FRP güçlendirme

1. Mühendislik araştırması

Ana bina, yaklaşık 6000 m2 alana sahip betonarme karkas yapıdır. Bina 3 bloktan oluşmaktadır. Başlangıçta bir ofis binası olan binanın, ilk üç katının alışveriş merkezine, üçüncü katının ise otele dönüştürülmesi planlanmaktadır.

Binanın mevcut mühendislik kalitesini ayrıntılı olarak anlayabilmek için, mal sahibi yenilemeden önce binanın ana yapısının kapsamlı bir incelemesini ve değerlendirmesini yapmak üzere ilgili inceleme birimlerine görevlendirdi. Bu inceleme, yapısal deformasyon, çatlakların yapısal görünür kısmı incelemesi, beton dayanımı ve çelik korozyon tespiti, derz bağlantısı incelemesi vb. içerir. Test sonuçları, Blok III'teki yerel betonun basınç dayanımının orijinal tasarım dayanım derecesine uygun olmadığını ve diğer kısımların orijinal yapısal tasarım gereksinimlerini karşıladığını göstermektedir. Eğim tespiti sayesinde ofis binalarının eğim oranı küçüktür ve bu, Sivil Binaların Güvenilirlik Değerlendirmesi Standardı (GB 50292-1999) tarafından istenen kapsam dahilindedir. Ayrıca, ana yapının görünür kısmındaki çatlaklar çoğunlukla dolgu duvarında ortaya çıkmakta ve kirişlerde, döşemelerde ve kolonlarda çatlak bulunmamaktadır. Temelin kalitesi de test edilmiş olup sonuçlar normal sınırlar içindedir. Binanın inşa edildiği 1970'li ve 1990'lı yıllardan bu yana, kullanım amacı da değişmiş ve mevcut normların gereklerini karşılayamamaktadır. Bu nedenle, güvenli kullanımın sağlanması ve işlevsel gerekliliklerin karşılanması için binanın kapsamlı bir güçlendirme ve yeniden inşa çalışması yapılması gerekmektedir.

2. Güçlendirme ve güçlendirme

2.1 Yapısal güçlendirme tasarım ilkeleri

Binanın mevcut durumunun yanı sıra, güçlendirme şeması, güçlendirme tasarım yönetmeliğinin gerekliliklerini de karşılamalıdır; böylece güçlendirilmiş bina kullanım ve depreme dayanıklı yapı gereksinimlerini karşılayabilir. Güçlendirme ve dönüşümden sonra binanın hizmet ömrü uzar. Aynı zamanda, maliyet tasarrufu sağlamak için güçlendirme ve dönüşüm iş yükü de dikkate alınmalıdır.

2.2 Yapısal güçlendirme ve yeniden inşa planı

2.2.1. Çerçeve kiriş ve kolon donatıları

Blok I ve Blok II, 1970'lerde bölgedeki ilk çok katlı çerçeveli ofis binası olarak tasarlanıp inşa edilmiştir. O dönemde tasarım ve inşaatın son derece titizlikle yürütüldüğü, özellikle inşaat sürecinde yapı malzemeleri gereksinimlerinin katı bir noktaya ulaştığı anlaşılmaktadır; bu durum, yapısal test sonuçlarından da anlaşılmaktadır.

Blok I'deki kolon ağının boyutları 3 m açıklık, 6 m derinlik, 5,3 m derinlik, orta kolon 300 m m x 600 m m, yan kolon 300 m m x 500 m m ve çerçeve kiriş 250 m m x 550 m m'dir. Yapısal hesaplama ve kontrol, orijinal çerçeve kiriş ve kolonun dönüşümden sonraki servis yükü gereksinimlerini temel olarak karşıladığını, yalnızca orijinal yapının deprem ve dayanıklılık işlemlerini karşıladığını göstermektedir.

Tasarımda iki şema dikkate alınmıştır: (1) karbon fiber takviye yöntemi; (2) yapışan çelik levha takviye yöntemi. Bu iki takviye yöntemi, normal koşullar altında eğilme ve çekme elemanları için uygundur. Kolon kesit boyutunun ve diğer koşulların sınırlı olması nedeniyle, son olarak, karşılaştırma yoluyla, I blok çerçeve kirişi ve kolon takviyesinde karbon fiber takviye kullanılması planlanmıştır.

Aynı zamanda, karbon fiber güçlendirme yönteminin inşaat teknolojisi gerekliliklerinden tam olarak yararlanılarak, orijinal beton yapının yüzeyine epoksi reçine yapıştırıcısı kaplanır ve karbon fiber kumaş beton yapının yüzeyine sıkıca yapıştırılır, böylece ikisi yeni bir bütün haline gelir ve birbirine kuvvet uygular. Güçlendirilmiş CFRP'nin bağlayıcı maddesi doğrudan güneş ışığı altında kolayca eskiyorsa, bu durum yapısal dayanımını ve hizmet ömrünü etkileyecektir, bu nedenle CFRP'nin dışına koruyucu bir kaplama eklemek gerekir. Koruyucu kaplamanın yapımı, reçine sertleştikten sonra yapılmalıdır. Bu sırada, yapışmasını artırmak için bir kat yapıştırıcı fırçalanabilir ve ince kum püskürtülebilir. Bu, yalnızca kiriş ve kolonların güçlendirilmesini tamamlamakla kalmaz, aynı zamanda yapının sismik performansını bir dereceye kadar iyileştirir ve dayanıklılık gereksinimlerini karşılar.

