Programı : YAPI ANALİZİ VE TASARIMI

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇOK KATLI ÇELİK YAPILARIN TASARIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Yunus Emre ÇAĞATAY Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ Programı : YAPI ANALİZİ VE TASARIMI KASIM 006

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇOK KATLI ÇELİK YAPILARIN TASARIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ İnş. Müh. Yunus Emre ÇAĞATAY ( ) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 10 Kasım 006 Tezin Savunulduğu Tarih : 7 Kasım 006 Tez Danışmanı : Diğer Jüri Üyeleri Doç.Dr. Filiz PİROĞLU Prof.Dr. Erdoğan UZGİDER (İ.T.Ü.) Prof.Dr. Zafer ÖZTÜRK (Y.T.Ü.) KASIM 006

3 ÖNSÖZ İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Bölümü Yapı Analizi ve Tasarımı Programı çerçevesinde gerçekleştirilen bu yüksek lisans tez çalışmasında, betonarme karkas taşıyıcı sisteme sahip olan Metrocity binası süneklik düzeyi yüksek dışmerkez güçlendirilmiş çerçeveli çelik yapı olarak tasarlanmış ve mevcut betonarme durum ile yapım süresi, maliyet ve yatırımın geri dönüşü bakımından karşılaştırılmıştır. Çalışmalarım süresince bana yardımlarını esirgemeyen sayın hocam Doç. Dr. Filiz Piroğlu na, değerli arkadaşım Erdem Demirkıran a ve bugüne kadar maddi, manevi her türlü desteği bana sağlamış olan aileme teşekkürlerimi bir borç bilirim Yunus Emre ÇAĞATAY ii

4 İÇİNDEKİLER KISALTMALAR TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ SEMBOL LİSTESİ ÖZET SUMMARY x xi xii xiv xvi xviii 1. GİRİŞ Konu Projenin Genel Özellikleri Yapının Mimari ve Betonarme Özellikleri 1.4. Çelik Olarak Tasarlanan Yapının Özellikleri Kullanılan Yönetmelikler, Kombinasyonlar ve Malzeme Emniyet Değerleri 8. YÜK ANALİZİ 1.1. Sabit Yükler 1.. Hareketli Yükler Rüzgar Yükleri Toprak Yükü Deprem Yükü YAPI ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASI 3.1. Kompozit Döşemenin Boyutlandırılması Boyutların belirlenmesi Yüklerin belirlenmesi Katlanmış çelik sacın kalıp sürecinde hesabı Karma plakta taşıma gücü kontrolü Sehim kontrolü Kompozit Kat Kirişlerinin Boyutlandırılması K1 kirişi hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Sehim kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Kayma elemanlarının hesabı 34 iii

5 3... K kirişi hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Sehim kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Kayma elemanlarının hesabı T1 kirişi hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Sehim kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Kayma elemanlarının hesabı T kirişi hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Sehim kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Kayma elemanlarının hesabı T3 kirişi hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Sehim kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Kayma elemanlarının hesabı Kolonların Boyutlandırılması Zemin - 4. normal kat kolonları hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Yanal burkulma kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Arttırılmış deprem yükleri dayanım kontrolü Kolon kesiti kaynak hesabı Bodrum kat kolonları gerilme kontrolü Normal - 9. normal kat kolonları hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Yanal burkulma kontrolü Kesme güvenliği kontrolü 57 iv

6 Arttırılmış deprem yükleri dayanım kontrolü Kolon kesiti kaynak hesabı Normal normal kat kolonları hesabı Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Yanal burkulma kontrolü Kesme güvenliği kontrolü Arttırılmış deprem yükleri dayanım kontrolü Kolon kesiti kaynak hesabı Kolonların kirişlerden güçlü olma kontrolü Bağlantı Kirişlerinin Boyutlandırılması X doğrultusundaki bağlantı kirişlerinin hesabı Kiriş boyu kontrolü Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Dönme açısı kontrolü Çerçeve kirişinin gerilme kontrolü Gövde rijitlik levhası hesabı Y doğrultusundaki bağlantı kirişlerinin hesabı Kiriş boyu kontrolü Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Dönme açısı kontrolü Çerçeve kirişinin gerilme kontrolü Gövde rijitlik levhası hesabı Çaprazların Boyutlandırılması X doğrultusundaki çaprazların hesabı Narinlik kontrolü Enkesit kontrolü Gerilme kontrolü Y doğrultusundaki çaprazların hesabı Gerilme kontrolü Radye Temelin Boyutlandırılması Zemin emniyet gerilmesi kontrolü Zımbalama kontrolü Donatı hesabı Bodrum Kat Kompozit Kolonlarının Boyutlandırılması 80 v

7 4. YAPI ELEMANLARI BİRLEŞİM HESAPLARI Kolon Ayağı Hesabı Bulon hesabı Beton basınç gerilmesi kontrolü Taban levhası kalınlığı kontrolü Guse levhasını profil başlığına bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhalarının uç kesitinde gerilme kontrolü Guse levhalasını taban levhasına bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Kolon gövdesini taban levhasına bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Kama elemanında kontrol Kamayı taban levhasına bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Döşeme Kirişi Bağlantı Hesabı Bulon hesabı Döşeme kirişi azalan gövde kontrolü Nervür levhasındaki kaynak dikişlerinin hesabı Kolonların Kesit Değiştirdiği Noktaların Ek Hesabı Normal kat kolon kesit değişim hesabı Gövdeyi enine levhaya bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Başlığı enine levhaya bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Levha gerilme kontrolü Normal kat kolon kesit değişim hesabı Gövdeyi enine levhaya bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Başlığı enine levhaya bağlayan kaynak dikişlerinin hesabı Levha gerilme kontrolü Çaprazların Bağ Kirişlerine Bağlantı Hesabı X doğrultusundaki çaprazların hesabı Bulon hesabı Guse levhası kontrolü Guse levhasındaki kaynak dikişlerinin hesabı Flanş levhası kontrolü Flanş levhasındaki kaynak dikişlerinin hesabı Y doğrultusundaki çaprazların hesabı Bulon hesabı Guse levhası kontrolü Guse levhasındaki kaynak dikişlerinin hesabı Flanş levhası kontrolü Flanş levhasındaki kaynak dikişlerinin hesabı Kirişlerin Ek Hesabı 103 vi

8 X doğrultusundaki kompozit IPE 400 kesitli kirişlerin eki Levha gerilme kontrolü Bulon hesabı Y doğrultusundaki kompozit IPE 450 kesitli kirişlerin eki Levha gerilme kontrolü Bulon hesabı Çaprazların Kolon ve Kirişe Bağlantı Hesabı Zemin kattaki ve X doğrultusundaki çaprazların hesabı Guse levhasını kirişe birleştiren köşe kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhasını kolona birleştiren bulonların hesabı Levhayı kolona birleştiren kaynak dikişlerinin hesabı Kirişi kolona birleştiren bulonların hesabı Zemin kattaki ve Y doğrultusundaki çaprazların hesabı Guse levhasını kirişe birleştiren köşe kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhasını kolona birleştiren bulonların hesabı Levhayı kolona birleştiren kaynak dikişlerinin hesabı Kirişi kolona birleştiren bulonların hesabı Normal kattaki ve X doğrultusundaki çaprazların hesabı Guse levhasını kirişe birleştiren köşe kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhasını kolona birleştiren bulonların hesabı Levhayı kolona birleştiren kaynak dikişlerinin hesabı Kirişi kolona birleştiren bulonların hesabı Normal kattaki ve Y doğrultusundaki çaprazların hesabı Guse levhasını kirişe birleştiren köşe kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhasını kolona birleştiren bulonların hesabı Levhayı kolona birleştiren kaynak dikişlerinin hesabı Kirişi kolona birleştiren bulonların hesabı Normal kattaki ve X doğrultusundaki çaprazların hesabı Guse levhasını kirişe birleştiren köşe kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhasını kolona birleştiren bulonların hesabı Levhayı kolona birleştiren kaynak dikişlerinin hesabı Kirişi kolona birleştiren bulonların hesabı Normal kattaki ve Y doğrultusundaki çaprazların hesabı Guse levhasını kirişe birleştiren köşe kaynak dikişlerinin hesabı Guse levhasını kolona birleştiren bulonların hesabı Levhayı kolona birleştiren kaynak dikişlerinin hesabı Kirişi kolona birleştiren bulonların hesabı Kolon Kiriş Birleşim Hesabı 134 vii

