kaynaklı çelik plakalarla kuru birleşimler, büyük yatay yükleri ve her iki yönde büyük eğilme momentlerini karşılayabilir. Kiriş sehiminin az olduğu durumlarda büyük kesme kuvvetleri de aktarabilir. Moment aktaran birleşimlerin sağlanabilmesi için prefabrike çerçeve birleşimleri, betonarme birleşimlerine eşdeğer olmalıdır. Bu tür birleşimler: Kaynaklı Çelik Plakalarla Kuru Birleşim Kuru birleşimler: plaka ve cıvata kaynaklanarak Birleşimde kiriş yerine oturtulduktan sonra, kiriş üst yüzeyine gömülü yatay çelik plaka ile kolon yüzündeki düşey çelik plaka, kiriş üstü ile kolon yüzü arasına konulan yatay bir çelik plaka aracılığı ile kaynaklanır. Yerinde dökme beton birleşimler: donatılar bindirme yada manşonla eklendikten sonra yerinde beton dökülerek Ardgermeli birleşimler olarak sınıflandırılır. Bu birleşimler iyi detaylandırılırsa birleşim iyi bir davranış gösterir

7 Gergi çubuklarıyla kuru birleşimlerle, büyük düşey ve yatay kuvvetler aktarılabilir. Kirişler beton konsollar üzerine oturtularak kolona veya kolonun içinden geçip karşı kirişe ulaşan gergi çubuklarıyla ya da yüksek dayanımlı çubuklarla bağlanır. Yerinde dökme beton birleşimler Yerinde dökme betonla birleşimlerde prefabrike kirişin boyu açıklıktan daha kısadır. Gergi çubuklarıyla kuru birleşim Gergi çubukları kiriş kesitinin üst tarafında düzenlenirse oldukça büyük eğilme momentlerini aktarabilir. 37 Bu tür birleşimlerden biri; kiriş uçlarından donatılar çıkartılmasıyla yapılır. Kolondan çıkan filizler bu donatılara kaynaklandıktan sonra yerinde dökme betonla birleşim tamamlanır. Bu birleşimle büyük yatay yükler ve momentler aktarılabilir. Düşey yüklerin aktarımı için kiriş mesnet alanları, kiriş uçları eğimli yapılarak, genişletilir. 38 Ardgermeli birleşimlerde kirişler, beton konsol üzerine oturtularak kolona veya karşı kirişe ardgerme yöntemiyle bağlanır. Ardgermeli birleşimler Yerinde dökme beton birleşimler Bir başka yerinde dökme betonla birleşim; kiriş uçlarından ve kolondan uzatılan çelik plakaların birbirlerine bulonlanmasıyla ve sonradan bu bölgenin yerinde dökme betonla tamamlanmasıyla yapılır. Bu birleşim, sadece küçük yatay ve düşey yüklerle küçük momentler aktarabilir. 39 Bu tip birleşimlerde büyük yatay ve düşey yüklerle büyük momentler aktarabilir. Birleşimde kirişler yerine oturtulurken ardgerme toronları kılıflara yerleştirilmelidir. Kılıflar, betona gömülü, içi nervürlü metal yada plastik borudan yapılabilir. Birleşimin tam olarak çalışabilmesi için kiriş ile kolon arasında kalan boşluk titizlikle doldurulmalı, toronlara ardgerme uygulanmadan önce dolgu harcının yeterli dayanıma ulaşması beklenmelidir. 40 Sürekli kirişlere kolonun birleştirilmesinde kirişte ve üst kolonda, alt kolondan çıkan donatı filizlerinin girebileceği ankraj yuvaları bulunmalıdır. Montajın kolay olması için filizler farklı boylarda olmalıdır. Birleşim Sorunları Prefabrike beton elemanların birleşimi için ilave donatı çubuklarına ve ankrajlara gerek vardır. Elemanlar, birleşimde beton dökümüne ve sıkıştırmasına imkan vermelidir. Birleşim bölgelerinde, donatı sürekliliğinin kaynak ya da bulonlu birleşimle sağlanması güçtür. Bu tip birleşimlerle büyük yatay ve düşey yüklerle büyük momentler aktarabilir. Birleşim, gerek görünüş gerekse davranış olarak betonarme rijit kolon kiriş birleşimine benzer. 41 Şantiye koşullarında kaynak, gevrek kırılmaya yol açmaktadır. 42 7

8 Birleşim Sorunları Bulon boylarının kısa oluşu, kopmadan kalıcı uzama yapmalarına imkan veremez. Uzun boylu bulonların ise tersinir yükler nedeniyle burkulmaları söz konusu olur. Böylece enerji tüketimi gerçekleşmeyebilir. Birleşim yerinde donatıların kaynaksız ve bulonsuz olarak basit biçimde bindirilip betonlanması durumunda betonun ezilmesi ile aderans yok olmakta ve donatı kuvvet aktaramamaktadır. 43 8