TÜRKİYE DE YAPISAL ÇELİK SEKTÖRÜ VE YENİ GELİŞİMLER

Transkript

1 TÜRKİYE DE YAPISAL ÇELİK SEKTÖRÜ VE YENİ GELİŞİMLER Gülay ALTAY, Esra Mete GÜNEYİSİ Boğaziçi Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, 34342, Bebek, İstanbul ÖZET Bu çalışmada, Türkiye deki yapısal çelik kullanımı, üretim kapasiteleri, çeliğin Türkiye de ve Avrupa inşaat sektöründeki yeri özetlenmiş ve yapısal çelik kullanımını desteklemek amacıyla üniversitelerimizde yapılan akademik çalışmalardan, Türk Yapısal Çelik Derneği nin çalışmalarından kısaca bahsedilmiş ve çelik yapı uygulamalarıyla ilgili standartlar incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Çelik Yapılar, Mevcut Standartlar ABSTRACT This study briefly reports the place of steel structures within the major constructional works in Turkey and it is compared with the other European countries by means of its current status and future expectations. In addition to these, some recent research studies, as well as relevant codes and the efforts of the Turkish Constructional Steel Association for supporting steel construction are summarized.. Keywords: Steel Structures, Current Codes 1. GİRİŞ Türkiye jeolojik ve topoğrafik yapısı itibariyle yıkıcı depremlere oldukça sık maruz kalmaktadır. Ülkemiz topraklarının %92'si deprem bölgelerinde bulunmakta ve halkımızın %95'i bu bölgelerde yaşamaktadır den fazla insanın ölmesine ve evin yıkılmasına sebep olan 1903 yılından 1999 yılına kadar 58 büyük deprem, Türkiye nin tehdit altında olduğu deprem felaketinin boyutlarını göz önüne sermektedir. Dolayısıyla,

2 günümüzde, depreme dayanıklı yapıların tasarımı ve özellikle yeni yapılacak olan yapılardaki yapısal sistemler, inşaat mühendislerinin önemli ilgi alanlarını oluşturmaktadır. Çelik yapılar ülkemizde konutlardan çok, genellikle geniş alanlara ihtiyacı olan endüstriyel binalar için kullanılmaktadır. Büyük açıklıklı köprüler, spor salonları, sergi ve konferans salonları diğer örnekler olarak sıralanabilir. Ancak, son on yıldaki depremler sonrası konutlarda çelik kullanımına olan ilginin artmış olması önemli bir gelişmedir. Çelik yapılarda bir diğer gelişme, 1992 yılında Türk Yapısal Çelik Derneği nin (TUCSA) kurulmasıdır. Derneğin öncelikli amaçlarından biri, yapılarda çelik malzemenin doğru kullanımını sağlamak ve özendirmektir. İnşaat sektörünce ve özellikle mimari çevrelerde çeliğin daha yakından tanınmasını temin edecek bilgilendirme ve eğitim faaliyetlerinin yanında dernek, çelik yapı konusunda bilgi alışverişini sağlamak için ulusal ve uluslararası konferanslar ve sempozyumlar düzenlemekte, yine aynı konularda temin edilen bilgilerin kalıcı olmasını sağlamak için yayınlar yapılmasını özendirerek çelik yapılar ve doğru uygulamalar hakkında bilgi dağılımını sağlamaktadır. 2. TÜRKİYE DE YAPISAL ÇELİK KULLANIMI Türkiye de üretilen çelik yapıların yaklaşık %60 ı endüstriyel yapılardır. Buna kuleler ve enerji alt yapı yatırımları da dahil edilirse bu oran % 90 lara ulaşır. Şekil 1 de görüldüğü gibi ticari yapılar ve köprüler ise kalan %10 luk payı oluşturmaktadır. [1] Enerji Santralleri 13% Endüstriyel Yapılar 58% Ticari Yapılar 5% Köprüler 3% Konut 1% Kule ve Direkler 20% Şekil 1. Türkiye de çelik yapıların dağılımı Ekonomik büyüme hızının %6-8 oranında olduğu varsayılırsa, yapısal çelik sektöründeki büyüme hızının, ekonomik büyüme hızından 1-2 puan fazla olacağı öngörülmektedir. Türkiye deki önümüzdeki 10 yıl içerisinde kullanılması beklenen yapısal çelik miktarları Çizelge 1 de verilmektedir. [1] Türkiye deki çelik firmalarının yaklaşık 7-10 milyon m 2 inşaat alanı üretebilecek işleme kapasitesi bulunmaktadır. Bu kapasitenin önemli bir kısmı yurt dışı yüklenim işleri yapabilecek düzeydedir ve önemli yurt dışı projelerde çelik yapı firmalarımızı görebilmekteyiz.