9 Zemin kat X doğrultusu için kolon kiriş birleşim hesabı Bulon hesabı Alın levhası kalınlığı hesabı Kolon başlık kalınlığı kontrolü Kayma bölgesi gövde takviye levhası hesabı Zemin kat Y doğrultusu için kolon kiriş birleşim hesabı Bulon hesabı Alın levhası kalınlığı hesabı Kolon başlık kalınlığı kontrolü Kayma bölgesi gövde takviye levhası hesabı Normal kat X doğrultusu için kolon kiriş birleşim hesabı Bulon hesabı Alın levhası kalınlığı hesabı Kolon başlık kalınlığı kontrolü Kayma bölgesi gövde takviye levhası hesabı Normal kat Y doğrultusu için kolon kiriş birleşim hesabı Bulon hesabı Alın levhası kalınlığı hesabı Kolon başlık kalınlığı kontrolü Kayma bölgesi gövde takviye levhası hesabı Normal kat X doğrultusu için kolon kiriş birleşim hesabı Bulon hesabı Alın levhası kalınlığı hesabı Kolon başlık kalınlığı kontrolü Kayma bölgesi gövde takviye levhası hesabı Normal kat Y doğrultusu için kolon kiriş birleşim hesabı Bulon hesabı Alın levhası kalınlığı hesabı Kolon başlık kalınlığı kontrolü Kayma bölgesi gövde takviye levhası hesabı MALİYET VE SÜRE ANALİZİ Maliyet Analizi Mevcut betonarme yapı metrajı Beton metrajı Betonarme donatı çelik metrajı Kalıp metrajı Tasarlanan çelik yapı metrajı Çelik metrajı 159 viii

10 Beton metrajı Betonarme donatı çelik metrajı Birim fiyatlar ve tarifleri Toplam maliyetler İnce işlerin maliyeti Mevcut betonarme yapı maliyeti Tasarlanan çelik yapı maliyeti Süre Analizi Proje,ruhsat,hafriyat,bodrum perdeleri ve temel inşaatı süre analizi Mevcut betonarme yapı süre analizi Tasarlanan çelik yapı süre analizi Kira Geliri Hesabı Mevcut betonarme yapı kira geliri hesabı Tasarlanan çelik yapı kira geliri hesabı Yatırımın Geri Dönüş Hesabı Mevcut betonarme yapı için hesap Tasarlanan çelik yapı için hesap 165 SONUÇLAR VE TARTIŞMA 166 KAYNAKLAR 17 EKLER 174 ÖZGEÇMİŞ 176 ix

11 KISALTMALAR BA BÇ DIN Etabs St TS TDY AISC-ASD TBK GKÖ : Betonarme : Betonarme Çeliği : Deutches Institut für Norme : Extended Three Dimensional Analysis Of Building Systems : Steel : Türk Standartları : Deprem Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik : American Institute Of Steel Construction-Allowable Steel Design : Tasarım Büyütme Katsayısı : Göreli Kat Ötelemesi x

12 TABLO LİSTESİ Sayfa No Tablo 1.1 Elektrod mekanik özellikleri Tablo.1 Yüksekliğe bağlı C e bölge faktörü katsayısı değerleri 14 Tablo. Rüzgar yükü değerleri. 15 Tablo.3 Etkin yer ivmesi katsayısı Tablo.4 Hareketli yük katılım katsayısı Tablo.5 Spektrum karakteristik periyotları Tablo.6 Bina önem katsayısı. 18 Tablo.7 Modal analiz kütle katılım oranları Tablo 3.1 En elverişsiz kiriş kesit tesirleri Tablo 3. IPE 450 kesit özellikleri Tablo 3.3 IPE 400 kesit özellikleri Tablo 3.4 IPE 360 kesit özellikleri Tablo 3.5 IPE 00 kesit özellikleri.. 41 Tablo 3.6 IPE 100 kesit özellikleri Tablo 3.7 Deprem büyütme katsayısı.. 49 Tablo 3.8 HE kesit özellikleri Tablo 3.9 HE 700B kesit özellikleri Tablo 3.10 HE 600B kesit özellikleri Tablo 3.11 Da arttırma katsayıları. 63 Tablo 3.1 HD kesit özellikleri Tablo 3.13 Radye temelde oluşan en büyük moment değerleri Tablo 3.14 Radye temelde hesaplanan donatı miktarları xi

13 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 1.1 Şekil 1. Şekil 1.3 Şekil 1.4 Şekil 1.5 Şekil.1 Şekil. Şekil.3 Şekil.4 Şekil 3.1 Şekil 3. Şekil 3.3 Şekil 3.4 Şekil 3.5 Şekil 3.6 Şekil 3.7 Şekil 3.8 Şekil 3.9 Şekil 3.10 Şekil 3.11 Şekil 3.1 Şekil 3.13 Şekil 3.14 Şekil 4.1 Şekil 4. Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 Şekil 4.7 Şekil 4.8 Şekil 4.9 Şekil 4.10 Şekil 4.11 Şekil 4.1 Şekil 4.13 Şekil 4.14 Şekil 4.15 : Betonarme kat kalıp planı... : Betonarme yapı radye temel kesiti... : Çelik olarak tasarlanan kat planı... : X ve y doğrultusundaki çapraz yerleşimi... : Yapının 3 boyutlu modeli... : Rüzgar yükü etkitilme şekli... : Bodrum perdelerine etkiyen toprak basıncı dağılımı... : Tasarım spektrum diyagramı... : Yapının birinci mod şekli. : Kompozit döşemede beton ve sac çelik kama bağlantısı... : Sac levha ve plağın boyutları... : Kompozit döşeme kesiti... Sayfa No 4 : Kesit etkileri dağıtımı yöntemi... 8 : Kompozit kat kirişi kesiti : Kompozit kat kirişleri : Kayma elemanı boyutları. 34 : Kullanılan kolon kesitleri : Kolonların kirişlerden güçlü olma koşulu : Rijitlik levhaları detayı : Çapraz yerleşimleri : Radye temel modeli : Radye temeldeki moment dağılımı : Kompozit kolon kesiti : Kolon ayağı serbest cisim diyagramı : Kolon ayağı detayı : Guse levhaları kesiti : Döşeme kirişi bağlantı detayı : 5. Normal kat kolon kesit değişim detayı : 10. Normal kat kolon kesit değişim detayı : X doğrultusundaki çaprazların bağ kirişine bağlantı detayı... : X doğrultusundaki çaprazların bağ kirişine bağlantı detayı için Whitmore kesiti boyutları... : Y doğrultusundaki çaprazların bağ kirişine bağlantı detayı... : Y doğrultusundaki çaprazların bağ kirişine bağlantı detayı için Whitmore kesiti boyutları... : Kompozit IPE 400 kirişi ek detayı..... : Kompozit IPE 450 kirişi ek detayı..... : Düğüm noktası serbest cisim diyagramı : Zemin kattaki ve X doğrultusundaki çaprazların bağlantı detayı : Zemin kattaki ve Y doğrultusundaki çaprazların bağlantı detayı xii

