TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 Prof. Dr. Görün Arun 06.1 AHŞAP YAPILAR Malzeme + Yapı Elemanları Ahşap, tarih boyunca her kültür tarafından oldukça fazla kullanılmış bir yapım malzemesidir. Kolaylıkla ormandan elde edilir ve üretilir. 2 Ahşap izotropik olmayan bir malzemedir. Ahşabın taşıma gücü liflerine dik doğrultuda zayıftır. Lifleri doğrultusundaki çekme dayanımı liflerine dik doğrultudaki çekme dayanımından 20-25 kat daha fazladır. Ahşabın liflere paralel doğrultuda çekme dayanımı en yüksek nitelikli kereste için 11 12 MPa dır (DIN 1052). Ahşabın lifleri doğrultusundaki basınç dayanımı çekme dayanımından 2-2,5 kat daha azdır. Ahşabın eğilme gerilmesi basınç ve çekme dayanımları arasındadır. 3 Ahşabın liflerine dik doğrultusundaki çekme kuvveti, ani hasar ve çatlaklar oluşturarak ahşabın taşıma kapasitesini düşürür. Liflere dik doğrultuda çekme oluşturacak birleşimlerden kaçınılmalıdır. 4 AHŞAP HAFİFTİR. Ahşabın dayanım / ağırlık oranı yüksektir, Ahşabın hafif olması ve ince kesitlerde kullanılması burkulma sorununa neden olur. Ahşap yapı tasarımında, ahşabın malzeme özelliğinden kaynaklanan sorunları dikkate alınmalıdır. AHŞAP DOĞAL BİR MALZEMEDİR. İçindeki delikler, çentikler ve bölgesel korozyon (çürükler), dayanımını etkiler. 5 6 1
AHŞABIN ELASTİSİTE MODÜLÜ DÜŞÜKTÜR 1. sınıf ahşabın elastisite modülü liflere dik yönde 600 MPa liflere paralel yönde 12500 MPa kadardır. AHŞABIN SÜNEKLİK ORANI DÜŞÜKTÜR Ahşabın akma gerilmesi ile kopma noktası arasındaki birim şekil değiştirme kapasitesi çok az olduğu için ahşap yapı elemanları sünek biçimde enerji tüketemez. Elastisite modülünün düşük olması, eğilme etkisindeki ahşap elemanlarda büyük sehimlere neden olur. Ahşap, dış etkiler nedeniyle zamanla mekanik özelliklerini yitirir ve sehimleri artar. İyi kurutulmuş ve yüksek yoğunluklu nitelikli kereste kullanılmalıdır. Yapı elemanlarının birleşim yerlerinin zamanla gevşemesi ahşabın çok büyük yatay ötelemeler yapmasına ve yeniden dik konuma gelemeyerek yıkılmasına neden olabilir. 7 8 AHŞAP ATMOSFERİK ŞARTLARDAN ETKİLENİR Ahşabın zamana karşı dayanımı azdır. Zamanla düşey yük taşıyan elemanlarda büzülme olur. Atmosferik şartlar değiştikçe ahşap çerçeve şişme ve büzülme nedeniyle sürekli hareket eder. AHŞAP DOĞAL ŞARTLARDAN ETKİLENİR Biyolojik etkiler, böceklenme, ahşabın zamanla çürümesine neden olur. Ahşap nemden etkilenir. İyi kurutulmuş ve yoğunluğu yüksek ve nitelikli kereste kullanılması ve nem alabilecek bölgelerin izole edilmesi önemlidir. 9 10 AHŞAP YANICI BİR MALZEMEDİR. Özellikle deprem sırasında çıkan yangınlarda ilk ahşap yapılar etkilenir. Ahşap kompozitlerin iki doğrultuda da çekme ve basınç dayanımları aynıdır ve masif ahşapta karşılaşılan şişme, büzülme, çatlama gibi olumsuzluklar azaltılmıştır. Japonya da 1923 Kanto depreminde 110.000, 1995 Kobe depreminde 1750 kişi ahşap yapılarda çıkan yangınlarda ölmüştür. 1970 Gediz depreminde, Akçaalan kasabasında ahşap yapıların bulunduğu büyük bir alan yangın nedeniyle yok olmuştur. Ahşap kompozitler; I-kiriş, lamine ahşap, glulam ve ahşap panel şeklinde oluşturulur. 11 12 2
