Kiriş Nedir? Kiriş Çeşitleri Nelerdir?

Kiriş, boyuna göre eksenine dik yük alan yatay beton çubuk elemanlara denir. Düşey yük ve yatay yükler için mesnetlik yapar. Gelen yüklerin düşey taşıyıcı kolonlar ile temele iletilmesini sağlar. Bunların yanında kolonları birbirine bağlayarak çerçeve oluşumunu sağlar. Böylelikle elemanlar arası herhangi bir kopukluk olmaz ve yük iletimi tam şekilde sağlanır. Kirişlerin eğilmeye ve bükülmeye karşı dayanıklı olması gerekir. Çünkü depremde plastik mafsalların kolonlarda olmaksızın kirişlerde olması istenir.

Plastik Mafsal Nedir?

Yatay yük sonucu yük yoğunluğunun fazla olduğu noktalarda donatı aktıktan sonra betonun çatlaması ve artık moment aktarımını yapamadığı duruma gelmesi sonucu, oluşan kritik noktalara plastik mafsal diyoruz. Plastik mafsal genelde kirişlerde oluşur. Daha doğrusu kirişlerde olması istenir. Kolonlarda oluşan plastik mafsal sistemi, labil hale yani tutunamaz hale getirecektir. Her sistemin belirli bir hiperstatiklik derecesi vardır. Hiperstatiklik derecesi ile plastik mafsal arasında ince bir çizgi vardır. Sistem hipersitatiklik derecesi kadar mafsallaşırsa ortaya yapısal dayanıklılığı olmayan bir yapı kalır. Bu durumun yanında sistemin mafsallaştığından çok hangi noktalardan mafsallaştığı önemlidir. Bu yüzden kiriş için plastik mafsal oldukça önemlidir.

Kirişler Ne İşe Yarar?

Depremlerde en çok etkilenen kirişlerdir. Sebebi kirişlerin diğer elemanlara göre farklı konumda olmasıdır. Deprem durumunda kiriş kesitlerinde farklı gerilme türleri meydana gelmektedir. Deprem yükü öncelikle rijit ya da yarı rijit olarak tasarlanmış döşemelere gelir. Bu yükler kiriş elemanlarına çizgisel yük olarak iletilir. Kirişlerde oluşan moment değerleri kolon rijitlikleri oranında kolon uç noktalarına iletilir. Sonrasında tüm yük temel birleşim noktalarına aktarılır. Kirişin görevi çerçeve sağlayarak kuvvetin düzgün bir şekilde aktarılmasıdır. Kirişi sandalyenin arasında bulunan bağ elemanları olarak düşünebiliriz. Bir arada tutulmasını sağlar.

Kiriş Çeşitleri Nelerdir?

  • Destek Koşullarına Göre
  • Yapı Malzemelerine Göre
  • Kesit Şekillerine Göre
  • Geometrisine Göre
  • Denge Durumuna Göre
  • İnşaat yöntemine Göre

Destek Koşullarına Göre Kirişler

Basit Kiriş

Basit kirişin her iki ucu desteklere dayanmaktadır. Basit kirişin dönmesi serbesttir. Bir ucunda sabit mesnet diğer ucunda hareketli mesnet bulunmaktadır. Hareketli mesnet kirişin yatay yönde hareket etmesini sağlar. Basit kiriş yük altında kesme ve eğilme momentine maruz kalmaktadır.

Sürekli Kiriş

Sürekli kirişte 2’den fazla mesnet yani destek bulunmaktadır. Bu desteklerin hepsi hareketli mesnet olamaz. En az biri sabit mesnet olmalıdır. Genel olarak köprülerde sürekli kirişli sistemler kullanılmaktadır.

Konsol Kiriş

Konsol kirişte bir uç sabittir diğer uç ise serbesttir. Sabit olan uç genellikle ankastre mesnettir. Konsol kirişler eğilme momentine ve kesme kuvvetine maruz kalır. Örnek olarak balkon çıkmaları verilebilir.

Çıkmalı Kiriş

Çıkmalı kirişlerde en az 2 destek bulunur ve iki ucunda çıkma bölümü bulunur. Çıkma kiriş, basit ve konsol kirişin birleşimidir denilebilir.

Sabit Kiriş

Sabit kirişlerde iki ucu sabit mesnet bulunur. İki ucundan tutulur. Bu kirişte dikey hareketlenme ve dönme yoktur. Moment üretmeyen kiriş sistemidir. Yalnızca kesme gerilimi bulunur.

Yapı Malzemelerine Göre Kirişler

Betonarme kirişler

Beton ve donatıdan oluşan kiriş sistemidir. Alt donatılara esas donatı denilirken, üst donatılara montaj donatısı denilmektedir. Bu durum mesnet kısımlarında değişmektedir. Kirişi saran etriyeler bulunur. Etriyeler sarılma bölgesi ve normal bölge olarak ayrılır.

Çelik kirişler

Çelikten imal edilen kirişlerdir. Çelik profilde gövde kısmı ve başlık kısmı bulunmaktadır.

Ahşap Kirişler

Maddesi ahşap olan kirişlerdir. Genellikle kırsal kesimlerde kullanılır. Yapı olarak çelik malzemesine benzer fakat homojen olmasına rağmen, yük alması azdır. Geri dönüştürülebilir. Dezavantajı olarak yangın riski vardır denilebilir.

Kompozit Kirişler

Kompozit kirişler çelik profil ve beton malzemesinden oluşan kiriş sistemidir. Daha fazla malzeme ile birleşimi olabilir. Özellikle çelik binalarda betonarme döşeme yaparken kompozit kiriş mantığını görebiliriz.

