Betonarme Güçlendirmenin Teorik Esasları
Bu makale, StatiCAD güçlendirme modülünün TBDY 2018’in hangi hükümlerini nasıl uyguladığını, hangi kabulleri yaptığını ve kapsam sınırlarını özetler. Değerlendirme zincirinin kendisi (Bölüm 15, kesit lif modeli, 15.8 kararı) İtme Analizinin Teorik Esasları makalesindedir; burada yalnız güçlendirmenin bu zincire eklediği parçalar anlatılır.
1. Temel ilke: aynı değerlendirme, güçlendirilmiş elemanlar
TBDY 2018 15.9.1’e göre güçlendirilen binanın deprem güvenliği, mevcut binalar için verilen hesap ve değerlendirme esaslarıyla belirlenir. Bu yüzden StatiCAD ayrı bir “güçlendirme hesabı” kurmaz: güçlendirme elemanın özelliğidir ve aynı değerlendirme zinciri güçlendirilmiş kesit, rijitlik ve kapasiteyle bir kez daha yürütülür. Ana seçenek kapalıyken hesap güçlendirme öncesi hâliyle birebir aynıdır.
TBDY 15.9.3 ayrımına göre LP sargı, manto, çelik ve betonarme sargı, dıştan etriye ve dolgu duvarı güçlendirmesi eleman güçlendirmesi; yeni betonarme perde ise sistem güçlendirmesidir. Modül ikisini de aynı seçenekle yönetir.
2. Kolonların sarılması (15.10.1)
15.10.1’in ilk cümlesi kesin bir sınır koyar: bu yöntemlerle kolonların eğilme kapasitesi artırılamaz. Modül bunu üç sargı yönteminde de uygular.
2.1 Lifli polimer (LP) sargı — 15.10.1.3 ve EK 15B
| Büyüklük | Denklem | Uygulama |
|---|---|---|
| Etkinlik katsayısı κa | 15B.7 | Dairesel kesitte 1; elipste b/h; dikdörtgende 1 − [(b−2rc)² + (h−2rc)²]/(3bh). Kenar oranı 2,5’i (elipste 3) aşan kesitte eksenel ve süneklik artışı uygulanmaz. |
| Etkin LP birim uzaması εf | 15B.3 / 15B.4 | Kesme için min(0,004; 0,50 εfu); süneklik ve eksenel için min(0,50 εfu; 0,01). |
| Yanal basınç fl | 15B.6 | fl = ½ · κa · ρf · εf · Ef; ρf = 2·nf·tf·(b+h)/(b·h) · (wf/sf). |
| Sargılı dayanım ve birim şekildeğiştirme | 15B.5, 15B.8 | fcc = fcm·[1 + 2,4·(fl/fcm)] ≥ 1,2·fcm; εcc = 0,002·[1 + 15·(fl/fcm)^0,75]. |
| Beton modeli | 15B.3(b) | İki doğrulu σ–ε: (0, 0) → (0,002, fcm) → (εcc, fcc). LP modeli etriye sargısının yerine geçer, üstüne eklenmez. |
| Hasar sınırları | 15B.3(b) | GÖ = εcc (0,018 üst sınırıyla), KH = 0,75·εcc, SH = 0,004. |
| Kesme katkısı Vf | 15B.1 / 15B.2 | Vf = 2·nf·tf·wf·Ef·εf·d/sf; sürekli sargıda wf = sf; şeritte sf ≤ wf + d/4 sağlanmıyorsa katkı sıfırdır. Vr = Vc + Vw + Vf ≤ Vmax. |
| Bindirme boyu denetimi | 15B.4: 15B.9–15B.11 | Mevcut bindirme boyu girilirse gereken toplam LP kalınlığı hesaplanıp sağlananla karşılaştırılır ve sonuç etikete yazılır. Kesit boyut oranı > 2 veya düz yüzeyli donatıda “uygulanamaz” etiketi basılır. Bu denetim kapasiteyi değiştirmez. |
Poligon kesitli kolonlarda κa tanımlı olmadığından LP uygulanmaz ve uyarı verilir.
