TS EN 1990 Yapı Tasarım Esasları TS EN 1991 Yapılar Üzerindeki Etkiler Carmen Amaddeo Yar. Doç. Dr. Gediz Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Özgür ÖZÇELİK Yar. Doç. Dr. Dokuz Eylul Universitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Izmir Nisan 13, 2012
Sunumun Genel Hattı Genel: Euro Kodlar EN 1990: Yapı Tasarım Esasları EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler EN 1998: Sismik Etkiler 2
EURO Kodlar (Yönetmelikler) Genel 58 pakete ayrılmış, 10 set tasarım yönetmeliğinden oluşmakta, Paketler şunları içermekte: binalar, köprüler, kuleler, silolar, tanklar, direkler. 3
EURO Kodlar Genel Üye tüm ülkelerin resmi makamlarınca tanınmaktadır ve inşaat yapım ve ilgili tüm mühendislik işlerini temel bir çerçeveye oturtan metinler bütünü. Binaların ve diğer inşaat mühendisliği yapılarının gerekli dayanım ve stabilite/kararlılıkşartlarına uygunluğunu ve ayrıca yangın güvenliğini düzenlemektedir. 4
EURO Kod Programları Genel Genellikle farklı bölümlere Euro Kodlar aşağıdaki gibidir: EN 1990 Eurocode 0: Yapı Tasarımının Temelleri EN 1996 Eurocode 6: Yığma Yapıların Tasarımı EN 1997 Eurocode 7: Geoteknik Tasarım EN 1998 Eurocode 8: Yapıların Depreme Dayanıklı Tasarımı EN 1999 Eurocode 9: Alüminyum Yapıların Tasarımı (TS 1914 Yapıların Güvenliğini Gerçeklemede Genel İlkeler) EN 1991 Eurocode 1: Yapılar Üzerindeki Etkiler (TS 9194 Yapıların EN 1992 Eurocode 2: Betonarme Yapıların Tasarımı Projelendirme Esasları Taşıyıcı Olan ve Olmayan EN 1993 Eurocode 3: Çelik Yapıların Tasarımı Elemanlar Depolanmış Malzemeler Yoğunluk ve TS EN 1994 Eurocode 4: Kompozit Çelik ve Betonarme Yapıların Tasarımı 498 Yapı Elemanlarının EN 1995 Eurocode 5: Ahşap Yapıların Tasarımı Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri ) ( Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, 2007 ve Kıyı ve Liman Yapıları, Demiryolları, Hava Meydanları İnşaatlarına İlişkin Deprem Teknik Yönetmeliği, 2007) 5
EURO Kodlar Arasındaki Hiyerarşi Yapı güvenliği, kullanılabilirlik ve durabilite/kalıcılık Yapılar üzerinde etkiler Tasarım ve detaylandırma Geoteknik ve sismik tasarım 6
EURO Kodların Hedefi ve Statüsü EURO Kodlar: Farklı ülkelerin yönetmelikleri arasındaki inşaat pratiğine bağlı engelleri kaldırarak, yönetmelikler arasında birlik sağlamak Avrupa Birliği üyesi ülkelerin inşaat endüstrisi ve bu alanda çalışan profesyonellerin, Avrupa Birliği dışındaki ülkelerde rekabet potansiyelini geliştirmek. 7
EN 1990: Yapı Tasarımının Temelleri 8
EN 1990: Yapı Tasarımının Temelleri EN 1990 Euro kodun baş teknik metnidir. EN 1991: Yapılar üzerindeki etkilerve EN 1992-EN 1999: Tasarım Eurokodları EN 1990ile birlikte kullanılmak zorundadır, EN 1990 malzemeden bağımsız olarak, yapı tasarımı ve inşaat mühendisliği işlerine dair güvenlik için gerekli bilgileri içermektedir. 9
EN 1990: İçerik Önsöz Bölüm 1: Genel Bölüm 2: Şartlar Bölüm 3: Limit Durum Prensipleri Bölüm 4: Temel Değişkenler Bölüm 5: Yapı Analizi ve Deney Destekli Tasarım Bölüm 6: Kısmi Güvenlik Faktörü Yöntemi ile Doğrulama Ek A(n) (N): Binalar için Uygulama (1); Köprüler (2) Ek B (I): İnşaat İşleri için Yapı Güvenilirliği Yönetimi Ek C (I): Kısmi Güvenlik Faktör Tasarımının Temelleri ve Güvenilirlik Analizi Ek D (I): Deney Destekli Tasarım 10
EN 1990: Kapsam EN1990,EN 1991 -EN 1999 dışında kalan diğer malzemelerin ve etkilerin kullanıldığı yapıların tasarımı için de kullanılabilir, EN 1990, mevcut yapıların değerlendirilmesi, kullanım değişikliği, onarımve güçlendirmetasarımları için de uygulanır. Not: Nükleer santraller, barajlar gibi özel yapıların tasarımı için EN 1990 -EN 1999 yönetmeliklerinin dışında farklı yönetmelikler gerekebilir. 11
EN 1990: Hedefler EN 1990 yapılar için aşağıdaki temel prensip ve şartları tanımlar, Güvenlik, Kullanılabilirlik, Kalıcılık (durabilite), Tasarım ve doğrulamanın (gerçelleme/tahkik) temellerini verir, Yapı güvenilirliği (structural safety) için gerekli kılavuz bilgileri sağlar. 12
