ETABS BIM Link kullanarak yeraltı aktarma perdelerini kolayca tasarlayın

Bina, doğrudan bir yeraltı yapısının üzerinde konumlanmaktadır. Bu nedenle, normalde kolonların altına yerleştirilmesi gereken bazı kazıklar inşa edilememektedir. Bu sorunu çözmek için mühendisler, etkilenen kolonları taşımak amacıyla aktarma perdelerinin kullanılmasını önermiştir.

Ancak aktarma perdelerinin tasarımı, özellikle boşlukların bulunduğu durumlarda, doğası gereği karmaşıktır. Bunun yanı sıra, yeraltı yapılarında çatlak genişliği kontrolü gibi kullanılabilirlik limit durumu (SLS) gereksinimleri daha kritik öneme sahiptir; zira bu yapılar zemin ile temas halinde olduğundan korozyon gibi dayanıklılık sorunlarına karşı daha hassastır. Baskı-çekme çubuğu yöntemi gibi yerleşik tasarım yöntemleri ağırlıklı olarak taşıma gücü limit durumu (ULS) gereksinimlerini karşılamakta, ancak SLS davranışını yeterince ele almamaktadır.

Aktarma Perdesi Tasarımı

Aktarma perdesi tasarımı, çoğunlukla düzlem kesit varsayımının geçerli olmadığı D-bölgeleri gibi davranması nedeniyle karmaşık bir konudur; bu nedenle tasarım yönetmeliklerindeki standart ampirik formüller kullanılamamaktadır. Bu durum, genellikle kiriş veya kolon tasarım varsayımlarına dayanan genel amaçlı SEA yazılımlarındaki tasarım özelliklerinin bu problem için uygun olmadığı anlamına gelmektedir.

Yukarıda gösterilen perdede, mühendislerin tasarım için iki seçeneği bulunmaktadır. Birincisi baskı-çekme çubuğu yönteminin kullanılmasıdır; bu iyi ve uygun bir yöntem olmakla birlikte, çok fazla manuel çalışma ve deneme-yanılma gerektirdiğinden zaman alıcı olabilir. İkincisi ise genel amaçlı SEA yazılımında yaklaşık yöntem kullanmaktır; bu yaklaşımda donatı gereksinimlerini belirlemek için asal çekme gerilmeleri değerlendirilir ve asal basınç gerilmelerinin betonun tasarım dayanımının altında kaldığı doğrulanır.

İkinci seçenek daha pratik ve zaman açısından verimli bir tercih gibi görünmektedir; ancak içinde gizli bir tehlike barındırmaktadır.

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail, hem B-bölgelerini hem de D-bölgelerini doğru biçimde ele alabilen CSFM (Uyumlu Gerilme Alanı Yöntemi)'ni kullanmaktadır. Detail ayrıca kc2 faktörü aracılığıyla basınç yumuşaması etkilerini analizine dahil ederek beton basınç çubuğu kapasitesinin daha gerçekçi ve güvenli bir şekilde değerlendirilmesini sağlar.

IDEA StatiCa 25.1, ETABS'tan IDEA StatiCa Detail'e perde elemanlarının aktarılmasını desteklemektedir. Bu BIM Link sayesinde mühendisler, IDEA StatiCa Detail'de daha kapsamlı analiz yapabilmek için perdeleri ETABS'tan kolayca içe aktarabilir.

Aşağıda, ETABS'tan aktarılan ve IDEA StatiCa Detail'de analiz edilen aynı perde gösterilmektedir. Sol üst köşede, verilen temel donatı ile ULS analizinin başarısız olduğu görülmektedir; oysa basınç gerilmeleri benzer düzeydedir (yaklaşık 17 MPa). Bunun nedeni nedir?

Bu ULS başarısızlığı, beton kapasitesini 0,87 katsayısıyla azaltan kc2 faktörü aracılığıyla basınç yumuşaması etkisinin dikkate alınmasından kaynaklanmaktadır. Dolayısıyla beton kapasitesi artık σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa olmaktadır. Bu nedenle 17 MPa'lık basınç gerilmesiyle kullanım oranı (σc/σc,lim) %99,5 olarak gösterilmektedir. Peki bu basınç yumuşaması etkisi nedir?

Basınç Yumuşaması

Beton yüksek basınç altına girdiğinde, dik yönde çekme şekil değiştirmeleri yaşar; buna enine çekme adı verilir. Bu durum gerçekleştiğinde küçük çatlaklar oluşmaya başlar ve beton daha az sıkışık hale gelerek basınç dayanımı azalır. Basınç yumuşaması olarak bilinen bu etki, çatlak oluşmuş betonun çatlaksız betona kıyasla daha az basınç kuvveti taşıyabileceği anlamına gelmektedir. Tasarım yönetmeliklerinde bu etki, örneğin derin kiriş tasarımında dikkate alınmaktadır. Derin kiriş basınç çubuklarında ve düğüm noktalarında, duruma bağlı olarak farklı değerler alan Eurocode'daki k faktörü (veya ACI'daki β faktörü), basınç yumuşaması etkisi nedeniyle betonun maksimum basınç kapasitesini azaltmak için kullanılmaktadır. IDEA StatiCa Detail kullanıldığında, bu azaltma faktörü kc2, gerçek gerilme durumuna göre otomatik olarak hesaplanmaktadır.

Çözüm

Çözüm, betondaki basınç gerilmesinin bir kısmını hafifletmek için ek donatı eklenmesidir. Bu sayede aktarma perdesi, aşağıda gösterildiği gibi tasarım kontrolünü geçebilmektedir. Ek basınç donatısı eklenmesi gerekliliği, mühendisler IDEA StatiCa Detail kullanmasaydı gözden kaçabilirdi.

Dikkat ettiyseniz, sol üst köşede gerilme sınırlaması, sehim (uzun vadeli etki dahil) ve çatlak genişliğini kapsayan SLS sonucu da IDEA StatiCa Detail içinde değerlendirilmektedir. SLS sonucu, yukarıda açıklanan diğer iki yaklaşımın üretemediği bir çıktıdır. 

Dolayısıyla IDEA StatiCa Detail kullanılarak mühendisler, aktarma perdelerinin yalnızca ULS'de değil, SLS'de de nasıl davrandığı konusunda tam bilgiye sahip olabilmektedir.

Rapor

Tasarım tamamlandıktan sonra mühendisler, sunmak üzere tüm analiz sonuçlarını gösteren kapsamlı bir rapor oluşturabilir. Bunun yanı sıra, imalat amaçlı olarak donatıların malzeme listesi de üretilebilir.

Sonuç

Aktarma perdelerinin tasarımı, D-bölgelerinde meydana gelen karmaşık gerilme etkileşimlerine dikkatli bir şekilde yaklaşılmasını gerektirmektedir. Basitleştirilmiş yaklaşımlar veya genel amaçlı SEA sonuçlarının doğrudan kullanımı, basınç yumuşaması gibi önemli etkileri gözden kaçırarak beton kapasitesinin olduğundan yüksek tahmin edilmesine yol açabilir. IDEA StatiCa Detail ve CSFM tabanlı analizi kullanılarak mühendisler, bu doğrusal olmayan davranışları doğru biçimde hesaba katabilir ve hem ULS hem de SLS gereksinimlerinin gereği gibi doğrulandığından emin olabilir.

Kaynaklar

• ETABS'tan Detail'e BIM Link için Eğitim Kılavuzu