ÇELİK YAPILAR 6 ÇERÇEVE OLUŞTURMA STABİLİTE KİRİŞ KOLON BİRLEŞİMİ. Kiriş Kolon Birleşimi Tek Katlı Çerçeve. Kiriş Kolon Birleşimi

Transkript

1 Rijit Rijit Mafsallı Mafsallı Rijit ÇELİK YAPILAR 6 ÇERÇEVE OLUŞTURMA STABİLİTE Çelik yapıların kolon kiri birleimleri; tek katlı yada çok katlı çerçevelerin üst katlarında mafsallı yada rijit, çok katlı çerçevelerin ara katlarında mafsallı, yarı rijit ya da rijit yapılır. Kiri Kolon Birleimi Çelik yapıda kolon kiri birleimlerinin tamamen rijit ya da tamamen mafsallı yapılması bir idealdir. Ancak tek katlı ve tek açıklıklı çerçevelerde tam olarak yglanabilir. Kiri Kolon Birleimi Tek Katlı Çerçeve Tek katlı çelik yapıda basit çerçeveler birlikte çalıacak ekilde yan yana getirilerek çok gözlü çerçeveler oltrlr. Tek katlı çok gözlü çerçevelerde kiri-kolon birleimi mafsallı da yapılsa kiri çlarında bir miktar dönme engellenir yada rijit yapılsa kirile kolon arasındaki dönme tamamen önlenemez. B tür birleimlere yarı rijit birleim denir. Yapısal çelik ısıya dyarlı bir malzemedir. Açıkta bırakılan çelik kirilerin baka yapı elemanlarıyla birletirilmesinde mesnetlerinden biri kiri açıklığı ltsnda serbestçe hareket edebileceği ekilde kayıcı mafsallı düzenlenir. Tek Katlı Çerçeve Kayıcı mesnet, kiriin geçtiği açıklığa ve taıdığı yüke bağlı olarak; yüzeysel, çizgisel yada rlol mesnet eklinde yapılır. Tek Katlı Çerçeve Tek katlı yada çok katlı çerçevelerin üst katlarında rijit mesnetli bir çerçevede kolon-kiri balıkları sürekli yapılmalıdır. Çizgisel L<25m, V<30t Yüzeysel L<15m, V<12t. Rlol L>25m, V>30t Kiriin kolon balığına bağlanması drmnda, kolon balık hizalarındaki gövde levhaları brmaya karı berkitme levhalarıyla güçlendirilmelidir. 5 1

2 Tek Katlı Çerçeve Çok katlı çerçevelerin kolon-kiri birleimlerinde kolon sürekli yapılmalıdır. Çok katlı yapılarda kiriin kolona sadece gövdeden bağlanmasıyla mafsallı, gövde ve balıktan bağlanmasıyla rijit, gövde ve balıklardan biri ile bağlanmasıyla yarı rijit birleim yapılır. Mafsallı kolon-kiri birleimi Çelik kolon kiri birleimlerinde sadece kesme kvvetlerinin aktarılması (mafsal) kiri gövdesinden yapılacak birleim ile gerçekletirilir. Brada tamamen mafsallı birleim bir idealdir. Rijit kolon-kiri birleimi Blonl birleim Kaynaklı birleim Yarı rijit kolon-kiri birleimi 2

3 Kolon gövdesine kiri birleimi Kolon balığına kiri birleimi Kiriin kolon balığına bağlanması drmnda kolon gövdesi kiri balığı seviyesinde berkitme levhaları ile güçlendirilmelidir. Rijit kolon-kiri birleimi Çelik kolon kiri birleimlerinde kesme kvvetleri ile birlikte moment aktarılması (rijit) için kiri gövdesi ile balıkları birletirilmelidir. Kolon kiri birleimlerinin depreme karı tasarımı için yapılan aratırma sonçlarına göre; esnek olması istenen birleim yerlerine berkitme levhalarının eklenmesiyle enerji ytlması azalırken yük düzeyi artar. Rijit kolon-kiri birleimi Rijit kolon-kiri birleimi Sürekli kolon-sürekli kiri ÇERÇEVE DÜZENLEMESİ Dikdörtgen planlı tasarımda çerçeveler tek ltda tasarlanır. 3

