Kısa kolon tanım olarak aynı katta bulunduğu kolonlardan daha kısa olan kolonlara denir. Bu tanımı biraz genişletip tasarlandığı boydan daha kısa bir boyda serbest bir şekilde deformasyon yapabilen kolonları da ekleyebiliriz.
Kısa Kolon Oluşum Sebepleri
Kısa kolon oluşmasına sebep olan tipik tasarım ve inşa şekilleri bulunuyor. Yukarıdaki görselde en sık rastlanan üç tip gösterilmekte. En soldaki çizimde aynı kattaki kat yüksekliği farkı yüzünden sağdaki kolonlar soldakilerden daha kısa ve bu yüzden sağdaki kolonlarda kısa kolon etkisi görülüyor. Ortadaki çizimde ise sol ve orta açıklıkta kolonları ikiye bölen bir kiriş veya döşeme bulunmuyor ama sağdakinde bulunuyor. Sağ açıklıktaki kolonlarda bu kiriş veya döşeme yüzünden kısa kolon oluşuyor. Sağdaki çizimde ise dolgu duvarların kolon boyunca örülmemesi yüzünden kısa kolon oluşmuş durumda.
Sağdaki çizime benzer bir şekilde dolgu duvar kolon boyunca örülmüş olsa dahi bu dolgu duvar çerçeveye bitişik inşa edilirse deprem sırasında yine kısa kolon oluşturabilir. Deprem sırasında çerçeveye bitişik inşa edilen dolgu duvarların köşeleri gelen kuvvetler sonucu göçüyor ve orada dolgu duvar sanki kolon boyunca örülmemiş gibi bir açıklık bırakıyor. Bu da deprem sırasında dolgu duvarın bir bölümünün göçmesi sonucu kısa kolon oluşumuna sebep oluyor. Bundan kaçınmak için dolgu duvarlar ile çerçeve arasına gerekli mesafe bırakılmalı ve dolgu duvarlar bağlantı elemanları ile çerçeve sabitlenmeli.
Kısa Kolon Davranışı
Deprem sırasında aynı katta bulunan kolonların yaptığı tepe yer değişimi mıktarı birbirine eşit olur. Yani aynı katta bulunan normal kolonlar 1 cm yer değişimi yaptıysa kısa kolonlar da 1 cm yer değişimi yapar. Burada kısa kolonlara sorun çıkaracak durum ise bu kısa kolonların rijitligi. Bildiğiniz gibi daha rijit cisimlerde şekil veya yer değişimi yaratabilmek için daha fazla kuvvet uygulamalıyız. Formül üzerinden bakarsak:
\begin{equation}
F = k* u
\end{equation}diyebiliriz.
F burada şekil değişimi için gereken kuvvet, k elemanın rijitliği ve u da elemanın yaptığı yer değişimi. Deprem sırasında bütün kolonların aynı miktarda yer değişimi yapacağını söyledik. Bu yer değişimine değer olarak 1 birim diyelim. Kolonların alttan ve üstten sabit mesnetleme ile mesnetlendiği kabulünü yaparsak kolonların tekil kuvvet etkisi altında yanal kuvvet rijitliğini hesaplamak için formül:
\begin{equation}
k=\frac{12*EI} {h^3}
\end{equation}EI’yi kolaylık için 1 birim alalım. Normal kolonun boyu 4 m, kısa kolonun boyu ise 3 m olsun. Her iki kolonun rijitliğini hesapladığımızda:
\begin{equation}
k_{kısa}=\frac{12*1} {3^3} =\frac{12} {27}=0.\overline4 \approx 0.44
\end{equation}
\begin{equation}
k_{normal}=\frac{12*1} {4^3} =\frac{12} {64}=0.1875\approx0.19
\end{equation}
Kolonların rijitliğini de hesapladığımıza göre bu kolonlara gelecek yanal kuvveti artık bulabiliriz.