Ahşap Yapı Birleşimleri Ahşap Yapı Birleşimleri Ahşap yapı, ahşap elemanların birleştirilmesiyle gerçekleştirilir. Ahşap elemanların birleşimi; yapılır. ahşabın kendisi ile çivi, vida, bulon ile metal bantlar, levhalar, dişli levhalarla Lamba zıvana Geçmelerle yapılan birleşim yerleri, ahşabın önemli bir kısmı kesildiği için zayıftır. Çapraz geçme Zıvanalı geçme Boğaz geçme Boğaz geçme birleşimlerin dayanımı birleşecek elemanların birbirini taşıma şekline bağlıdır. Ahşap birleştirme elemanlarının boyut ve adedi birleştirilecek elemanlarda aktarılacak yüke bağlı olarak hesaplanır. Kurtağzı ek kamalı 13 14 Bir birleşimde en az 4 çivi kullanılır. Ahşap Yapı Birleşimleri Çiviler, çap ve uzunluk olarak tanımlanır. d/l - 7,0/210mm Çivi üzeri dış etkilerden korunması için çinko, kurşun yada kadmiumla kaplanır. Çivi çapı, birleşecek ahşapların ince olanına uygun seçilir. Ahşap kalınlığı 2,4cm 3,1/70 2,4-2,8cm 3,4/80 2,4-3,5cm 3,8/100 2,6-4,0cm 4,2/110 3,0-5,0cm 4,6/130 4,0-5,5cm 5,5/140 5,5-6,0cm 5,5/160 5,0-7,0cm 6,0/180 6,0-8,0cm 7,0/210 7,0-8,0cm 7,5/230 8,0cm 8,0/260 Çiviler arası mesafe: Kuvvet doğrultusunda 10d Kuvvete dik doğrultuda 5d 15 Ahşap Yapı Birleşimleri Bulonlar, önceden açılmış deliklerde, somunlu yada somunsuz olarak uygulanır. Somunlu bulonlarda somunun ahşabı ezmemesi için pul kullanılır. Somunsuz bulonlar, birleşecek parçanın bir yüzeyinin somun geçirmeye elverişli olmadığı durumlarda dübel yardımıyla uygulanır. Bulonlar lifler doğrultusunda tek yada iki sıra düzenlenir. Bulonlar arası mesafe en az 7d veya 10cm olmalıdır. Modern birleştirme elemanları, birleşecek elemanların arasına preslenerek kaymayı önleyip yüzey boyunca elemandan elemana yük aktaracak biçimde tutturulan dişli yada dişsiz metal halka, levha ya da disk şeklindedir. Bunların her birinin ortasından bulon geçirilerek ahşabın temasta olması sağlanır. Bu birleşimler atölyede yapılır. 16 Ahşap Yapı Birleşimleri Ahşap Dikmeler/Kolonlar Ahşap en-kesiti sınırlı olduğu için birleşecek elemanlardaki tüm kuvvetlerin aktarılmasına yetecek sayıda çivi, vida yada bulon kullanılması oldukça zordur. Ahşap birleşimlerinde kullanılan birleştirme elemanları zayıftır. Ahşap yapıların yanal yüklere karşı tasarımında birleşimlerde kullanılan çeliğin akması, ahşabın kırılmasına tercih edilmelidir. Dişli levha ve dişli halkalar yüksek dayanımlıdır, ancak tekrarlı yük altında gevrek davranış gösterebilir. Genellikle kompozit ahşapların birleşiminde kullanılır. Ahşap dikmeler/kolonlar, aktaracakları yüke bağlı olarak: masif, birleşik yada ayrık yapılır. Masif Birleşik Ayrık Ayrık kolonlar iki yada daha çok masif parçalarla oluşturulur. 17 18 3
