TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 DERSİ

Transkript

1 1 DERSİ Doç. Dr. Deniz GÜNEY SUNUM 1 Giriş, Genel Kavramlar, Tarihçe, Malzeme Özellikleri 1 Yapının taşıyıcı sistemini, üzerine etkiyen yükleri uygun biçimde taşıyıp güvenli şekilde zemine aktaran tüm taşıyıcı elemanlar oluşturur. Yapı taşıyıcı sistemini: Temeller, Duvarlar, kolonlar, perdeler gibi düşey, Kirişler ve döşemeler gibi yatay elemanlar oluşturur. Bu taşıyıcı elemanlar, yapıyı oluştururken çeşitli şekillerde düzenlenir. 2 1

2 TAŞIYICI SİSTEMLER: ÇUBUK SİSTEMLER Tek doğrultuda yük aktaran sistemler Kolonlar (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli) Kirişler (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli) Kemerler (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli) Kablolar İki doğrultuda yük aktaran sistemler Uzay Kafesler YÜZEYSEL TAŞIYICI SİSTEMLER Düzlem Yüzeysel Taşıyıcı Sistemler Plaklar Perdeler Katlanmış Plaklar Eğrilikli Yüzeysel Taşıyıcı Sistemler Kabuklar Çadırlar Şişme Sistemler olarak sınıflandırılır. 3 Tarih boyunca taşıyıcı sistemlerin gelişimi, malzeme ve teknolojik bilginin sınırlılığı nedeniyle çok yavaş olmuştur. 4 2

3 igloo, Inuit kabilesi kış konutu African Bana Şapkası, Kamerun 5 Apachi barınağı (ot, çalı vb.) Geleneksel Nepal evi Büyük Piramid, Giza 6 3

4 Kukulkan Piramidi 7 The Parthenon The Coliseum 8 4

5 Pantheon 9 Taşıyıcı sistem olarak 20.yy başlarına kadar yörede bulunan taş ve ahşap gibi doğal malzemeler kullanılmıştır. 10 5

6 YIĞMA YAPILAR 11 AHŞAP YAPILAR Ahşap, tarih boyunca her kültür tarafından oldukça fazla kullanılmış bir yapım malzemesidir. Kolaylıkla ormandan elde edilir ve üretilir. 12 6

7 AHŞAP YAPILAR Son yıllarda yüksek kalite ve büyük enkesitli ahşap elemanları elde etmek için lamine ahşap, glulam ve ahşap panel şeklinde oluşturulan ahşap kompozitlerle büyük açıklıklar geçilebilmektedir. 13 BETONARME YAPI Panteon, Roma Conrad Oteli, İstanbul Başlangıcı Romalılara kadar giden betonun inşaat malzemesi olarak kullanılması, bağlayıcı olarak Portland çimentosunun 1824 lerde J. Aspdin tarafından bulunmasıyla mümkün olabilmiştir. Betonarme ilk olarak Fransa da 1849da kullanılmış, ilk patent de alınmıştır. 7

8 Prefabrike beton yapılar, genellikle ön-gerilmeli olarak fabrika koşullarında imal edilmiş kiriş ve kolonların yada çerçevelerin birleştirilmesiyle oluşturulur. 15 PREFABRİKE BETON YAPI Okul, İsviçre Bank Lambert, Brüksel Kütüphane, Bern 16 8

9 DEMİR YAPI Coalbrookdale köprüsü, 1779, 18.yy sonlarından itibaren demir yapı köprülerde kullanılmaya başlamıştır. İlk tamamen demir yapı, 1779 İngiltere de Severn Nehri üzerinde 31m. açıklıklı kemer şeklinde inşa edilen Coalbrookdale karayolu köprüsüdür. Bu köprü hala kullanılmaktadır. 17 DEMİR YAPI Crystal Palace, UK, 1851 Dökme demir kolonlar üzerinde dökme ve dövme demir kafesler 1851 de Londra Uluslararası sergi pavyonu olarak yapılan Crystal Palas da ilk kez demir çerçeve kullanılması bu malzemenin binalarda da kullanımını gündeme getirmiştir. 18 9