4 ÇERÇEVE DÜZENLEMESİ ÇERÇEVE DÜZENLEMESİ Dikdörtgen modülde tek ltl olarak tasarlanan çerçeveler yapının kısa ya da zn kenarı ltsnda düzenlenebilir. Kısa kenar ltsnda düzenlenmi çerçeveler hem düey hem yatay yüklere karı koyarak yükleri yapının eni ltsnda iç çerçevelere dağıtır. Yapı modülü kareye yakınsa yapının iki ltsnda da çerçeveler oltrlr. Yapı zn kenarı ltsnda düzenlenmi çerçeve sistemlerinde düey yükler çerçevelerle yatay yükler çerçevelere dik kiri ya da döeme plağı ile alınır. Salt çerçeve sistemler yatay yükler altında katlar arası büyük yatay öteleme yapar. Rijit çerçevelerde katlar arası yer değitirme her kata etkiyen kesme kvvetine bağlıdır. Taıyıcı dvarların çerçeve sisteme eklenmesi salınımı sınırlandırdığı için b elemanlara stabilite elemanları yada rijitletirme elemanları denir. Taıyıcı dvarların yer değitirme özelliği düey bir konsol kiri gibidir, yatay yer değitirme alt katlarda az, üst katlarda fazladır. Taıyıcı dvarların çerçeve sisteme eklenmesi ile; taıyıcı dvarlar çerçevelerin katlar arası yer değitirmesini, çerçeve sistem üst katlarda taıyıcı dvarların yatay yer değitirmesini frenleyeceği için, yatay salınım sınırlandırılır. 21 Çerçevelerde rijitliği sağlamanın yanında rijitliği artırmak için de stabilite elemanları kllanılır. Tasarımda b elemanlarınistenmediği drmlarda kolon boytları büyütülür ve mesnetler rijit olacak ekilde düzenlenir. Çelik yapılarda rijit birleimli çerçeveler yatay yüklerin karılanmasında düey stabilite elemanı olarak kllanılır ve yapı içindeki yeri bna göre düzenlenir. 22 Betonarme Perde Perdeler, planda zn kenarının kalınlığına oranı en az 7 olan betonarme taıyıcı dvarlardır. Perde kalınlığı, kat yüksekliğinin 1/20inden ve 20 cm den az olmamalıdır. lw 7bw bw 20cm bw Hw/20 cm Yatay yükleri alacak ekilde tasarlanan taıyıcı dvarlar; *betonarme perde, *çelik çaprazlı çerçeve ya da *çelik kolonların sık sıralanıp yüksek kirilerle bağlanmasıyla, oltrlr. Sık kolon+yüksek kiri Betonarme perde donatıları düzdür ve dvarın tek yada iki yüzünde, yatay ve düey ızgara eklinde düzenlenir

