Betonarme Binalarda Deprem Bölgelerine Göre Donatı Miktarının Değişimi

İnş. Yük. Müh. Dündar AYYILDIZ | Prof. Dr. Adem DOĞANGÜN
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü

Özet: Ülkemizde sıklıkla yıkıcı depremler meydana gelmektedir. Dolayısıyla deprem olgusu yapı tasarımında son derece önemli bir parametre olmaktadır. Bu çalışmada yapı maliyetini de etkileyecek olan donatı miktarının deprem bölgesine göre değişimi incelenmektedir. Bu bağlamda kirişli döşemeye sahip 5 ve 8 katlı perde-çerçeve sistemli iki farklı betonarme bina dikkate alınmaktadır. Binaların her biri için 4 farklı deprem bölgesi dikkate alınarak yapısal çözümlemeler gerçekleştirilmiştir. Analizlerden elde edilen donatı miktarları 5 ve 8 katlı yapı için ayrı ayrı tablolar halinde sunulmaktadır. Beş katlı yapıda değişim %50 lere yaklaşırken, 8 katlı yapıda sözkonusu değişim %75 lere ulaşmıştır.

Change of Reinforcement Amount in Reinforced Concrete Buildings According to Earthquake Zones

Abstract: Destructive earthquakes occur frequently in our country. Therefore, earthquake phenomenon is an extremely important parameter in building design. In this study, the change in the amount of reinforcement, which will also affect the cost of the building, according to the earthquake zone is examined. In this context, two different reinforced concrete buildings with 5 and 8 storey curtain-frame systems with beamed floors are considered. Structural analyzes were carried out for each of the buildings by considering 4 different earthquake zones. The amount of reinforcement obtained from the analyzes are presented in separate tables for the 5 and 8 storey buildings. While the change in the five-storey building approached 50%, the change in the 8-storey building reached 75%.

1. Giriş
Dünyanın aktif deprem kuşaklarından birinde yer alan ülkemizde deprem yapı tasarımında başrolü oynayan parametrelerden biri olmaktadır. Doğal olarak yapıların depreme göre tasarımında birinci önceliği insan hayatı almaktadır. Dolayısıyla ilk olarak yapılması gereken depremlerde bina hasarı nedeniyle can kaybının olmamasıdır. Bu bağlamda en büyük görev yapıyı hesaplarını yapıp tasarlayan ve yerinde inşa eden mühendislerimize düşmektedir. Mühendislerimizi ilgilendiren ikinci önemli husus ise yapı maliyetidir. Bilindiği gibi yapı maliyeti malzeme maliyeti ve işçilik gibi birçok parametreye bağlı olarak değişmektedir.

Bina maliyetlerinde donatı olarak da adlandırılan binada kullanılacak demirin miktarı ve işçiliği de önemli bir parametre olmaktadır.

2. Çalışmaya Konu Olan Binalar
Çalışmaya konu olarak kirişli döşemeye sahip bina türü yapılar seçilmiştir. Toplam kat sayısı 5 ve 8 olan iki farklı bina dikkate alınmıştır. Taşıyıcı sistem, bütün deprem bölgelerinde tasarlanması mümkün olan ve uygulamada da yaygın olarak kullanılan perdeli-çerçeve sistem seçilmiştir. Yapıların modellenmesi ve analiz için Probina Orion V-14 (2008) paket programı kullanılmıştır. Binaların analizleri 4 farklı deprem bölgesine göre yapılmıştır. Taşıyıcı sistem tasarımı yapılırken oluşabilecek düzensizlik durumlarını önlemek amacıyla, depreme dayanıklı yapıların projelendirilmesinde önemli olan taşıyıcı sistem düzenleme prensiplerine uyulmaya çalışılmıştır

Yapıların ve bulundukları yerleşim bölgesinin özelliklerine bağlı olarak yapılan kabuller ve dikkate alınan diğer parametreler aşağıda verilmektedir.

• Dikkate alınan yapıların kullanım amacı konut olarak seçildiğinden bina önem katsayısı (I) 1,0
• Taşıyıcı sistem davranış katsayısı 7
• Kat yükseklikleri 3 m
• Yerel zemin sınıfı Z3
• Kiriş boyutları 250×500 mm
• Perde boyutları 250×2000 mm
• Döşeme kalınlığı 120 mm
• Hareketli yük: 2,00 kN/m²
• Döşemede kullanılan kalıcı yük: 4,50 kN/m²

Seçilen 5 katlı yapının kalıp planları Şekil 1’de, 8 katlı yapının kalıp planları ise Şekil 2’de verilmektedir. Kat planları karşılaştırılmalarda kolaylık olması için 100 m2 olarak tasarlanmıştır.

Şekil-1 Seçilen 5 katlı kirişli döşemeye sahip perdeli çerçeveli sistemlere ait kalıp planı

Şekil-2 Seçilen 8 katlı kirişli döşemeye sahip perdeli çerçeveli sistemlere ait kalıp planı

Kolon boyutları ile ilgili olarak seçilen yapılarda 5 katlı bina için kolon boyutları Tablo 1’de, 8 katlı bina için kolon boyutları ise Tablo 2’de verilmektedir.