EN 1990: Tanımlar Yapısal Euro kod paketi için özellikle önemli olan ve ulusal ölçekte değişiklik gösterebilen anahtar tanımlar aşağıda verilmiştir: Etki (Action): kuvvet veya zorlama deformasyon/şekil değiştirme (örn.: dış kuvvet, sıcaklık etkileri, çökme vb.) Tepki (Action Effects): iç kuvvetler (eğilme momenti, kesme kuvveti, etki sonucu gelişen şekil değiştirmeler) 13
EN 1990: Tanımlar Dayanım (Strength): Malzemenin mekanik özelliğidir (gerilme birimindedir, Pa, kpa, MPa vb.), Direnç (Resistance): Bir yapısal eleman kesitinin mekanik özelliğidir (eğilme direnci, burkulma direnci, çekme direnci vb.), Uygulama (Execution): İşin fiziksel olarak bitirilmesi için gerekli olan tüm aktiviteleri kapsayan eylemler bütünüdür (ihale, kontrol, dokümantasyon vb.). 14
EN 1990: Temel Şartlar/Zorunluluklar Güvenlik, kullanılabilirlik, sağlamlık, yangın Güvenilirlik (reliability) Tasarım ömrü Kalıcılık Kalite güvencesi 15
EN 1990: Şartlar Yapısal Güvenlik ve Kullanabilirlik Yapı Güvenliği: Yapı hedeflenen ömrü boyunca, uygulama ve normal kullanım şartları altında üzerine etkiyen tüm etkilere karşı yeterli güvenilirlikte karşı koymalı, bunu yaparken ekonomik olarak tasarlanmalı ve inşa edilmelidir (insan emniyeti, yapının ve içeriğinin emniyeti). Kullanılabilirlik: Yapı hedeflenen ömrü boyunca, uygulama ve normal kullanım şartları altında hedeflenen fonksiyonunu yeterli güvenilirlikte yerine getirmeli, bunun yaparken ekonomik olarak tasarlanmalı ve inşa edilmelidir (yapının fonksiyonu, konforu ve görünümü). 16
EN 1990: Şartlar Sağlamlık Sağlamlık: Yapı uygun bir şekilde tasarlanmalı ve inşa edilmelidir ki aşağıdaki etkiler altında yüksek düzeylerde hasar görmesin: Patlama Çarpışma İnsan kaynaklı hatalar Not: Hangi olayların dikkate alınacağı proje bazlı olarak müşteri ve ilgili otoriteler (merciler) tarafından karar verilir. Patlama Hasarı Ronan Point 1968 17
EN 1990: Şartlar Sağlamlık Sağlamlık İzin verilebilir hasarın limitleri (A): Kat alanının %15 i veya Toplam 100 m 2 (hangisi küçükse). (B) : Kaldırılacak kolon. a) Plan görünüşü b) Yan görünüş (kesit) 18
EN 1990: Şartlar Sağlamlık Tespit Edilmiş Tehlikelerden Kaynaklı Potansiyel Hasarların Sınırlanması EN 1990 potansiyel tehlikelerin sınırlandırılmasına yönelik bir seri prensip vermektedir: Yapının maruz karabileceği tehlikelerden kaçınılması, yok edilmesi ve azaltılması (örn.: rutin bakım), İlgilenilen tehlike için daha az hassas olan yapısal formun seçilmesi, Yanlışlıkla bazı taşıyıcı elemanların veya yapının sınırlı bir bölümünün kaldırılması, lokal hasarın meydana gelmesi durumunda işlevini sürdürebilecek form ve tasarımın seçilmesi (kuvvetlerin yeniden dağılmasını sağlayacak serbestlik), Herhangi bir uyarı göstermeden (ani olarak) göçme gerçekleştirmeyecek yapısal sistemlerin kullanılması, Yapısal elemanların bağlantılı olması. 19
EN 1990: Şartlar Sağlamlık Sağlamlık: Büyük açıklıklı yapılarda, lokal göçme durumunda göçmenin kabul edilebilir yaygınlıkta olması. 20
EN 1990: ŞARTLAR Tasarımın Temelleri EN1990 nın Temel Şartları Güvenlik, kullanılabilirlik, sağlamlık ve yangın Güvenilirlik (Reliability) Tasarım ömrü Kalıcılık Kalite güvencesi 21
EN 1990: ŞARTLAR Güvenilirlik Bir yapı için seçilen güvenilirlik düzeyi aşağıdaki faktörleri dikkate almalıdır: Hayat kaybı, yaralanma ve ekonomik kayıplar açısında göçmenin olası sonuçları, Göçme durumunun kamuda yarattığı algı, Göçme riskinin azaltılması için gerekli prosedürlerin getirdiği ek giderler. 22
EN 1990: ŞARTLAR Güvenilirlik EN 1990: Sonuç Sınıflarının Tanımları Sonuç Sınıfı Tanım Örnek Bina ve İnşaat Mühendisliği İşleri CC3 CC2 CC1 Yüksekcan kaybıveya ekonomik kayıp; sosyal veya çevresel etki çok büyük Ortadüzeyde can kaybıveya ekonomik kayıp; sosyal veya çevresel etki ciddi düzeyde Düşükdüzeyde can kaybıveya ekonomik kayıp; sosyal veya çevresel etki küçük veya ihmal edilebilir düzeyde Tribünler,köprüler, kaybı durumunda sonuçların büyük olacağı kamu binaları (örn.: hastane) Konut ve ofis binaları İnsanların yaşamadığı tarımyapıları (örn.: seralar, depo yapıları vb.) 23
EN 1990: ŞARTLAR Tasarımın Temelleri EN1990 nın Temel Şartları Güvenlik, kullanılabilirlik, sağlamlık ve yangın Güvenilirlik (reliability) Tasarım ömrü Kalıcılık Kalite güvencesi 24