14 Şekil 4.16 Şekil 4.17 Şekil 4.18 Şekil 4.19 Şekil 4.0 Şekil 4.1 Şekil 4. Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 : 5. Normal kattaki ve X doğrultusundaki çaprazların bağlantı detayı 117 : 5. Normal kattaki ve Y doğrultusundaki çaprazların bağlantı detayı... 1 : 10. Normal kattaki ve X doğrultusundaki çaprazların bağlantı detayı.. 16 : 10. Normal kattaki ve Y doğrultusundaki çaprazların bağlantı detayı : Kolon kiriş birleşim detayı : Zemin kat X doğrultusu için kolon kiriş birleşim detayı : Zemin kat Y doğrultusu için kolon kiriş birleşim detayı : 5. Normal kat X doğrultusu için kolon kiriş birleşim detayı : 5. Normal kat Y doğrultusu için kolon kiriş birleşim detayı : 10. Normal kat X doğrultusu için kolon kiriş birleşim detayı : 10. Normal kat Y doğrultusu için kolon kiriş birleşim detayı xiii

15 SEMBOL LİSTESİ A(T) : Spektral ivme katsayısı A smin : Minimum donatı kesit alanı b x, b y : Zımbalama çevresinin x ve y doğrultusundaki boyutları d : Eğilme elemanlarında faydalı yükseklik d t : Basınç donatısı merkezinden ölçülen beton örtüsü e : Eğilme düzleminde hesaba katılacak dışmerkezlik e min : Minimum dışmerkezlik e x, e y : x v e y doğrultularındaki dışmerkezlikler E beton : Beton elastisite modülü E çelik : Çelik elastisite modülü f : Sehim f ctd : Beton tasarım eksenel çekme dayanımı F : Kesit alanı G : Sabit yük h : Eleman yüksekliği,kiriş toplam yüksekliği,kolonun eğilme düzlemindeki kesit boyutu H : Esas yükler HZ : İlave Yükler i : Eylemsizlik yarıçapı l : Mesnet yerleri arasındaki eleman uzunluğu I : Eylemsizlik momenti I : Bina önem katsayısı k s : Donatı hesabına esas katsayı k v : Zemin düşey yatak katsayısı K : Donatı hesabına esas katsayı L b : Basınca çalışan başlık elemanın yanal olarak tutulmuş uzunluğu L c : Berkitme boyu katsayısı M x,m y : x ve y düzlemindeki Moment n : Hareketli yük katılım katsayısı N : Normal Kuvvet p : Hesaplanan beton basınç gerilmesi P : Eksenel kuvvet q : Eleman üzerindeki yayılı yük R : Taşıyıcı sistem davranış katsayısı R a (T) : Deprem yükü azaltma katsayısı s : Profilin gövde kalınlığı S(T) : Spektrum katsayısı S ae (T) : Elastik Spektral İvme S kx : x-x eksenine dik burkulma boyu S ky : y-y eksenine dik burkulma boyu S x : x eksenine göre kesit statik momenti T : Binanın doğal titreşim periyodu xiv

16 T A,T B T r,t s u p V pd V pr y β γ z : Spektrum karakteristik periyotları : Binanın r inci ve s inci doğal titreşim periyotları : Zımbalama çevresi(yüklenen alandan d/ uzaklıkta) : Tasarım Zımbalama Kuvveti : Zımbalama Dayanımı : Kesit ağırlık merkezinin koordinatı : Burkulma boyu katsayısı : Zımbalamada eğilme etkisini yansıtan katsayı : Zemin emniyet gerilmesi xv

17 ÇOK KATLI ÇELİK YAPILARIN TASARIMI ÖZET Yapılan bu tez çalışmasında betonarme bir yapı olan, İstanbul 1. Levent'te bulunan Metrocity binasının dışmerkez güçlendirilmiş çelik çapraz perde sistemli çelik tasarımı yapılmıştır. Yapı 835 m taban alanına oturan dikdörtgen bir plana sahip 8 bodrum, zemin, 8 normal ve 3 çatı katı ile toplam 40 katlı bir binadır. Bodrum katlar otopark amaçlı kullanılmakta, ilk dört katta alışveriş merkezi, mağazalar ve lokantalar bulunmakta, üstteki 4 kat ise konut amaçlı kullanılmaktadır. Bina toplam kullanım alanı m ve toplam yapı yüksekliği m dir. Yapı 1. derece deprem bölgesindedir. Zemin sınıfı Z1 ve zemin emniyet gerilmesi 5 kg/cm dir. Mevcut binada malzeme olarak BS 35 hazır beton ve BÇ I, BÇ III betonarme çeliği kullanılmıştır. Tasarlanan binada da betonarme malzemeler mevcut bina ile aynı alınmış, çelik elemanlarda kolon, kiriş ve çaprazlar için St5, levhalar için ise St37 kullanılmıştır. Birleşimlerde yüksek mukavemetli bulonlar tercih edilmiştir. Tasarlanan yapıda mevcut binanın, dış sınırları, aks aralıkları, kat yükseklikleri, kolon ve kiriş konumları gibi ölçü ve özelliklerine sadık kalınmıştır. Aks aralıkları mevcut binada olduğu gibi 8 m alınmış ve her kata toplam 0 adet kolon konulmuştur. Kolon aralarına 8 m açıklıkta kirişler yerleştirilmiş ve döşemenin yerleşimi için x doğrultusunda kiriş ortalarından tali kirişler geçirilmiştir. Döşemeler katlanmış çelik sac ve betonarme malzemeleri birlikte kullanılarak kompozit olarak tasarlanmış ve kayma elemanlarıyla ana ve tali kirişlere bağlanarak kirişler de kompozit hale getirilmiştir. Yapı temeli mevcut binada olduğu gibi radye olarak tasarlanmış ve yüksekliği m alınmıştır. Çelik elemanlar için yüklerin hesaplanması ve boyutlandırma kuralları için TS , Deprem Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik-006 ve xvi

18 TS 648-Taslak 006, TS , betonarme temel ve döşeme hesapları için ise TS dikkate alınmıştır. Yapı sisteminin statik ve dinamik analizi Etabs v8.11 programı ile yapılmıştır. Bu programdan alınan kesit tesirlerine göre yapı elemanları boyutlandırılmış ve birleşim hesapları yapılmıştır. İmalat çizimleri için Tekla Xsteel v8.0 ve Autocad 005 programları kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre son bölümde yapının maliyet ve süre analizi yapılmış ve mevcut betonarme binaya ait verilerle karşılaştırılmıştır. xvii