3 Çizelge 1. Türkiye de kullanılması beklenen yapısal çelik miktarı Üretim Profil Sac Boru İthalat Profil Sac Boru Toplam bin ton 3. YAPI SEKTÖRÜNDEKİ DEĞİŞİMLER Kentlerdeki yıllık nüfus artış hızının %4 olduğu ve bu oranın yıllık yaklaşık 2.5 milyon kişiye karşı geldiği tahmin edilmektedir. Büyük şehirlere göç oranı Türkiye genelinde %70 dir; ve bu oran Marmara bölgesi düşünüldüğünde %80 lere ulaşmaktadır. Türkiye de nüfus artış hızının düştüğü görülmesine rağmen, nüfusun yarısından fazlasının 20 yaş altında olduğu da bilinen bir gerçektir. Sonuç olarak bu gelişmeler altında, yapı yatırımlarının kamudan özel sektöre kaymakta olduğu görülmekte ve yapı yatırımlarında ve dolayısıyla çelik yapı yatırımlarında artma beklenmektedir. [1] Yapı Sayısı - Adet Şekil 2. Türkiye de yıllara göre yapı alanı ve yapı adedi En büyük beş ilimizde ortalama yapı yaşı yaklaşık 20 yıldır yılındaki yeni konut gereksinimin adet olduğu ve bu rakamın adetinin yenileme ve afet konutu olduğu tahmin edilmektedir. Konut harici yapı yatırımlarının, %80 inin özel sektör, %50 sinin ticari, %30 unun sanayi, %15 inin sağlık-sosyal-kültürel kaynaklı olduğu görülmektedir. Devlet İstatistik Enstitüsü ne (DIE) göre 2000 yılında ülkemizde bina ve konut bulunmaktadır. İstanbul için gereken konut sayısının 3.5 milyon civarı olduğu ve hemen talep edilen konut miktarının ise 200 bin civarı olduğu tahmin edilmektedir. 0 Yapı Alanı - bin m 2

4 USD Milyon Kamu Özel Koop. Şekil 3. Konut harici yapı yatırımları Yapı Alanı - bin m Ticari Sanayi Saglik, Sosyal, Kültürel Diğer Şekil 4. Yapı fonksiyonlarına karşılık gelen yapı yatırımları Yapı Alanı - bin m Ticari Sanayi Sağlık, Sosyal Kültürel Dini İdari Diğer Kamu Özel Koop. Şekil 5. Yapı fonksiyonlarına göre kullanılan yapı alanları 1999 Kocaeli depreminden sonra çelik endüstriyel binaların deprem sırasında çoğunlukla hasar gören prekast binalara oranla daha fazla tercih edilmeye başlandığı görülmektedir. Bugün çelik endüstriyel binaların pazar payının %25-30 aralığında olduğu tahmin edilmektedir.

5 Büyük açıklıklı otoyol ve demiryolu köprüleri çok daha ekonomik ve hızlı olduğu için çelik yapılmaktadır.yapılan diğer köprülerin de açıklıklarının arttırılarak daha ekonomik olarak çelik yapılması ileride mümkün görülmektedir. Demiryolu projelerine bağlı olarak bu yönde gelişmelerin de çelik kullanım oranını artırması beklenmektedir. İdari 13% Endüstriyel Tesis 15% Petrokimya 55% Yol, köprü, tünel 17% Şekil 6. Çelik yapıların, yapı fonksiyonlarına göre dağılımı Şekil 7. Ülkeler bazında endüstriyel çelik yapı dağılımı Şekil 8. Ülkeler bazında yüksek katlı çelik yapı dağılımı

