ÇELİK YAPILAR Hazırlayan: Doç. Dr. Selim PUL KTÜ İnşaat Müh. Bölümü
ÇEKME ÇUBUKLARI BASINÇ ÇUBUKLARI KİRİŞLER (KAFES KİRİŞLER)
ÇEKME ÇUBUKLARI ve EKLERİ Boylama ekseni doğrultusunda çekme kuvveti taşıyan elemanlardır. Çoğunlukla kafes kiriş elemanlarında kullanılırlar. Tek parçalı N N Konstrüktif bağlantı levhası (çubuk boyunun 1/3 lerinde) Çok parçalı N N HESAP : s = N / A s çem
ÇEKME ÇUBUĞUNDA DELİK, OYUK GİBİ BOŞLUK VARSA : N N N Kopma çizgisi HESAP : s = N / A net s çem ( A net = A - A)
ÇEKME ÇUBUĞU EKLERİ KAYNAKLI VEYA CIVATALI OLARAK YAPILABİLİR: ½ I Üniversal ek (önerilmez) ½ I Enine levhalı ek (daha iyi) Levhalı ek (En iyi)
LEVHALI EK İÇİN UYARILAR EK LEVHALARININ FAYDALI (NET) KESİT ALANI ÇEKME ÇUBUĞUNUNKİNDEN AZ OLAMAZ HER EK PARÇASI KENDİ PAYINA DÜŞEN KUVVETE GÖRE HESAPLANIR. BİRLEŞİM ARAÇLARI DA YÜKLERİ AKTARABİLMELİDİR.
BASINÇ ÇUBUKLARI ve EKLERİ Basınç çubukları, boylama ekseni doğrultusunda basınç kuvveti taşıyan Kolon ve kafes kirişlerin basınca çalışan elemanlarına denmektesir.. Bu çubukların emniyetli yükünün belirlenmesinde BURKULMA problemi esastır. Burkulma, basınç altındaki bir elemanın kesitinin taşıyabileceği yüke ulaşılmadan stabilitesini kaybetmesi ve çubuk ekseninin doğrusallığını bozarak eğilmeye başlaması olarak tanımlanabilir.. Bu nedenle burkulma olayı gerilmeden çok bir stabilite problemidir. İki ucu mafsallı bir çubuk için burkulmayı başlatan kritik burkulma yükünü 1744 de matematikçi Euler hesaplamıştır. P k = p 2 EI min / s k 2 Euler burkulma gerilmesi ise : s ki = P ki / A Atalet yarıçapı: i = I / A Çubuğun mesnetlenmesine bağlı katsayı Narinlik: l = s k / i ( s k = K s )
Teorik k Önerilen k
Belirlenen narinlik değerine ve çelik cinsine göre tablodan w burkulma katsayısı bulunur s em : Çelik emniyet gerilmesi s bem : Burkulma emniyet gerilmesi w = s em s bem TS 648 e göre ; N s w = w s A em w yöntemi Ya da ; s = N A s bem basınç emn. ger. yöntemi, s bem =f(l)
Basınç çubukları; Tek parçalı ve Çok parçalı basınç çubukları olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır
TEK PARÇALI BASINÇ ÇUBUKLARI GERÇEKTEN TEK PARÇALI PARÇALARI SÜREKLİ BİRLEŞTİRİLMİŞ TEK PARÇALI
Hesap, x ve y eksenleri için ayrı ayrı yapılır ve taşınan min. yük, emniyetli basınç yükü olarak kabul edilir. y x s wx = w x s wy = w y N A N A s em s em
ÇOK PARÇALI BASINÇ ÇUBUKLARI
Bunlar, parçaları arasında ayrıklık bulunan ve parçaları yer yer birleştirilmiş olan çubuklardır. Üç grupta incelenirler: a) I. Grup B.Ç. : Yalnız bir ekseni malzemeli b) II. Grup B.Ç. : Köşeleme yerleştirilmiş köşebentler c) III. Grup B.Ç. : Malzemeli eksen yok
Öncelikle, basınç çubuğunun tipine göre her iki eksene göre ayrı ayrı yapılan toptan burkulma kontrolü ile emniyetli burkulma yükü belirlenir, sonra da tekil çubuk burkulması kontrolü yapılır. Toptan (genel) burkulma Tekil çubuk burkulması
I. Grup Basınç Çubukları Çok Ayrıklı Malzemesiz eksen Malzemeli eksen Az Ayrıklı
Hesap, malzemeli ve malzemesiz eksen için ayrı ayrı yapılır. Malzemesiz eksene göre hesapta tekil çubukların bağlantı tipi önemlidir: a) Çerçeve tipi bağlantı a) Kafes tipi bağlantı Tekil çubuk Bağ levhası
,, II. Grup Basınç Çubukları
III. Grup Basınç Çubukları x Eksenler malzemesiz y x x y y Bağ levhaları yine çerçeve ya da kafes tipi yapılır
KOLON EKLERİ
Besleme levhası Tam ek : Kolon uçları temas etse dahi temas ile kuvvet aktarılmadığı kabul edilir Ek levhası Temas eki : Kolon merkezi basınç altında ise
Kolon profilleri birbirinden çok farklı ise alın levhaları ile bağlantı sağlanmış diğer bir temas eki türü
KİRİŞLER
DOLU GÖVDELİ KİRİŞLER Profil kirişler Yapma kirişler BOŞLUKLU KİRİŞLER KAFES KİRİŞLER Düzlem kafesler Uzay kafesler
DOLU GÖVDELİ KİRİŞLER
Eğilmeden oluşan çekme ve basınç Gerilmesi (s) Max. Basınç Kayma Gerilmesi (t) T.E. Max. Çekme
Kirişlerin statik sistemine göre (Basit, Sürekli veya Gerber) moment ve kesme diyagramları belirlendikten sonra: Eğilme ve kesme gerilmesi (s max, t max ) Kıyaslama gerilmesi (gerekiyorsa) (s v = s 2 +3t 2 ) Sehim ( f max = L/300 ) Yanal burkulma ( s max = M / W x s B ) kontrolleri yapılarak profil numarası ya da kesit boyutları kesinleştirilir.