Blok II, 4,2-6 m açıklıklara, 350 mm derinliğe sahip 10,5 m tek açıklıklı bir yapıdır. Yapısal hesaplama, orijinal çerçeve kolonunun dönüşümden sonraki servis yükünün gereksinimlerini temel olarak karşıladığını ve çerçeve kirişinin takviyesinin yetersiz olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, yalnızca orijinal yapının sismik ve dayanıklılığıyla ilgilenmek değil, aynı zamanda çerçeve kirişinin taşıma kapasitesini de güçlendirmek gerekmektedir. Çerçeve kolonları hala CFRP ile güçlendirilmiştir. Güçlendirildiğinde, CFRP levhalar kolonların etrafına dairesel bir şekilde sarılır ve bu da sismik performansı artırabilir. İnşaat teknolojisi, inşaat süresi ve maliyet göz önünde bulundurularak, çerçeve kirişini güçlendirmek için harici ön gerilim uygulanır ve D15.24 düşük gevşemeli çelik halat kullanılır. Çerçeve kirişlerinin ve kolonlarının dayanıklılığını sağlamak için, yüzeye bir kat epoksi reçine yapıştırıcısı kaplanabilir, ince kum püskürtülebilir ve son olarak boyama işlemi tamamlanabilir.

Blok III'te çerçeve kolonların kesit boyutları 300 mm * 350 mm, 350 mm * 350 mm, çerçeve kirişlerin kesit boyutları ise 250 mm * 450 mm ve 250 mm * 570 mm'dir. Yapısal hesaplamalar, orijinal çerçeve kiriş ve kolonların yeniden inşa sonrası servis yükü gereksinimlerini karşılayamayacağını, bu nedenle orijinal kiriş ve kolonların çok yönlü olarak güçlendirilmesinin gerekli olduğunu göstermektedir. Çerçeve kolonların güçlendirilmesinde, artırılmış kesit yöntemi ve bağlı çelik yöntemi dikkate alınmıştır. Düşük maliyet ve iyi dayanıklılık avantajları nedeniyle, ölü ağırlık artacak ve inşaat süresi uzayacaktır. İkincisinin avantaj ve dezavantajları, birincisinin tam tersidir. Blok III'teki kolonun donatı aralığının geniş olması, cadde boyunca gitmemesi, belirli inşaat alanları ve diğer koşullar göz önüne alındığında, nihayetinde kolonu güçlendirmek için genişletilmiş kesit yöntemi benimsenmiştir. Çerçeve kirişlerin güçlendirilmesinde, kesit büyütme yöntemi, CFRP güçlendirme ve dış öngerilme yöntemleri dikkate alınmıştır. Orijinal bina kat yüksekliği yalnızca 3,3 m olduğundan, kesit büyütme yöntemi ilk etapta hariç tutulmuştur. Ayrıca, üçüncü blok yapısı tek açıklıklı bir çerçeve yapısı olduğundan, orijinal tasarım kiriş yüksekliği yetersizdir ve yeniden kontrol hesaplamasından sonra kirişin sapması nispeten büyük olduğundan, harici öngerilmeli donatı ilk tercih haline gelmiştir. Dayanıklılık uygulaması için, I ve II blokları için aynı yöntem kullanılmaya devam etmektedir.

2.2.2 Zemin takviyesi

Bina tadilatı sonrası zemin dekorasyonunda cilalı tuğla veya taş zemin kullanılması nedeniyle fonksiyon da ofis binalarından alışveriş merkezlerine doğru değiştiğinden ölü yük ve hareketli yük tasarımı artmıştır. Orijinal tasarım döşemeler prefabrik delikli döşemeler olup, mukavemet ve dayanıklılık gereksinimleri karşılayamamakta, bu nedenle döşemelerin güçlendirilmesi gerekmektedir. Maliyet ve dayanıklılık göz önünde bulundurularak şu güçlendirme yöntemleri benimsenmiştir: Döşemenin her iki tarafındaki iki dairesel delik üstten oluk açılır, deliğin alt kısmına bir boyuna donatı, döşeme yüzeyine bir boyuna donatı yerleştirilir ve döşeme yüzeyine 6 ve 150 mm'lik çift yönlü donatı filesi serilir. Son olarak her iki taraftaki dairesel deliklere C25 ince taş betonu dökülüp sıkıştırılır ve plakanın yüzeyi 50 mm kalınlaştırılır. Aynı zamanda, güçlendirilmiş gözenekli levhanın etkin yüksekliğinin en az 120 mm olması ve güçlendirilmiş gözenekli levhanın nervürlü yarık levhaya eşdeğer olması için, dekoratif yüzey katmanının tesviye tabakası yerine sıkıştırma ile düzeltilmesi gerekmektedir. Ayrıca, levha yüzeyine glüten eklenmiş ve levhanın sonunda dökülen betonun, tek açıklıklı levhanın sürekli bir levhaya dönüştürülebilmesi için kompakt olması gerekmektedir. Güçlendirme talimatları ayrıca yeni ve eski beton yapı düzlemlerinin işlenmesini de gerektirmektedir.

3. Sonsöz

Proje, tasarım ve inşaat aşamalarından sonra uygulamaya konulmuş ve kullanıcılar olumlu tepki vermiştir. Mühendislik tasarım uygulamaları, karmaşık güçlendirme mühendisliği tasarımında, yalnızca tasarım şartnamelerinin gerekliliklerine uyulması gerektiğini değil, aynı zamanda güçlendirme yöntemlerinin büyük ölçekli güçlendirme projelerinin ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde basit ve pratik hale getirilmesi için özün esnek bir şekilde kavranması gerektiğini göstermektedir.