ÇELİK PROJE CAD UYGULAMA PROJESİ

Transkript

1 UYGULAMA PROJESİ KAFES-ÇERÇEVE MUNZUR ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ Dr. Erkan POLAT 1

2 İÇİNDEKİLER 1. Genel : Kafes-Çerçeve Modelin Oluşturulması Malzeme Özelliklerinin Tanımlanması Kesit Özelliklerinin Tanımlanması Elemanların Çizilmesi Moment Serbestlikleri Çerçeve Elemanlarını Bölme Model Kaydetme Mesnet Koşullarının Tanımlanması Çerçeve Elemanlarının Kopyalanması Ek Çerçeve Elemanlarının Çizimi Alan Elemanlarının Eklenmesi Alan Kesitlerinin Tanımlanması Alan Elemanlarının Çizimi Alan Elemanlarının Mesh Edilmesi Alan Elemanlarının Çoğaltılması Alan Rijitlik Değiştirici Katsayılaırnın Atanması Objelerin Taşınması Yüklemelerin Tanımlanması Yüklerin Atanması Yük Kombinasyonlarının Tanımlanması Analiz Dr. Erkan POLAT 2

3 1. Genel : Kafes-Çerçeve Proje modeli, 3 e 1 bölmeli bir sanayi binasıdır. Model, tek açıklık yönünde 36ft lik bir genişliğe sahiptir; üç açıklık yönünde de toplamda 36 ft uzunluğa sahip olmakla birlikte herbir açıklık 12ft genişliğindedir. Model boyutları aşağıdaki çizimde gösterilmiştir. Çatı kaplaması beton malzemesinden oluşmakta ve üç açıklıklı yönde sabit mesnetli kolonlara bağlanan ara kirişlerle desteklenmektedir. Her bir düzlem çerçevedeki çatı kafesleri, W profillerinden (Amerikan I veya HE profillerinden) oluşmakta, çatı yüzeyi ise 5inch kalınlığında bir beton döşemeden oluşmaktadır. Kolonlar HSS8x8x3/8 (Amerikan kutu) profillerinden oluşmaktadır. Modelde kullanılan eleman kesit isimleri aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir. Yapı sadece statik yükler altında analiz edilecektir ve yüklemeler aşağıda verildiği gibi uygulanacaktır: Ölü yük: Kafes alt kirişinin açıklık düğüm noktalarına 20kip olarak, Hareketli yük: 30psf üniform basınç yüklemesi olarak çatı döşemelerine, Rüzgar yükü: Rüzgar yönünde 15psf, rüzgaraltı yönünde ise 6psf olarak çatı döşemelerine. Dr. Erkan POLAT 3

4 2. Modelin Oluşturulması a. Birimler lb-ft (pound-foot) olarak ayarlanır. b. File menu > New Model komutuyla veya butonuna tıklayarak yeni modele başlayın. c. Grid Only seçeneğini tıklayın. Grid çizgileri çizime yardımcı çizgilerdir, bu nedenle grid geometrisini oluştururken modelin ana yönlerini doğru bir şekilde göstereceğinden emin olunmalıdır. Bu nedenle kullanılacak grid sayılarının ve aralıklarını oluşturmak için dikkatli bir planlama için zaman harcanması tavsiye edilir. d. Açılan Quick Grid Lines penceresinde, Number of Grid Lines bölümünde X direction = 2, Y Direction = 7 ve Z direction = 3 olarak girin. e. Grid Spacing bölümünde X direction = 36, Y Direction = 6 ve Z direction = 20 olarak girin. f. OK butonuna basın. Dr. Erkan POLAT 4

5 g. Grid çizgilerini sağ tıklayarak veya Define menu > Coordinate Systems/Grids komutuyla Coordinate/Grid Systems formu açılır. h. Modify/Show System butonu tıklanarak Define Grid System Data formu açılır. i. Z Grid Data bölümü altında Z3 grid data alanına 24 yazın. j. İki kez OK butonuna tıklayarak grid çizimlerini tamamlayın. Dr. Erkan POLAT 5

