Betonarme Yapıların Hesap ve Tasarımı / Adem Doğangün

ÖNSÖZ
Asrın felaketi olan 6 Şubat 2023 depremlerinde can kayıpları, yaralanmalar, enkazlar, hasarlı binalar, işgücü kaybı, maddi kayıplar gibi olumsuzluklar tüm ülke olarak canımızı çok yakmıştır. Meslektaşlarımızın birkısmı bu üzüntünün yanında hukuki süreçlere de maruz kalmıştır. Tüm bunlar bizlere betonarme yapılarla ilgili yönetmeliklere ve standartlara proje ve uygulama aşamasında mutlaka uymamız gerektiğini çok net olarak göstermiştir. Bu durumda, öğrencilere ve uygulamada çalışan teknik elemanlara yönetmeliklerdeki yeni koşulları da kapsayan kitapların sunulması zorunlu olmaktadır. Bu zorunluluk kitabı hazırlamaya ve sürekli güncellemeye sevk eden başlıca neden olmuştur. 2018 Deprem Yönetmeliği ve 2024 taslağı kısa sürede kitaba yansıtılmaya çalışılmıştır. Hukuki süreçlerde yardımcı olması bakımından geçmişten günümüze beton tanımları bir başlık halinde sunulmuştur. Olası hataların tarafıma bildirilmesi, kitabın bir sonraki baskısı için katkı sağlayacaktır.

Yetişmemde emeği geçen tüm hocalarımı saygıyla anar, aynı bilim dalında uzun yıllar birlikte çalıştığım arkadaşlarım Prof.Dr.Yusuf Ayvaz ve Prof.Dr.Metin Hüsem’e teşekkürlerimi sunarım. Kitaptaki üç boyutlu kolon çizimleri Prof.Dr.Ali Ural tarafından yapılmıştır. Kendisine teşekkür ederim.

Kitabın hazırlanmasında ve güncellenmesinde emeği geçen ya da hata bularak düzeltilmesini sağlayan, başta M.Ömer Timurağaoğlu, Fikret Mehdi, Waheed Rasekh, Mert Yıldırım, Ramazan Acar ve Gökhan Erden olmak üzere tüm çalışma arkadaşlarıma ve öğrencilerime teşekkür ederim. Kitap hakkında çok değerli görüş ve önerilerini tarafıma ulaştırarak çalışma şevkimi artıran ve katkıda bulunan tüm akademisyenlere ve özellikle uygulamada çalışan tüm meslektaşlarıma teşekkürlerimi sunmayı bir borç bilirim. Olası hataların ya da kitap hakkındaki eleştiri ve önerilerin tarafıma ulaştırılması halinde, gönderenlere peşinen teşekkür eder, bunların mutlaka değerlendirileceğini ve gereğinin yapılacağını belirtmek isterim.

Kitabın hazırlanması ve güncellenmesi, tatillerin ve gecelerin önemli bir bölümünü de kapsayan uzun süreli tempolu çalışmaları gerekli kılmıştır. Bu süre içinde beni sabırla destekleyen ve çalışmam için en uygun ortamı sağlayan, eşim Şule’ye, çocuklarım Ayşegül, Esra ve Fatih’e müteşekkir olduğumu belirtmek isterim. Enerjileri ile motivasyon veren torunlarım Zeynep ve Ahmet Emire hayırlı uzun ömürler dilerim. Kitabın, betonarme yapıların hesabı, tasarımı ve inşasıyla ilgilenen öğrenci ve teknik elemanlara yardımcı olmasını gönülden dilerim.