10 DEMİR YAPI Fortbridge,UK Çikolata Fabrikası, Fransa Gardener Dükkanı, Glasgow, UK Green Park People House, Glaskow, UK 19 ÇELİK YAPI Relience Building, Chicago, 1894 Chedanne Baro Binası, Paris, larda geliştirilen bir ekonomik çelik elde etme yöntemi ile çelik iskeletli yüksek yapılar yapılmaya başlamıştır

11 ÇELİK YAPI Woolworth Binası, katlı Chicago Tribunal Kulesi, ÇELİK YAPI K-Building, Osaka Sergi Merkezi, Aomori Portopia Oteli, Kobe 22 11

12 ÇELİK YAPI St Jordi Kültür Sarayı, Barcelona L=128m, h= 45m Bugün, yüksek kaliteli yapı çeliklerinin üretilmesi ve kaynak tekniğinin gelişmesi ile birlikte gökdelenler ve büyük açıklıklı yapılar yapılabilmektedir. Amoco Bldg, Chicago 82kat 23 Bir yapının fonksiyonu ne olursa olsun, daha ön proje aşamasında yapım sisteminin (taşıyıcı sistem malzemesinin) seçimi gerekir. Yapı fonksiyonu, Kullanma süresi, Yapım için ayrılan para, İnşaat süresi, Zemin durumu, İklim koşulları, Ulaşım olanakları, Yapı malzemesi/işçilik fiyatları Bakım onarım maliyetleri gibi konular inşaat malzemesi seçiminde önemli etkenlerdir. Seçimin uygun bir biçimde yapılabilmesi için seçimi yapan teknik elemanın inşaat malzemesinin üstün ve zayıf yanlarını bilmesi gerekir

13 Yapı Malzemeleri EĞİLME DENEYİ BASINÇ DENEYİ Yapı malzemelerinin özellikleri, laboratuvar deneyleri sonucu saptanır. 25 Yapı Malzemeleri Eğilme deneyi Çekme deneyi Sertlik deneyi 26 13

14 Yapı Malzemeleri Malzemelerin σ-normal ve -kayma gerilmeleri ile E -elastisite modülü gibi taşıma kapasiteleri, bir çekme deneyi ile belirlenir. Çekme deneyi Bu deneyde çubuk başka hiç bir etki olmaksızın yavaş yavaş artırılan P=σ.F o çekme kuvveti ile kopma sınırına kadar zorlanır. Deney sonucu bir gerilme-uzama diyagramı ile gösterilir. 27 σ<σ F Hooke bölgesi σ a Akma sınırı Yapı Malzemeleri σ e - Kritik sınır σ B Kırılma sınırı Deney sırasında P çekme kuvveti σ o - orantılı sınır gerilmesine ulaşıncaya kadar artırıldığında, malzemenin lineer elastik bir karakter gösterdiği görülür. Bu bölgede uzama kuvvetle orantılıdır, yani gerilmenin deformasyona oranı sabittir. Yük kaldırıldığında deformasyon da kalkar. Hooke kanunu geçerlidir. Diyagramda başlangıç teğetinin eğimi E-elastisite modülünü verir. Çeliğin elastisite modülü : E=tgα=0.21 kn/mm 2 dir. Yük, gerilme akma sınırı σ a ya ulaşıncaya kadar artırıldığında büyük bir plastik deformasyon oluşur. Burada gerilme artmasa da uzama devam eder ve kuvvet σ k -kırılma gerilmesine kadar artırıldığında hızlı bir kesit incelmesiyle çubuk kopar. Süneklik (düktilite), akma sınırının ötesinde gerili bir malzemenin uzama kabiliyetidir