6 3. Malzeme Özelliklerinin Tanımlanması Programda standart olarak tanımlı bulunan iki tane malzeme özelliği bulumaktadır. Bunlardan birisi 4000Psi olan beton malzemesi, diğeri ise Fy50 olan çelik malzemesidir. Bu malzemelerin SI birimi cinsinden dayanımları sırasıyla 28MPa ve 355MPa olarak düşünülebilir. Bu malzemelerden 4000Psi olanı çatı beton döşemesi için, Fy50 olanı ise kafes elemanları için kullanılacaktır. Üçüncü bir malzeme özelliği ise HSS kolonları için eklenecektir. Kullanıcı kendi istediği malzeme modelini tanımlayabilmekle birlikte, bu örnekte programda önceden tanımlanış malzeme özelliği kullanılacaktır. a. Define menu > Materials b. Add New Material c. Açılır listelerden ASTM ve Grade B, Fy 46 (HSS Rect.) seçin. d. OK butonuna basın. Dr. Erkan POLAT 6

7 4. Kesit Özelliklerinin Tanımlanması HSS kolonları için eleman kesiti (frame section) tanımlanacaktır. Eleman kesit özellikleri, bu kesitleri modellere atamadan önce tanımlanmalıdır. a. Define menu > Section Properties > Frame Sections b. Import New Property Dr. Erkan POLAT 7

8 c. Açılır listeden Steel seçili olduğundan emin olun ve Tube butonunu tıklayın. d. Açılan pencereden SECTIONS8.PRO dosyasını bulun ve ve çift tıklayın. Bu dosya HSS (Amerikan kutu) profil listelerini içermektedir ve şekil listeleri aşağıda gösterildiği gibidir. e. Material (Malzeme) açılır listesinden A500GrB46 i seçin. f. HSS profil listesini aşağı doğru kaydırarak HSS8X8X3/8 profilini bulun ve tıklayarak seçili duruma getirin. g. OK butonuna basın. OK butonuna tekrar basarak elemanı Frame Properties formuna ekleyin. h. Frame Properties formunu kapatmadan W profilleri seçimine geçin. i. Import New Property Dr. Erkan POLAT 8

9 j. Açılır listeden Steel seçili olduğundan emin olun ve I/Wide Flange butonunu tıklayın. Bu işlem aşağıda gösterildiği gibi W profil listelerini içeren bir pencere ekranını ortaya çıkaracaktır. Dr. Erkan POLAT 9

10 k. Material açılır listesinden Select A992Fy50 malzemesini seçin l. Listeyi aşağı doğru kaydırarak, gereken bütün W profillerini seçin. Seçim sırasında klavyeden Ctrl tuşu basılı tutulursa aynı anda birden fazla profil seçimi yapılabilir. m. OK butonuna basın. OK butonuna tekrar basarak seçilen elemanları Frame Properties formuna ekleyin. Dr. Erkan POLAT 10

11 5. Elemanların Çizilmesi Çalışma düzlemi Y-Z ve X=0 olacak şekilde ayarlanmalıdır. a. View menu > Set 2D View i. Y-Z plane seçeneğini tıklayın. ii. X = yazı kutusuna 0 yazın ve OK butonuna basın. b. Sol menudeki Draw Frame/Cable butonuyla veya Draw menu > Draw Frame/Cable/Tendon komutuyla eleman çizimi modu aktif hale getirilir. c. Açılır pencereden çizlecek elemana ait kesit (section) seçilir. d. Section açılır penceresinden HSS8X8X3/8 kesiti seçilir ve kolon elemanları çizilir. e. Çizim işlemi kafes elemanları için tekrarlanır. Kafes elemaları kesitleri için Section açılır listesinden her elemana ait W profilleri çizime başlamadan seçilmelidir. 5.2 Moment Serbestlikleri Kafes elemanları moment aktarmayan sistemler olduğundan, Y-Z düzleminde bulunan kafes diyagonal ve dikey elemanlarına dönmeye karşı uç serbestlikleri verilmelidir. a. Çatı alt ve üst kirişlerinin içerisinde oluşturulan diyagonal ve dikey elemanlar seçili duruma getirilir. b. Assign menu > Frame > Releases/Partial Fixity c. Moment 33 (Major) radyo düğmelerini Start ve End için seçili duruma getirilir. d. OK butonuna basın. Dr. Erkan POLAT 11