Adem DOĞANGÜN
Ekim 2024
E-posta: [email protected]
Tel: 0.224.2941961
Url: http://ademdogangun.com


İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ……….III
SEMBOLLER……….XI
1. GİRİŞ……….1
1.1. Betonarmenin Tarihsel Gelişimi……….3
1.2. Betonarmenin Uygulama Alanları……….4
1.3. Betonarme Yapıların Yığma, Ahşap Çelik Yapılara Göre Üstün ve Zayıf Tarafları……….4
1.4. Betonarme Yapılara İlişkin Kanun Standard ve Yönetmelikler……….7
1.5. Betonarme Yapılarda Belirsizlikler……….10
1.6. Betonarme Yapılar İçin Sınır Durumlar……….11
1.6.1. Taşıma gücü sınır durumu……….11
1.6.2. Kullanılabilirlik sınır durumu……….14
1.7. Betonarme Yapıların Tasarımında Gerekli Bilgi ve Belgeler……….18
1.8. Betonarme Yapıların Kullanımına Kadar Geçen Aşamalar……….19
1.9. Betonarme Yapıların İnşa Edileceği Yerin Seçimi……….21
2. BETONARMEYİ OLUŞTURAN MALZEMELER……….23
2.1. Betonun Bileşiminde Bulunan Malzemeler……….24
2.1.1. Çimento……….24
2.1.2. Agrega……….27
2.1.3. Karışım ve bakım suları……….32
2.1.4. Katkı maddeleri……….33
2.2. Karışım Hesapları ve Beton Üretimi……….34
2.3. Betonun Taşınması ve Yerleştirilmesi……….42
2.4. Betonun Kürü, Bakımı ve Kalıp Sökümü……….43
2.5. Donatının Üretimi……….45
2.6. Donatının Yerleştirilmesi……….51
2.7. Donatının Dış Etkilere Karşı Korunması ve Beton Örtüsü……….52
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….53
3. BETON VE DONATININ ÖZELİKLERİ……….55
3.1. Betonun Özellikleri……….55
3.1.1. Dayanımı……….55
3.1.2. Gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi……….60
3.1.3. Poisson oranı……….64
3.1.4. Elastisite ve kayma modülleri……….64
3.1.5. Sıcaklık genleşme katsayısı……….66
3.1.6. Büzülmesi (rötre) ve şişmesi……….66
3.1.7. Sünmesi……….68
3.1.8. Dayanıklılığı ……….69
3.1.9. Geçirimsizliği……….70
3.1.10. Sınıflandırılması……….70
3.1.11. Geçmişten günümüze beton tanımları 71
3.2. Donatının Özellikleri……….75
3.2.1. Dayanımı……….75
3.2.2. Gerilme-şekildeğiştirme ilişkisi……….76
3.2.3. Poisson oranı, elastisite modülü ve kayma modülü……….77
3.2.4. Isı genleşme katsayısı……….77
VI
3.2.5. Sınıflandırılması……….77
3.3. Beton-Donatı Kenetlenmesi……….78
3.3.1. Düz kenetlenme……….79
3.3.2. Kanca ya da fiyongla kenetlenme……….79
3.3.3. Kaynaklı enine çubukla kenetlenme……….80
3.3.4. Mekanik kenetlenme……….80
3.3.5. Demet donatının kenetlenmesi……….80
3.3.6. Etriyelerin kenetlenmesi……….81
3.4. Donatının Eklenmesi……….81
3.4.1. Bindirmeli ekler……….82
3.4.2. Manşonlu ekler……….84
3.4.3. Kaynaklı ekler……….85
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….85
4. TAŞIYICI SİSTEM SEÇİMİ……….87
4.1. Taşıyıcı Sistem Bakımından Yapı Güvenliğinin Temel İlkeleri……….87
4.1.1. Yeterli dayanım……….89
4.1.2. Yeterli rijitlik……….92
4.1.3. Yeterli kararlılık (duraylılık, stabilite)……….95
4.1.4. Yeterli süneklik……….98
4.1.5. Yeterli uyum (fazla bağlılık, adaptasyon)……….109
4.1.6. Yeterli sönüm……….111
4.2. Taşıyıcı Sistem Seçimine Etki Eden Faktörler……….113
4.2.1. Mimari sınırlamalar……….113
4.2.2. Arazinin ve Zeminin Durumu……….113
4.2.3. Yapım (inşa) süresi……….113
4.2.4. Yapım teknolojisi……….114
