Çelik Proje Çizimi Nasıl Yapılır ?

Çelik proje çizimi, modellemesi , analizi, tasarımı ve detaylandırılması

Çelik proje Üretilirken Dikkat Edilecek Hususlar konulu webinarın notları.

Bu webinarda Çelik proje çizimi, modellenme kuralları analizi tasarlanması ile ilgili faydalı olabilecek bilgiler paylaşılmıştır.

https://youtu.be/C8EjuDcVa-I

Yapısal Çelik Malzeme Yapısı Hakkında Bilgi

Yapısal Malzemeler

• Ülkemizde üretilen farklı yapı tipleri şunlardır: betonarme, ahşap, çelik ve kagir. Farklı yapı tiplerinde aynı yapılar için farklı yapısal sistem, farklı tasarım kriterleri ve netice olarak da farklı taşıyıcı eleman kesitleri gereklidir. Bu nedenle ekonomik çözümler üretebilmek için farklı malzemeler ile projelerin tasarımlarının gerçekleştirilmesi ve karşılaştırılması gerekmektedir.

• Bu başlık altında yapısal çeliğin özelliklerinden ve yapısal sistemlerinden bahsedilecektir.

• Jeolojik ve topografik yapısı nedeniyle Yüksek Hasar oluşturan depremlerin sık yaşandığı ülkemizde depreme dayanıklı yapı tasarımı oldukça önemlidir. Ekonomik ve depreme dayanıklı tasarım kriterleri nedeni ile inşaat mühendislerinin yapı sistemleri seçimi önemli bir çalışma alanıdır.

1999 Depremi Yapı tiplerine göre Hasar Durumu

Yapısal Çelik

• Ülkemizde endüstriyel yapılar, spor kompleksleri ve köprülerde çoğunlukla tercih edilen çelik yapı sistemleri son 15 yıl içerisinde konutlarda da kullanımı ile ilgili yaygınlık kazanmıştır.

• ‘ Çelik Yapıların Tasarımı ve Uygulama Kuralları ’ 2016 yılında yayınlanmıştır.

Yapısal Çelik Karakteristik Özellikleri

• Yüksek Dayanım

• Elastik Modül; diğer malzemelere oranla yüksektir. Mukavemetin yüksek olması sayesinde yapı içerisinde kullanılan çelik hacmi küçülür ve yapının göreceli olarak hafif olmasını sağlar.

• Süneklik; büyük şekil değiştirme yapabilir ve plastik hesaba uygundur. Dolayısıyla depreme dayanıklı tasarım için uygun çözüm sağlar.

Taşıyıcı Sistem Seçimi

Taşıyıcı Sistem Tipleri:

• Moment Aktaran Çerçeve

• Merkezi Çaprazlı Çerçeve

• Dışmerkezi Çaprazlı Çerçeve

Moment Aktaran Çerçeve

• Moment aktaran birleşim araçları vasıtasıyla çelik kolon ve kirişlerin yanal yükleri (deprem, rüzgar vb.) eğilme ve kayma etkilerini karşılaması için oluşturulmuş sistemlerdir.

• Süneklik; kolon ve kirişlerin eğilmeden dolayı akma sınır durumuna ulaşması ve kolon panel bölgelerinin kayma akması sınır durumuna ulaşması sağlanarak elde edilir.

• Moment aktaran çerçevelerin avantajları:

-Mimari olarak serbestlik

-Yüksek süneklik

• Moment aktaran çerçevelerin dezavantajları:

-Düşük elastik rijitlik

• Sünek davranışı oluşturmak amacı ile kolon panel bölgesi olarak isimlendirilen kolon-kiriş bağlantı bölgesinin enerji sönümleyici bölge olarak çalışması sağlanmalıdır.

• Bu davranışın sağlanması için plastik mafsal olarak seçilen bölgenin elastik olmayan davranışı sergilemesi için diğer elemanların daha güçlü tasarlanması gerekir.

Merkezi Çaprazlı Çerçeve

• Çelik kolon, kiriş ve çaprazlardan oluşan sistem düşey bir kafes kiriş sistemi gibi davranarak yatay yükleri (Deprem, rüzgar) karşılar.

• Süneklik; çapraz elemanların elastik olmayan davranışı sayesinde sağlanır. Bu davranış;

-Çekme altında akma sınır durumu

-Basınç altında burkulmadır.

• Merkezi çaprazlı çerçevelerin avantajları:

-Yüksek elastik rijitlik

• Merkezi çaprazlı çerçevelerin dezavantajları:

-Diğer taşıyıcı sistemlere göre düşük süneklik

-Düşük mimari serbestlik

• Sünek davranışı oluşturmak amacı ile çaprazlar kritik elemanlar olarak seçilir. Kolon, kiriş ve birleşimler çaprazlara göre daha güçlü tasarlanır.