EN 1990: ŞARTLAR Tasarım Ömrü Tasarım ömrü bir yapı için hedeflenen işlevini, sadece daha önceden ön görülen bakım-onarım rutin işleri altında yerine getirmesi beklenen süredir. Bu durumda, EN 1990 da önerilen tasarım ömrü Binalar için 50 yıl, Köprüler için 100 yıldır. 25
EN 1990: Şartlar Tasarım Ömrü Tasarım Ömrü Kategorileri Tasarım Ömrü (Yıl) Örnekler 1 10 Geçici yapılar (1) (örn.: acil yardım için kurulan konstrüksiyonlar, stantlar vb.) 2 10-25 Değiştirilebilir yapısal elemanlar(örn.: vinç kirişleri vb.) 3 15-30 Tarımsal yapılar 4 50 Bu listede listelenmemiş bina türü genel yapılar 5 100 Anıtsal yapılar, otoban ve demiryolu köprüleri (1) Tekrar kullanılması açısından sökülebilen yapılar veya yapısal elemanlar geçici olarak düşünülmemelidir (örn.: prefabrik elemanlar geçici yapılar değildir). 26
EN 1990: ŞARTLAR Tasarım Ömrü Tasarım ömrü kavramı aşağıdaki durumların belirlenmesi için önemlidir: Tasarım için gerekli etkinin seçilmesi (örn.: rüzgar, deprem), Malzeme bozulmasının dikkate alınması (örn.: yorulma, sünme vb.), Bakım-onarım stratejilerinin oluşturulması, 27
EN 1990: ŞARTLAR Tasarımın Temelleri EN1990 nın Temel Şartları Güvenlik, kullanılabilirlik, sağlamlık ve yangın Güvenilirlik (Reliability) Tasarım ömrü Kalıcılık Kalite güvencesi 28
EN 1990: ŞARTLAR Kalıcılık Uygun bakım-onarım hizmetleri alan yapı, çevresel etkiler altında, ilk halini tasarım ömrü boyunca korumalıdır. Tasarım aşamasında yapılan bu kabul kalıcılık kabulüdür. Uygun düzeyde bakım hizmeti alacağı kabul edilen yapı, öyle bir tasarlanmalıdır ki; çevresel etkilerden kaynaklı zamana bağlı bozulmalar yapının performansını ve kalıcılığını etkilememelidir. 29
EN 1990: ŞARTLAR Kalıcılık Nihai Limit-Durum: Yapının güvenliği İnsanların güvenliği Özel durumlarda bina içeriğinin güvenliği Yapının tamamının veya bir bölümünün dengesini kaybetmesi, Aşırı deformasyondan kaynaklı göçme, yapının veya bir bölümünün mekanizmaya dönüşmesi, yapıda kopma, stabilite kaybı (mesnetler, temeller, yapının bir bölümü) Yorulmaya veya diğer zamana bağlı etkiler kaynaklı göçme durumu Kullanılabilirlik Limit-Durumu: Normal kullanım altında, yapının hedeflenen fonksiyonunu sürdürmesi, İnsan konforu, İnşaat işinin genel görünümü 30
EN 1990: ŞARTLAR Tasarımın Temelleri EN1990 nın Temel Şartları Güvenlik, kullanılabilirlik, sağlamlık ve yangın Güvenilirlik (Reliability) Tasarım ömrü Kalıcılık Kalite güvencesi 31
EN 1990: ŞARTLAR Kalite Güvencesi Tasarım aşamasında uyulan şartlara ve yapılan kabullere uygun bir bina elde etmek için, uygun kalite yönetim ölçülerinin uygulanması gerekmektedir, EN 1990 da tanımlı bu ölçüler aşağıda verilmiştir: Güvenilirlik şartlarının tanımı, Örgütsel aktörlerin varlığı, Tasarım, uygulama, kullanım ve bakım-onarım aşamalarında yapılan kontroller. EN ISO 9001:2000 kalite yönetimi için kabul edilebilir bir temel sunmaktadır. 32
EN 1990: Tasarım Durumları EN 1990 da tanımlı tasarım durumları: Kalıcı/sürekli tasarım durumları, normal kullanım durumunu tanımlar. Tesadüfi tasarım durumları, yapının etkisi altında kaldığı istisnai durumlardır (örn.: yangın, patlama, çarpma, lokal göçme durumları vb.) Sismik tasarım durumları, yapının sismik etkilere maruz kaldığı durumlardır, Geçici tasarım durumları, yapının geçici olarak maruz kardığı durumları tanımlar (örn.: inşa aşaması, onarım vb.) Hangi tasarım durumunun seçileceğine, yapının hedeflenen fonksiyonunu yerine getirmesi beklenen durumlar dikkate alınarak karar verilir. 33
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri TASARIM DURUMLARI Kalıcı, geçici, tesadüfi, sismik İLGİLİ AJANLAR Ölü yükler, rüzgar, trafik kazası, deprem vb. ETKİLER Yük, basınç, darbe kuvveti, yer ivmesi ETKİLERİN KOMBİNASYON Aynı anda olması muhtemel etkilerin kombinasyonu TEPKİLER Kuvvet, moment, dönme, yer değiştirme Limit Durum Kontrolü! 34