Ahşap Dikmeler/Kolonlar Ahşap Dikmeler/Kolonlar Masif, tek parçalı kolonlarda 10x10cm den daha küçük kesitler kullanılmamalıdır. Ahşap kolonlarda kare yada kareye yakın kesitler tercih edilir. Birden fazla parçayla oluşturulmuş kolonlar yapıştırmayla yada mekanik olarak birleştirilir. Büyük kesitli ahşapların ortasından dikme boyunca bir delik açılarak tüm en-kesitin eşit kuruması ve radyal çatlakların oluşmaması sağlanır. Köşeleri açılı kesilerek yangın dayanımı artırılır. 19 20 Ahşap Dikmeler/Kolonlar Ahşap Dikmeler/Kolonlar Uzay kafes kolon Ahşap ayrık kolonlar, iki yada daha çok masif parçayla, parçaların birbirinden uzaklığına göre; takozlu, yatay kuşaklı, çapraz kuşaklı yada uzay kafes yapılır. Takozlu kolonların en az L/3 noktalarında takoz düzenlenmelidir. Ahşap çapraz kuşaklı kolon Ahşap yatay kuşaklı kolon 21 22 Ahşap Kolon Ayakları Ahşap Kolon Ayakları Metal pabuç Drenaj deliği Mafsallı ayak Metal taban Ankraj bulonu Ahşap yapı kolon yada dikme ayakları, betonarme yada yığma temellere metal levhalar yardımıyla mafsallı yada ankastre birleştirilir. Ankastre ayak Ankastre ayak Masif ahşap kolonun temellere birleşiminde, temel malzemesindeki nemin ahşaba geçmemesi için ahşap malzemeye uygun metal plakalar kullanılır. Mafsallı ayak Ankastre ayak 23 24 4
Ahşap Kirişler Ahşap Kirişler Ahşap kiriş kesitleri, geçilecek açıklıklara göre: dikdörtgen, I en-kesitli, kafes gövdeli Ard germeli olarak düzenlenir. Ahşap Kirişler Masif ahşap kirişlerin genişlik/yükseklik oranı 1/3-1/2 arasında seçilir. Tabakalı lamine ahşapta bu oran 1/3-1/4 arasındadır. Taşıyıcı tek parçalı masif ahşap yapı kirişlerinin en küçük kesiti, 40 cm 2 den küçük ve kalınlıkları 4 cm den az olmamalıdır. 25 26 Ahşap Kirişler Ahşap Kirişler H > 40cm olan kirişler I yada sandık kesitli yapılabilir. Bu tür çok parçalı kirişlerde her bir parçanın en-kesiti 14 cm 2 den ve kalınlığı 2,4 cm den küçük olmamalıdır. Bu amaçla kullanılacak kontrplakların kalınlığı 10 mm den ve levha sayısı 5 den az olmamalıdır (TS647-Kasım 1979). AHŞAP KİRİŞLERİ YÜKSEKLİKLERİNE GÖRE; 24cm-4.90m 30cm-5.80m 36cm-6.70m 40 cm - 7.60 m açıklık geçebilir. Bileşik I kesitli ahşap kiriş 27 28 Ahşap Kiriş -Kiriş Birleşimleri Ahşap Kiriş -Kiriş Birleşimleri Konsol kiriş Çelik plaka Lamine kolon Ahşap gerber kiriş mafsalları, sürekli bir kirişin moment = 0 noktalarında, metal plaka ya da ahşap parçalar yardımıyla ve her kirişte birer bulonla düzenlenir. Ahşap kiriş-kiriş birleşimleri genellikle sadece kesme kuvvetlerinin aktarıldığı, sabit mafsallı yapılır. Birleşim, çelik plakalar yardımıyla düzenlenir. 29 30 5
Ahşap Kiriş -Kiriş Birleşimleri Ahşap Kafes Gövdeli Kirişler Ahşap kafes kiriş (makas) üst başlık, alt başlık ve örgü çubuklarından oluşturulur. Kayma plakası Çubukların birleşimleri çivi ya da çelik plakalarla yapılır. Yan levha Ahşap, üç mafsallı çerçevenin mafsallı kiriş-kiriş birleşimi 31 Ahşap makası oluşturan dikme ve diyagonallerden basınca çalışanları tek, çekmeye çalışanları iki parçalı yapılır. 