5 Çaprazlı Çerçeve Kolonlar arasının düey çaprazlama ile rijitletirildiği sistemde kolonların üst ve alt balık, çaprazlamaların diyagonal olarak düzenlendiği düey bir kafes kiri oltrlr. John Hancock Bilding Sears Tower Çelik yapılarda çelik çbklarla oltrlan dvarlar; çelik çerçeve arasının çaprazlanması yada çelik çbkların sık düzenlenmesiyle oltrlr. 25 Düey kafesi oltran çbklar yükleri sadece çekme ve basınç kvvetleri ile zemine ilettikleri için kafes alt ve üst balıklarını oltran kolon en-kesitleri rijit çerçeve en-kesitlerinden küçük olr. 26 Çaprazlı Çerçeve Çelik yapıda çerçeveye çaprazların eklenmesiyle oltrlan çaprazlı çerçevelerle kolon ve kirilerdeki eğilme önlenerek rijit çerçeve davranıı iyiletirilmi olr. Brada, yatay kvvetler kolonlar tarafından değil, örgü elemanları tarafından ytlr. Merkezi çaprazlı çerçeveler, 2007 ABYBH Yönetmelikte Süneklik Düzeyi Normal Çelik Çaprazlı Perdeler olarak tanımlanır. Düğüm noktalarına merkezi olarak birletirilen çaprazlı perdelerin rijit çerçevelerle birlikte kllanımı rüzgar gibi yatay yüklere karı ygn bir dayanım ve rijitlik gösterir. Elastik davranıının düük olması nedeniyle deprem bölgelerinde yeterli olmayabilir. Merkezi çaprazlar; diyagonal, V yada K eklinde yapılır. Yanal yüklere karı düey kafes kiri çalıması gösteren merkezi çaprazlı perdelerde yatay yükler, kolon ve çapraz elemanların eksenel çekme yada basınca çalımasıyla karılanır. Merkezi çaprazlı perdeyi oltran kolonlar ve kiriler de eksenel kvvete çalıır. Çaprazlı çerçeveler, merkezi ve dı merkezi çaprazlamalı olarak iki ekilde düzenlenir. Çaprazların kolon kiri birleimleri mafsallı yada rijit yapılabilir Merkezi çaprazlı perde kolonları rüzgar yönünde çekme, rüzgar altı yönünde basınca çalıan balıklar olarak devirme momentini karılar. Diyagonaller, eğim ltsna bağlı olarak çekme ya da basınca çalıır ve yatay kesme kvvetini karılar. Yatay yük her iki yönden de gelebileceği için diyagonaller hem çekmeye hem de basınca çalıabilir. B nedenle en elverisiz drm olan basınca göre tasarlanmalıdır. Diyagonal ve X çaprazlarında, çelik çbklar kolon-kiri birleim noktalarına bağlanır. Diyagonal çapraz X çapraz Çaprazların sadece çekmeye çalımak üzere hesaplanması drmnda, çapraz örgü çbklarının narinlik oranı 250 yi, basınç kvveti de alacak ekilde hesaplanan örgü çbklarının narinlik oranı 100 ü ) 4.0 Es /σ a sınır değerini amamalıdır. Diyagonal çaprazlarda, birbiri ardına gelen yatay kvvetler sadece çekme çaprazlamaları ile karılanır, basınç çaprazları ihmal edilir. X çaprazlarında yada aynı katın diğer çaprazlarında da drm aynıdır. X yada diyagonal merkezi çaprazlı elemanlarda düey yükler ihmal edilir

6 Örgü çbklarının kolonlara bağlandığı çaprazlı perdelerde, bağlantı kolon kesitinin balığına yapılmalıdır. Kolon gövdesine bağlantı yapılmamalıdır. Genellikle çapraz elemanlarının birleimi düük eğilme rijitliği olan levhalarla yapıldığı için b levhalar berkitilerek eğilme dayanımları artırılmalıdır V yada ters V çaprazlarda, çapraz elemanlar hem basınç hem de çekmeye çalıacak ekilde tasarlanır. Basınca çalıtırılan çapraz elemanlarda narinliğin sınırlandırılması önemlidir. Ters V çapraz V çapraz K çaprazlarında diyagonaller kolon orta noktasında birletirilir. Diyagonallerin kolon orta noktasında birletirildiği K çaprazları düktil bir davranı gösteremez çünkü akma mekanizmasında kolonn da katılımını gerektirir. K çaprazlar, yanal yükler altında kolonn da katılımını gerektirdiği için deprem bölgelerinde tavsiye edilmez. K çapraz V yada eklindeki çaprazlar kiri ortasında, kiri sürekliliğini bozmadan birletirilirken bağlanan kirie bir düey destek oltrlr. Brada kiriler, ortalarından mesnetlenen diyagonal elemanın etkisi ihmal edilerek sadece düey yüklere göre tasarlanır. Ancak çaprazların kirie bağlandığı noktadaki düey yükler çapraz tasarımında dikkate alınmalıdır. Sadece eksenel basınca çalıan K çaprazlı sistemin düktilitesi zayıftır. K çaprazlı çerçeveler, deprem yükleri altında hasarı yıkılmadan sönümleyemeyen bir sistemdir Merkezi çaprazlı sistemlerde düktil elemanlar çekmeye çalıan çaprazlardır, çünkü basınç çaprazlarındaki enerji dağılımı, brklma nedeniyle elemanları çabk bozar. Çapraz elemanların davranıı narinlik oranına bağlıdır. Narinlik oranı küçük olan çaprazlar büyük olanlardan daha fazla enerji ytar. Narinliğin artırılması ytlan enerjiyi azaltır. Genellikle narinlik oranı büyük çapraz elemanların basınç dayanımları, narinlik oranı küçük elamanlardan daha hızlı bozlma gösterir