Tablo 1. 5 katlı yapılarda kullanılan kolon boyutları

Tablo 2. 8 katlı yapılarda kullanılan kolon boyutları

Şekil-3, 5 katlı kirişli döşemeye sahip perdeli çerçeveli sistemlere ait kolon aplikasyonu

Şekil-4, 8 katlı kirişli döşemeye sahip perdeli çerçeveli sistemlere ait kolon aplikasyonu

Şekil-5 Kirişli döşemeye sahip 5 katlı betonarme perdeli çerçeveli yapı

Çalışmada kullanılan 2 farklı yapıya ait kolon aplikasyonları 5 katlı yapı için Şekil 3 de, 8 katlı yapı için ise Şekil 4’de görülmektedir.

Çalışmaya konu olan binaların modellenmesi Probina (2008) programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bunlardan 5 katlı binanın model görünümü Şekil 5 de, 8 katlı binanın model görünümü ise Şekil 6 de verilmektedir.

Şekil-6 Kirişli döşemeye sahip 8 katlı betonarme perdeli çerçeveli yapı

Dört farklı deprem bölgesi için yapılan analizler sonucunda perdeli-çerçeve sisteme sahip olan 5 ve 8 katlı binaların yapısal çözümlemeleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen yapısal çözümleme sonuçlarına ve yük birleşimlerine göre tasarım değerleri belirlenmiştir. Bu tasarım değerlerine göre kesit tasarımları TS 500 (2000) ve Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (2007) hükümleri de dikkate alınarak betonarme elemanlara yerleştirilecek donatılar belirlenmiştir. Temel hariç 5 ve 8 katlı binalarda kullanılacak toplam demir (donatı) miktarı Tablo 3 de dört farklı deprem bölgesi için karşılaştırılmalı olarak verilmektedir. Tabloda 4. Derece deprem bölgesine göre diğer bölgeler için yapılan hesaplardan elde edilen donatı miktarındaki artımın yüzdesi de verilmektedir. Tabloda metrekareye düşen demir donatı miktarları da verilmektedir. Burada örnek olarak 5 katlı yapıda 0,38 kN olarak verilen değer eski birimde 38 kgf olmaktadır.

Tablo 3. Toplam 5 ve 8 katlı yapıların deprem bölgelerine göre değişen donatı miktarları

3. Sonuçlar
Aynı plana sahip 1. derece deprem bölgesi için yapılan hesapta gerekli donatı miktarı dördüncü derece deprem bölgesi için yapılan hesaba göre elde edilen donatı miktarına göre 5 katlı bina için yaklaşık %50, 8 katlı bina için ise yaklaşık %75 daha fazla hesaplanmıştır.

Deprem bölgelerine göre donatı miktarlarındaki değişim incelendiğinde 3. ve 4. Derece deprem bölgeleri için donatı miktarındaki değişim her iki bina için de %5 in altında kalmıştır. 3. Dereceden 2. Dereceye gidildiğinde aşırı bir artış meydana gelmektedir. Aynı şekilde 2. Dereceden 1. Dereceye geçerken de önemli oranda artış meydana gelmektedir.

Uygulamada zaman zaman sorulan ve kullanılan bir metrekareye ne kadar demir gider sorusunun, maalesef her bina için geçerli kesin bir değeri yoktur. Ancak bu çalışmada dikkate alınan binaların 1 metrekaresi için 5 katlı için 0,260,38 kN (eski birimde 26kgf – 38 kgf), 8 katlı bina için ise 0,27 – 0,47 kN (eski birimde 27 kgf – 47 kgf) demir miktarları hesaplanmıştır.

Çalışmada dikkate alınan binalar için metrekareye giden demir miktarları açısından 3. ve 4. Derece deprem bölgeleri için toplam kat sayısına bağlı olarak önemli bir değişiklik olmamıştır. Bu sonuçta standart ve yönetmeliklerimizde öngörülen minimum donatı oranlarının etkisi büyüktür. Metrekareye giden demir açısından 1.derece deprem bölgesi diğerlerine göre oldukça fazla donatıya ihtiyaç duymaktadır. Beş katlı bina için 0,38 kN (38 kgf), 8 katlı bina için ise 0,47 kN (47 kgf) ağırlığında demir donatı hesaplanmıştır.

4. Kaynaklar
[1] Ayyıldız D, (2009), Deprem ve döşeme parametrelerinin yapı maliyetine etkilerinin yönetmeliklere göre karşılaştırılarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
[2] DBYBHY, “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik”, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Mart 2007. 159 sayfa.
[3] Propina Orian, (2008), Bina analiz programı, PROTO Yazılım Bilişim ve Mühendislik Hizmetleri, Ankara.
[4] TS 500,”Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2000, 67 sayfa.

Makale ©Yapı Dünyası Dergisi 2009 Sayı: 162 de yayımlanmıştır.