6 Şekil 9. Ülkeler bazında çelik köprü dağılımı 4. MEVCUT STANDARTLAR Türkiye de, bugün çelik binaların tasarım ve yapımı aşamasında kullanılan temel standartlar TS 648, TS 4561 ve kaynaklı bileşimlerin hesabında kullanılan TS 3357 dir. Çelik yapılarla ilgili diğer standartlar ise profiller ve bulon tipleri gibi yapısal eleman ve birleşimlerle ilgilidir. Ayrıca, bütün yapı tipleri için geçerli olan, bina yükleri ile ilgili standart TS 498 ve depreme dayanıklı tasarım hesaplarının açıklandığı Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik-1998 (ABYYHY-98) mevcuttur. ABYYHY-98 yeniden elden geçirilerek ve lineer olmayan analiz gibi ilaveler yapılarak tekrar oluşturulmaktadır ve tamamlandığında ABYYHY-98 in yerini alacaktır. TS 648, yapısal çelik tasarımında güvenlik gerilmeleri yöntemine gore hesap yaparken; TS 4561, 1-2 katlı binaların tasarımı için taşıma gücü yöntemine göre hesap yapmaktadır. Diğer taraftan, Eurocode 3 ve Eurocode 8 gibi Avrupa standartları, ASD, LRFD ve depreme dayalı tasarım için FEMA, ATC gibi Amerikan standartları ülkemizde de gerek üniversitelerdeki araştırmalarda ve gerekse çelik tasarım ve yapım firmaları tarafından da uluslarası işlerde kullanılmaktadır. 5. ÇELİK STANDARTLARINDA TEMEL İLKELER Çelik yapılarda kullanılan tasarım yöntemleri uluslararası kullanımda, yukarıda kısaca söz edildiği gibi esas itibariyle lineer elastik hesaba dayalı Güvenlik Gerilmeleri Tasarım Yöntemi ve taşıma gücü ilkelerini esas alan Yük ve Dayanım Faktörleriyle Tasarım Yöntemi olarak iki ana çizgide özetlenebilir. Güvenlik gerilmelerine göre tasarım yöntemi, yaygın kullanılan bir tasarım yöntemi olmasına karşın, güvenlik katsayısının tek olması yapıda uniform bir güvenlik sağlanmasına imkan vermemektedir. Yük ve dayanım faktörleriyle tasarımda ise temel amaç, yapının bütün yük kombinasyonları altında hiçbir sınır durumunu aşmamasını sağlamaktır. Dolayısıyla, yük ve dayanım faktörleriyle tasarım yönteminde her yük ve eleman türü için farklı faktörler kullanılmakta ve böylece yapının tümünde uniform güvenlik sağlanmaktadır. Sağlanması gereken sınır durumlar, taşıma gücü (dayanım) sınır durumları ve servis (kullanım) sınır durumlarıdır. Taşıma gücü (dayanım) sınır durumları plastikleşme, burkulma, mekanizma, devrilme, yorulma kırılması, gevrek kırılma olarak sıralanabilir. Servis sınır durumları ise ana hatlarıyla, deplasman, titreşim, yorulma nedeniyle oluşan onarılabilir hasar, korozyona dayanıklılık