32 Ahşap Kafes Gövdeli Kirişler Ahşap Kafes Gövdeli Kirişler Ahşap kirişlerde sistem açıklığı: * Tek açıklıklı: L/12 L/16 * Sürekli kiriş: L/16 L/24 * Kompozit : L/16 - L/24 * Ön/ard germeli: L/18 L/24 * Uzay Kafes kirişlerde: L/20 L/30 alınabilir. Ahşap ard germe kirişler Ahşap kafes kiriş yükseklikleri açıklığın 1/18i kadar seçilir. Döşeme makaslarının yüksekliği, 30-70cm arasında olur. 33 34 Ahşap Kirişler Ahşap Kolon - Kiriş Birleşimleri Ahşap kirişlerin eğik düzenlemesiyle büyük açıklıklar geçilebilir. Ahşap kolon - kiriş birleşimi sabit mafsallı yada rijit yapılır. Mafsallı birleşim, sürekli kolon-süreksiz kiriş ile geçme yada metal levhalar kullanılarak yapılır. Birleşim yerlerindeki bağlantıda sürtünme kuvvetleri önemlidir. 35 36 6
Ahşap Kolon - Kiriş Birleşimleri Ahşap Kolon - Kiriş Birleşimleri Rijit kolon kiriş birleşimi Rijit birleşim Mafsallı birleşim Ahşap malzeme ile yatay kuvvetlerin oluşturduğu momentleri aktarabilen rijit birleşimlerin oluşturulması çok güçtür. Ahşap kolon - kiriş rijit birleşimi, kiriş sürekliliği ile sağlanır. 37 38 Ahşap Kemerler Ahşap yapıda kemer, *kompozit ahşaplarla dolu gövdeli *masif ahşapla kafes gövdeli olarak düzenlenir. Ahşap yapılar, duvarlarının düzenine göre isimlendirilir. Bu yapılar, yapı ustasının becerisine, bulunan malzemeye ve kullanıcının finansal gücüne bağlı olarak şekillenir. 39 Kütük Yığma (Çanti) Kütük Yığma (Çanti) Kütük yığma Yığma ahşap taşıyıcı duvarlı yapılar Boğaz geçme Ahşap yığma Kütük yığma birleşimleri boğaz geçme şeklinde yapılır. Boğaz geçme birleşimde kapı ve pencere bölgelerinde rijitlik zayıftır. 42 7
Dikme aralıkları: 100-200 cm Dolgu: kütük ya da biçilmiş ahşap Dikme-dolgu birleşimi: zıvana geçme Dikme-başlık kirişleri birleşimi: bindirmeli Yığma Ahşap Dolgu Duvar/ Blok Dolma Ahşap Çerçeve Duvarlar Ahşap çerçeve duvarlar, 5x10cm ve 5x15cm boyutlarındaki ahşap dikmelerin 40-100cm aralıklarda düzenlenmesiyle oluşturulur. Dikmeler arası 60cm i geçen duvarlarda dikmeler arası çaprazlanır. Dikmeler arasının ahşap ya da yığma kagir gibi kesme dayanımlı elemanlarla doldurulması yatay yüklere dayanımı artırır. Kesit Pencere ve kapı boşlukları kenarına dikmeler yerleştirilir Dikmeler yükseklikleri boyunca yatay ahşap elemanlarla bağlandığında hem dikmeye yatay bir destek verilir hem de yangının duvar içinde yukarı gitmesi engellenmiş olur. 44 Ahşap Çerçeve Duvarlar / Ahşap Dolgulu Dal Örgülü Çerçeve- Çöten Ahşap Çerçeve Duvarlar / Ahşap Dolgulu Dizeme Ahşap dikmeler arasının kaba kesilmiş tomruklarla doldurulduğu duvarlar Çöten Dikme aralıkları: 30-60 cm Dikme- başlık kirişlerine birleşim: zıvana geçme Duvar iç ve dıştan sıvanır. Kolon/dikme aralıkları: 60-100 cm Kolonlar: ~ 15/12 cm, Dikmeler&çaprazlar: ~ 8/12 cm Kolon/dikme-başlık kirişlerine birleşim: zıvana geçme Kolon/dikme- dolgu ahşap ve çapraz birleşimi: çivi Duvar iç ve dıştan sıvanır. Ahşap Çerçeve Duvarlar / Yığma Kagir Dolgulu Hımış / Çatkı Ahşap Çerçeve Duvarlar / Yığma Kagir Dolgulu Hımış / Çatkı Kolon/dikme aralıkları: 20-40 cm Kolonlar: ~ 10/10, 12/12 