12 5.3 Çerçeve Elemanlarını Bölme SAP2000 çizilen elemanların daha küçük parçalara bölünmesine olanak verir. Eleman bölmeleri model geometrisinde değişiklik yapılacağı durumlarda kullanılabilir. Bu örnekte, kafes üst kirişi tek bir eleman olarak çizildiğinden, çatı eğimi verilebilmesi için orta açıklıkta ikiye bölünmesi gerekmektedir. a. Üst kafes kirişi seçili duruma getirilir b. Edit menu > Edit Lines > Divide Frames c. Divide Selected Straight Frame Objects penceresinden Divide into Specified Number of Frames seçeneği seçilir, d. Number of Frames kutucuğuna 2 e. Last/First Length Ratio kutucuğuna 1 yazılır. f. OK butonuna basın. Dr. Erkan POLAT 12

13 5.4 Model Kaydetme Model oluşturma aşamasında, oluşturulan model sıklıkla kaydedilmelidir. Modeller istenirse, farklı aşamlarda farklı isimler altında kaydedilerek, modelin farklı aşamalarındaki durumu kayıt altına alınabilir. a. File menu > Save Dr. Erkan POLAT 13

14 6. Mesnet Koşullarının Tanımlanması Kolonların mesnet koşulları tanımlanmalıdır. Çalışma düzleminin Y-Z ve X=0 da olduğundan emin olunuz. a. Her iki kolonun alt uç düğüm noktaları seçili duruma getirilir b. Assign menu > Joint > Restraints c. X, Y ve Z yönünde düğüm noktası ötelenmesini önlemek için Pinned butonunu kullanın. d. File menu > Save Dr. Erkan POLAT 14

15 7. Çerçeve Elemanlarının Kopyalanması Bu adımda, X=0 ve Y-Z düzleminde çizilmiş olan düzlem çerçeve üç açıklıklı yönde X=12, 24 ve 36 da bulunan çerçeveleri oluşturmak için çoğaltılacaktır. a. Select > Select > All b. Statü çubuğu 16 tane düğüm noktası (16 Points) ve 16 tane elemanın (16 Frames) seçili olduğunu göstermelidir. c. Edit menu > Replicate d. Linear bölümü altında dx=12, dy=0 ve dz=0 olarak girilir, e. Number=3 f. OK butonuna basın. 3D ekranında üç tane daha çerçevenin oluştuğunu gözlemleyin. 7.1 Ek Çerçeve Elemanlarının Çizimi Çoğaltılan çerçeveler birbirlerine ek kirişler ile bağlanacaktır. Bu nedenle çalışma düzlemi X-Z ve Y=0 olmalıdır. a. View menu > Set 2D View i. X-Z plane seçeneğini tıklayın. ii. Y= yazı kutucuğuna 0 yazın. OK. b. Draw Frame/Cable c. Section açılır listesinden W8X31 seçin d. Kolon elemanları arasında ek kirişler çizilir. Dr. Erkan POLAT 15

16 8. Alan Elemanlarının Eklenmesi Beton çatı döşemesi alan elemanı kullanılarak modele eklenecektir. Döşeme 4000Psi beton malzemesine sahip ve 5inch (0.4167ft) kalınlığındadır. 8.1 Alan Kesitlerinin Tanımlanması a. Define menu > Section Properties > Area Sections b. Add New Section c. Kesit ismi (Section Name) kısmına CATI yazın d. Type area bölümünde Shell-Thin seçeneğinin seçili olduğundan emin olun. e. Material bölümünde 4000Psi seçeneğinin seçili olduğundan emin olun f. Thickness bölümü altında (Membrane ve Bending) kutularına (5in) yazın. g. OK. OK. Dr. Erkan POLAT 16

