3. B Ö L Ü MYAPI GÜVENLİĞİ

İnşaat mühendisliğinin bir gayesi de yapıları, sahip olacakları fonksiyonların gereği olarak belirli bir güvenlik altında ekonomik olarak çözümlemektir. Burada güvenliğe tesir eden üç ayrı faktör vardır:

a) Yapı elemanlarını oluşturan malzeme özelliklerinin hangi yanılma payı ile bilindiği belli olmalıdır. Betonarmeyi oluşturan yapı malzemeleri olan beton ve çeliğin mukavemet özellikleri acaba hangi yanılma payı ile bilinmektedir.

b) Yapıya tesir edeceği varsayılan dış yük değerlerinin tam ve doğru olarak bilinmesi gerekir. Bu dış yükler yapının kendi ağırlığının oluşturduğu düşey yükler ile rüzgâr ve deprem tesiri ile oluşan yatay yüklerdir. Bu yüklerin tahmininde yapılan hatalar yapı güvenliğine tesir eder.

c) Yapının önem derecesi, yapı güvenliğine tesir eder. Sıradan bir yapı ile postahane, hastahane gibi yapıların, yapı güvenliği açısından aynı tutulması doğru olmayacaktır. Mesken olarak dış yükleri alınarak projelendirilen bir yapının işyeri olarak kullanılması yapı güvenliği açısından doğru değildir.

TS 500 1985Yapılardaki güvenliğin sağlanması için iki ayrı metot kullanılabileceğini ifade etmişti. Bunlar Emniyet Gerilmeleri metodu ve Taşıma Gücü metodu dur. Bugün geçerli olan TS 500 2000 ise yapılarda güvenliğin sadece Taşıma Gücü metodu ile sağlanabileceğini belirtmektedir. Taşıma Gücü metodunun daha iyi anlaşılması için emniyet gerilmeleri metodundan da kısaca bahsedilecektir.

3.1. Emniyet Gerilmeleri Metodunda Yapı Güvenliği

İnşaat Mühendisliğinde, en önemli kaynaklardan biri olan TS 498 (Yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değeri) şartnamesinin kapsam bölümünde: "Bu standart; konutlar, bürolar, resmi daireler, okullar, hastahaneler, spor tesisleri, eğlence yerleri, garajlar ve benzeri yapılardaki taşıyıcı elemanların boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerini kapsar." denmektedir. İlerde bahsedilecek olan karakteristik yük değerleri, TS 498 de verilen hesap değerleridir.

Emniyet Gerilmeleri metodunda yapıya, dolayısıyla taşıyıcı elemanlara tesir eden yükler, TS 498 de verilen hesap yükleri veya karakteristik yükler olarak alınacaktır.

Bu metotta güvenlik sadece malzeme üzerinde düşünülmüştür. Daha önceki bölümde beton için bahsedilen karakteristik basınç mukavemeti (fck) ile çelik için bahsedilen minimum akma sınırı (fyk) değerleri, hesabedilen kesitin geometrisi ve o kesite tesir eden dış etkenler (normal kuvvet, moment, normal kuvvet ile moment v.b.) göz önüne alınarak bazı güvenlik sayılarına bölünerek emniyet gerilmeleri bulunmuştur.

Beton sınıfına göre emniyet gerilmeleri ile çelik sınıfına göre emniyet gerilmeleri kgf/cm² olarak TS 500 1985 de, yapı elemanı ve zorlama biçimiyle bu yapı elemanının kullanıldığı bölgeye göre tablo halinde verilmiştir. (Çizelge 9.1 )

Eylül 2009

Emniyet gerilmeleri metodunda yapı elemanına tesir eden karakteristik yükler altında yapı elemanında oluşan gerilmelerin o yapıya ait emniyet gerilmelerinden küçük olması istenmektedir.

3.2 Taşıma Gücü Metodunda Yapı Güvenliği

Taşıma gücü metodunda yapı güvenliği; malzeme üzerinde olduğu gibi, yapıya tesir eden yükler konusunda da düşünülmüştür. Dolayısıyla yük ve malzeme açısından yapı güvenliği olmak üzere iki ayrı bölüm halinde incelemek gerekmektedir.

3.2.1. Yük Açısından Yapı Güvenliği

TS 498 de yapı elemanlarının boyutlandırılmasında alınacak yüklerin hesap değerleri verilmişti. Uygulamada karşılaşılabilecek olan bazı durumlarda yükler, TS 498 de verilen hesap yüklerinden daha fazla olabilir. Bu gibi durumları göz önüne alarak TS 498 de verilen karakteristik yükler, f gibi bir yük katsayısıyla (f >1) çarpılarak büyültülmelidir. f olarak verilen yük katsayıları, çeşitli yük durumlarına göre farklı olarak alınmalıdır.

a) Yapıda sadece düşey sabit yük (G), ve hareketli yük (Q) olması halinde, sabit yük % 40, hareketli yük ise % 60 artırılarak toplanmalı ve böylece "artırılmış yük" veya tasarım yükü ( dizayn yükü ) bulunmalıdır.

Nd = 1,4 * G + 1,6 * Q

b) Sabit ve hareketli yüklere ilave olarak, farklı oturma, sıcaklık farkı, büzülme, şekil değiştirmelerden dolayı oluşan yüklerin (T) ile gösterilmesi halinde dizayn yükü aşağıdaki iki değerden büyük olanıdır.

1,4 * G + 1,6 * Q 1,0* G + 1,2 * Q + 1,2 * T

c) Sabit ve hareketli yüklere ilave olarak, rüzgar yükü (W) olması halinde dizayn yükü aşağıdaki üç değerden büyük olanı alınmalıdır.