19 DESIGN OF HIGH RISE STEEL STRUCTURES SUMMARY In this study, a reinforced concrete building located in İstanbul 1. Levent, Metrocity is designed as a steel structure with eccentrically braced steel frames. The building has a rectangular base in plan view having the area of 835 m and consisting of 8 basement, 8 normal and 3 attic, totally 40 stories. Basement stories which are located in first 4 stories are used for car parking, shopping centers, stores and restaurants and the upper 4 stories are used residentially. The total usage area is m and the total height is m. The building is in the first earthquake zone. Soil type is assumed as Z1 and thus allowable soil stress is 5 kg/cm. Current building is constructed as reinforced concrete building having the quality of concrete as BS 35 concrete and BÇ I, BÇ III are used for reinforced concrete rebars. These materials are chosen the same with the current building in the new designed building and for the steel parts; St5 steel material is used for columns, beams and braces and St37 steel quality is used for plates. High strength bolts are chosen for steel connections. General dimensions of the building are taken the same in the designed building. Axis spacing is taken 8 m as in the current building and totally 0 columns are placed in each storey. Beams having 8 m span length are supported by columns and, for supporting the floor slab secondary beams are placed in the centre of beams in x direction. Floor slabs are formed with folded steel plate and reinforced concrete materials compositely and by joining them to the beams with shearing elements, so that these beams are designed as composite beams. Foundation of the building is spread foundation as the current building with m height. For calculating the dimensions of the steel members TS , Turkish Earthquake Code called Regulations for Buildings of Disasters Regions, TS 648- Study 006,TS is used. The foundation and floor slab is calculated by using TS xviii

20 The model of the structure and its analysis are created using Etabs v8.11 computer program. The parts of the structure are designed and connection calculations are made using the results taken from this computer software and the above mentioned specifications. Tekla Xsteel v8.0 and Autocad 005 programs are used for the manufacturing drawings. Based on the results obtained, the total cost and the weight of the building are calculated and compared with the findings from the data base of the current reinforced concrete building. xix

21 BÖLÜM 1 GİRİŞ 1.1 Konu Yapılan bu tez çalışmasında Yüksel Yapı Yatırım A.Ş. firması tarafından 003 yılında inşaatı tümüyle betonarme olarak tamamlanmış olan, İstanbul 1. Levent'te bulunan Metrocity binasının süneklik düzeyi yüksek dışmerkez güçlendirilmiş çelik perde sistemli çelik tasarımı yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar binanın mevcut betonarme verileriyle maliyet, yapım süresi ve yatırımın geri dönüşü bakımından karşılaştırılmıştır. 1. Projenin Genel Özellikleri Dünyanın önemli metropollerinden biri olan İstanbul da inşa edilmiş olan bu yapı kompleksi; Levent te m² lik bir arsa üzerine kurulu, kat karşılığı arsa değerlendirme projesidir. Metrocity Projesi 5 ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm olan Metrocity Millenium; toplam m² lik 7 katlı iki konut kulesidir ve içerisinde büyüklükleri 11 ile 370 m² arasında değişen daireler bulunmaktadır. Kompleksin diğer bölümleri ise; 3 kattan oluşan, toplam m² lik ofis kulesi, sosyal tesisler, m² lik alışveriş merkezi ve bunlara ait m² lik,.300 araç kapasiteli otoparktan oluşmaktadır. Toplam m² lik inşaat alanı ile İstanbul un en büyük projelerinden birisi olan Metrocity projesi, yüksek inşaat teknolojisi ile gerçekleştirilmiştir. Alışveriş merkezine 30 dakikalık bir zaman içinde ulaşabilen kişi sayısı yaklaşık 'dir. 1

22 1.3 Yapının Mimari ve Betonarme Özellikleri Yukarıdaki resimden de görülebileceği gibi Metrocity projesi genel olarak 3 adet binadan ve bunları birleştiren 3 ~ 4 katlı yapılardan oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında bu yapılardan, aynı mimari ve statik özelliklere sahip, resimde sol kısımda bulunan iki aynı tip yapı incelenmiştir. Yapı 4 m 3 m lik dikdörtgen bir plana sahip 8 bodrum, zemin, 8 normal ve 3 çatı katı ile toplam 40 katlı bir binadır. Bodrum katlar otopark amaçlı kullanılmakta, zemin, 1,, 3 ve 4. normal katlarda alışveriş merkezi, mağazalar ve lokantalar bulunmakta, üstte bulunan 4 kat ise konut amaçlı kullanılmaktadır. Brüt kat alanı konsol kısımlarla birlikte 835 m olan binanın toplam kullanım alanı m dir. Kat yükseklikleri bodrum katlarda 3.3 m ile 5 m arasında, alışveriş merkezi olan ilk 4 katta 4.4 m ile 6 m arasında değişmekte, konut olarak kullanılan katlarda ise 3.3 m dir. Yapının zeminden itibaren toplam yüksekliği m, zeminden itibaren temel üstüne kadar olan derinlik 31.3 m dir. Dolayısıyla toplam yapı yüksekliği m dir. ( Kat alanı küçük olan 3 adet çatı katı da dahil edilirse toplam yükseklik m dir.)

23 Şekil 1.1: Betonarme Kat Kalıp Planı Yapı İstanbul da bulunduğundan 1. derece deprem bölgesindedir. Yapı zemin sınıfı kg Z1 ve zemin emniyet gerilmesi z = 5 dir. cm Binanın mevcut betonarme statik projelendirmesi Balkar Mühendislik Bürosu tarafından yapılmıştır. Şekil 1.1 den görülebileceği gibi betonarme taşıyıcı sistem simetrik bir şekilde tasarlanmıştır. Aks aralıkları x ve y doğrultusunda eşit olup 8 m dir. Bina dış sınırlarına x doğrultusunda dikdörtgen kolonlar, y doğrultusunda rijit perdeler yerleştirilmiş ve bunlar birbirlerine geniş kirişlerle bağlanarak çerçeveler oluşturulmuştur. Orta kısımda ise asansör boşluğu çevresine ve merdiven çevresine iç içe perdeler yerleştirilmiş ve bunlar yine geniş kirişler aracılığıyla dış kısımdaki kolon ve perdelere bağlanmıştır. 10 cm 140 cm boyutundaki kolonlar, 75 cm kalınlığındaki dış perdeler ve iç çekirdek kısmındaki 80 cm ve 5 cm kalınlığındaki perdelerle yapı yatay yüklere karşı aşırı rijit bir görüntü sergilemektedir. Bu boyutlar üst katlara çıkıldıkça azaltılmıştır. En üst katta kolon boyutları 50 cm 130 cm e, iç kısımdaki perde kalınlığı ise 60 cm ye indirilmiştir. 3

24 Dış kısımda y doğrultusunda bulunan perdeler de üst katlara doğru parçalara ayrılmış ve en üst katta 4 ayrı kolon şeklinde çalıştırılmıştır. İlk katlardaki dikdörtgen kolonların her birinde 46 adet Ø3 donatı bulunmaktadır. Döşemeler 0 cm kalınlığında plak döşeme olarak tasarlanmıştır. Donatı olarak her iki doğrultuda da açıklık bölgelerinde 15 cm arayla, mesnet bölgelerinde 10 cm arayla Ø10 konulmuştur. Kiriş boyutları ise 155 cm 60 cm ile 10 cm 60 cm arasında değişmektedir. Dış cephe kaplamasının montajı için konsol döşemelerin ucuna çelik profillerin oturtulabilmesi için 0 cm genişliğinde plakalar yerleştirilmiştir. Bina temeli radye temel olarak tasarlanmış olup 3 m yüksekliğindedir. Şekil 1. den görülebileceği gibi temel alt bölgesine her bir doğrultuda 15 cm arayla 4 kat Ø3, orta bölgeye 40 cm arayla Ø14 ve üst bölgeye 0 cm arayla kat Ø6 konularak toplam yaklaşık 800 ton demir döşenmiştir. Bodrum kat perdeleri temel hizasında 40 cm kalınlığında tasarlanmış, zemin kata doğru aralıklarla azaltılarak 5 cm ye kadar indirilmiştir ve yatay ve düşey doğrultuda 15 cm arayla Ø16 ile donatılmıştır. Binada malzeme olarak BS 35 hazır beton ve BÇ I, BÇ III betonarme donatı çeliği kullanılmıştır. Şekil 1.: Betonarme Yapı Radye Temel Kesiti 4