4.2.5. Yapı maliyeti……….115
4.2.6. Deprem durumu ve yapının davranışını etkileyen parametreler……….115
4.2.6.1. A1 – Burulma Düzensizliği……….115
4.2.6.2. A2 – Döşeme Süreksizliği……….120
4.2.6.3. A3 – Planda Çıkıntılar Bulunması 1221
4.2.6.4. B1 – Komşu Katlar Arası Dayanım Düzensizliği (Zayıf Kat)……….123
4.2.6.5. B2 – Komşu Katlar Arası Rijitlik Düzensizliği (Yumuşak Kat)……….125
4.2.6.6. B3 – Taşıyıcı Sistemin Düşey Elemanlarının Süreksizliği……….129
4.2.6.7. Perde duvarların plandaki konum ve düzeni……….130
4.2.6.8. Yapının her iki doğrultudaki rijitliği……….131
4.2.6.9. Elemanların ortogonal olmama durumu……….135
4.2.6.10. Çerçevelerin sürekliliği……….136
4.2.6.11. Kısa kolon durumu……….137
4.2.6.12. Kuvvetli kiriş-zayıf kolon durumu……….139
4.2.6.13. Bırakılacak derz miktarları……….140
4.2.6.14. Yapılar arasında bırakılacak boşluk……….141
4.2.6.15. Düzensiz kütle dağılımı……….142
4.2.6.16. Taşıyıcı olmayan elemanların ağırlığı……….143
4.3. Taşıyıcı Sistem Çeşitleri……….142
4.3.1. Geleneksel çerçeveli sistemler……….143
4.3.2. Perde duvarlı sistemler……….143
4.3.3. Eğik elemanlı çerçeveli sistemler……….144
4.3.4. Boşluklu perde duvarlı sistemler……….144
VII
4.3.5. Perde duvarlı-çerçeveli sistemler……….145
4.3.6. Tüp sistemler……….145
4.3.7. Taban izolasyonlu sistemler……….145
4.4. Taşıyıcı Sistem Seçimine İlişkin Koşullar ……….146
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….146
5. YAPILARA ETKİYEN YÜKLER VE DEPREM HESABI……….147
5.1. Yükler……….147
5.1.1. Kalıcı yük……….148
5.1.2. Hareketli yük……….151
5.1.3. Rüzgar yükü……….154
5.1.4. Deprem yükü……….156
5.1.5. Yatay Zemin İtkisi……….156
5.1.6. Sıcaklık değişimi büzülme farklı oturma vb .etki……….157
5.1.7. Sıvı basınçları……….157
5.1.8. Yüklerin birleştirilmesi……….158
5.2. Binaların Depreme Göre Hesabı……….161
5.2.1. Yerel Zemin Sınıfları (ZA, ZB, ZC, ZD, ZE, ZF) ……….162
5.2.2. Bina Kullanım Sınıfları ( BKS ) ve Bina Önem Katsayısı ( I )……….163
5.2.3. Deprem Yer Hareketi Düzeyleri (DD-1, DD-2, DD-3, DD-4)……….164
5.2.4. Harita Spektral İvme Katsayıları ( SS, S1 )……….164
5.2.5. Yerel Zemin Etki Katsayıları ( FS , F1 )……….166
5.2.6. Tasarım Spektral İvme Katsayıları (SDS , SD1)……….166
5.2.7. Deprem Tasarım Sınıfları ( DTS )……….166
5.2.8. Dayanım Fazlalığı Katsayısı ( D )……….167
5.2.9. Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı ( R ) ……….167
5.2.10. Bina Yükseklik Sınıfları (BYS) ……….168
5.2.11. Bina Yüksekliği ( HN ) ……….171
5.2.12. Binanın Hakim Doğal Titreşim Periyodu………. ( Tp ) 171
5.2.13. Tasarım Spektrumu ve Yatay Tasarım Spektrumu Köşe Periyotları ( TA , TB )……….173
5.2.14. Yatay Elastik Tasarım Spektral İvmeleri [ Sae (T) ……….174
5.2.15. Yatay Elastik Tasarım Spektral Yerdeğiştirmeleri [ Sde (T) ] ……….174
5.2.16. Düşey Elastik Tasarım Spektral İvmeleri [ SaeD (T) ] ……….175
5.2.17. Deprem Yükü Azaltma Katsayısı ( Ra ) ……….175
5.2.18. Azaltılmış Tasarım Spektral İvmesi [SaR (T)] ……….175
5.2.19. Hareketli Yük Kütle Katılım Katsayısı (n) ……….176
5.2.20. Bina Kat Kütlesi (mi ) ve Bina Toplam Kütlesi (mt ) ……….177