Kesit Şekillerine Göre Kirişler

  • Dikdörtgen kiriş
  • T-profil kirişi
  • L-profil kirişi

Geometrisine Göre Kirişler

  • Düz kiriş
  • Kavisli kiriş
  • Konik kiriş

Denge Durumuna Göre Kirişler

  • Statik olarak belirlenmiş kiriş: denge denklemleri ile çözülebilen kiriş sistemidir.
  • Statik olarak belirsiz kiriş: denge denklemi ile çözülemeyen kiriş sistemidir. Ek denklemlere ihtiyaç duyulur.

İnşaat Yöntemine Göre Kirişler

  • Yerinde dökme beton kirişi
  • Prefabrik beton kiriş
  • öngermeli beton kiriş

Kiriş Dizaynında Nelere Dikkat Edilmelidir?

  • Kirişler mümkün mertebe aks boyunca devam etmelidir, süreklilik sağlanmalıdır.
  • Kiriş kesiti açıklıktan açıklığa değişmemelidir.
  • Konsol kirişlerin yapı içinde devamı olmalıdır.
  • Sadece kolona bağlı konsollardan şiddetle kaçınılmalıdır.
  • Saplaması olan kiriş, başka bir kirişe asla saplanmamaldır.
  • Uygulamada çoğu kez dişli ve asmolen döşemelerin tüm ana kirişlerinin yastık kiriş yapıldığı gözlenmektedir. Bu durumda yapının rijitliği çok düşmektedir. Altında duvar olan tüm ana kirişlerin normal yükseklikte tasarlanması gerekir.

Kiriş ile Etriyenin İlişkisi Nasıldır?

25 cm ye 50 cm ebatlarında bir betonarme kiriş düşünelim. Malzeme olarak C20 beton kullanılmış olsun (c20/25). Bu kirişte etriyelerin ne zaman çalışmaya başlayacağını bulalım.

Vcr=beton kesme kapasitesi dersek,

Vcr=0.65 x fctd xb x d=0.65 x 16 x 25 x 50 =13.000 kg

Bu kirişe 13 ton kesme kuvveti gelene dek etriyeler çalışmaz. 13 ton kesme kuvveti değerine dek, beton sadece kendisi bu kuvveti karşılar. Teorik olarak 13 ton değerine kadar bu kirişe hiç etriye koymasak da kiriş ayakta kalır. Ancak 13001 kg değerinden sonra, kirişte çatlaklar oluşmaya başlar. İşte bu aşamada artık etriyeler devreye girmiştir ve etriyeler çalışmaya başlamıştır.

Çatlağa Maruz Kalmış Kirişin Davranışı Nasıldır?

Gerilme=Birim Boy Uzaması X Elastisite Modülü

Donatı için bu formülü uygulayalım.

Gerilme yani fyk=4200 kg/cm2 (BÇIII), E=2000000 kg/cm2 (çelik için), birim boy uzaması epsilon da delta L’nin boya oranıdır.

Eleman betonarme olduğundan çelikte ne kadarlık bir uzama olursa aynısı betonda da olmak zorundadır. Çelikte akma durumundaki birim boy değişikliğine bakalım.

Akma durumunda fyk=4200 kg/cm2 olacaktır.

Gerilme= Epsilon x E

4200=Epsilon x 2000000

Epsilon= 0.002 bulunur.

Yani (Delta L) / L=0.002’dir. Buradan çıkan sonuç: Epsilon 0.002 değerine ulaştığında donatı akmaya başlar. Birim boy dedik yani 1 metre yani 100 cm tekabül eder.

(Delta L)/100=0.002 olur.

(Delta L) çekelim ve donatıdaki uzamayı bulalım.

(Delta L)=0.002 X 100=0.2 cm olur. Yani 2 mm tekabül eder.

Sonuç olarak donatı, 2 mm uzadığında akma başlamıştır. Donatıdaki aynı uzama direk betona tekabül eder. Donatıda 2 mm uzama olursa betonda da o kadar olur ve betonda 2 mm uzar yani çatlar. Çatlak genişliği de aynen 2 mm olur. Kısacası betonda 2 mm’lik bir çatlak gördüğümüzde bilelim ki donatı akmaya başlamıştır ve durum ciddidir. Ancak çatlak genişliği 2 mm’ye ulaşmamışsa daha donatı kapasitesine ulaşmamıştır ve henüz korkulacak bir durum yoktur. Dolayısıyla çatlak genişliği her hâlükârda 2 mm’yi geçmemelidir.

Moment (kuvvet çifti), kirişin bir tarafına çekme uygularken diğer tarafına basınç uygular. Çekme kuvveti kiriş eksenine dik çatlaklar oluşturur. Bu kuvvetleri karşılamak ve çatlakları önlemek için kirişin çekme bölgelerine boyuna donatı konur. Kesme kuvveti mesnet bölgelerinde eğik çekme kuvvetleri oluşturur ve eğik çatlaklara neden olur. Kesme kuvvetlerini karşılamak için daha sık etriye atılmalıdır. Tek donatılı kesit, momenti karşılayacak ve hesapla belirlenen donatı kirişin çekme tarafına konur. Basınç bölgesine ise hesap dışı montaj donatısı konulur. Çift donatılı kesit, bazen mevcut kesit momenti taşıyamaz. Bu durumda ya kesit büyütülür ya da hem çekme hem basınç bölgesine donatı konur. Montaj donatısına gerek kalmaz. Basınç bölgesine konan donatı çekme değil basınç etkisindedir. Basınç donatısı kesitin dayanımını ve sünekliliğini arttırır ancak maliyet de artar.