2.2 Betonarme sargı — 15.10.1.1
Kesme ve basınç dayanımı sarılmış brüt kesit boyutlarından hesaplanır ve 0,9 ile azaltılır; eğilme kapasitesi ve rijitlik değişmez. Sargılama etkisi mevcut çekirdekten okunmaya devam eder.
2.3 Çelik sargı — 15.10.1.2, Denk. 15.3
Vj = tj·b·d/s·fyw kesme dayanımına eklenir (tj, b, s: yatay plakaların kalınlığı, genişliği ve aralığı). Eğilme ve süneklik değişmez.
3. Kolon kesitinin büyütülmesi (manto) — 15.10.2
Eğilme kapasitesini artıran tek kolon yöntemidir. Yönetmeliğe göre eğilme, kesme, basınç dayanımı ve eğilme rijitliği brüt kesit boyutları ve eklenen betonun tasarım özellikleriyle hesaplanır ve elde edilen rijitlik ve dayanımlar 0,9 ile çarpılır. Modül bu katsayıyı üç yerde uygular:
- Sonlu eleman rijitliği: Kolon sekmesinde seçilen modele göre dönüştürülmüş kesit özellikleri kullanılır (n = E_manto / E_mevcut):
- Kompozit (varsayılan): mevcut kesit + n × manto halkası; tek yanlı mantolarda kompozit ağırlık merkezine göre paralel eksen terimleriyle,
- Yönetmelik harfi: brüt kesit manto betonuyla,
- Yalnız manto: mevcut kolon yok sayılır (ağır hasarlı mevcut kolon durumu).
- Kesit kapasitesi (lif modeli): Dış boyut mantolu; çekirdek mevcut kolon (mevcut beton ve etriye sargısıyla), kabuk manto betonu. Manto boyuna donatısı mantolu yüzler boyunca eşit aralıkla yerleştirilir (4 yüzde kapalı çevre, 3 yüzde U, 2 yüzde L, 1 yüzde tek kenar) ve eğilme kapasitesine katılır.
- Doğrusal yol: Kesme dayanımı ve üst sınırı mantolu kesitten; akma dönmesindeki EI ve plastik mafsal boyu mantolu kesitten. Manto etriyesi girilirse kesme dayanımına eklenir.
1, 2 ve 3 yüz mantoda kesit asimetrik olduğundan ± moment kapasitesinin küçüğü kullanılır (güvenli taraf).
4. Kirişlerin sarılması — 15.10.3
Kirişlerin eğilme kapasitesi sargıyla artırılamaz. Dıştan etriye (15.10.3.1) TS 500 etriye katkısı olarak yalnız kesme dayanımına eklenir; sargılama etkisi yoktur. LP ile sarma (15.10.3.2) EK 15B kurallarıyla (tam sargı; şeritte sf ≤ wf + d/4) hem sargılı modele hem kesme katkısına girer.
5. Yerinde dökme betonarme güçlendirme perdesi — 15.10.5
Modelde normal bir betonarme perde olarak çizilen eleman “yeni güçlendirme perdesi” olarak işaretlenir. Ana seçenek kapalıyken perde sonlu eleman modelinde yoktur: rijitlik ve dayanım vermez, zati ağırlığı ve tanımlı ek yükleri de sıfırlanır; perde döşemeye mesnet olmaz ve o kenarın yükü kalan mesnetlere dağılır. Açıkken 15.9.2 gereği yeni elemandır ve kullanıcının verdiği malzeme sınıflarıyla, bilgi düzeyi katsayısı 1 alınarak değerlendirilir.