25 1.4 Çelik Olarak Tasarlanan Yapının Özellikleri Şekil 1.3: Çelik Olarak Tasarlanan Kat Planı Göz önüne alınan Metrocity binası süneklik düzeyi yüksek dışmerkez çelik çapraz perdeli bir çelik yapı olarak yeniden tasarlanmıştır. Bu tasarım sırasında Bölüm 1.3 de tanımlanmış ve Şekil 1.1 de belirtilmiş olan mevcut binanın, dış sınırları, aks aralıkları, kat yükseklikleri, kolon ve kiriş konumları gibi ölçü ve özelliklerine sadık kalınmıştır. Çelik yapı elemanları Arbed profillerinden seçilmiştir. Kompaktlık şartlarının sağlanabilmesi için ağırlıklı olarak HE-B ve IPE tipi kesitler tercih edilmiştir. Yapı çeliği olarak kolon, kiriş, çapraz ve tali döşeme kiriş elemanları için St5 kalitesinde çelik kullanılmıştır. Birleşimlerde H10.9 kalitesinde SL ve SLP tipi yüksek mukavemetli bulonlar tercih edilmiştir. Temel ve döşeme betonlarında mevcut yapıdaki gibi BS35 hazır beton ve BÇ III donatı çeliği kullanılmıştır. 5

26 Döşemelerde katlanmış çelik sac levhalar ile beton birlikte kullanılarak kompozit döşeme çalışması öngörülmüş ve bu levhaların kayma elemanlarıyla ana ve tali kirişlere bağlanılmasıyla kompozit döşeme kirişleri oluşturulmuştur. Beton kalınlığı 15 cm olarak düşünülmüş ve bu sayede 0 cm döşeme kalınlığına sahip mevcut yapıya oranla beton tasarrufu sağlanmıştır. Kolon kesitleri, böyle bir yüksek yapının düşey yüklerini temele aktarabilecek enkesit alanına sahip olabilmesi ve her iki doğrultuda da çerçeve davranışının daha sağlıklı bir şekilde sağlanabilmesi için iki hadde profilinin kaynakla sürekli birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Kesitler 5 ve 10. normal katlarda küçültülerek malzeme tasarrufu sağlanmış ve yapı ağırlığı azaltılmıştır. Yapının temeli radye temel olarak tasarlanmıştır. Temel yüksekliği olarak betonarme yapıya oranla daha az yük etkisinde kalacağı düşünülerek m uygun görülmüştür. Yapı sisteminin statik ve dinamik analizi için Etabs v8.11 bilgisayar programı kullanılmıştır. Programda yapı sistemini temsilen bir model hazırlanmış, hesaplanan Şekil 1.4: X ve Y Doğrultusundaki Çapraz Yerleşimi 6

27 Şekil 1.5: Yapının 3 Boyutlu Modeli yatay ve düşey yük kombinasyonları bu modele etkitilmiş, eleman kesit ve malzeme özellikleri atanmış ve analiz yaptırılarak en büyük kesit tesirleri bulunmuştur. Temelde zemin gerilme kontrolü ve donatı hesabı için de Etabs bilgisayar programında bir model hazırlanmıştır. Çizimler için Tekla Xsteel v8.0 ve Autocad 005 programları kullanılmıştır. 7

28 1.5 Kullanılan Yönetmelikler, Kombinasyonlar ve Malzeme Emniyet Değerleri Yapı elemanlarına etkiyen yüklerin hesaplanmasında TS (Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri) dikkate alınmıştır. Deprem yüklemesi ile ilgili kriterler için Deprem Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik 006 (Bundan böyle TDY olarak anılacaktır) kullanılmıştır. Ayrıca çelik yapı elemanları hesapları ile ilgili TS 648-Taslak 006 (Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları) ve TS (Çelik Yapıların Plastik Teoriye Göre Hesap Kuralları) dikkate alınmıştır. Kaynaklı birleşimler için TS ve İMO-01.R den yararlanılmıştır. Rüzgar yükünün hesaplanmasıyla ilgili kurallar Kanada Rüzgar Şartnamesi nden alınmıştır. Betonarme temel ve döşeme hesapları ise TS e (Betonarme Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları) göre yapılmıştır. Çelik yapı elemanlarının boyutlandırılmasında kullanılan yükleme kombinasyonları AISC - ASD ye göre belirlenmiştir. Bu kombinasyonlar aşağıda görülmektedir; 1. D ( ). D + L + L veya S veya R r ( ) 3. D + L + L veya Sveya R + T 4. D + (W veya E) + T r [ ] 5. D + L + (L veya S veya R) + (W veya E) 6. D + L + W + 0.5S 7. D + L + (0.5W veya S) r [ ] 8. D + L + (L veya Sveya R) + (W veya E) + T r Esas yüklerle birlikte ilave yüklerin etkimesi halinde emniyet gerilmesindeki artış durumunu bilgisayar modeline yansıtabilmek için yukarıdaki kombinasyonlardan 3, 4, 5, 6 ve 7 no lu olanlar 0.75 ile 8 no lu olan ise 0.66 ile çarpılarak bilgisayara girilmiştir. Birleşimlerin hesabı için ayrıca bu katsayılar olmaksızın da yükleme yapılmıştır. Betonarme radye temel için ise TS500 deki aşağıdaki kombinasyonlar kullanılmıştır; G Q. G + 1. Q + 1. T 8

29 3. G Q W G W 5. G + Q + E G + E G Q H G H D, G:Ölü yük L, Q : Döşeme hareketli yükü L : Çatı hareketli yükü r S : Kar yükü R : Yağmur yükü W : Rüzgar yükü E : Deprem yükü T : Sıcaklık değişimi H : Yanal toprak yükü Hesaplarda kullanılan yapı çeliği St37 ve St5 ile ilgili malzeme karakteristikleri aşağıda verilmiştir; E çelik = 1000 cm, ρ çelik = m St37 İçin a = 4 cm çem,h = 14.4 cm çem,hz = cm τ em,h = 8.31 cm τ em,hz = 9.56 cm St5 İçin a = 36 cm çem,h = 4 cm çem,hz = 7 cm τ em,h = 13.5 cm τ em,hz = 15.5 cm 9

30 Hesaplarda kullanılan beton ve betonarme çeliği ile ilgili malzeme karakteristikleri aşağıda verilmiştir; ρ betonarme = 5 3 m BS 35 İçin f ck = 3.5 cm f cd =.33 cm BÇ III İçin f yk = 4 cm f yd = 36.5 cm f ctd = 0.14 cm E beton = 3300 cm Birleşimlerde kullanılan bulon ve kaynaklarla ilgili malzeme karakteristikleri aşağıda verilmiştir; 10.9 Sınıfı yüksek mukavemetli bulonlar için, St5 birleşimlerinde; SL Tipi Bulonlar İçin cm τ sem, H = 4 cm τ sem, HZ = 7 cm lem, H = 4 cm lem, HZ = 47 Öngerilme 0.5 P v alındığında; cm lem, H = 57 cm lem, HZ = 64 SLP Tipi Bulonlar İçin cm τ sem, H = 8 cm τ sem, HZ = 3 cm lem, H = 48 cm lem, HZ = 54 Öngerilme 0.5 P v alındığında; cm lem, H = 63 cm lem, HZ = 71 10