7 Genellikle hadde mamlü en-kesitler, büyük yanal yer değitirmelerde bölgesel brklma gösterir. Çaprazların davranıı en-kesit ekline de bağlıdır. En-kesit ekli, çapraz elemanının yanal brlmalı brklmasını ve bölgesel brklmayı ve bnların soncnda basınç dayanımını etkiler. En güçlüden en zayıfa b en-kesitler: tüpler, geni balıklı I, T, çift U profiller ve çift köebentler olarak sıralanabilir. Her iki eksen etrafında simetrik en-kesitler brklma oltrmaması bakımından daha ygndr. T ve çift köebentle oltrlan en-kesitler simetri eksenlerine dik ltda brklr Süneklik Düzeyi Yüksek Çelik Çaprazlı Perde olarak tanımlanan dımerkezi çaprazlı sistem, merkezi çaprazlı çerçevenin rijitlik ve dayanımıyla rijit çerçevelerin elastik olmayan davranıı ve enerji dağıtma özelliklerini birletiren bir sistemdir. Sistemin dımerkezi olarak adlandırılması, * kiriin kolona, * kiriin çapraz elemana birleimlerinde özellikle dı merkezilik yglanmasındandır. B sistemin etkili olması için çapraz elemanların kolon-kiri birleim noktasına yada iki çapraz elemanın bir kiri üzerindeki ortak birleim noktasına göre dı merkezlik, çaprazlı çerçeve kolonları arasındaki açıklığın 1/5 i ile 1/10 arasında seçilir Dımerkezi çaprazlı çerçeveler, çaprazlamada en az bir bağlantı kiri parçası olması kaydıyla çeitli ekillerde yapılabilir. Amaç, deprem sırasında olabilecek büyük yükler altında çapraz elemanların brklmamasıdır. B da bağlantı parçasının akmaya (deforme olmasına) göre tasarımıyla gerçekletirilir. Bağlantı kiri parçasında deformayon, merkezi çaprazlı çerçevelerden daha fazladır ancak b kiri parçasının oldkça kısa olması nedeniyle yer değitirmeler az olr. Bağlantı kirii Bağlantı kirii Dımerkezi kiri, çapraz elemanların büyük kvvetler almasını sınırlayarak brklmalarını önler. Bağlantı kirii denilen dı merkeziliğin oltrldğ kiri parçası deforme oldğnda, diğer eğilme elemanlarında plastik mafsallar, basınç elemanlarında brklma olmaz. Böylece sistem, büyük deformasyonlarda bile stabilitesini korr. Rüzgar ve küçük depremlerde tüm davranı elastik oldğ ve plastik mafsallar olmadığı için gerekli rijitlik sağlanır. Bağlantı kiri parçasında plastik mafsallar yada kesme akması olması, znlğnn bir fonksiyondr. Yüksekliğinin iki katından zn olan bağlantı parçalarında plastik mafsallar olrken kısa olan parçalar kesmede akma eğilimindedir. Bnlar kısa yada zn bağlantı parçaları olarak tanımlanır. Kısa bağlantıda dönme az olrken zn bağlantıda daha büyük dönme olr