Ankraj (15.10.5.1/.2): Perde ile mevcut çerçeve arasındaki kayma akışı saf kesme paneli kabulüyle q = Vd/lw alınır; kapasite TS 500 sürtünme kesmesiyle qr = μ·Asl·fyd’dir. Ø ≥ 16 mm, derinlik ≥ 10Ø ve aralık ≤ 400 mm koşulları denetlenir. Uç bölgesi (15.10.5.3): Perde ucunda mevcut kolon varsa uç bölgesi olarak kullanılabilir (gerekirse mantolanır); yoksa uç bölgesi oluşturulmalıdır. Modül geometriye bakıp notunu yazar. Perde temeli modülün kapsamı dışındadır ve raporda hatırlatılır.
6. Dolgu duvarlarının güçlendirilmesi — 15.10.4 ve EK 15C
6.1 Eşdeğer köşegen çubuk modeli
| Denklem | İfade |
|---|---|
| 15C.2 | λd = [Ed·td·sin2θ / (4·Ec·Ik·hd)]^¼ |
| 15C.1 | ad = 0,175·(λd·hk)^−0,4 · rd |
| 15C.3 | kd = ad·td·Ed / rd (basınç çubuğu eksenel rijitliği) |
| 15C.4 | Vd = Ad·(τd + fyd·ρsh) ≤ 0,22·Ad·fd (hasır çelikli sıva) |
| 15C.6 / 15C.7 | Tf = 0,003·Ef·wf·tf; kt = wf·tf·Ef / rd; wf ≤ ad (LP çekme çubuğu) |
| 15C.5 | Duvar malzemesi değerleri (boşluklu fabrika tuğlası, dolu harman tuğlası, gazbeton) |
Doğrusal (mod birleştirme) analizde tek yönlü basınç çubuğu kurulamadığından iki köşegene eşit eksenel rijitlik verilir; toplam yatay rijitlik, yönetmelikteki tek basınç çubuğunun (LP’de çiftin) rijitliğine eşittir. İtme analizinde ise her itme yönü ayrı bir model olduğundan çubuklar yöne bağlı tek yönlüdür; çubuğun eksenel kuvveti kapasitesine ulaşınca çubuk gevrek kabulüyle modelden çıkarılır ve kuvvet çerçeveye yeniden dağılır.
6.2 Performans değerlendirmesi
Güçlendirilmiş dolgu duvarı düşey eleman sayılır. Hasar bölgesi kayma açısına göre belirlenir: γ = |göreli kat ötelemesi| / kat yüksekliği; TBDY Tablo 15.2 sınırları SH 0,003 / KH 0,005 / GÖ 0,010’dur. Ayrıca köşegen çubukların deprem altındaki eksenel kuvvetlerinin yatay bileşeni kesme kapasitesiyle karşılaştırılır; aşılırsa duvar gevrek sayılır. Köşegen/kalınlık, boşluk oranı, boy/yükseklik oranı ve kat sınırı koşulları uyarı düzeyindedir; ankraj ve bulon detayları hesaba girmez, özette hatırlatılır.
7. Kapsam sınırları
- LP ile bindirme boyu güçlendirmesi denetim düzeyindedir (kapasiteye etkisizdir); poligon kesitli kolonda LP uygulanmaz.
- Tek yanlı mantolarda sonlu eleman çubuk ekseni mevcut kolonda kalır (kesit kapasitesinde dışmerkezlik dikkate alınır); manto etriyesi iki kol kabul edilir; manto için metraj ve çizim üretilmez.
- Yeni perdede uç bölgesi tasarımı otomatik değildir; perde temeli kapsam dışıdır.
- Dolgu duvarında kompozit elastisite modülü alınmaz.
- Kesme türündeki ek denetimler (çelik sargı, dıştan etriye, ankraj) doğrusal değerlendirmede raporlanır.
- Kural ihlalleri hesabı durdurmaz; proje kontrol listesine hata veya uyarı olarak düşer ve kararı mühendis verir.