7 için sınır değerlerdir. İlk sınır değerler dayanımda esastır ve aşılırsa göçme olur. İkinci sınır değerler aşılırsa yapı, kullanıma elverişli olmaktan çıkmakta, fakat göçmeye kadar gitmemektedir. Örneğin, A.B.D de kullanılan AISC-LRFD standardında değişik yük faktörleri (değişik yüklerdeki farklı düzeyde belirsizlikler nedeniyle), değişik dayanım faktörleri (dayanım belirlemek için yapılan test datasına göre), ve farklı katsayılarla artırılan maksimum yük değerleri belirlenmiştir. AISC-LRFD de güvenlik esastır ve dayanım limitleri ön planda tutulmuştur. Taşıma gücüne göre tasarımda önemli olan, dayanım hesaplarının gerçek eleman davranışını yansıtması, yüklerin etkisinin doğru hesaplanması, sınır durumları aşma olasılığının doğru belirlenmesidir. Kısaca, sınır durumlara göre geliştirilmiş olan tasarım kodları, yapı ve yapısal elemanların gerçek davranışını esas alan ve üniform bir güvenlik yanında ekonomi sağlayan tasarım kodlarıdır. Ayrıca, dayanım ve yüklerin geniş bir istatiksel değerlendirmeden sonra kullanılması kodların etkinliğini arttırmaktadır. Limit tasarımın en güzel tarafı, mühendisi elemanların nasıl göçtüğünü daha yakından incelemeye zorlamasıdır. Güvenlik katsayısı gibi neyi içerdiği belirsiz katsayılar kullanmak yerine, elemanın göçme olasılığı olan durumuna yönelik katsayıyı kullanmayı gerekli kılmaktadır. Şimdiye kadar pek sorgulanmayan yük kabülleri, gerek başarısız tasarımlar gerekse yeni kavramlar çerçevesinde bilinçli mühendisler tarafından dikkatle ele alınmalıdır. Hareketli ve geçici yüklemelerde (rüzgar vb.), bu yüklerin hangi değerlerde ve aynı anda etki edip etmeyeceği de düşünülmelidir. Güvenlik gerilmesine göre tasarımda, gerilmeyi 1/3 oranında arttırma, maksimum rüzgarın diğer etkilerle birlikte olmayacağı varsayımından gelmektedir. Diğer taraftan, geçmiş kar yağışı ile ilgili kayıtlar, kar yoğunluğu, kar toplanması, karla birlikte yağmur, çatının boyutları ve eğimi gibi pek çok etken de günümüzde dikkate alınmakta ve araştırılmaktadır. 6. ÇELİK YAPILAR ÜZERİNE ÇALIŞMALAR Çelik yapı tasarımı ve analizi üzerine özellikle depreme dayanıklı bina tasarımı ve betonarme binaların çelik kullanılarak takviyesi konusunda; üniversitelerimizde yapılan çalışmaların geçtiğimiz on yıl içinde artış gösterdiği izlenmektedir. Çalışmaların, bazı eleman ve birleşim testleri gibi laboratuar çalışmaların yanında esas olarak modelleme ve analiz üzerine yoğunlaştığı görülmektedir. Özellikle 1999 Kocaeli depreminden sonra, çelik binaların deprem etkisindeki davranışı, depreme dayanıklı çelik yapı tasarımı, çelik çapraz elemanlar, lineer olmayan analizle çelik yapı ya da yapı elmanlarının incelenmesi, betonarme binaların çelik elemanlar kullanılarak güçlendirilmesi, yarı rijit birleşimler ve bunlarla ilgili deneysel çalışmalar, üniversitelerde çelik alanında ilgi çeken konuları oluşturmaktadır.[2, 3, 4, 5] Aşağıda bu tezlerden bazılarının konu başlıkları sıralanmaktadır. Yarı rijit çerçevelerde maksimum yük yaklaşık hesap metodu [6] Deprem yüklemesi altında farklı çelik çerçevelerin karşılaştırılması [7] Çok katlı çelik çerçeve tasarımında, N ve K tipi çelik çapraz elemanların karşılaştırılması [8]

8 Çelik endüstriyel binaların optimum dizayn için bilgisayar tabanlı modellenmesi [9] Yarı rijit çelik birleşimlerin nonlineer yapısal analizi [10] Çok katlı çelik binanın lineer olmayan analiz ve dizaynı [11] Yarı rijit birleşimli çelik yapıların doğrusal olmayan analizi ve güçlendirilmesi [12] Farklı yöntemler kullanılarak güçlendirilen betonarme binanın lineer olmayan statik ve dinamik analizlere göre deprem performanslarının belirlenmesi [13] Yarı rijit birleşimli mevcut endüstriyel çelik yapıların performansa dayalı incelenmesi [14] Betonarme ve çelik karma yapıların onarımı ve güçlendirilmesi [15] Betonarme çerçevelerin çelik stabilite bağlarıyla güçlendirilmesi [16] Çok açıklıklı endüstriyel çelik binaların yarı rijitlikli birleşimlerinin sismik davranışı [17] Çelik yapıların sismik dizaynı [18] Çelik yapılarda yarı-rijit bağlantılar [19] Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkındaki yeni yönetmelik ile eski yönetmeliğin çok katlı çelik bir bina üzerinde proje uygulamalı kıyaslanması [20] 1998 ve 1975 tarihli afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında yönetmeliklerin çok katlı bir çelik yapı örneği de kullanılarak karşılaştırılması [21] Değişik çelik çapraz dağılımının yüksek katlı çelik binaların sismik davranışı üzerine etkisi [22] EC 3 ve Türk standarlarına göre yüksek katlı çelik binaların dizaynının karşılaştırılması [23] Kaynaklı çelik yapıların deprem altındaki davranışı [24] Yüksek katlı binalardaki yük taşıma sistemleri [25] 7. SONUÇ Ülkemiz deprem yönetmeliğine uyumlu, yeterli deprem dayanımı sağlanmış yeni bina ihtiyacı, aynı zamanda çelik bina ihtiyacını da tetiklemektedir. Türkiye de hammadde sorunu olmadığı gibi, yapısal çeliği yüksek teknoloji olanaklarıyla üretecek, projelendirecek, uygulamasını gerçekleştirecek bilgi birikimine sahip, donanımlı, nitelikli, çelik yapı firmaları da mevcuttur. Fakat, Türkiye gibi sürekli deprem riski altında olan bir ülke için çelik binaların avantajının anlaşılıp, uygulamasının yaygınlaşabilmesi için çelik konut ve ofis binalarının da yaygınlaşarak toplumda aşinalık uyandırılması, tasarım standartlarının geliştirilmesi için akademik çalışmaların arttırılması, sürekli eğitim ve bilinçlendirme çabalarının yoğunlaştırılması gerekmektedir. KAYNAKÇA [1] TUCSA (Türk Yapısal Çelik Derneği), Yapısal Çelik Kullanımı, Üretim Kapasiteleri, Çeliğin Avrupa ve Türkiye İnşaat Sektöründeki Yeri Türk Yapısal Çelik Derneği, 2005 [2] Sümer O., Aşkar G. Analysis of a mono-symmetric core wall structure coupled with connecting beams Thin Walled Structures 1992, Vol.14, pp [3] Yorgun C., Dalcı S., Altay G. A. Finite element modeling of bolted steel connections designed by double channel Computers and Structures 2004, Vol.82, pp