15 YIĞMA KAGİR YAPILAR Çekme (+) (-) Basınç Kerpiç ev Yığma kagir yapıları oluşturan doğal taş, kumtaşı, tuğla, kerpiç, briket, beton, gazbeton vb. bloklar basınca dayanımlı, çekmeye karşı ise çok zayıf malzemelerdir. Mermer Yığma kagir yapıları oluşturan bloklar sünekliği az ve gevrektir (kırılgan). Aachen Şapeli, tuğla YTÜ Mimarlık Fakültesi TSBD AHŞAP YAPILAR Ahşap hafiftir, hem çekmeye hem de basınca dayanımlıdır. Çekme dayanımı basınç dayanımından yüksektir. Ahşap, doğal bir malzemedir. İçindeki delikler, çentikler ve bölgesel korozyon (çürükler), dayanımını etkiler. 30 (-) Basınç Çekme (+) 15

16 AHŞAP YAPILAR Ahşap kompozitlerin iki doğrultuda da çekme ve basınç dayanımları aynıdır. I-kiriş, lamine ahşap, glulam ve ahşap panel şeklinde oluşturulan bu kompozitlerle masif ahşapta karşılaşılan şişme, büzülme, çatlama gibi olumsuzluklar azaltılmıştır. 31 ÇELİK YAPI Çelik, mekanik olarak işlenebilen, dövülerek preslenerek haddeden geçirilerek şekillendirilen bir demir alaşımıdır. Yapısında demirden başka %0,3-1,7 arasında karbon (C) ile toplamı %1 i geçmeyen fosfor (P), kükürt (S), nitrojen (N) gibi kirli, manganez (Mn) silisyum (Si) gibi yararlı maddeler vardır. Bu maddelerin ayarlanması ve alaşıma başka yararlı maddelerin uygun eklenmesi ile çeşitli özellikte çelik elde edilebilir. Çelik Çekme (+) Çelik, hem basınca hem de çekmeye dayanımlı, sünek bir malzemedir. 32 (-) Basınç 16

17 ALUMİNYUM YAPI Uçak sanayisindeki gelişme ile yüksek dayanımlı alüminyum üretilmeye başlanmıştır. Alüminyum, 1970 lerden beri yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Alüminyumun sertliğini içindeki silis oranı belirler. Alüminyum, hem çekmeye hem de basınca dayanımlıdır. 33 BETONARME YAPI Beton; çimento, agrega ve suyun uygun oranlarda karıştırılmasıyla elde edilir. Çekme (+) (-) Basınç Beton; ağır, gevrek, basınç mukavemeti yüksek, kayma mukavemeti küçük ve çekme mukavemeti ise yok denecek kadar az, gevrek bir malzemedir. Bu nedenle yapıda çelik ile birlikte kullanılır. Beton ve çeliğin birlikte kullanımı, Betonarme yapıyı oluşturur

18 BETONARME YAPI Betonarme, basınç kuvvetlerinin beton, çekme kuvvetlerinin çelik donatı ile taşındığı bileşik bir yapı malzemesidir. Beton ve çeliğin ısı genleşme katsayısı ~ aynı olduğu için iki malzeme birlikte çalışır. Ayrıca beton çeliği pastan korur. 35 PREFABRİKE BETON YAPI Prefabrike beton yapı elemanları yüksek nitelikli malzeme, işçilik ve kontrol ile üretildikleri için yüksek dayanımlıdır

19 KABLOLU YAPI Kablolu sistemler, asma ve germe sistemleri oluşturur. Burada kablo olarak sentetik, organik yada çelik halatlar gibi zincirler ve hadde mamulü profiller de kullanılabilir. Kablolu Sistemler, kabloların yalnızca çekme etkisinde olmaları ve eğri biçimlerinin yarattığı taşıyıcılık üstünlüğü ile büyük açıklıkların geçilmesine olanak verir. 37 TEKSTİL VE PLASTİK ÖRTÜLER Plastik ve tekstil dokumaların taşıyıcı örtü olarak kullanılması 1950 lerde başlamıştır. Taşıyıcı örtü olarak kullanılan plastik ve tekstil dokumaların kendi rijitlikleri yoktur, sadece çekme dayanımlıdır

20 TEKSTİL VE PLASTİK ÖRTÜLER Tribün, Bourges, Fr Nihon Üniversitesi Spor Merkezi, Tokyo Amfitiyatro, EXPO 85 Suntory Pavyonu, EXPO YENİ SİSTEMLER Expo-İsviçre Şişme çatılar Günümüzde gelişen teknoloji sayesinde malzemelerin üstün niteliklerinden yararlanarak çok çeşitli yeni malzemeler üretilmekte, pek çok yüksek yapı ve büyük açıklıklı yeni sistemler geliştirilmektedir. Petronas Kuleleri, Malezya 40 20