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri NİHAİ LİMİT DURUMLAR: Yapı güvenliğinin insanlar ve bina açısında değerlendirilmesi Kopma Göçme Denge kaybı Mekanizma oluşumu Yorulma göçmesi KULLANILABİLİRLİK LİMİT DURUMLAR: Yapının kullanım düzenini bozan durumlar açısından değerlendirilmesi Deformasyon miktarı Titreşim düzeyi Çatlak düzeyi Kullanımı olumsuz yönde etkileyen hasarlar Limit Durum: Genel olarak yapının ilgili tasarım kriterlerini sağlayamadığı durum olarak tanımlanır! 35
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri Limit Durum Tasarımı Aşağıdaki verilerin tasarım değerleri kullanılarak yapısal ve kuvvet modelleri oluşturulur: Etkiler (ölü yükler, rüzgar, deprem vb.), Malzeme özellikleri (tasarım değerleri), Geometrik veri (nominal yapı geometrisi). Aşağıdaki olasılıklar tanımlanarak, kuvvet durumları belirlenir: Kuvvet kombinasyonları, Etkilerin kabul edilen yön ve pozisyonlarından sapma olasılığı, Eş zamanlı olarak dikkate alınacak deformasyonlar ve kusurlar. ve tüm tasarım durumları için sağlamalar/tahkikler yapılır. 36
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri Limit Durumlarda Doğrulama (Tahkik) Nihai Limit Durum: Dayanım (YAPI/ZEMİN): Etki ( Yük ) Etkisi (iç kuvvetler) E d R d Dayanım Statik Denge (DENGE): Kararlılığı bozan etkiler E d,dst E d,stb Kararlılık/Stabilite etkileri Temel seviyesindeki denge durumu (devrilme momentleri) Kullanılabilirlik: C Kriteri (ilgili kullanılabilirlik kriteri): Tasarım Etkisi E d C d Tasarım Kriteri 37
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri DENGE YAPI ZEMİN Yapının veya rijit cisim olarak dikkate alınan bir bölümünün statik denge kaybı: -Yapı malzemesinin veya zeminin dayanımıgenellikle belirleyicirol oynamaz. Yapının veya yapısal elemanların göçmesi: -Yapı malzemesinin dayanımıveya yapınınaşırı deformasyonu belirleyici rol oynar. Zeminin göçmesi veya aşırı deformasyonu: - Zeminin dayanımı önemli rol oynar. YORULMA Yapının veya yapı elemanlarının yorulma göçmesi. 38
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri Nihai Limit Durumlar 39
EN 1990: Limit Durum Tasarımının Temelleri DENGE YAPI ZEMİN YORULMA 40
EN 1990: Temel Değişkenler Etki ve Çevresel Etkiler Sürekli Etkiler (G): öz ağırlık, büzülme, oturma Ön-germe Etkileri (P): etkitilmiş kuvvet/deformasyon Değişken Etkiler (Q): empoze yük, rüzgar, kar, sıcaklık Tesadüfi Etkiler (A): çarpma, patlama, sismik etkiler. Etkinin en sık rastlanılan şiddet değeri (karakteristik değer), bir model yardımıyla tanımlanmalıdır. 41
EN 1990: Temel Değişkenler Değişken Etkileri Karakterize Eden Değerler Karakteristik Değer (Q k ) Kombinasyon Değeri (ψ 0 Q k ) Kalıcı ve geçici tasarım durumlarına ait nihai limit durumlarının ve Tersinemez kullanılabilirlik limit durumlarının tahkiki için kullanılır, Sık Görülen Değer (ψ 1 Q k ) (belli bir süre içinde aşılma olaşılığı %1) Tesadüfi etkileri içeren nihai limit durumlar ve Tersinebilir kullanılabilirlik limit durumlarının tahkiki için kullanılır, Yarı-kalıcı Değer (ψ 2 Q k ) (belli bir süre içinde aşılma olaşılığı %50) Tesadüfi etkileri içeren nihai limit durumların ve belli bir süre içinde aşılma olasılığı belli bir olasılık ile mümkün olan değer; örn.: çevresel etkiler 1 yılda %2 aşılma olasılığı gibi.) Tersinebilir kullanılabilirlik limit durumlarının, uzun süreli etkiler için. 42
EN 1990: Temel Değişkenler Sürekli Etkiler Değişken Etkiler Tesadüfi Etkiler Sismik Etkiler Karakteristik Değer G k (P k ) Q k A Ek Nominal Değer A d A ed =γ I A Ek Kombinasyon Değeri Sık Değer Yarı-kalıcı Değer ψ 0 Q k ψ 1 Q k ψ 2 Q k 43
EN 1990: Temel Değişkenler Değişken Etkilerin Temsili Değerleri Q nun Anlık Değeri Q k karakteristik değer ψ 0 Q k kombinasyon değer ψ 1 Q k sık değer ψ 2 Q k yarı-kalıcı değer Zaman 44
EN 1990: Temel Değişkenler Binalar için tavsiye edilen çarpanlar 45
EN 1990: Kombinasyonlar Yapı/Zemin için Nihai Limit Durumlar Kalıcı ve geçici tasarım durumları için temel kombinasyonlar: (6.10) ifadesi Temel değişken etki (hepsi için tek tek yapılacak) γ G " + " γ P " + " γ Q " + " γ ψ Q G, j k, j P Q,1 k,1 Q, i 0, i k, i j> 1 i> 1 + : diğerlerine eklenecek Σ: birleştirilmiş etki Azaltılmış diğer değişken etkiler, temel değişken etki ile aynı anda gerçekleşme ihtimali az olduğu için! 46