5.2.21. Toplam Eşdeğer Deprem Yükü ( VtE ) ve Kat Deprem Yükleri ( Fi ) ……….177
5.2.22. Bina Performans Hedefleri ( KK, SH, KH, GÖ ) ……….177
5.2.23. Deprem Hesap Yöntemleri……….179
5.2.24. Sayısal uygulama (Eşdeğer Deprem Yükü ile 4 Katlı bir Binanın Deprem Hesabı) ……….184
5.3. Kesit Hesaplarına Giriş……….196
5.3.1. Tasarım kesit etkilerinin belirlenmesi……….196
5.3.2. Betonarme elemanın mukavemet durumunun belirlenmesi……….198
5.2.3. Taşıma gücüne göre yapılan hesapta dikkate alınan kabuller……….200
5.3.4. Kesitlerin taşıma güçlerinin hesabı ve tasarımı……….204
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….206
VIII
6. DÖŞEMELER……….211
6.1. Döşeme Hesaplarında Etkili Olan Parametreler……….222
6.2. Döşemelerin Modellenmesi……………228
6.3. Kirişli Döşemeler……….232
6.3.1. Bir doğrultuda çalışan kirişli döşemeler (BDÇKD)……….232
6.3.1.1. Sürekli Kiriş Teorisiyle BDÇKD yapısal çözümlemesi……….233
6.3.1.2. BDÇKD boyut ve donatılara ilişkin koşullar ve tasarım……….236
6.3.1.3. Sayısal uygulama ……….240
6.3.2. İki doğrultuda çalışan kirişli döşemeler……….246
6.3.2.1. Yaklaşık Yöntemle yapısal çözümleme……….248
6.3.2.2. Boyut ve donatılarına ilişkin koşullar ve tas. şeması……….252
6.3.2.3. Sayısal uygulama ……….257
6.3.3. Kirişli döşemelerde karşılaşılan özel durumlar……….263
6.4. Kirişsiz Döşemeler……….264
6.4.1. Moment Katsayıları Yöntemiyle yapısal çözümleme……….265
6.4.2. Zımbalama……….269
6.4.3. Boyut ve donatılarına ilişkin koşullar ve tasarım akış şeması……….281
6.4.4. Sayısal uygulama……….283
6.5. Dişli Döşemeler……….298
6.5.1. Bir doğrultuda çalışan dişli döşemeler……….299
6.5.1.1. Sürekli Kiriş Teorisiyle yapısal çözümleme……….300
6.5.1.2. Boyut ve donatılarına ilişkin koşullar ve tasarım şeması……….300
6.5.1.3. Sayısal uygulama ……….303
6.5.2. İki doğrultuda çalışan dişli döşemeler……….309
6.5.2.1. Yapısal çözümleme……….309
6.5.2.2. Boyut ve donatılarına ilişkin koşullar ve tasarım şeması……….310
6.5.2.3. Sayısal uygulama……….312
6.6. Elastik Plak Teorisiyle Yapısal Çözümleme……….321
6.7. Akma Çizgileri Yöntemiyle Yapısal Çözümleme……….322
6.8. Eşdeğer Çerçeve Yöntemiyle Yapısal Çözümleme……….323
6.8.1. Sayısal uygulama……….336
6.9. Döşemelerde Sehim Kontrolü……….358
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….360
7. KİRİŞLER 363
7.1. Kirişlere Yük Aktarımı……….364
7.2. Kiriş Boyut ve Donatılarına İlişkin Tanımlar ve Yönetmelik Koşul……….366
7.3. Etkili Tabla Genişliği……….379
7.4. Kirişlerin Yapısal Çözümlemesi……….381
7.5. Kirişlerin Davranışları……….386
7.5.1. Tek donatılı kesite sahip kirişler……….386
7.5.2. Çift donatılı kesite sahip kirişler……….389
7.6. Kiriş Kesitlerinin Hesap ve Tasarımı……….391
7.6.1. Tek donatılı dikdörtgen kesitler ……….393
7.6.2. Çift donatılı dikdörtgen kesitler……….405
7.6.3. Tek donatılı tablalı kesitler……….417
7.6.4. Çift donatılı tablalı kesitler……….430
7.6.5. Değişik geometrilerdeki kesitler……….432
7.7. Kirişlerde Kesme Etkisi……….438
7.7.1. Kesme donatısız kirişler……….439
IX
7.7.2. Kesme donatılı kirişler……….441