BOŞLUKLU KİRİŞLER Sabit kesit yüksekliği Değişken kesit yüksekliği CNC plazma kesim
NPI 300 EKSİZ VE EKLİ PETEK KESİTLERİN SAYISAL ÖZELLİKLERİ D/H (mm) Gn (kg/m) Artış % Wx (mm 3 ) Artış % Ix (mm 4 ) Artış % 300/420 54.2-54.2 0.0 653-968 48.2 9800-20350 108 300/620 54.2-59.8 10.3 653-1520 133 9800-47110 381 EKSİZ EK LEVHALI EK LEVHASI
PETEK KİRİŞLERİN; Şantiyede yapılan pahalı güçlendirme işlemlerine gerek kalmadan hafif ve orta büyüklükteki noktasal yükleri taşıyabilmeleri, Üst başlığına kaynatılacak kesme bağlayıcıları ile bileşik kesitli kiriş olarak ta kullanılabilmeleri, Benzer amaçlı elemanlara göre daha az yatay bağlantı gerektirmeleri, Daha yüksek ve daha hafif olan kirişlerin gövdesinde oluşan deliklerden elektrik, mekanik ve su püskürtme tesisatları geçirilebildiğinden kat yüksekliklerinin arttırılmasına gerek kalmaması, Küçülen kiriş boyutlarının duvar yükseklikleri ile inşaat maliyetinin azalmasını sağlaması, Yangına karşı yalıtımlarının kolay olması Açıkta bırakıldıklarında, etkileyici görüntüleri ile mimari tasarımı güzelleştirmeleri gibi önemli avantajları bulunmaktadır
KİRİŞLERDE YANAL BURKULMA Genellikle I şeklinde yapılan kirişler, burulma rijitlikleri az olan elemanlardır. Böylece yanal burkulma tehlikesi her zaman vardır. Kirişlerde üst başlığının açıklık boyunca ya da belli noktalarda yanal harekete karşı tutulmamış olması halinde yükleme altında kolonlardakine benzer bir durum ortaya çıkmaktadır. Basınç etkisindeki üst başlığın burkulmaya başlamasıyla kiriş stabilitesini bozmaktadır. A A-A kesiti A Yükleme öncesi Yükleme sonrası
Bu tehlikeli davranıştan kaçınmak için kiriş üst başlığı boydan boya döşeme betonu içine gömülebilir. Ya da üst başlık ara ara yatay harekete karşı tutulur. Bu durumda da tutulmamış ara açıklıkların her biri için ayrı ayrı yanal burkulma kontrolünün yapılması gerekir. Üst başlıkta : s max s B olmalı
KİRİŞ EKLERİ Kirişlerin boy yetmemesi, ekonomiklik gibi nedenlerle eklenmeleri gerekmektedir. Bunun için çeşitli tiplerde ek düzenlemeleri uygulanmaktadır
CIVATALI EKLER
KAYNAKLI EKLER ENİNE LEVHALI ÜNİVERSAL EK LEVHALI ÜNİVERSAL LEVHALI
KİRİŞ BİRLEŞİMLERİ MOMENT AKTARMAYAN DÜZENLEME Bu düzenlemede sadece mesnet reaksiyonlarının aktarılması istenir (Basit kiriş bağlantıları)
ALIN LEVHALI KÖŞEBENT DESTEKLİ LEVHA DESTEKLİ
MOMENT AKTARAN DÜZENLEME Bu düzenlemede kesme kuvvetiyle birlikte momentin de aktarılması sağlanır (Sürekli kiriş bağlantıları)
DÜZLEM KAFES KİRİŞLER
Düzlem kafesler çatı konstrüksiyonlarında en çok kullanılmakta olan elemanlardır.