• Yapının sigorta elemanı çaprazlardır. İlk hasarın çaprazlarda oluşması hedeflenir.

• Yüksek enerji sönümleyebilmeleri için çapraz olarak kullanılacak elemanlarda narinlik sınırları vardır.

Dış Merkezi Çaprazlı Çerçeve

• Çelik kolon, kiriş ve çaprazlar ve çaprazların bağlandığı, kirişlerden ayrılmış link isimli elemanlardan oluşur. Kiriş ve kafes kiriş sistem davranışlarını birlikte gösterir. Moment aktaran çerçeve ve merkezi çaprazlı çerçevenin birleşiminden oluşan hibritbir sistemdir.

• Süneklik; link elemanlarının elastik olmayan davranış sergilemesi ile elde edilir.

Dış Merkezi Çaprazlı Çerçeve

• Dışmerkezi çaprazlı çerçevelerin avantajları:

-Yüksek elastik rijitlik

-Yüksek süneklik

• Sünek davranışı oluşturmak amacı ile link kirişleri kritik elemanlar olarak seçilir. Kolon, kiriş, çapraz ve birleşimler link kirişlerine göre daha güçlü tasarlanır.

• Yapının sigorta elemanı link kirişleridir. Yüksek sünekliğisağlamak için berkitmeler kullanılır.

GKT ve YDKT Tasarım Felsefeleri

GKT Tasarım Felsefesi

• Güvenlik Katsayıları ile Tasarım; tüm yapısal elemanlar için güvenli dayanım değerinin, yönetmelikte bahsedilen yükler ve yük kombinasyonları altında hesaplanan gerekli dayanıma eşit veya büyük olması ilkesine dayanmaktadır.

5.2.3 - Güvenlik Katsayıları ile Tasarım (GKT)

Güvenlik Katsayıları ile Tasarım (GKT); tüm yapısal elemanlar için, güvenli dayanım, 'nın bu tasarım yöntemi için öngörülen ve Bölüm 5.3.2 de verilen GKT yük birleşimleri altında hesaplanan gerekli dayanım, R_a, değerine eşit veya daha büyük olması prensibine dayanmaktadır.

Buna göre, tasarım Denk.(5.2) de verilen koşula uygun olarak gerçekleştirilecektir

Buradaki terimler aşağıda açıklanmıştır.

R_a : GKT yük birleşimi ile belirlenen gerekli dayanım.
R_n : Karakteristik dayanım.
Ω : Güvenlik katsayısı.
R_n/Ω : Güvenli dayanım.

Karakteristik dayanım, R_n, ve güvenlik katsayısı, Ω, ilgili bölümlerde (Bölüm7-14 ve 16) açıklanmaktadır.

YDKT Tasarım Felsefesi

• Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım; tüm yapısal elemanlar için tasarım dayanım değerinin, yönetmelikte bahsedilen yükler ve yük kombinasyonları altında hesaplanan gerekli dayanıma eşit veya büyük olması ilkesine dayanmaktadır.

• YDKT; her yük tipi için farklı yük arttırma katsayısı ve dayanım için farklı dayanım azaltma katsayısı kullanılır. Üniform bir güvenlik sağlar.

5.2.2 - Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT)

Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT); tüm yapısal elemanlar için, tasarım dayanımı, 'nin bu tasarım yöntemi için öngörülen ve Bölüm 5.3.1 de verilen YDKT yük birleşimleri altında hesaplanan gerekli dayanım, R_u, değerine eşit veya daha büyük olması prensibine dayanmaktadır.

Buna göre, tasarım Denk.(5.1) de verilen koşula uygun olarak gerçekleştirilecektir.

Buradaki terimler aşağıda açıklanmıştır.

R_u : YDKT yük birleşimi ile belirlenen gerekli dayanım.

GKT ve YDKT Karşılaştırma

• YDKT, GKT ‘ye göre çelik elemanların gerçek davranışlarının göz önüne alınmasında daha uygun bir çözüm sunar.

• GKT ile elastik tasarım yaparken, YDKT plastik tasarım yapılır.

Çelik Yapılar için Stabilitenin Sağlanması

Basınç Elemanları

• Eksenel basınç etkisi altındaki elemanların davranışını belirleyen etkenler:

-Narinlik

-Mesnet koşulları

-Başlangıç kusuru

-Dış merkezlik etkisi

-Artık gerilmeler

Narinlik

• Yönetmelikler basınç elemanları için narinlik oran sınırını 200 olarak belirlemiştir. Narinlik oranının 200 den küçük eşit olması beklenir.