9 [4] Güneyisi E. M., Altay G. A study on the seismic behavior of a retrofitted building based on nonlinear static and dynamic analysis Earthquake Engineering and Engineering Vibration 2005, Vol.82, pp [5] Symth, A., Altay, G., Deodatis, G., Erdik, M., Franco, G., Gülkan, P., Kunreuther, H., Luş, H., Mete, E., Seeber, N. and Yüzügüllü, Ö. Probabilistic benefit-cost analysis for earthquake damage mitigation: evaluating measures for apartment houses in Turkey Earthquake Spectra 2004, Vol. 20, pp [6] Eliri A. O. Yarı rijit çerçevelerde maksimum yük yaklaşık hesap metodu M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [7] Develi A. O. Deprem yüklemesi altında farklı çelik çerçevelerin karşılaştırılması M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [8] Emre T. M. Çok katlı çelik çerçeve tasarımında, N ve K tipi çelik çapraz elemanların karşılaştırılması M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [9] Korkut I. Çelik endüstriyel binaların optimum dizayn için bilgisayar tabanlı modellenmesi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [10] Dalcı S. Yarı rijit çelik birleşimlerin nonlineer yapısal analizi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [11] Sullu V. Çok katlı çelik binanın lineer olmayan analiz ve dizaynı M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [12] Ortaköylüoğlu I. Yarı rijit birleşimli çelik yapıların doğrusal olmayan analizi ve güçlendirilmesi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [13] Mete E. Farklı yöntemler kullanılarak güçlendirilen betonarme binanın lineer olmayan statik ve dinamik analizlere göre deprem performanslarının belirlenmesi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [14] Dincer T. Yarı rijit birleşimli mevcut endüstriyel çelik yapıların performansa dayalı incelenmesi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [15] Burç B. Betonarme ve çelik karma yapıların onarımı ve güçlendirilmesi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [16] Çetintürk A. Betonarme çerçevelerin çelik stabilite bağlarıyla güçlendirilmesi M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [17] Erozan M. B. Çok açıklıklı endüstriyel çelik binaların yarı rijitlikli birleşimlerinin sismik davranışı M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [18] Köse I. Çelik yapıların sismik dizaynı M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, [19] Ergin E. Çelik yapılarda yarı-rijit bağlantılar M.S. Tez, Boğaziçi Üniversitesi, 1998.

10 [20] Balcıoğlu G. Afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkındaki yeni yönetmelik ile eski yönetmeliğin çok katlı çelik bir bina üzerinde proje uygulamalı kıyaslanması M.S. Tez, Istanbul Teknik Üniversitesi, [21] Vatansever C ve 1975 tarihli afet bölgelerinde yapılacak yapılar hakkında yönetmeliklerin çok katlı bir çelik yapı örneği de kullanılarak karşılaştırılması M.S. Tez, Istanbul Teknik Universitesi, [22] Çatalkaya H. Değişik çelik çapraz dağılımının yüksek katlı çelik binaların sismik davranışı üzerine etkisi M.S. Tez, Istanbul Teknik Universitesi, [23] Karaca M. EC 3 ve Türk standarlarına göre yüksek katlı çelik binaların dizaynının karşılaştırılması M.S. Tez, Istanbul Teknik Universitesi, [24] Özoğul S. A. Kaynaklı çelik yapıların deprem altındaki davranışı M.S. Tez, Istanbul Teknik Universitesi, [25] Çelik M. D. Yüksek katlı binalardaki yük taşıma sistemleri M.S. Tez, Istanbul Teknik Universitesi, 2003.