EN 1990: Kombinasyonlar Yapı/Zemin için Nihai Limit Durumlar Tesadüfi tasarım durumları: (6.11b) ifadesi Tesadüfi kuvvetler ( veya ) G + P + A + ψ ψ Q + ψ Q k, j d 1,1 2,1 k,1 2, i k, i j> 1 i> 1 Sismik tasarım durumları: (6.12b) ifadesi G + P + A + ψ Q k, j Ed 2, i k, i j> 1 i> 1 Sismik kuvvetler Not: Sismik kuvvetler ile rüzgar kuvvetleri, kar kuvvetleri, sıcaklık etkileri alınmıyor, ψ 2 = 0. 47
EN 1990: Kombinasyonlar Kullanılabilirlik Limit Durumları Karakteristik Kombinasyon (tersinemez): Sık Kombinasyon (tersinebilir): G + P + Q + ψ Q k, j k,1 0, i k, i j> 1 i> 1 Yarı-kalıcı Kombinasyon (tersinebilir): G + P + ψ Q + ψ Q k, j 1,1 k,1 2, i k, i j> 1 i> 1 G + P + ψ Q k, j 2, i k, i j> 1 i> 1 48
EN 1990: Yapı Analizi Statik veya Eşdeğer Statik Etkiler Model yapı davranışını yeterli doğrulukta tahmin edebilmelidir, Yapısal elemanlar, birleşimler ve zemin için uygun kuvvet-deformasyon ilişkileri seçilerek modelleme yapılır, Hedeflenen sınır şartları (mesnetlenme durumları) seçilir, Gereklilik halinde ikinci mertebe (P-delta etkisi) etkileri dahil edilir. Binanın statik analizi için alt-yapılara ayrılması 49
EN 1990: Yapı Analizi Dinamik Etkiler Tüm yapısalve yapısal olmayanelemanlar için modelleme aşağıdaki büyüklükler dikkate alınarak yapılır, - Kütleler - Rijitlik - Sönüm özellikleri - Hedeflenen sınır şartları - Dayanım Eşdeğer yay ve sönüm kutuları ile modellenmiş zemin katkısı, Rüzgar ve deprem etkileri için modalanaliz veya birinci modunetkin olduğu durumlarda eşdeğer statik kuvvetler, Dinamik etkiler ayrıca zaman tanım aralığında adım adım analiz veya uygun yöntemlerle frekans tanım aralığında analiz ile dikkate alınabilir. 50
EN 1990: Yapı Analizi Rüzgar Etki Tipik Tepki Hareketli insan yükü Makine yükleri 51
EN 1990: Yapı Analizi Köprü üzerinde düşey trafik yükü Etki Tipik Tepki Deprem Dış patlama 52
EN 1990: Deney Destekli Tasarım Yeterli hesap modellerinin olmaması durumunda, Benzer bileşenlerin çok sayıda üretilmesi durumunda, Tasarımda yapılan kabullerin kontrolü amacıyla Az sayıda numunenin test edilmesi durumunda, bu nedenle oluşacak istatistiksel belirsizlik dikkate alınmalıdır. 53
EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler 54
EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler EN 1991-1-1 Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler EN 1991-1-2 Yangın etkisindeki yapılara etkiler EN 1991-1-3 Kar yükleri EN 1991-1-4 Rüzgar kuvvetleri EN 1991-1-5 Termal/sıcaklık etkileri EN 1991-1-6 İnşa aşamasındaki etkiler EN 1991-1-7 Çarpma ve patlama kaynaklı tesadüfi etkiler EN 1991-2 Köprülerde trafik yükleri EN 1991-3 Vinç ve makine kaynaklı etkiler EN 1991-4 Silolara ve tanklara etkiyen etkiler 55
EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler Etkilerin farklı şekilde sınıflandırılması: Zamanla değişken: Kalıcı, değişken, tesadüfi (kazai) Orijin: Doğrudan veya doğrudan olmayan (büzülme, oturma vb.) Uzaysal değişim: Sabit veya serbest Doğası gereği veya oluşturduğu yapısal etki gereği: Statik veya Dinamik 56
EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler EN 1991-1-1 Yoğunluklar, öz-ağırlık ve empoze yükler EN 1991-1-3 Kar yükleri EN 1991-1-4 Rüzgar kuvvetleri 57
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Binaların ve inşaat mühendisliği yapılarının yapısal tasarımında kullanılacak etkiler aşağıdaki gibidir: İnşaat malzemelerinin yoğunlukları, depolanan malzemeler (Bölüm 4 & Ek A) İnşaat malzemelerinin öz-ağırlıkları(bölüm 5) Kullanım sınıfına bağlı olarak döşemeler ve çatılar için empoze yükler (hareketli yük benzeri) (Bölüm6): 58
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Yoğunluklar: İnşaat ve depo malzemeleri için genellikle yoğunlukların karakteristik değerleri (ortalama değer) kullanılır, Eğer değerlerde önemli bir saçılma varsa (varyasyon katsayısı > 0.05), örn.: nem muhtevası, alt ve üst limitler kullanılmalıdır, Sadece ortalama değerlerin olması durumunda, tasarımda bu değerler karakteristik değerler olarak alınmalıdır, EN 1991-1-1 Ek A dabirçok farklı malzeme için ortalama değerler verilmiştir (TS 9194 de de ortalama değerler verilmiştir). 59
