Zayıf Kat (B1) Düzensizliği: Dayanım Nerede Kesilir?

1. Zayıf kat nedir?

Bir binada kesme dayanımı bir katta, üstündeki kata göre belirgin biçimde azalıyorsa, deprem sırasında şekil değiştirme o katta toplanır. Kat, binanın geri kalanından önce ve çok daha fazla zorlanır; en kötü durumda üst katlar yerinde kalırken o kat göçer.

TBDY 2018 bu durumu, betonarme binalar için, düşey doğrultudaki düzensizlikler arasında B1 — komşu katlar arası dayanım düzensizliği (zayıf kat) olarak tanımlar (Tablo 3.6). Ölçü, katın etkili kesme alanının üstündeki kata oranıdır:

2. Etkili kesme alanı

Bir katın depreme karşı kesme dayanımını kabaca temsil eden etkili kesme alanı şöyle hesaplanır:

Burada A_w kolonların, A_g betonarme perdelerin, A_k ise kargir dolgu duvarların deprem doğrultusundaki enkesit alanlarıdır.

Dolgu duvarların yalnızca %15 oranında hesaba katılması dikkat çekicidir. Bunu şöyle yorumlamak mümkündür: Dolgu duvarlar gerçekte kesme kuvveti taşır, ama gevrek davranır, betonarme çerçeveyle bağlantısı belirsizdir ve binanın ömrü boyunca kaldırılabilir. Yönetmelik onları tamamen yok saymaz, ama onlara güvenmez de. Asıl önemli olan sonuçtur: Dolgu duvarlarla dolu üst katlar, onların kaldırıldığı bir zemin katına göre belirgin biçimde daha güçlü görünür.

Yönetmelik iki durumu ayrıca düzenler. Çerçeveye esnek derzlerle bağlanmış dolgu duvarlar için A_k = 0 alınır (Tablo 3.6 notu, Madde 4.9.1.3(b)): Böyle bir duvar çerçeveyle birlikte çalışmadığı için kesme dayanımına katkısı sayılmaz. Ve bir katta dolgu duvar alanı üstündeki kattakinden fazlaysa, η_ci hesabında dolgu duvarlar hiç dikkate alınmaz (Madde 3.6.2.3).

3. İki sınır: 0,80 ve 0,60

• 0,60 ≤ η_ci,min < 0,80: B1 düzensizliği vardır. Bina tasarlanabilir, ama Tablo 4.1'deki taşıyıcı sistem davranış katsayısı R, 1,25·η_ci,min ile çarpılarak azaltılır ve bu azaltma binanın tamamına, iki deprem doğrultusunda da uygulanır (Madde 3.6.2.3). Daha küçük R, daha büyük tasarım kuvveti demektir.
• η_ci < 0,60: Hiçbir durumda izin verilmez (Madde 3.6.2.3). Taşıyıcı sistem değiştirilmeden bina tasarlanamaz.

4. Sayısal örnek: dükkânlı bina

Zemin katı dükkân olan, üst katları konut olan bir bina düşünelim. Her iki katta da kolonların deprem doğrultusundaki toplam alanı 1,2 m². Üst katta 8 m² dolgu duvar var; zemin katta vitrinler yüzünden hiç yok. Üst katın etkili kesme alanı: 1,2 + 0,15 × 8 = 2,4 m².

Zemin katına farklı miktarlarda betonarme perde eklendiğinde sonuç şöyle değişir (sitenin TBDY değerlendirme motoruyla hesaplanmıştır):

Hiç perde yoksa η_ci = 0,50: Bina bu hâliyle tasarlanamaz. 0,6 m² perde düzensizliği ortadan kaldırmaz ama izin verilen aralığa taşır; bu durumda R, 1,25 × 0,75 = 0,9375 ile çarpılır. Örneğin süneklik düzeyi yüksek bir betonarme çerçevede (A11) R = 8 yerine 7,5 kullanılır ve T ≥ T_B bölgesinde deprem kuvvetleri 8/7,5 ≈ 1,07 kat, yani yaklaşık %7 büyür. 1,0 m² perdeyle oran 0,92'ye çıkar ve düzensizlik kalmaz.

Örneğin en önemli dersi şudur: Sorunu yaratan zemin katın zayıflığı kadar, üst katlardaki dolgu duvarların "sessizce" eklediği dayanımdır. Kolonlar iki katta da aynıdır.

5. Zayıf kat ile yumuşak kat aynı şey mi?

Hayır, ve günlük dilde sıkça karıştırılırlar. TBDY ikisini ayrı düzensizlikler olarak tanımlar:

• B1 — zayıf kat: Bir dayanım düzensizliğidir. Ölçüsü kesme alanlarının oranıdır.
• B2 — yumuşak kat: Bir rijitlik düzensizliğidir. Ölçüsü komşu katların göreli kat ötelemelerinin oranıdır; η_ki > 2,0 ise vardır (bodrum katlar hariç).

Dükkânlı binalarda ikisi çoğu zaman birlikte görülür, çünkü dolgu duvarlar hem dayanım hem rijitlik ekler. Ama bir bina birini taşıyıp diğerini taşımayabilir; ikisini ayrı ayrı denetlemek gerekir. Sitedeki yumuşak kat animasyonu, rijitlik farkı yüzünden şekil değiştirmenin tek bir katta nasıl toplandığını gösterir.

6. Ne yapılabilir?

Çözüm, zemin katının etkili kesme alanını artırmak ya da katlar arasındaki farkı başka yoldan azaltmaktır. En etkili yol, örnekte de görüldüğü gibi, zemin katında betonarme perde düzenlemektir; mimari kısıtlar izin vermiyorsa çelik çaprazlar ya da kolon boyutlarının artırılması düşünülebilir. Mevcut binalarda bu, güçlendirme projesinin konusudur.

Tasarımın başında akılda tutulması gereken bir nokta: Mimari projede zemin katının açık bırakılması ve üst katların dolgu duvarlarla kapatılması, taşıyıcı sistem kararı kadar etkili bir deprem kararıdır.