1,4 * G + 1,6 * Q

31

Yükler

NTS498 karakteristik yükler

Nkar

Meydana gelen gerilme

σ

Beton ve Çelik karakteristik dayanımlarının emniyet katsayısına bölünmesi ile bulunan emniyet gerilmeleri

σem

N = Nkar σ ≤ σem

1,0 * G + 1,3 * Q + 1,3 * W 0,9 * G + 1,3 * W

d) Sabit ve hareketli yüklere ilave olarak, deprem yükünün de ( E ) tesir etmesi halinde dizayn yükü aşağıdaki üç değerden büyük olanıdır.

1,4 * G + 1,6 * Q 1,0 * G + 1,0 * Q + 1,0 * E

0,9 * G + 1,0 * E

Yukarıda verilen her dört hal için, hareketli yükün sabit yüke göre küçük olduğu durumlarda (Q ≤ 0.33*G) ve bununla birlikte çerçeveyi oluşturan kiriş açıklıklarının eşit veya birbirine yakın olduğu durumlarda; (küçük açıklık/ büyük açıklık ≤ 0.8),

1,4 * G + 1,6 * Q yerine basit olarak 1,5 (G + Q) değeri alınabilir.

Sonuç olarak taşıma gücü hesabında kullanılacak olan Tasarım yükü (dizayn yükü ) FD ise

Fd = f * Fk yazılabilir.

TS 498 de verilen Karakteristik yüklerin (Fk), yukarda bahsedilen kombinezonlardan elde edilen yük katsayısı ( f ) ile çarpılması sonucunda bulunan yüklere "artırılmış yük" veya tasarım yükü ( dizayn yükü ) denilmektedir.

3.2.2. Malzeme Açısından Yapı Güvenliği

Betonarmeyi oluşturan ana malzemeler beton ve çeliktir. Bu malzemelere ait karakteristik mukavemetler daha önceki bölümde verilmişti. Uygulamada, tasarımda bu değerleri kullanmak doğru değildir. Çünkü uygulama sahası olan şantiyelerde, laboratuar veya fabrikada olan şartları sağlayarak imalat yapmak mümkün değildir. Dolayısıyla tasarımda malzeme karakteristik değerlerinden ( fck , fyk ) daha küçük olan malzeme

tasarım dayanımları ( fcd , fyd ) kullanılmalıdır. Malzeme tasarım dayanımları veya malzeme hesap değerleri malzemelerin karakteristik değerlerinin birden büyük olan malzeme güvenlik katsayısına bölünmesiyle bulunur. (m > 1 )

Malzeme güvenlik katsayıları, beton ve çelik için ayrı ayrı düşünülmelidir. Çünkü çelik, betona nazaran yapısal özelliği, imal edildikleri ortam açısından daha güvenilir bir malzemedir. Beton ise imal edildiği malzemelerden kum ve çakılın yöresel oluşundan, beton imalinde çalışan insanların yetenek farklarından dolayı çeliğe nazaran daha az güvenilir bir malzemedir. Bu sebeplerden dolayı beton için düşünülen malzeme güvenlik katsayısı (mc) ile çelik için düşünülen malzeme güvenlik katsayısı (ms) birbirinden farklı değerlerdir.

fcd = fck/ mc ; fyd= fyk/ ms; fctd= fctk/ mc

mc: Beton için malzeme güvenlik katsayısıdır. mc =1.5 Şantiyede, yerinde dökülen betonlar içindir.

32

mc=1.4 Fabrikasyon, önceden dökülen betonlar içindir. mc =1.7 Kalite kontrolünün yapılamayacağı durumda, daha az güvenilen betonlar için alınmalıdır.

ms =1.15 Çelik için malzeme güvenlik katsayısıdır. Bütün çelik çeşitleri ve imal durumları için aynı değer alınmalıdır.

Emniyet gerilmeleri metodu ile taşıma gücü metodu arasında güvenliğin sağlanması hususunda en önemli fark buradadır. Emniyet gerilmeleri metodunda Beton ve Çeliğin karakteristik değerleri, aynı emniyet katsayısına bölünerek malzeme emniyet gerilmeleri bulunduğu halde; taşıma gücü metodunda beton ve çelik, farklı malzeme güvenlik katsayılarına bölünerek malzeme hesap değerleri bulunmaktadır. Ayrıca, elemana tesir eden yük olarak, Emniyet gerilmeleri metodunda TS 498 de verilen karakteristik yükler kullanılmasına rağmen, taşıma gücü metodunda artırılmış yükler, dizayn yükleri kullanılmaktadır.

Tablo 3.1 Beton İçin Karakteristik ve Hesap Dayanımları

C16 C18 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50

fck

160180 200 250 300 350 400 450 500

fctk

1415 16 18 19 21 22 23 25

fcd

110120 130 170 200 230 270 300 330

fctd

9,310 10,7 12 12,7 14 14,7 15,3 16,7

33

TS498 karakteristik yükler Nkar

Nd = f * Nkar

Beton ve Çelik karakteristik dayanımları farklı katsayılara bölünerek Malzeme Hesap Dayanımları bulunur

NR Malzeme hesap dayanımları ile bulunan Taşıma Gücüdür.

Nd ≤ NR

mc =1,5 dir.

S220 S420 S500

fyk 2200 4200 5000fyd 1910 3650 4350

34

ms =1,15 dir.Tablo 3.2 Çelik için Karakteristik ve Hesap Dayanımlar

Not: Tablolardaki değerler kg/cm² birimindedir.