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Kalıcı Yükler: Kombinasyon etkileri kullanıldığında, yapısal ve yapısal olmayan elemanlara ait toplam öz-ağırlık tek etki (diğer etkilerden istatistikçe bağımsız) olarak dikkate alınır, İnşaat bittikten sonra yapısal ve yapısal olmayan elemanların eklenmesi veya kaldırılmasıgerekiyorsa, kritik yük kombinasyonları tanımlanmalı ve dikkate alınmalıdır, Depo amaçlı kullanılacak yapılar için malzemelerin nem içeriği ağırlıkları değiştirdiğinden, ilgili durumlarda su düzeyi dikkate alınmalıdır. 60
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Yapılar üzerindeki empoze yükler: Genellikle değişken serbest etkilerdir. Empoze yükler genellikle yarı-statiketkilerdir. Eğer rezonans riski yoksa, yapılar üzerinde sınırlı dinamik etkilerin dikkate alınmasına olanak sağlarlar. Yapısal elemanlar üzerinde önemli düzeyde ivmeoluşturan etkiler dinamik etki olarak sınıflandırılır ve dinamik analizde dikkate alınır. Fork-liftlerinkaldırma ve helikopterlerininiş/kalkış anlarında oluşan ek atalet yükleri, statik yük değerleri dinamik büyütme katsayısı olan φ ile büyütülerek dikkate alınır. 61
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Empoze yükler (devam): İnsanların normal kullanımı ile ilişkili yükler, Eşya ve hareket edebilen objeler, Araçlar, İnsanların ve eşyanın konsantrasyonu, veya taşınma ve yeniden organizasyon durumlarında eşyaların üst-üste yığılması gibi az rastlanan durumlar. Empoze kuvvetler diğer değişken kuvvetler ile aynı anda etkidiğinde (örn.: rüzgar, kar, vinç, makine vb.) empoze kuvvetlerin toplamı tek bir etki olarak dikkate alınabilir. 62
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Empoze Yükler (devam): Empoze yüklerin döşemeler ve çatılar için karakteristik değerleri yapının kullanım durumuna göre tanımlanmıştır: Konut, sosyal, ticari ve kamusal alanlar, Garaj ve araç trafiği, Depo alanları ve endüstriyel bölgeler, Çatılar, Helikopter iniş pistleri. 63
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Empoze Kuvvetlerin Temel Kullanım Kategorileri: Konut, sosyal, ticari ve kamusal alanlar - 4 kategori (A, B, C ve D) Depo ve endüstriyel aktivite alanları - 2 kategori (E1 ve E2) Garaj ve taşıt trafiği (köprüler hariç) - 2 kategori (F ve G) Çatılar - 3 kategori (H, I ve K) 64
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Tablo 6.2 Yapılarda balkon, döşeme, merdiven için empoze yükler (EN 1990). Yüklü Bölge Kategorileri q k [kn/m 2 ] Q k [kn] Kategori A - Döşeme - Merdiven - Balkon Kategori B Kategori C - C1 - C2 - C3 - C4 - C5 Kategori D - D1 - D2 1,5 to 2,0 2,0 to 4,0 2,5 to 4,0 2,0 to 3,0 2,0 to 3,0 3,0 to 4,0 3,0 to 5,0 4,5 to 5,0 5,0 to 7,5 4,0 to 5,0 4,0 to 5,0 2,0 to 3,0 2,0 to 4,0 2,0 to 3,0 1, 5 to 4,5 3,0 to 4,0 2,5 to 7,0 (4,0) 4,0 to 7,0 3,5 to 7,0 3,5 to 4,5 3,5 to 7,0 (4,0) 3,5 to 7,0 65
EN 1991-1-1: Densities, self-weight and imposed loads Empoze yükler için yük düzenleri: Döşeme sistemi için orta açıklıkta eğilme momentinin maks. değeri (yatay elemanlar için en elverişsiz kesit zorlaması) Satranç tahtası düzeni EN 1991-1-1 de verilen basitleştirme 66
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Olasılıksal Yön: Öz-ağırlık genellikle hacim ve yoğunluğun çarpımı olarak bulunur; burada her iki değişken de normal dağılıma sahip rassal/random değişkenlerdir. Empoze yükler ise genellikle Gumbel dağılımı (maksimum vey/veya minimumların dağılımı) ile tariflenir, ancak uzun süreli yükler için Gamma dağılımı, kısa süreli yükler için ise Üssel dağılım da kullanılabilmektedir. 67
EN 1991-1-1: Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler Empoze Yükler için Uyarılar: Aynı anda (simültane) oluşmayacak etkiler birlikte ele alınmamalıdır. Lokal tahkik (doğrulama) için Q k konsantre yükü tek başına etkiyormuş gibi ele alınmalıdır. Bir kat içindeki döşeme yapılarının tasarımı için, empoze yükler etki alanı içinde en gayri müsait yerde etkitilmelidir. 68
EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler EN 1991-1-1 Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler EN 1991-1-3 Kar yükleri EN 1991-1-4 Rüzgar kuvvetleri 69
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Kar yükü etkileri aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır: Değişken: şiddetin zamanla değişiminden kaynaklı etkisinin ne ihmal edilebilir, ne de monotonik olduğu etki. Sabit: yapı üzerinde oluşan etkinin sabit dağılıma ve pozisyona sahip olduğu etki. Statik: yapıda veya yapısal elemanlarda ciddi ivmelerin oluşmadığı etki. Özel durumlar tesadüfi etkiler olarak ele alınabilir: yapının tasarım ömrü boyunca oluşması çok düşük ihtimalli durumlar; örn.: kısa süreli ancak büyük şiddete sahip kar etkileri. 70
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Farklı iklimsel durumlar, farklı tasarım durumlarının dikkate alınmasını gerektirmektedir. Aşağıda dört farklı olasılık tespit edilmiştir: - A Durumu: normal durum (istisnai olmayan yağış ve yığılma) - B1 Durumu: istisnai yağış ve istisnai olmayan yığılma - B2 Durumu: istisnai olmayan yağış ve istisnai yığılma - B3 Durumu : istisnai yağış ve yığılma. 71
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Kar Yükü Haritası: Avrupa İklimsel Bölgeleri 72
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Yükün Doğası: Çatı üzerinde biriken karın farklı paternlerde/şekillerde birikebileceği göz önünde bulundurmalı. Farklı Paternlerin Oluşmasına Neden Olabilecek Çatı Özellikleri veya Diğer Faktörler: Çatı şekli Termal özellikleri Yüzey pürüzlülüğü Çatı altında oluşan ısı miktarı Etraftaki binaların yakınlığı Çevreleyen arazi şartları Lokal meteorolojik iklim, özellikle rüzgar durumu, sıcaklık değişimi ve yağış ihtimali (yağmur ve/veya kar olarak). 73
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Çatılardaki Kar Yükünün Belirlenmesi Çatılarda yığılma yapmamış kar yükü Çatılarda üniformolarak dağılmış kar yükü durumu, kar yükünün şekli sadece çatı geometrisine bağlı. Çatılarda yığılma yapmış kar yükü Örneğin rüzgar etkisi ile kar yükünün çatı üzerinde belli bir noktada yığılma yapmış yük durumu. 74
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Şekil Katsayıları EN 1991-1-3 Şekil katsayılarını aşağıdaki durumlar için vermiştir: Yığılma yapmamış ve yapmış yük durumları, Çatı şekilleri Tek tarafı eğimli İki tarafı eğimli Çok açılıklı Silindirik Karasal iklimler Sürekli/değişken durumlar için belirlenir. 75
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Şekil Katsayıları Yığılma Yük Durumları (Bölüm 5 Karasal İklim) İstisnai Yığılma Yük Durumları (EK B Ilıman iklimler) 76
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Şekil Katsayıları Şiddetli kar fırtınası nedeni ile çökmüş çatı 77
EN 1991-1-3: Kar Yükleri Şekil Katsayıları Dengesiz kar yığılma paterni nedeni ile çökmüş silo çatısı 78
EN 1991: Yapılar Üzerindeki Etkiler EN 1991-1-1 Yoğunluk, öz-ağırlık ve empoze yükler EN 1991-1-3 Kar yükleri EN 1991-1-4 Rüzgar kuvvetleri 79
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Rüzgarın etkidiği yöndeki ani rüzgar (gust) kuvvetleri Ortalama Hız Profili Ortalama Basınç Profili Rüzgar etkisini belirleyen temel parametre karakteristik maksimum rüzgar basıncı parametresidir(q p ), bu değer hem ortalama rüzgar hızı hem de türbülans etkilerini içermektedir, bölgesel rüzgar iklimine göre farklılık göstermektedir, Yapının yüksekliğine ve narinliğine bağlı olarak rüzgar kuvvetleri yapıyı doğal titreşim frekansında rezonansa getirebilir. Yapı Yapı Deformasyonu Rüzgar akışı sırasında oluşan türbülansyapının dinamik tepkisini önemli ölçüde artırabilir. 80
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Avrupa Temel Rüzgar Hız Haritası Maksimum basınç q p (z) 81
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Euro koda göre yapıya etkiyen rüzgar kuvvetleri aşağıdaki gibi hesaplanır : Burada: - c s boyut faktörü - c d dinamik faktör - c f kuvvet katsayısı Quasi-statik rüzgar kuvveti (dinamik rüzgar kuvvetleri değil); ancak yönetmelik dinamik rüzgar etkisini de dikkate alacak bölümleri içermektedir. - q p (z e ) ortalama hız cinsinden ifade edilmiş maksimum hız basıncı - z e referans yüksekliği (yapının zemin üstünde kalan maksimum yüksekliği) - A ref referans alan Bu parametreler arazi kategorisinin fonksiyonu olarak hesap edilir. 82