31 Tablo 1.1: Elektrod Mekanik Özellikleri İMO-01.R-01 e göre köşe kaynak dikişleri için kaynak emniyet gerilmesi ilave metalin (elektrod malzemesi) çekme dayanımının %30 u kadar alınacaktır. Elektrodlar için Askaynak A.Ş. firmasının hazırladığı [5] no lu kaynaktan yararlanılmıştır. E C1 tipi elektrod için; v,h = 16.8 cm, v,hz = 19.3 cm, v,he =.3 cm E D tipi elektrod için; v = 1 cm, v,hz = 4.1 cm, v,he = 7.9 cm E M tipi elektrod için; v = 3.1 cm, v,hz = 6.5 cm, v,he = 30.7 cm v,he : Deprem durumu söz konusu olduğunda kullanılacak emniyet gerilmesi 11

32 BÖLÜM YÜK ANALİZİ.1 Sabit Yükler Sabit yükler TS498 yönetmeliği uyarınca belirlenmiştir. Yönetmeliğe göre, sabit yükler yapı içerisindeki tüm elemanların ağırlıklarının oluşturduğu statik kuvvetler olarak tanımlanmıştır. Hesaplanan bu yükler döşemelere etkitilmiştir. İç Kısımdaki Döşemelerde Kaplama, asma tavan ve sıva ağırlığı... = 0.90 m Tesisat ağırlığı... = 0.15 m 7 cm Şap beton ağırlığı... = 1.54 m Bölme duvar ağırlığı... = 0.50 m g = 3.09 m Dış Kısımdaki Döşemelerde Kaplama, asma tavan ve sıva ağırlığı... = 0.90 m Tesisat ağırlığı... = 0.15 m 7 cm Şap beton ağırlığı... = 1.54 m Bölme duvar ağırlığı... = 0.50 m Cephe kaplaması ağırlığı... = 0.50 m g = 3.59 m Tanımlanan taşıcı elemanların öz ağırlıkları Etabs bilgisayar programı tarafından yapı çözümlenirken otomatik olarak hesaplanıp etkitilmiştir [10]. 1

33 . Hareketli Yükler Yapının 8 adet bodrum katında otopark, ilk 5 katında alışveriş merkezleri, mağazalar ve lokantalar bulunmakta, üstteki 3 kat ise konut amaçlı kullanılmaktadır. Bu sebeple; 8 Bodrum kat ve ilk 5 kat için q = 5.00 m, Üstteki 4 kat için q =.00 m alınmıştır..3 Rüzgar Yükleri Rüzgar yüklerinin belirlenmesinde Kanada Şartnamesi dikkate alınmıştır. [13] P = q C e C g C p (.1) P : Rüzgar basıncı q : Ortalama hızdan meydana gelen rüzgar yükleri C e : Bölge faktörü C g : Fırtına faktörü C p : Dış basınç katsayısı q = C V (.) q r = P L (.3) q r : Kolonların 1 m lik kısmına etkiyen rüzgar yükü L : Kolonun yük aldığı aks aralığı C = V = 90 km h 13

34 q = = 0.41 m (.) Tablo.1: Yüksekliğe Bağlı C e Bölge Faktörü Katsayısı Değerleri H (m) Ce H (m) Ce C g = C p = 0.8 (Rüzgarın basınç yaptığı dik cephede) C p = (Rüzgarın emme yaptığı dik cephede) P basınç = 0.41 C e 0.8 = C e (.1) P emme = 0.41 C e ( - 0.5) = C e (.1) Yapı, şartnameye göre C bölgesinde bulunduğundan ilk 30 m lik kısım için 30 m deki rüzgar basıncı baz alınarak üniform bir yükleme yapılacaktır. [13] 0 30 m için; P basınç = = m, P emme = = m m için; P basınç = = m, P emme = = m m için; P basınç = = m, P emme = = m m için; P basınç = = m, P emme = = m m için; P basınç = = m,p emme = = m Köşe kolonlar için; L = 4 m Orta kolonlar için; L = 8 m 14

35 Tablo.: Rüzgar Yükü Değerleri ( / m) H (m) q r,basınç (Köşe Kolonlarda) q r,basınç (Orta Kolonlarda) q r,emme (Köşe Kolonlarda) q r,emme (Orta Kolonlarda) Şekil.1: Rüzgar Yükü Etkitilme Şekli 15

36 .4 Toprak Yükü Binanın betonarme bodrum perdelerine etkiyen toprak yükü bu bölümde hesaplanmıştır. Zemine ait bilgilere ulaşılamadığından hesapların yapılabilmesi için aşağıdaki kabuller yapılmıştır; Yapının üzerine inşa edildiği zemin türü orta sıkılıkta iyi derecelenmiş az kumlu çakıldan oluşmaktadır. Buna göre zemin tabii birim hacim ağırlığı γ 0 = 18, kayma direnci açısı φ = 35º alınacaktır. [3] m 3 Zemin üzerinde P = 5 m yayılı yük mevcuttur. Zemin boşluk oranı n = 0.4 alınacaktır. A Binanın temel seviyesinde drenaj yapılmıştır. Dolayısıyla bodrum perdelerine su basıncı etkimemektedir. P = γ H K (.4) A P A : Perdeye etkiyen aktif basınç γ k = (1-0.4) 18 = 10.8 m 3 H: Perde yüksekliği Zemin üzerindeki yayılı yük toprak basıncına dönüştürülürse; P 5 h = = =.31 m γ 10.8 H = = m ϕ 35 K A = tan (45 - ) = tan (45 - ) = 0.7 üst P A = = 6.7 (.4) m 16

37 Bodrum Kat 30.6.Bodrum Kat Bodrum Kat 4.Bodrum Kat 5.Bodrum Kat 6.Bodrum Kat 7.Bodrum Kat 97.7 PA (/m) 8.Bodrum Kat Şekil.: Bodrum Perdelerine Etkiyen Toprak Basıncı Dağılımı alt P A = = 97.7 (.4) m Toprak basıncının zemin seviyesindeki değeri ile temel seviyesindeki değerine göre ara katlar doğru orantı hesabı ile bulunacaktır..5 Deprem Yükü Yapının deprem yükü hesabı TDY kurallarına göre yapılmıştır. Yapının deprem yükü analizi ile ilgili tüm yapı ve zemin parametreleri, bu yönetmeliğin ışığı altında değerlendirilmiş ve yönetmeliğin uygun gördüğü değerler hesaplarda kullanılmıştır. Yapı üç boyutlu olarak Etabs v8.11 bilgisayar programı ile modellenmiş olup yatay yük analizinde bina toplam yüksekliği olan H N > 40 m olduğundan eşdeğer deprem yükü yöntemi uygulanamamış, mod birleştirme yöntemi kullanılmıştır. [1] Göz önüne alınan deprem doğrultusunda, binanın tümüne etkiyen toplam taban kesme kuvveti V t, denklem (.5) ile hesaplanacaktır; [1] W A(T ) 1 V t = 0.10 Ao I W Ra(T 1) (.5) A(T) = A 0 I S(T) (.6) 17

