TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1

Transkript

1 1 1.1 Tanım, Tarihsel Gelişme Yapının taşıyıcı sistemini, üzerine etkiyen yükleri uygun biçimde taşıyıp zemine aktaran tüm taşıyıcı elemanlar oluşturur. Yapı taşıyıcı sistemini: Temeller, Duvarlar ve kolonlar 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 İki doğrultuda yük aktaran sistemler Kolonlar (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli) Kirişler (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli) Kemerler (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli) Kablolar Uzay Kafesler YÜZEYSEL TAŞIYICI SİSTEMLER Düzlem Yüzeysel Taşıyıcı Sistemler Plaklar Perdeler Katlanmış Plaklar Eğrilikli Yüzeysel Taşıyıcı Sistemler Kabuklar Çadırlar Şişme Sistemler olarak sınıflandırılır. 3 Kaya Taş Tarih boyunca taşıyıcı sistemlerin gelişimi, malzeme ve teknolojik bilginin sınırlılığı nedeniyle çok yavaş olmuştur. 4 2

3 Taşıyıcı sistem olarak 20.yy başlarına kadar yörede bulunan taş ve ahşap gibi doğal malzemeler kullanılmıştır. 5 YIĞMA YAPILAR 6 3

4 AHŞAP YAPILAR Ahşap, tarih boyunca her kültür tarafından oldukça fazla kullanılmış bir yapım malzemesidir. Kolaylıkla ormandan elde edilir ve üretilir. 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. 8 4

5 BETONARME YAPI Panteon, Roma Conrad Oteli, İstanbul Başlangıcı Romalılara kadar giden betonun inşaat malzemesi olarak kullanılması, bağlayıcı olarak Portland çimentosunun 1824 lerde bulunmasıyla mümkün olabilmiştir. Betonarme ilk olarak Fransa da 1849da kullanılmış, ilk patent 1857 de alınmıştır. 9 PREFABRİKE BETON YAPI Prefabrike beton yapılar, genellikle öngerilmeli olarak fabrika koşullarında imal edilmiş kiriş ve kolonların yada çerçevelerin birleştirilmesiyle oluşturulur. 10 5

6 PREFABRİKE BETON YAPI Okul, İsviçre Bank Lambert, Brüksel Kütüphane, Bern 11 DEMİR YAPI 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. Coalbrookdale köprüsü, 1779, 12 6

7 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. 13 DEMİR YAPI Fortbridge,UK Gardener Dükkanı, Glasgow, UK Çikolata Fabrikası, Fransa Green Park People House, Glaskow, UK 14 7

8 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. 15 ÇELİK YAPI Woolworth Binası, katlı Chicago Tribunal Kulesi,

9 ÇELİK YAPI K-Building, Osaka Sergi Merkezi, Aomori Portopia Oteli, Kobe 17 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 18 9

10 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 fiyatları 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. 19 Yapı Malzemeleri EĞİLME DENEYİ Yapı malzemelerinin özellikleri, laboratuar deneyleri sonucu saptanır. BASINÇ DENEYİ 20 10

11 Yapı Malzemeleri Eğilme deneyi Çekme deneyi Sertlik deneyi 21 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.Fo çekme kuvveti ile kopma sınırına kadar zorlanır. Deney sonucu bir gerilme-uzama diyagramı ile gösterilir

12 Yapı Malzemeleri Deney sırasında P çekme kuvveti σoorantılı 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. σ < σf Hooke bölgesi σa Akma sınırı σe - Kritik sınır σb Kırılma sınırı Diyagramda başlangıç teğetinin eğimi E-elastisite modülünü verir. Çeliğin elastisite modülü : E=tgα=0.21 kn/mm2dir. Yük, gerilme akma sınırı σa ya ulaşıncaya kadar artırıldığında büyük bir plastik deformasyon oluşur. Burada gerilme artmasa da uzama devam eder ve kuvvet σkkırılma gerilmesine kadar artırıldığında hızlı bir kesit incelmesiyle çubuk kopar. 23 YIĞMA KAGİR YAPILAR Kerpiç ev Yığma kagir yapıları oluşturan doğal taş, kumtaşı, tuğla, kerpiç, briket, beton, gazbeton vb. bloklar basınca dayanımlı, çekmeye karşı ise çok zayıf malzemelerdir. Yığma kagir yapıları oluşturan bloklar sünekliği az ve gevrektir (kırılgan). Süneklik (düktilite), akma sınırının ötesinde gerili bir malzemenin uzama kabiliyetidir. Aachen Şapeli, tuğla 24 12

13 AHŞAP YAPILAR Ahşap hafiftir, hem çekmeye hem de basınca dayanımlıdır. Ahşap, doğal bir malzemedir. İçindeki delikler, çentikler ve bölgesel korozyon (çürükler), dayanımını etkiler. 25 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

14 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, hem basınca hem de çekmeye dayanımlı bir malzemedir. 27 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

15 BETONARME YAPI Beton; çimento, agrega ve suyun uygun oranlarda karıştırılmasıyla elde edilir. Beton; ağır, gevrek, basınç mukavemeti yüksek, kayma mukavemeti küçük ve çekme mukavemeti ise yok denecek kadar az bir malzemedir. Bu nedenle yapıda çelik ile birlikte kullanılır. Beton ve çeliğin birlikte kullanımı, Betonarme yapıyı oluşturur. 29 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