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Arazi Kategorileri Kategori 0 Açık denize maruz bölgeler Kategori I Herhangi bir engelin ve ihmal edilebilir düzeyde bitki örtüsünün olduğu göl kıyısı düz alanlar. Kategori II Az düzeyde bitki örtüsünün ve seyrek engellerin olduğu düz alanlar (minumum 20 engel yüksekliği ile birbirinden ayrılmış) 83
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Arazi Kategorileri Kategori III Düzenli bitki örtüsünün veya binaların olduğu, binaların maksimum 20 engel boyu ile ayrıldığı alanlar (köyler, banliyöler, ormanlık alanlar). Kategori IV En az %15 lik bölümü, ortalama yüksekliği an az 15 m olan binalar ile kaplanmış alanlar. 84
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Kullanım Sınırları Yapı Limitler (EN 1991-1-4) Binalar Yükseklik: maks. 200 m Viyadükler Açıklık: maks. 200 m Asma/Kablo Köprüler Özel çalışma/eksper Görüşü Yaya Köprüleri Açıklık: maks. 30 m Oldukça geniş farklı yapı türlerine uygulanabilen EN 1991-1-4, gerekli basınç ve kuvvet katsayılarını bu yapılar için içermektedir. 85
EN 1991-1-4: Rüzgar Kuvvetleri Yönetmeliğin Rüzgar Kuvvetleri Kısmının Avantajları ve Dezavantajları EN 1991-1-4 ün diğer ulusal standartlar ile karşılaştırması + Yeni kapsamlı basınç ve kuvvet katsayıları + Rüzgar kuvvetlerinin daha doğru tanımı + Hafif yapılar için uygunluk + Birçokdurumda rüzgar eksperleri tarafından ek çalışmaların yapılması gerekliliğini ortadan kaldırması - Uygulanması basit standartlara göre daha zor - Parametrelerin seçimi basit yapılar için bile diğer standartlara göre daha zor. 86
EN 1998: Eurocode 8: Sismik Etkiler 87
EN 1998: Sismik Etkiler Eurocode 8 Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı EN1998-1: Genel kurallar, sismik etkiler ve yapılar için kurallar EN1998-2: Köprüler EN1998-3: Binaların değerlendirilmesi ve güçlendirilmesi EN1998-4: Silolar, tanklar ve boru hatları EN1998-5: Temeller, istinat yapıları ve geoteknik yönler EN1998-6: Kuleler, direkler ve bacalar 88
EN 1998: Sismik Etkiler Zemin Türü A Kaya B Sıkı kum, çakıl veya çok katı/rijit kil C Orta sıkı kum, çakıl veya katı kil D Gevşek-orta sıklıkta kohezyonsuz zemin veya yumuşak-sert kohezif zemin E Çok daha rijit bir katman üzerinde 5-20 m kalınlığında alüvyon tabaka S1 ve S2 zemin türleri özel çalışmalar gerektirmektedir. Zemin durumu en üst 30 m deki kayma dalgası hızları ile ve ayrıca N spt ve C u değerleri ile belirlenir. 89
EN 1998: Sismik Etkiler Elastik Tepki Spektrumunun Parametreleri A türü zeminlere karşılık gelen, ve T NCR referans periyodundaki referans maksimum yer ivmesi a gr, Birbirinden bağımsız 2 adet birbirine dik yatay bileşen (%100, %30, %30 tüm yönler için), Yatay spektrumun şeklinden farklı düşey spektrum da kullanılmaktadır (tüm zemin türleri için aynı) Farklı sismik kaynak mekanizmalarının (farklı fay mekanizmaları, yakınlık, uzaklık vb.) modellenmesi için birden fazla farklı spektral şekillerin kullanımına izin vermektedir, 90
EN 1998: Sismik Etkiler Elastik Tepki Spektrumu S e (T):Elastik tepki spektrumu a g :A türü zeminlerde tasarım maksimum yer ivmesi (bulunduğunuz yerin koordinatlarına bağlı) T B T C T D :spektrumlardaki köşe periyotlar S: zemin büyütme faktörü (farklı zemin türlerine göre değişiyor) η:sönüm düzeltme faktörü (%5 sönüm için η= 1) 91
EN 1998: Sismik Etkiler Elastik Tepki Spektrumu Yönetmelikte, kullanılması önerilen iki farklı tür spektral şekil var; bu şekiller bölgenin lokal tehlikesine en çok katkı koyacak depremin karakteristiğine göre belirlenmekte: Tip 1 Yüksek ve orta sismik aktiviteye sahip bölgeler (M s > 5.5); (büyük şiddetli uzak odaklı depremler) Tip 2 Düşük sismik aktiviteye sahip bölgeler (M s 5,5); (orta şiddetli yakın odaklı depremler) 92
EN 1998: Sismik Etkiler Elastik Tepki Spektrumu Tip 1 M s > 5.5 Tip 2 M s 5.5 93