21 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Rainer Bank Kulesi, Washington NEC Super Tower, Tokyo Singapur Oteli, Singapur 41 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Asma Sistemler BMW Binası, Münih Shanghai Bank, Hongkong 42 21

22 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Diğer Sistemler Bishopgate, Londra (köprü tipi) Nagakin Capsule, Tokyo (Hücre sistem) Çin Bankası, Hongkong (Uzay kafes) 43 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Çubuk Sistemler: Uzay Kafes 44 22

23 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Katlanmış Plak Sistemler Shizioka Spor Merkezi 45 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Betonarme Sidney Opera Binası Bahai House, Y. Delhi Basel Benzin İstasyonu 46 23

24 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Çelik Glaskow Botanik Bahçesi Geod Sinema Salonu, Paris Namihaya Dome, Osaka 47 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Ahşap Silk Road Sergi Pavyonu, Nara Kilise, Oslo Sergi Salonu, Sidney 48 24

25 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Çadırlar BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Kablo Kirişli Tek eğrilikli asma sistem Çift eğrilikli asma sistem 50 25

26 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Kablo Ağı Kongre Sarayı, Berlin Kapalı Buz Hokeyi Salonu, Jp Giorgia Dome, USA 51 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Kablo Askılı Renault Show Room, Swindon, UK Expo 87, Montreal Spor Salonu, Jp Hokey Sahası Tribünü, Sidney 52 26

27 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Şişme - Pnömatik Sistemler Tiyatro EXPO85 Kumamoto Dome Kültür Merkezi Tokyo Big Egg Baseball Sahası 53 Tasarımda: Mal sahibi Mimar Mühendisler Uygulayıcı ortak çalışır ve her eleman yapı tasarımı için gerekli bilgi ve deneyimini ortaya koyar. Bu grubun lideri Mimardır

28 Tasarımda: İhtiyaç programının çıkarılması Yapının yer alacağı zeminin incelenmesi Yapının arsa üzerindeki yerinin seçilmesi Taşıyıcı sistem malzemesinin seçilmesi Taşıyıcı sistem türüne karar verilmesi Yapı fonksiyon ilişkilerinin saptanması Sistemin geçeceği açıklıklara karar verilmesi Taşıyıcı sisteme ön boyut verilmesi Sistemin yatay kuvvetlere karşı rijitleştirilmesi Temel tipi ve derinliğinin saptanması Sistemin statik hesaplarının yapılması Taşıyıcı sistemin maliyet yönünden incelenmesi ortak çalışma sonucunda oluşturulur. 55 Bir yapının tasarımında mimar Öncelikle zemin koşulları, yapı fonksiyonu ve yüksekliğine bağlı olarak taşıyıcı sistem seçimini yapar. Sonra taşıyıcı sistem için seçilen malzeme özelliklerine ve yapı fonksiyonuna bağlı olarak bir yada iki doğrultuda modülasyon ızgarası düzenler

29 Yapı, insana benzer. Kemikleri kolon, kiriş, duvar ve döşeme gibi taşıyıcı sistem elemanlarını, iskeleti taşıyıcı sistemini Damarları, tesisat, havalandırma, ısıtma, aydınlatma sistemlerini oluşturur. Gücü, tüm sistem elemanlarının sağlam olmasına ve bağlantılarının iyi ve düzgün yapılmasına bağlıdır. 57 Yapı elemanlarının üzerine etkiyen yükleri taşıyabilmesi için her eleman yer çekimi kurallarına uygun düzenlenmeli ve birbirine yeterli sağlamlıkta bağlanmalıdır

30 KAYNAKLAR Prof. Dr. Görün ARUN, Taşıyıcı Sistem Tasarımı Ders Notları (Basılmamış) Williams, T. I. (2000). A history of invention. New York: Checkmark Books