38 Tablo.3: Etkin Yer İvmesi Katsayısı Deprem Bölgesi A Tablo.4: Hareketli Yük Katılım Katsayısı Binanın Kullanım Amacı n Depo, antrepo, vb Okul, öğrenci yurdu, spor tesisi, sinema, tiyatro, konser salonu, garaj, lokanta, mağaza, vb Konut, işyeri, otel, hastane, vb Tablo.5: Spektrum Karakteristik Periyotları Yerel Zemin Sınıfı T A T B (saniye) (saniye) Z Z Z Z Tablo.6: Bina Önem Katsayısı Binanın Kullanım Amacı veya Türü 1. Deprem sonrası kullanımı gereken binalar ve tehlikeli madde içeren binalar a) Deprem sonrasında hemen kullanılması gerekli binalar (Hastaneler, dispanserler, sağlık ocakları, itfaiye bina ve tesisleri, PTT ve diğer haberleşme tesisleri, ulaşım istasyonları ve terminalleri, enerji üretim ve dağıtım tesisleri; vilayet, kaymakamlık ve belediye yönetim binaları, ilk yardım ve afet planlama istasyonları) b) Toksik, patlayıcı, parlayıcı, vb özellikleri olan maddelerin bulunduğu veya depolandığı binalar. İnsanların uzun süreli ve yoğun olarak bulunduğu ve değerli eşyanın saklandığı binalar a) Okullar, diğer eğitim bina ve tesisleri, yurt ve yatakhaneler, askeri kışlalar, cezaevleri, vb. b) Müzeler 3. İnsanların kısa süreli ve yoğun olarak bulunduğu binalar Spor tesisleri, sinema, tiyatro ve konser salonları, vb. 4. Diğer binalar Yukarıdaki tanımlara girmeyen diğer binalar (Konutlar, işyerleri, oteller, bina türü endüstri yapıları, vb) 18 Bina Önem Katsayısı ( I )

39 Şekil.3: Tasarım Spektrum Diyagramı Denklem (.6) de yer alan spektrum katsayısı, S(T), yerel zemin koşullarına ve bina doğal periyodu T ye bağlı olarak denklem (.7) ile hesaplanacaktır (Şekil.3). S(T) = T / T A (0 T T A ) (.7a) S(T) =.5 (T A < T T B ) (.7b) S(T) =.5 (T B / T ) 0.8 (T > T B ) (.7c) Yapılan Kabuller Taşıyıcı sistem davranış katsayısı R için, deprem yüklerinin çerçeveler ile birlikte dışmerkez çaprazlı çelik perdeler ile taşındığı süneklik düzeyi yüksek sistemler için geçerli olan R = 8 değeri alınmıştır Yapı 1. derece deprem bölgesinde olup Tablo.3 den A 0 = 0,40 alınmıştır. Yapının deprem hesabına esas olan kütlesinin hesabında kullanılacak olan hareketli yük katılım katsayısı Tablo.4 den n = 0.30 alınmıştır Yapı yerel zemin sınıfı Z1 kabul edilmiş ve Tablo.5 den karakteristik periyotlar T A = 0,10 ve T B = 0,30 alınmıştır. Bina önem katsayısı olan I için Tablo.6 dan, konut ve işyeri olan binalar için geçerli olan I = 1.0 alınmıştır. Etabs bilgisayar programı yapının ağırlığını otomatik olarak hesaplayıp sisteme etkitmektedir. Denklem (.5) ve (.6) da geçen S(T) değeri için denklem (.7) de geçen ifadeler hesaplanmış ve programa spektrum fonksiyonu olarak girilmiştir. 19

40 Ayrıca denklemlerdeki A 0, I ve R değerleri için aşağıdaki scale factor hesaplanmış ve programa girilerek modal analiz yapılmıştır. A g I R 8 0 Scale factor = = = 0.49 Hesaba katılması gereken yeterli titreşim modu sayısı, göz önüne alınan birbirine dik x ve y yatay deprem doğrultularının her birinde, her bir mod için hesaplanan etkin kütlelerin toplamının, hiçbir zaman bina toplam kütlesinin %90 ından daha az olmaması kuralına göre belirlenecektir. Ayrıca göz önüne alınan deprem doğrultusunda etkin kütlesi, bina toplam kütlesinin %5 inden büyük olan bütün titreşim modları göz önüne alınacaktır. [1] Modal analiz sonuçları Tablo.7 de verilmiştir. Buradan da görülebileceği gibi X yönünde yeterli kütle katılım oranı 38. modda, Y yönünde ise 45. modda sağlanmıştır. Şekil.4: Yapının Birinci Mod Şekli 0

41 Tablo.7: Modal Analiz Kütle Katılım Oranları Mod Periyod UX UY ΣUX ΣUY 1 6,988 0, ,548 0, ,548 5, ,5939 0, , , ,433 0,0078 0, , ,548 4,84 0,0000 9, , , ,880 9,451 0, , , ,454 0,0006 0, , , ,034 0,0000 3,850 58, , ,0135,5655 0, ,419 60, ,8148 0,0000 1, ,419 6, ,7885 0,0001 0,000 61,4130 6, ,6940 1,03 0,0000 6,6333 6, ,6094 0,0000 1,1150 6, , ,5405 0,0000 0,0000 6, , ,543 0,8516 0, , , ,4848 0,0000 0,934 63, , ,409 0,7153 0, ,003 64, ,4088 0,0001 0, ,004 64, ,408 0,0000 0, ,004 65, ,351 0,619 0, , , ,3415 0,0000 0, , , ,389 0,0001 0, , ,963 0,998 0,4835 0, ,303 65, ,947 0,0000 0,657 65,303 66, ,753 0,0001 0, ,303 66, ,596 0,4307 0, , , ,570 0,0000 0, , , ,349 0,0000 0, , , ,77 0,5149 0, ,488 67, ,75 0,0000 1,949 66,488 69, ,067 0,0000 9,999 66,488 78, ,035 0,0000 0, ,488 78, ,018 0,854 0, , , ,1947 0,0000 9,00 67, , ,18,4699 0, ,579 87, ,1790 0,0013 0, ,574 87, ,1784 0,0000 1, , , ,1680 8,9370 0, ,511 89, ,1633 0,0000 0, ,511 90, ,1587 0,0354 0, , , ,1576 7,496 0, ,048 90, ,1503 0,0000 0, ,048 91, ,1470 3,813 0, , , ,1431 0,0018 0, , , ,1398 0,0000 0,369 89, , ,1365 1,6519 0, , ,3795 Ux: X yönündeki etkin kütle katılım oranı Uy: Y yönündeki etkin kütle katılım oranı 1

42 BÖLÜM 3 YAPI ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASI Yapı elemanları boyutlandırılırken kombinasyonlar sonucunda elemanda oluşan en büyük iç kuvvetler dikkate alınmış, TS648 ve TDY de verilen hesap yöntemleri ve boyutlandırma esaslarına uyulmuştur. Ayrıca TDY de belirtilmiş olan kompaktlık sınırlarına göre de gerekli eleman enkesit kontrolleri yapılmıştır Kompozit Döşemenin Boyutlandırılması Yapı döşemeleri katlanmış çelik sac ile betonun birlikte uygulanmasıyla oluşan kompozit döşeme olarak tasarlanmıştır. Sac ile betonun beraber çalışması için aralarındaki aderans yeterli değildir. Bu sebeple aderansın sağlanması için çelik kamalar kullanılmıştır. Şekil 3.1: Kompozit Döşemede Beton ve Sac Çelik Kama Bağlantısı Plak bir miktar hasır donatı ile güçlendirilmiştir. Hasır donatı konulmasının sebebi yükün homojen dağıtılması ve yangın mukavemetinin arttırılmasıdır. Korozyona dayanıklı olması açısından galvanize sac kullanılmıştır. Şekil 3.: Sac Levha ve Plağın Boyutları