7.7.3. Sürtünme kesmesi……….444
7.7.4. Kirişlerin kesme güvenliği ve kesme donatısının belirlenmesi……….445
7.8. Kirişlerde Burulma Etkisi……….462
7.9. Kısa Konsollar……….471
7.10. Yüksek Kirişler……….474
7.11. Kirişlerde Sehim ve Çatlak Kontrolü……….474
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….484
8. KOLONLAR……….487
8.1. Kolon Çeşitleri……….487
8.2. Kolonlara Yük Aktarımı……….488
8.3. Kolon Boyut ve Donatılarına İlişkin Tanım ve Koşullar……….490
8.4. Kolonların Davranışları……….498
8.5. Kalın (Kısa) Kolonların Hesap ve Tasarımı……….509
8.5.1. Eksenel basınç etkisindeki kolon……….509
8.5.2. Bir doğrultuda bileşik eğilme etkisindeki kolon……….511
8.5.3. İki doğrultuda bileşik eğilme etkisindeki kolon……….539
8.6. Narin Kolonların Hesap ve Tasarımı……….551
8.7. Kolonların Kesme Güvenliği ve Kesme Donatısının Belirlenmesi……….561
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….574
9. BİRLEŞİM BÖLGELERİ……….577
9.1. Kolon-Kiriş Birleşim Bölgesi……….578
9.2. Kiriş-Döşeme Birleşim Bölgesi ……….583
9.3. Kolon-Döşeme Birleşim Bölgesi……….583
9.4. Perde- Döşeme Birleşim Bölgesi……….583
9.5. Kolon-Temel Birleşim Bölgesi……….584
10. PERDE DUVARLAR……….585
10.1. Boşluksuz Perdelere İlişkin Kural ve Koşullar……….585
10.2. Boşluklu Perdelere İlişkin Kural ve Koşullar……….591
10.3. Perde Duvarlarda Kırılma……….594
10.4. Perde Duvarlarda Dikkate Alınacak Tasarım Kesit Etkileri……….594
10.5. Perde Duvarların Dayanımı……….596
10.6. Perde Duvarlı Sistemlerin Modellenmesi……….602
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….604
11. MERDİVENLER……….605
11.1. Merdiven Elemanlarının Tanımlanması……….605
11.2. Merdivenlerin Depremde Davranışları……….612
11.3. Betonarme Merdivenlerde Taşıyıcı Sistemler……….613
12. TEMELLER……….629
12.1. Temel Altındaki Zeminin Davranışı……….629
12.2. Temellerin Sınıflandırılması……….640
12.3. Duvar Altı Temelleri……….641
12.4. Tekil Temeller……….645
12.4.1. Eksenel yük etkisindeki tekil temeller……….650
12.4.2. Eksenel yük ve moment etkisindeki tekil temeller……….653
X
12.4.3. Tekil temel sisteminde bağlantı kirişleri……….664
12.4.4. Birleşik Kolon Temelleri ……….666
12.5. Sürekli Temeller……….679
12.5.1. Şerit Temeller……….680
12.5.2. İki doğrultuda şerit (alan) temeller……….686
12.6. Radye Temeller……….687
KONUYLA İLGİLİ ÖRNEK SORULAR……….697
13. ÖRNEK BİR YAPININ PROJELENDİRİLMESİ……….699
13.1 Taşıyıcı Sistem Seçimi……….699
13.2 Çatı Yüklerinin Hesabı……….701
13.3 Kirişlerin Önboyutlandırılması……….702
13.4 Döşemelerin Önboyutlandırılması ve Yüklerin Belirlenmesi……….702
13.5 Merdivenin Tasarımı……….705
13.6 Kolonların Önboyutlandırılması ……….707
13.7. Döşemelerin Tasarımı……….709
13.8 Kiriş Yüklerinin Belirlenmesi……….716
13.9 Yatay Yüklerin Belirlenmesi……….718
13.10. Yapısal Çözümlemelerin Gerçekleştirilmesi……….725
13.11. Ötelenmelerin Kontrolü……….736
13.12. Kirişlerin Tasarımı……….736
13.13. Kolonların Tasarımı……….743
13.14. Birleşim Bölgelerinin Kesme Denetimi……….748
13.15 Temellerin Tasarımı……….749
KAYNAKLAR……….753
İŞBAŞINDA 763
DİZİN 765