Betonarme Bir Yapıyı Önceden Boyutlandırmayı Öğrenmek

Nüshet Çamuşoğlu / nushet@ekoyapidergisi.org
Mimarların yapılar hakkında bilgi sahibi olması, yalnızca tasarımlarını gerçeğe dönüştürmek için değil, aynı zamanda inşaat için en iyi çözümleri bulmak amacıyla projelerini mühendislerle tartışabilmek açısından da çok önemlidir. Yapısal ön boyutlandırma, yapısal bileşenlerin ilk tasarımı için çok önemlidir ve mekanların kısıtlamalarını ve olanaklarını ortaya çıkarır.

Bir yapının desteklemesi gereken ana yüklerden biri kendi ağırlığıdır, bu nedenle binanın farklı parçalarının boyutlandırılabilmesi için bu bilginin bilinmesi çok önemlidir. Yapısal bir projeye başlarken, mühendis henüz yapıyı oluşturan farklı parçaların boyutlarını bilmez ve bu nedenle kendi ağırlıklarını da bilemez. Çözümü olmayan bir paradoks ortaya çıkar: ağırlığı bilmek için boyutları bilmek gerekir, ancak boyutları bilmek için de ağırlığı bilmek gerekir.

Projenin geliştirilmesi sırasında mimar kendini, binanın her bir parçasının boyutunu (örneğin sütunların boyutu gibi) bilmeden tasarım yapmak zorunda kalma gibi ilginç bir durumda bulur. Bu önemli unsurlar projenin işlevselliğini ve estetiğini doğrudan etkiler.

Bu çıkmazı çözmek için, kesin sonuçlar vermese de oldukça doğru olan hızlı ön boyutlandırma süreçleri geliştirilmiştir. Açıkçası, teknik standartların gerektirdiği tüm özen ve doğrulukla sonraki yapısal hesaplamaların yapılması gerekir, ancak en azından ön boyutlandırma, yürütülecek proje için bir başlangıç noktası sağlar.

Bu yazının amacı, betonarme binaların döşeme, kiriş ve kolonlarının önceden boyutlandırılması için kullanılan yöntemlerden birini sunmaktır. Başka birkaç yöntem daha vardır, ancak bu muhtemelen en yaygın olanlardan biridir. Bu yazıda belirtilen tüm açıklıklar, destekler arasındaki -merkezden merkeze- mesafe olarak düşünülebilir.

Döşemelerin ön boyutlandırılması

Döşemelerin açıklıkları, uzunluğu W1 ve genişliği W2, normalde çevreyi tanımlayan kirişler tarafından belirlenir. Döşeme hakkında bilinmeyen tek boyut yüksekliği H'dir. Masif bir döşemede ön yükseklik alternatifleri hakkında fikir sahibi olmak için, 7 cm'den (ortak zemin döşemelerinde) ve 12 cm'den (araç trafiğini destekleyen döşemelerde) daha ince döşemelerden kaçınarak daha küçük açıklığını 40'a bölebilirsiniz. Prefabrik ve nervürlü döşemelerde, başlangıç yüksekliği küçük açıklığın 20'ye bölünmesiyle hesaplanabilir.

Kirişlerin ön boyutlandırılması

Kirişlerde, önceden bilinen şey açıklığı W1 (iki destekli kirişlerde) veya açıklıkları W1, W2, ... , Wn (birden fazla destekli kirişler söz konusu olduğunda). Eğer kiriş konsollu ise, konsolun uzunluğu Wb bilinmektedir. Her zaman 12 cm'ye eşit veya daha büyük olması gereken kiriş kalınlığı Bw, kaplama olmaksızın kirişin desteklediği duvarın kalınlığı olarak düşünülebilir. Döşeme hesaplamalarına benzer şekilde, kirişlerin 20 cm'den az olmaması gereken h yüksekliğinin belirlenmesi gerekir.

2 destekli ve uçlarında konsol bulunmayan kirişlerde yükseklik, W1 açıklığının 5'in katlarına (daha yüksek) yuvarlanarak 10'a bölünmesiyle hesaplanabilir.

Birden fazla destekli kirişlerde yükseklik, ana açıklığın (W1, W2 veya Wn) 12'ye bölünmesi ve 5'in katlarına (daha yüksek) yuvarlanmasıyla hesaplanacaktır. Bu H yüksekliği, daha küçük açıklıklarda bile tüm kirişte kullanılabilir.

Konsol kirişinin yüksekliği, konsol uzunluğunun 5'e bölünmesiyle tahmin edilebilir.

Sütunların ön boyutlandırılması

Sütunlar için sadece yükseklik bilinmektedir, bu nedenle sütun kesitinin alanını (A x B) belirlemek gerekir. Örneğin Brezilya teknik standartları, A ve B boyutlarının 19 cm'ye eşit veya daha büyük olmasını önermektedir, ancak özel durumlarda, kesit alanının 360 cm2'ye eşit veya daha büyük olması koşuluyla 14 cm olabilir. Kesitin en büyük boyutunun en küçük boyutunun iki katından fazla olmaması tavsiye edilir: B ≤ 2A.

Bir sütunun yükü her katta değişir ve komşu sütunlar arasındaki mesafenin yarısı ile belirlenen 'etki alanları' kullanılarak tahmin edilebilir. Her bir döşemenin etki alanının her m2'si, döşemenin ağırlığı, duvarların ve kaplamaların ağırlığı ve kaza yükleri de dahil olmak üzere sütuna 1000 kgf yük katacaktır. Zeminle temas halinde olan ilk döşemenin ve binanın en yüksek kısmındaki son döşemenin katkısının sadece 500 kgf/m2 olması mümkündür.

Açıkçası, yük sütunlarda yukarıdan aşağıya doğru birikecektir, bu nedenle sütun ne kadar alçakta yer alırsa, üst kısmında desteklediği yüke ve kullanılan betonun kabul edilebilir gerilimine bağlı olarak (olası ve muhtemel sıkışması dikkate alınmadan) kesitinin alanı o kadar büyük olacaktır. Sadece ön boyutlandırma amacıyla, sütunun başlangıç alanının hesaplanmasında, daha sağlam sütunlarla sonuçlanan güvenlik lehine, 10 mpa veya 100 kgf/m2'lik bir güvenlik faktörü göz önünde bulundurularak, izin verilen hesaplama gerilimi ile düşük dirençli bir beton dikkate alınır.

Her bir sütun ayrı ayrı hesaplanmalıdır. Aşağıda, 5 katlı bir binanın sütunlarından birinin önceden boyutlandırılmasına ilişkin bir örnek yer almaktadır. Sütunun etki alanının tüm seviyelerde sabit ve 40 m2'ye eşit olduğu varsayılmıştır.

Bu makalede sunulanın, mimari bir projenin detaylandırılmasında yardımcı etkiler için yalnızca bir ön boyutlandırma süreci olduğunu açıklığa kavuşturmak gerekir. Asla nihai bir yapısal proje olarak kabul edilmemelidir. Binanın inşası için yapılan tüm hesaplamalar teknik normlara uygunluk açısından titizlikle test edilmelidir.