Kapasite Tasarımı İlkesi Nedir?

Kapasite tasarımı, bir yapıyı sadece “güçlü” kılmak değil, deprem gibi ekstrem yükler altında binanın nasıl ve nerede hasar alacağını önceden belirleme sanatıdır. Bir nevi yapısal mühendisliğin “sigorta poliçesi”dir.

Bu yazıda, bir operatörün sadece formül olarak gördüğü, ancak bir mühendisin yapının can damarı olarak bildiği bu ilkeyi tüm teknik detaylarıyla masaya yatırıyoruz.

1. Kapasite Tasarımı Nedir? (Sigorta Mantığı)

Kapasite tasarımı ilkesi, yapının belirli bölgelerinin (sigortaların) hasar alarak deprem enerjisini soğurmasını sağlarken, hayati öneme sahip diğer bölgelerin (ana taşıyıcıların) bu süreçte ayakta kalmasını garanti eder.

Elektrik tesisatındaki sigorta nasıl ki pahalı beyaz eşyalar yanmasın diye kendini feda ederse, kapasite tasarımında da kirişler, kolonlar zarar görmesin diye hasar alacak şekilde tasarlanır.

2. Temel Strateji: Süneklik ve Hasar Hiyerarşisi

Kapasite tasarımının en temel kuralı, gevrek göçme türlerini tamamen engelleyip, sünek mekanizmaları teşvik etmektir.

• Sünek Mekanizma (Eğilme): Donatının akmasıyla gerçekleşir. Göçmeden önce büyük şekil değiştirmeler yapar, enerji soğurur ve “haber verir”.
• Gevrek Mekanizma (Kesme): Betonun aniden patlamasıyla gerçekleşir. Enerji soğurmaz ve bina aniden göçer. Kapasite tasarımı, kesme kapasitesini her zaman eğilme kapasitesinden daha yüksek tutarak bu “patlamayı” engeller.

3. Kapasite Tasarımının Altın Kuralları

A. Güçlü Kolon – Zayıf Kiriş

Düğüm noktalarında kolonların kapasitesi, kirişlerin kapasitesinden en az %20 daha fazla olmalıdır. Bu sayede hasar kiriş uçlarında “plastik mafsal” olarak başlar.

\sum M_c \geq 1.2 \cdot \sum M_b

B. Kesme Güvenliği (V_e​)

Kapasite tasarımının en kritik formüllerinden biri kesme kuvveti kontrolüdür. Bir elemanın kesme kapasitesi, o elemanın uçlarında oluşabilecek maksimum olası eğilme momentleri (kapasite momentleri) altında oluşacak kesme kuvvetinden daha büyük olmalıdır.

Bir kiriş için tasarım kesme kuvveti (V_e​) şu şekilde hesaplanır:

V_e = V_{dy} \pm \frac{M_{pi} + M_{pj}}{l_n}

Burada Mp​ değerleri, donatının karakteristik akma dayanımı yerine artırılmış dayanım (1.25⋅f_yk​) kullanılarak hesaplanan kapasite momentleridir. Bu, donatının beklendiğinden daha güçlü çıkması durumunda bile betonun kesmeden dolayı patlamayacağını garanti eder.

4. Artırılmış Dayanım ve “Ω₀​” Katsayısı

Kapasite tasarımında, bazı elemanları (örneğin kolonları veya çelik yapılardaki birleşim bölgelerini) korumak için yükleri ampirik olarak artırırız.

• Fazla Dayanım Katsayısı (Ω₀​): Yapının gerçek kapasitesinin, hesaplanan tasarım yüklerinden ne kadar fazla olduğunu temsil eder.
• Kullanım Amacı: Deprem yüklerini R katsayısına bölerek düşürdüğümüzü hatırlayın (bu bir borçlanmadır). Ancak bazı gevrek kırılma türlerini önlemek için bu yükleri tekrar Ω₀​ ile çarparak elemanı “zorla” güçlendiririz.

5. Uygulama Detayları: 135 Derece Kancası ve Sargılama

Kapasite tasarımı sadece kağıt üzerindeki bir moment hesabı değildir. Bu ilkenin sahada çalışabilmesi için donatı detaylandırması hayati önem taşır.

• Sargılama Etkisi: Plastik mafsal oluşacak bölgelerde betonun dağılmasını önlemek için etriyeler çok sık yerleştirilmelidir.
• Kritik Detay: Etriye kancaları mutlaka 135 derece bükülmelidir. 90 derecelik kancalar, beton çatladığında anında açılır ve kapasite tasarımı kağıt üzerinde kalarak yapının gevrek bir şekilde göçmesine neden olur.

Özet: Neyi Neden Yapıyoruz?

Kapasite tasarımı, mühendisin yapıya “Nereden hasar alacağını ben belirliyorum” demesidir. Bu ilkeyi uygulamayan bir tasarım, sadece sayısal bir loto oynamaktır.