17 8.2 Alan Elemanlarının Çizimi Çatı yüzeyinin (alanının) oluşturması için çalışma düzlemi X-Y ve Z=24 olarak ayarlanmalıdır. a. Sol menüden Draw Poly Area butonu veya Draw menu > Draw Poly Area b. Alan çizimi için, saatin tersi yönünde olacak şekilde, dört tane düğüm noktası seçilerek klavyeden ENTER tuşuna basılır (çizilen alan aşağıdaki şekilde gösterilmiştir). c. Çizilen alan görselini arttırmak için Set Display Options penceresinden Fill Objects kutucuğu seçili duruma getirilir. d. OK. e. 3D penceresinden çizilen alanın oluşumu gözlemlenebilir. Dr. Erkan POLAT 17

18 8.3 Alan Elemanlarının Mesh Edilmesi a. Alan elemanının üzerini sağ tıklanarak alan özellik penceresi açılır. b. Açılan pencereden Assignments bölümü seçilir c. Automatic Area Mesh bölümü çift tıklanır d. Mesh Area Based On Points On Area Edges seçeneği seçilir e. Intersections of Straight Line Objects In Meshing Group With Area Edges ve Point Objects In Meshing Group That Are on Area Edges kutucukları seçili duruma getirilir. Dr. Erkan POLAT 18

19 Dr. Erkan POLAT 19

20 8.4 Alan Elemanlarının Çoğaltılması Çalışma düzleminin X-Y ve Z=0 da olduğundan emin olun. a. Select > Select > Properties > Area Sections b. CATI seçeneğinin seçin c. OK d. Edit menu > Replicate e. Linear bölümü altında dx=12, dy=0 ve dz=0 f. Number=2 g. OK. Kopyalama işlemi bir defa daha tekrarlanarak çatının öbür yarısı oluşturulur. h. Select > Select > Properties > Area Sections i. CATI seçeneğinin seçin j. Edit menu > Replicate k. Linear bölümü altında dx=0, dy=12 ve dz=0 l. Number=1 m. OK 8.5 Alan Rijitlik Değiştirici Katsayılaırnın Atanması Bu adımda, çatı panellerinin kafes üst kirişlerinin başlıkları şeklinde hareket etmesini engellemek için, alan elemanlarının membran özellikleri değiştirilecektir. a. 3-D View penceresinin herhangi bir bölgesi tıklanarak aktif hale getirilir. b. Select menu > Select > Properties > Material Properties seçilerek aşağıda gösterilen Select Properties penceresi ekrana getirilir. c. 4000Psi seçilir Dr. Erkan POLAT 20

21 d. OK butonuna basılarak bütün beton alan elemanları seçili duruma getirilir. e. Assign menu > Area > Area Stiffness Modifiers seçilerek aşağıda gösterilen pencere ekrana getirilir i. Membrane f22 Modifier = 0 olarak değiştirilir. Bu işlem çatı alan elemanlarının düzlemsel eksenel yük taşımasını önler. ii. OK butonuna basın. f. Assign menu > Clear Display of Assigns Dr. Erkan POLAT 21

22 9. Objelerin Taşınması Çatı eğimini vermek için, elemanların taşıma işlemi yapılacaktır. Çalışma düzleminin X-Y ve Z=24 de olduğundan emin olun. a. Select > Select > Coordinate Specification > Specified Coordinate Range b. Açılan pencereden X Coordinate Limits bölümü altında Not Limited seçeneği seçilir c. Y Coordinate Limits bölümü altında At A Single Value seçeneği seçilir ve Operator açılır listesinden = seçilir, ve Value=18 olarak girilir. d. Z Coordinate Limits bölümü altında At A Single Value seçeneği seçilir ve Operator açılır listesinden = seçilir, ve Value=24 olarak girilir. e. OK butonuna basarak istenen düğüm noktaları seçili duruma getirilir. 3D model görünümünden çatı orta açıklığı uzunluğu boyunca 4 tane düğüm noktasının seçili duruma geldiğini gözlemleyin. f. Edit menu > Move Dr. Erkan POLAT 22