\begin{equation}
F_{kısa}=k*u=0.44*1=0.44
\end{equation}\begin{equation}
F_{normal}=k*u=0.19*1=0.19
\end{equation}\begin{equation}
yanal~ kuvvet~oranı=\frac{F_{kısa}} {F_{normal}}=\frac{0.44} {0.19}=2.32
\end{equation}Yaptığımız işlemlerden açıkça görüldüğü şekilde kolonun boyunu 4 metreden 3 metreye kısaltmak verilen örnekte kolonumuza 2.32 kat daha fazla yanal kuvvet gelmesine neden oldu. Bu yaptığımız hesapta da kolonun malzemesi ve kesit boyutları tamamen aynıydı. Tek fark kolonun boyuydu.
Kısa Kolon Tasarımında Dikkat Edilecek Noktalar
Kısa kolon nedeniyle bu kolonlara gelecek kuvvetleri iyi analiz etmeliyiz. Yapısal tasarımda en önemli nokta belki de yapıya veya elemanlara gelecek kuvvetlerin doğru büyüklerde belirlenmesidir. Geleceğini öngöremediğimiz kuvvetlere karşı tasarlanan yapı veya elemanlar coğu zaman zayıf kalacaktır.
Yukarıda gördüğümüz üzere bu kısa kolonlara çok daha fazla yanal kuvvet yani kesme kuvveti gelecek, bu da daha fazla moment demek. Bu kesme kuvvetini karşılamak için etriye sıklaştırması yapmanız gerekiyor. Normal kolonlarda bu etriye sıklaştırması sadece kolonun plastikleşecek bölgelerinde zorunlu tutulurken kısa kolonlarda kolon boyunca bu sıklaştırmayı yapmanız gerekiyor. Detaylandırmasını da yönetmeliklerin gösterdiği şekilde yapmalısınız. Detaylar için o ülkenin deprem yönetmeliğine bakabilirsiniz. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliginin 7.3.8 nolu maddesine bakabilirsiniz detaylar için.
Kısa kolonların sık bulunduğu yapılarda kısa kolonlara gelen yükü azaltmak için yapının yaptığı yer değisim miktarını azaltmanız oldukça iyi bir tasarım olur. Bunun için de kısa kolonların çok olduğu yapılarda perde duvarlı taşıyıcı sistem tasarlayarak bu kolonların yapması gereken yer değişimi ve bu kolonlara gelen kuvvetleri azaltabilirsiniz.
Deprem sırasında öngörülemeyecek şekilde kısa kolon oluşumuna sebep olan dolgu duvar göçmesinin önüne geçmek için bu dolgu duvarlara yük aktarımını engelleyebilirsiniz. Bunu da dolgu duvarlar ile çerçeveler arasına çerçevelerin yer değisim miktarından daha büyük derzler bırakarak yapabilirsiniz. Tabi bu dolgu duvarları çerçeveye bağlantı elemanları ile bağlamalı ve düzlem dışı devrilmemesi için de tasarımını yapmalısınız.
Yazıyı yazarken unuttuğum bir nokta olmasın diye Ahmet Topçu’nun slaytlarına baktım ve kendisi R katsayısının daha düşük alınmasını önermiş, örnek olarak R=4 demiş. R katsayısının Türkiye’deki bilinçsiz kullanımı hakkında yazı yazdım daha önce. R katsayısının daha düşük alınmasına katılıyorum ama bunun değeri hakkında bir yorum yapamayacağım. Bu sizin yaptıgınız tasarıma ve inşaatının işçiliğine de bağlı. Türkiye’de yapılacak bir yapının tasarımında ben zaten R=7-8 değerlerini kullanmazdım. Bunu da yukarıda linkini paylaştığım yazıda açıkladım.
Sormak istediğiniz sorular varsa bunları yorumlarda sorabilirsiniz.
Hatırlatma: Yazılan makalelerden haberdar olmak istiyorsanız, sosyal medya hesaplarımızı takip edebilirsiniz.