H L KONSTRÜKTİF ESASLAR H / L oranı için ortalama 1/12 değeri önerilmektedir. Daha küçük değerler için sehim önemli mertebede artabileceğinden imalatta ters sehim verilir ya da sadece alt başlık ters sehimli olarak yapılır. Aynı düğüm noktasına birleşen tüm çubukların eksenleri aynı noktada kesişmelidir (statik sistem çizgileri). Hesap, düğüm noktalarının mafsal olduğu kabulüyle yapılır. Gerçekte mafsal olmadıkları için yüklemeden sonra ikincil gerilmeler oluşur. Kafes sistem düzlem olduğu için yüklerin de düzlem içi olması gerekir. Yükler düğüm noktalarına etkimelidir. Aksi halde çubuklarda eğilme ya da eğilmeli burkulma durumu oluşabilir.
Uzay kafes sistem www.protechnic.com dan alınmıştır
www.protechnic.com dan alınmıştır sistem yüksekliği açıklığın 1/20-1/30 u kadar alınabilir. www.uskon.com dan alınmıştır
www.protechnic.com dan alınmıştır
avantajları Çabuk çizim, imalat ve montaj Kısa sürede, düşük maliyetli uygulama Projelerde çağdaş çözümler Değişken modül ve yükseklikler Fonksiyonel kullanım imkanı Aydınlatma ve havalandırma sistemleri ile beraber kolay uygulama Korozyona karşı yüksek dayanıklılık Her türlü çatı kaplama materyali ile değişik uygulama imkanı ile iç ve dış çevrede dekoratif görüntü Sistem elemanlarının kolay taşınma ve depolanma imkanı Estetik görünüm
ŞAŞIRTMALI MAKAS ÇERÇEVE SİSTEM Vierendeel makası
TÜRKİYE DE ÇELİK YAPILARIN DURUMU
Yapılarda çelik kullanım oranları nedir? Avrupa genelinde 1998 verilerine göre tüketilen 170 milyon ton çeliğin yüzde 38 i inşaat sektöründe kullanılmaktadır. ABD, Japonya ve Avustralya da da yılda yaklaşık 500 bin konut soğuk bükülmüş ya da sıcak haddelenmiş çelik profillerle inşa edilmektedir. Oysa Türkiye de inşaat sektöründeki payı yüzde 5 i geçmeyen yapısal çeliğin konut üretimindeki kullanım oranı sıfıra yakındır.
İNGİLTERE DE TAŞIYICI SİSTEM MALZEMESİNE GÖRE YAPI TÜRLERİ
Türkiye de Çelik yapı inşa etmek için ne gereklidir? Objektif öncelikleri olan bir mal sahibi ile; bina çerçeve sistemlerindeki alternatifleri keşfetmeye açık, uygun malzeme ve araç desteği ile tüm detayları gerçekleştirerek projenin gelişimini tamamlayabilecek geniş ufuklu mimarlara, Çelik yapım tekniklerini ve ekonomikliği bir arada bilen proje yönetmenlerine, sağlıklı bir proje üretebilmesi için çeliğe karşı çıkmayacak, binanın detaylı tasarım hesaplarını ve analizlerini yapabilecek yazılımlara ve bilgiye sahip İnşaat Mühendislerine, Çelik yapıda tasarım, üretim, montaj işlerinin hepsini kendi bünyesinde oluşturarak yapabilen daha çok sayıda firmalara ihtiyaç vardır.
Mimar ve İnşaat Mühendislerimiz modern çelik yapı tasarımı konusunda ne durumdadır? Mimarlar genelde çelik kullanmaya açık olmakla birlikte, eğitim ve tecrübe eksikliği nedeniyle, Çelik detay tasarımını nasıl yaparız? gibi önemli bir soruları vardır. Türkiye de kendilerini kanıtlamış az sayıda strüktürel tasarımcıya sahiptir. Ancak bu tasarımcılar azınlıktadır ve yapı sektörü onları pek tanımaz. Tanınanlar, çelik binalar konusunda oldukça az bilgili, tutucu, rahatsız edici bir şekilde beton saplantılı mühendislerimizdir. Büyük olasılıkla bütün bunların nedeni, bildikleri, hep yaptıkları işleri tekrarlamak kolaylığı ve güven duydukları içindir. Bilgisayar destekli mühendislik yöntemleri konusunda ortalama oldukça geri kalmıştır. Üstelik meslek içi eğitim de kurumsallaşmış değildir. Tüm bu sınırlamalarla onlar da, çelik gibi üzerinde iyi eğitilmedikleri, donatılmadıkları bir yapı malzemesi yerine, tasarımda daha rahat hissettikleri yolu yani betonarmeyi tercih etmekteler. Bu nedenle inşaat mühendislerinin büyük çoğunluğu mühendisliğin; güvenli ve ekonomik çözümler için doğru yerde doğru malzemeyi kullanmaları gerektiğini göz ardı ederek, çok iyi sonuçlar elde edebileceği çelik mimari tasarımından uzaklaştırma eğilimindedirler