23 g. Delta Z kutucuğuna 3 girilir h. OK. Taşıma işlemi çatı kafes elemanlarının hepsi gerekli eğim seviyesine taşımak için aşağıda gösterildiği gibi tekrarlanır. a. Select > Select > Coordinate Specification > Specified Coordinate Range b. Açılan pencereden X Coordinate Limits bölümü altında Not Limited seçeneği seçilir c. Y Coordinate Limits bölümü altında Between Two Values seçeneği seçilir ve birinci Operator açılır listesinden >= seçilir ve Value=12; ikinci Operator açılır listesinden <= seçilir ve Value=24 olarak girilir. d. Z Coordinate Limits bölümü altında At A Single Value seçeneği seçilir ve Operator açılır listesinden = seçilir, ve Value=24 olarak girilir. e. OK f. Edit menu > Move g. Delta Z kutucuğuna 2 girilir h. OK butonuna basılır. Kafes elemanlarının çatı eğimi ile hizalandığını gözlemleyin. Taşıma işlemi son bir kez daha tekrarlanır, a. Select > Select > Coordinate Specification > Specified Coordinate Range b. Açılan pencereden X Coordinate Limits bölümü altında Not Limited seçeneği seçilir c. Y Coordinate Limits bölümü altında Between Two Values seçeneği seçilir ve birinci Operator açılır listesinden >= seçilir ve Value=6; ikinci Operator açılır listesinden <= seçilir ve Value=30 olarak girilir. d. Z Coordinate Limits bölümü altında At A Single Value seçeneği seçilir ve Operator açılır listesinden = seçilir, ve Value=24 olarak girilir. e. OK f. Edit menu > Move Dr. Erkan POLAT 23

24 g. Delta Z kutucuğuna 1 girilir h. OK butonuna basılır. Kafes elemanlarının çatı eğimi ile hizalandığını gözlemleyin. Dr. Erkan POLAT 24

25 10. Yüklemelerin Tanımlanması Model yüklemeleri, ölü (dead), hareketli (live) ve statik rüzgar (wind) yüklerinden oluşmaktadır. Ölü ve hareketli yükler yerçekimi doğrultusunda, rüzgar yükü ise çatı elemanlarına yüzey basıncı olarak yüklenecektir. Bu örnekte, ölü yükleme binanın kendi yüküne ek olarak kafes alt kirişinin açıklık düğüm noktalrına uygulanan ek 20kip yükden oluşmaktadır. Hareketli yük, 30psf (pound per square foot) olarak çatı yüzeyinin iz düşüm alanına uygulanacaktır. Rüzgar yüklemesi ise, çatı döşemelerine yüzey basıncı olarak, rüzgar yönünde 15psf, rüzgaraltı yönünde ise 6psf olarak uygulanacaktır. a. Define menu > Load Patterns b. Yük ismine (Load Pattern Name) LIVE, ve yük tipi (Type) açılır listesinden Live seçilir (Self Weight Multiplier=0), ve Add New Load Pattern butonuna basılır. c. Yük ismine (Load Pattern Name) WIND, ve yük tipi (Type) açılır listesinden Wind seçilir (Self Weight Multiplier=0), ve Add New Load Pattern butonuna basılır. Dr. Erkan POLAT 25

26 11. Yüklerin Atanması Çalışma düzlemi Y-Z ve X=0 olarak ayarlanır. a. Kafes alt kirişinin açıklık düğüm noktaları seçili duruma getirilir. Statü çubuğu 5 düğüm noktası (5 Points Selected) seçildiğini göstermelidir. b. Assign menu > Joint Loads > Forces c. Force Global Z = d. OK Tek bir çerçeve üzerinde uygulanan bu yükler, diğer çerçeveler için Replicate komutu kullanılarak kolayca öbür çerçeveler için de kopyalanabilir. e. Yüklenen düğüm noktaları tekrar seçili duruma getirilir f. Edit menu > Replicate g. Linear bölümü altında, dx=12, dy=0 ve dz=0. Number=3. h. OK Hareketli yük atanması aşağıdaki adımlar takip edilerek uygulanacaktır a. menu > Select > Properties > Area Sections i. CATI seçilir ii. OK b. Assign menu > Area Loads > Uniform (Shell) c. Uniform Load Bölümü altında Load=30 olarak girilir d. Direction açılır listesinden Gravity Projected seçilir e. OK Dr. Erkan POLAT 26