43 Kompozit döşemede aşağıda görülen boyutlar sağlanmalıdır (Şekil 3.): b d d d t 0 0 t a 50 mm 50 mm 90 mm (3.1) 80 mm 0.7 mm Kompozit döşemedeki çekme kuvveti (Z) ve ağırlık merkezinin yeri (y) hesaplandıktan sonra moment taşıma kapasitesi (M u ) hesaplanacaktır. Z = αa F As (3.) αa = Çelik emniyet katsayısı F = Akma sınır gerilmesi Çelik sac için; F = cm A s = Katlanmış çelik sac enkesit alanı y = d o Z α (100 cm) b br d s / (3.3) α b = Beton emniyet katsayısı br = Beton emniyet gerilmesi y M u = Z ds (3.4) Kompozit kirişin etkin döşeme genişliği (b eff ) e bağlı olarak kompozit kirişte beton etkin genişliği (b * ) saptanır. Burada (n), beton ve çeliğin elastisite modüllerinin oranıdır. Öte yandan sehim de (f max ) kirişlerin tasarımını kontrol etmektedir. * b b = eff n 5 q l f max = 384 E I (3.5) (3.6) 3

44 3.1.1 Boyutların Belirlenmesi b = 135 mm > min b = 50 mm 0 0 d = 80 mm > min d = 50 mm 0 0 d = 150 mm > min d = 90 mm t a (3.1) d = 70 mm < max d = 80 mm a t = 1 mm > t = 0.7 mm min 70 d s = 80 + = 115 mm a t = 1 mm Şekil 3.3: Kompozit Döşeme Kesiti 3.1. Yüklerin Belirlenmesi Katlanmış çelik sacın enkesit alanı: ( ) 100 cm A s = =13. 7 m Katlanmış çelik sac ağırlığı : g a = = 0.1 m Beton ağırlığı : g b = = m ' Sıva + Kaplama + Tesisat + Şap ağırlığı (10 cm) : g = 0.1 =. m Kalıp sürecinde hesap için toplam sabit yük : g = =.11 m Kalıp sürecinde hesap için hareketli yük : p =.00 m 4

45 Taşıma gücü kontrolü için toplam sabit yük : g = = 4.31 m Taşıma gücü kontrolü için hareketli yük : p = 5.00 m Katlanmış Çelik Sacın Kalıp Sürecinde Hesabı (1 m Genişlik İçin) Katlanmış sac, inşaat çalışmaları sırasında kalıp görevi üstlenir. Bu durumda üzerine yük olarak; kendi ağırlığı (g a ), beton ağırlığı (g b ), ve inşaat süreci hareketli (p) yükleri gelir. Katlanmış sacdaki kesit zorları sürekli kiriş kabulüyle belirlenmiş, kompozit döşeme mukavemet hesapları ise 1 metre genişliğinde döşeme şeridi için yapılmıştır. Buradaki hesaplar [11] no lu kaynaktan yararlanılarak yapılmıştır. g =.11 =.11 m p =.00 =.00 m kg cm kg cm Çelik sacın atalet momenti ; Ia = ( ) = cm max f = ( ) 100 = cm 6 max f = cm < f lim 400 = =.667 cm max M = ( ) 1 = m max Q = ( ) 1=.50 '' b = = 100 > 45 = 46.5 Kalın cidarlı hesap yapılamaz t 0.1. ' b cm = = ' b 9 ' = = 90 < 500, d g = = 6.83 cm t 0.1 ' dg 6.83 = = 68.3 < 150 İnce cidarlı hesap yapılabilir, şöyle ki: t 0.1 Elemanter sınır gerilmesi ; = em = 0.6 F = 0.6 = 13. cm 5

46 ' b 1000 = 90 > 1.64 = 65.4 olduğundan, t Etkin genişlik ; be = = 6.54 cm 13. '' b - be = = 3.46 cm 1 m genişlikte 4 nervür olduğu kabul edilerek ağırlık merkezinden sapma ; ' y = = cm (Negatif değer aşağıya kaymayı belirtmektedir) I = ( ) = cm e We = = 3.9 cm = = 0.79 < cm cm.5 τ = = 0.46 (7 0.1) cm = v = cm < = cm Karma Plakta Taşıma Gücü Kontrolü q = = 9.31 m * q = = m max M max Q = = m = 3166 cm = = Z = = 90.4 (3.) y = 90.4 do = 8 cm = cm < d s = = 5.75 cm 6 (3.3)

47 0.968 Mu = 90.4 (11.5 ) = 3199 cm (3.4) max M = 3166 cm < M u = 3199 cm Q lu = = 1.9 Nervür 100 Qu = 1.9 = max Q = < Q u = Sehim Kontrolü BS 35 için; E b = 330 cm E = 1000 cm a E 1000 E 330 çelik n = = = u b s beton * beff 100 Eşdeğer kesit için; b = = = 7.90 cm n 6.33 A = = 63.0 cm A y = 13.0 cm = = 3.91 cm y = = cm Ix = ( ) ( ) = cm f = = 1. cm < f 4 limit = = 1.33 cm (3.6) Döşemelerde rijit diyafram etkisinin sağlanması için her iki doğrultuda minimum % 0.' lik donatı konulması gerektiğinden; A = = 3 cm olarak boyutlandıracaktır. Seçilen : Q 335/335 (As = 3.35 cm ) s 7

48 3. Kompozit Kat Kirişlerinin Boyutlandırılması Betonarme döşeme plaklarıyla çelik döşeme kirişlerinin ortak çalıştırılmasıyla ortaya çıkan kompozit kirişler, üzerlerine serbestçe oturan bir betonarme plağı yalnız başlarına taşımaya çalışan çelik kirişlere göre çok ekonomiktir. Çünkü bir karma kirişte, eğilmeden ileri gelen kuvvet çiftinin çekme bileşeni çelik profil tarafından, basınç bileşeni ise yalnız betonarme plak, ya da betonarme plak ve çelik profilin bir bölümünce ortak olarak taşınmaktadır. Dolayısıyla çelik profil, eğilmenin basınç bileşenini taşımaktan ya bütünüyle, ya da büyük ölçüde kurtulmaktadır. Betonarme tablanın bir ölü yük olmaktan çıkıp basınç bileşenini taşıyan yararlı bir elemana dönüşmesinin yanı sıra, böyle bir ortak çalışmada kuvvet çiftinin z manivela kolunun da büyümesi ikinci bir ekonomik etken oluşturmaktadır. Kompozit kirişlerin hesabı plastik yöntem kullanılarak kesit etkileri dağıtımı yöntemine göre yapılmıştır. Bu hesap kesin bir hesap yöntemidir. Karma kiriş enkesitine etki eden M 0 eğilme momenti, kesiti oluşturan çelik profil ve betonarme plağa, atalet momentlerinin ideal kesitin atalet momentine oranlarına göre dağıtılır. Buradaki hesaplar [11] no lu kaynaktan yararlanılarak yapılmıştır. Şekil 3.4: Kesit Etkileri Dağıtımı Yöntemi 8