16 PREFABRİKE BETON YAPI Prefabrike beton yapı elemanları yüksek nitelikli malzeme, işçilik ve kontrol ile üretildikleri için yüksek dayanımlıdır. 31 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. Kablolar sadece çekme dayanımlıdır. Kablolu Sistemler, kabloların yalnızca çekme etkisinde olmaları ve eğri biçimlerinin yarattığı taşıyıcılık üstünlüğü ile büyük açıklıkların geçilmesine olanak verir

17 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. 33 TEKSTİL VE PLASTİK ÖRTÜLER Tribün, Bourges, Fr Nihon Üniversitesi Spor Merkezi, Tokyo Amfitiyatro, EXPO 85 Suntory Pavyonu, EXPO

18 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 35 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Çerçeve Sistem Hilton Oteli, İzmir NEC Super Tower, Tokyo Singapur Oteli, Singapur 36 18

19 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Çerçeve + Çekirdek Sistem Rainer Bank Kulesi Washington, Lake Point Tower, Chicago Tokyo Belediye Binası 37 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Çaprazlamalı Çerçeve + Perdeli Sistem IBM Building, Pittsburg Alcoa Building, S.Francisco John Hancock Center, Chicago 38 19

20 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Tüp Sistem One Shell Plaza, Houston Oklahoma Bankası OUB Center, Singapur 39 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Asma Sistemler BMW Binası, Münih Shanghai Bank, Hongkong 40 20

21 YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ Diğer Sistemler Bishopgate, Londra (köprü tipi) Nagakin Capsule, Tokyo (Hücre sistem) Çin Bankası, Hongkong (Uzay kafes) 41 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Çubuk Sistemler: Uzay Kafes 42 21

22 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Katlanmış Plak Sistemler Shizioka Spor Merkezi 43 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Betonarme St.Mary Kilisesi, Tokyo Sidney Opera Binası Basel Benzin İstasyonu 44 22

23 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Betonarme Bahai House, Y.Delhi 45 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Çelik Glaskow Botanik Bahçesi Geod Sinema Salonu, Paris Namihaya Dome, Osaka 46 23

24 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Kabuklar - Ahşap Silk Road Sergi Pavyonu, Nara Kilise, Oslo Sergi Salonu, Sidney 47 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Çadırlar 48 24

25 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Kablo Kirişli Tek eğrilikli asma sistem Çift eğrilikli asma sistem 49 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Kablo Ağı Kongre Sarayı, Berlin Kapalı Buz Hokeyi Salonu, Jp Giorgia Dome, USA 50 25

26 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Asma Germe Sistemler: Kablo Askılı Renault Show Room, Swindon, UK Spor Salonu, Jp Expo 87, Montreal Hokey Sahası Tribünü, Sidney 51 BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER Şişme - Pnömatik Sistemler Tiyatro EXPO85 Kumamoto Dome Kültür Merkezi Tokyo Big Egg Baseball Sahası 52 26

27 Montaj Atölyelerde hazırlanan Prefabrike beton, Çelik ve Alüminyum yapı elemanları, şantiyeye nakledilebilecek boyutlarda hazırlanır. 53 Montaj Prefabrike beton ve çelik yapılarda montaj; eleman yöntemi, blok yöntemi ve kaldırma yöntemi olarak üç şekilde yapılır

28 Montaj Eleman yöntemi: yapıyı oluşturan elemanlar tek tek ve doğrudan yerinde birleştirilir. Yüksekte çalışılması gerektiği için iş verimi düşer, inşaat süresi uzar ve masraflar artar. 55 Montaj Blok yöntemi: atölyede yada şantiyede yerde, yapı elemanları kolay taşınabilir boyutta çerçeve blokları haline getirildikten sonra yerine kaldırılıp birleştirilir. Bu şekilde yerinde birleşecek parça sayısı eleman yönteminden daha az olacağından inşaat süresi daha kısadır ve maliyet daha az olur

29 Montaj Kaldırma yöntemi: tüm kaplama, elektrik ve mekanik donanımları ile yerde tamamlanan çatı yada ara kat döşemesi vinçler ve krikolar yardımıyla tasarım yüksekliğine kaldırılıp tespit edilir. Bu yöntemde iskele ortadan kaldırıldığı için yüksekte yapılacak işler azdır ve inşaat süresi kısadır. Kaldırma işi yukarı çekme yada yukarı itme yoluyla yapılır. 57 Montaj Montaj yöntemi; montaj sırasında *elemanın kaldırılma noktasının yerine, *elemanın kaldırılma noktası sayısına ve *kaldırılma noktasında reaksiyon kuvvetinin karşılanma şekline bağlı olarak seçilir ve tasarımı büyük ölçüde yönlendirir

30 Tasarımda: Mal sahibi Mimar Mühendisler Uygulayıcı ortak çalışır ve her eleman yapı tasarımı için gerekli bilgi ve deneyimini ortaya koyar. Bu grubun lideri Mimardır. 59 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

31 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. 61 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

32 Yapı elemanlarının üzerine etkiyen yükleri taşıyabilmesi için her eleman yer çekimi kurallarına uygun düzenlenmeli ve birbirine yeterli sağlamlıkta bağlanmalıdır