8 Dımerkezi çaprazlı çerçevelerin elastik rijitliği merkezi çaprazlı çerçevelerle aynıdır. Dımerkezi çaprazlı çerçeveler rijit çerçevelerden daha hafif, merkezi çaprazlı çerçevelerden daha düktildir. Bağlantı parçasındaki küçük hasar yapının göçmesini önler çünkü yapı düey yük taıma kapasitesini ve rijitliğini kaybetmez Bağlantı kiri parçalarının gövdesi çaprazların birletiği noktalarda çift taraflı berkitilmelidir. Ara berkitmeler, 600mm den küçük kiriler için tek taraflı yapılabilir. Yüksek kiri gövdeleri her iki taraftan da berkitilmelidir. Berkitme levhaları arası kiri yüksekliğinden fazla yapılmamalıdır. Kiriin, düzlemine dik ltda bağlanmasında döeme plağı yerine bağ kirileri tercih edilmelidir. Düğüm noktalarına dımerkezi olarak birletirilen çapraz elemanları çlarının genellikle mafsallı birletirildiği kabl edilir. Fakat kolon kiri birleimleri tam sürekliliği sağlayacak ekilde kaynaklı birletirilir. 45 Çapraz elemanların kolonlara bağlandığı çaprazlı çerçevelerde bağlantı, kolon kesitinin balığına yapılmalı, kolon gövdesine bağlantı yapılmamalıdır. Basınç kvveti de alacak ekilde hesaplanan çapraz elemanların narinlik oranı 100 den fazla olmamalıdır. Çaprazlar dı merkezi bağlandığında kiriler eğilme de alır. Yatay yük her iki yönden de gelebileceği için çapraz elemanlar hem çekmeye hem de basınca çalıabilir. B nedenle en elverisiz drm olan basınca göre tasarlanmalıdır. 46 Sık Kolonl Perdeler Taıyıcı dvarlar; Açık sistemler: L,X,V,Y,T ve H eklinde, tek sal biçimde ve bir mekanı tam olarak kapamayan Kapalı sistemler- Çekirdek: genellikle kare, üçgen, dikdörtgen ve daire biçiminde ve bir alanı çevreleyen sistemler olarak sınıflandırılır. Çelik kolonların m aralıkla sıralanıp yüksek kirilerle bağlanmasıyla delikli perde görünümlü taıyıcı dvarlar oltrlr. Sık kolonl dvarların yapı dı cephesinde düzenlenmesi ile (tübüler sistem) çok yüksek yapılar yapılabilir. Açık sistemler Kapalı sistemler Taıyıcı dvarlar, yapının içinde ya da dıında, simetrik yada asimetrik olarak düzenlenir

9 DÜŞEY STABİLİTE Çelik yapı stabilitesi düey düzlemde; rijit çerçeve taıyıcı dvar sistemlerinden biri yada birkaçının birlikte kllanılmasıyla sağlanır. Çerçevelerde rijitliği sağlamanın yanında rijitliği artırmak için de stabilite elemanları kllanılır. Açık taıyıcı dvarlı sistemler Taıyıcı dvarların kapalı bir kt oltrlacak ekilde düzenlenmesine çekirdek denir. İyi düzenlenmi çekirdekli sistemlerde yapıya gelen yatay yükler çekirdekle zemine aktarılırken diğer kolonlara sadece düey yükler taıtılır DÜŞEY STABİLİTE Düzenleme DÜŞEY STABİLİTE Düzenleme Rijit bir cisim olarak düünülen kat döemesinin kendi düzleminde hareketinin önlenmesi için kendine mafsallı mesnetlenmi en az üç stabilite (rijitletirme) elemanı gerekir. Stabilite elemanlarının kayma ltsna dik eksenleri zayda bir noktada kesimemelidir. Yani bnlar: * birbirine paralel olmayan, *en az iki ltda ve *en az üç farklı düzlemde düzenlenmelidir. Aksi halde yanal yükler döemenin dönmesine, dolayısıyla tüm yapının brlmasına neden olr. Stabilite elemanlarının birbirine paralel çok yakın olması da aralarındaki mesafenin brlmayı önleyemeyecek kadar küçük kalmasına ve elemanın çekirdek gibi çalıarak ortaya bir dönme merkezi çıkmasına neden olabilir. Stabilite elemanlarının olabildiğince yapı kenarlarına yakın düzenlenmesi yapı mkavemetini artırır. Tasarımında stabiliteyi sağlama yöntemi ve taıyıcı sistem içindeki düzeni çok önemlidir. Yapı içinde eksantrik olarak yerletirilmi bir çekirdeğin, eğilme ve kesme yanında brlma etkisini de karılaması gerekir DÜŞEY STABİLİTE Düzenleme 53 9