27 Rüzgar yükü atanması rüzgar yükü ve rüzgaraltı yönü için iki adımda uygulanacaktır. a. Çatı alan elemanlarının Y= 0-18 arasında olanlar rüzgar yönü yüklemesi (windward) için seçili duruma getirilir. b. Assign menu > Area Loads > Surface Pressure (All) c. Load Pattern Name açılır Listesinden WIND seçilir d. By element seçeneği seçilerek Pressure = 15 olarak girilir e. Face açılır listesinden Top seçeneği seçilir f. OK butonuna basılarak çatı alan elemanlarının yukarı yüzüne rüzgar yükü basıncı uygulanmış olur. a. Çatı alan elemanlarının Y= arasında olanlar rüzgar yönü yüklemesi (windward) için seçili duruma getirilir. b. Assign menu > Area Loads > Surface Pressure (All) c. Load Pattern Name açılır Listesinden WIND seçilir d. By element seçeneği seçilerek Pressure = -6 olarak girilir e. Face açılır listesinden Top seçeneği seçilir f. OK butonuna basılarak çatı alan elemanlarının yukarı yüzüne rüzgaraltı yükü basıncı dışarı doğru uygulanmış olur. Dr. Erkan POLAT 27

28 12. Yük Kombinasyonlarının Tanımlanması Bu örnekte yük kombinasyonları manuel olarak aşağıda verilen kombinasyonlar programda tanımlanarak verilecektir. Kombinasyon 1: 1.4G Kombinasyon 2: 1.2G + 1.6Q Kombinasyon 4: 1.2G + 1.0Q + 1Q r Kombinasyon 4: 1.2G + 1.0Q - 1Q r Burada G ölü yük, Q hareketli yük ve Qr de rüzgar yüküdür. a. Define menu > Load Combinations b. Add New Combo c. Load Cobination Name olarak Kombo1 yazılır d. Load Combination Type açılır listesinden Linear Add seçilir e. Load Case Name açılır listesinden DEAD yükü seçilir f. Scale Factor=1.4 olarak girilir g. Add butonuna basılarak Kombinasyon 1 listeye eklenmiş olur İşlemler tekrarkanarak Kombinasyon 2, 3 ve 4 tanımlanır. Kombinasyon 2 için; a. Load Cobination Name olarak Kombo2 yazılır b. Load Case Name açılır listesinden DEAD yükü seçilir c. Scale Factor = 1.2 olarak girilir d. Add e. Load Case Name açılır listesinden LIVE yükü seçilir f. Scale Factor=1.6 olarak girilir g. Add butonuna basılarak Kombinasyon 2 listeye eklenmiş olur Dr. Erkan POLAT 28

29 Kombinasyon 3 için; a. Load Cobination Name olarak Kombo3 yazılır b. Load Case Name açılır listesinden DEAD yükü seçilir c. Scale Factor = 1.2 olarak girilir d. Add e. Load Case Name açılır listesinden LIVE yükü seçilir f. Scale Factor=1 olarak girilir g. Add h. Load Case Name açılır listesinden WIND yükü seçilir i. Scale Factor=1 olarak girilir j. Add butonuna basılarak Kombinasyon 3 listeye eklenmiş olur Kombinasyon 4 için Kombo3 için yapılan işlemler tekrarlanır fakat WIND için Scale Factor = -1 olarak değiştirilir. Dr. Erkan POLAT 29

30 13. Analiz a. 3-D penceresini tıklayarak aktif hale getirin b. Set Display Options c. Show Analysis Model radyo butonunu seçili hale getirin d. OK e. Ekranda uyarı penceresi açılırsa Yes butonuna basılarak kapatılır f. Analyze menu > Run Analysis g. Açılan analiz penceresinden MODAL analizini seçili duruma getirin h. Run/Do Not Run Case butonuna basın i. Run Now düğmesine basarak analizi başlatın Dr. Erkan POLAT 30