-KL/r ile hesaplanır.

L= mesnetlenmemiş eleman boyu

r= kesit atalet yarıçapı

K = mesnet koşulları için burkulma katsayısı

• Basınç altındaki elemanlarda narinlik problemi ile karşılaşılması halinde formül düşünülerek yapılacak çözümlemeler :

-Mesnetlenmemiş eleman boyunu azaltmak

-Kesit atalet yarıçapını büyütmek ( Kesit arttırmak)

Basınç Elemanları

• Eksenel basınç altındaki elemanlarda genel burkulma ve yerel burkulma olmak üzere iki durum göz önüne alınır. Genel Burkulma;

-Eğilmeli burkulma (Kesit asal eksenlerinden biri etrafında eğilme deformasyonu)

• Çift simetri eksenli kutu, boru ve H kesitler ile tek simetri eksenli T ve U kesitlerde görülür.

-Burulmalı burkulma (Elemanın boyuna ekseni etrafında oluşan dönme deformasyonu)

-Eğilmeli burulmalı burkulma (enkesit kayma merkezi ile ağırlık merkezinin çakışmadığı elemanlarda eğilme ve burulma deformasyonlarının kombinasyonudur.)

Tek simetri eksenli kesitler
S: Kayma merkezi C: Ağırlık merkezi

-Daha önce özetlenen genel burkulma (eleman burkulması) dayanımına ulaşabilmesi için yerel burkulma (yerel buruşma) sınır durumunun oluşmaması gerekir. Yerel burkulmanın ortaya çıkmaması için yönetmeliklerde enkesit için genişlik/kalınlık oranlarına sınır getirilmiştir.

Stabilite Kirişleri

• Endüstri yapılarında çatı stabilitesi açısından çaprazlara yardımcı olmak ve L boyunu düşürmek amacı ile stabilite kirişleri kullanılabilir.

Aşıkların Analiz Sistemine Dahil Olması

• Bir diğer çözüm aşıkların yapı ile birlikte modellenmesi ile çubuk elemanlar olarak yapı sisteminde analize dahil edilmesi ve bu sayede portal kirişlerin L boyunun düşürülmesi mümkündür. Dezavantajı ise aşıkların rijitlikleri oranında yapı içerisinde yük paylaşması sonucu kesitlerinin sadece çatı yüklerini taşıyan basit mesnetli aşık modeline göre daha yüksek olmasıdır.

• Aşıkların tamamının analiz sistemine dahil olmasının dezavantajının daha önce aşık kesitlerinin daha yüksek olması ile sonuçlandığından bahsedilmişti. Bu sorunun çözümü için çaprazların başlangıç, bitim ve orta noktalarına gelen aşıkların sisteme dahil edilip, diğer aşıkların sistemden çıkarılmasıdır.

Aşıkların Stabilite Problemi

• Aşıkların yanal doğrultu da desteklenerek L boyunun düşürülmesi amacı ile gergi çubukları kullanılmaktadır. Gergi çubukları tek veya çift olma durumlarına göre LTB oranını değiştirmektedirler.

Düşey Stabilite Çaprazları

• Endüstri yapılarında kafes kiriş sistemlerde stabilite açısından çaprazlara yardımcı olmak ve L boyunu düşürmek amacı ile düşey stabilite kirişleri kullanılabilir.

• Kafes kiriş sistemi alt ve üst başlığını yanal doğrultuda destekleyen düşey stabilite çaprazları daha elverişli sonuçlar elde etmenizi sağlar.

Ekonomik ve Güvenli Tasarım için Çözümler

Petek Kiriş Tasarımı

• Petek kirişlerin tasarımında kritik kontrol olarak vierendeelkontrolü gelmektedir. Vierendeelkontrolü kiriş gövde boşluğunun üst ve altında yer alan T kesitler üzerinde bileşik etki altında gerçekleştirilir. Bu nedenle momentin yön değişim bölgelerinde bu problem görülmektedir. Çözüm olarak moment değişim bölgesinin dolu gövdeli tasarlanması gerekir.

• Moment değişim bölgesinin dolu gövdeli tasarlanmasının dayanım oranı üzerindeki etkilerini gözlemleyebilirsiniz.

Kren Kirişi Tasarımı

• Kren kirişi tasarımında gövde yanal öteleme burkulması (gövde buruşması) kritik kontroldür. Kren kirişi başlıklarının dönmeye karşı tutulu olmaması ve kren yüklerinden dolayı kirişe yüksek noktasal yük etkimesi halinde ortaya çıkar. Krenkirişleri; çok parçalı tasarlanarak, her bir kolon bölgesinde rijit bağlantılar oluşturulur ise çözüme ulaşılır.