cm, Dikmeler: ~ 5/10, 6/12 cm Dolgu: harç ile birleştirilmiş kerpiç, tuğla ya da taş Kolon/dikme başlık kirişlerine birleşim: zıvana geçme Duvar iç ve dıştan sıvanır. Salt ahşap çerçevelerle oluşturulan yapılar 1940 larda olan pek çok depremde hasar almış ve ahşap dikmelerin çift yönde diyagonal elemanlarla güçlendirilmesi gereği ortaya çıkmıştır. Kolon/dikme aralıkları: 40-60 cm Kolonlar: ~ 10/10, 12/12 cm, Dikmeler&çaprazlar: ~ 8/12 cm Dolgu: harç ile birleştirilmiş kerpiç, tuğla ya da taş Kolon/dikme-başlık kirişlerine birleşim: zıvana geçme Kolon/dikme- çapraz birleşimi: çivi Duvar iç ve dıştan sıvanır. 8
Ahşap Çerçeve Duvarlar / Yığma Kagir Dolgulu Hımış / Çatkı Ahşap Çerçeve Duvarlar / Yığma Kagir Dolgulu Muska dolma Ahşap dikmelerin sık düzenlenmesiyle oluşturulan ahşap duvarlarda ahşap yapı çerçevesini rijitleştirip deprem dayanımını artırdığı için düşey çaprazlamalar önemlidir. Masif ahşap yapıda çaprazlama en-kesit kalınlığı 3,5cm den ve dikme kalınlığının 1/3ünden az olmamalıdır. 49 Kolon/dikme aralıkları: 40-60 cm Kolonlar: ~ 10/10 cm, Dikmeler&çaprazlar: ~ 5/10 cm Dolgu: harç ile birleştirilmiş kerpiç, tuğla ya da taş Kolon/dikme-başlık kirişlerine birleşim: zıvana geçme Kolon/dikme- çapraz birleşimi: çivi Duvar içten sıvanır ya da ahşap kaplanır. Ahşap Çerçeve Duvarlar / Yığma Kagir Dolgulu Göz dolma Ahşap Çerçeve Duvarlar / Ahşap Kaplamalı Bağdadi Kolonlar arasındaki dikme aralıkları: 20-22 cm Yatay kuşak aralıkları: 17-20 cm Kolonlar: ~ 10/10 cm, Dikmeler: ~ 5/10 cm, Yatay kuşak: ~ 3/10 cm Dolgu: kireç harcı içinde yerine uygun kesilmiş taş Kolonlar/dikmeler-yatay kuşak birleşimi: yastıklı geçme Duvar içten sıvanır. Dikme aralıkları: 30-50 cm Dikme- başlık kirişlerine birleşim: zıvana geçme Duvar iki yüzü 3-4cm genişliğinde çıtalar çivi ile çakılır Duvar iki yüzü arası boş bırakılır yada ağaç kabuğu ile doldurulur. Duvar iç ve dıştan kireç harcı ile sıvanır (bağdadi sıva). 52 Ahşap Çerçeve Duvarlar / Ahşap Kaplamalı Ahşap Çerçeve Duvarlar / Ahşap Kaplamalı Duvar iç yüzeyi ahşap kaplanır yada rabits teli, ahşap çıta üzeri sıvanır. Duvar yüzeyinin kaplanmasında, birkaç gözü kaplayacak şekilde diyagonal çaprazlamalı kaplama da uygulanır. Bu, taşıyıcı duvarların rijitliğini artırır. 53 54 9
Ahşap Panel Sistem Ahşap panel sistemde ~ 5 x 5 cm kesitli ahşaplarla oluşturulan çerçevenin iç ve dış yüzüne ~1 cm kalınlıklı kontraplak bütün dikme ve yatay çerçeve elemanlarına 2-3 cm aralıklarla çivilenir. Ahşap duvar panel yüksekliği yapının kat yüksekliği kadar, uzunluğu en çok 3-4 m olarak üretilir. Ahşap Panel Sistem Ahşap Panelli karkas yapılar aslında tümü ile ahşap perde duvarlı yapı olarak nitelendirilebilir ve en çok 3 katlı yapılır. Ahşap panellerin birbirlerine ya da bir ara dikmeye bağlanması çelik vida ya da bulonlarla yapılır. Paneller birbirine geçme olarak ta birleştirilebilir. Ahşap karkas panelli yapı Yapının depremde temelden koparak devrilmemesi için duvar panellerinin, yeterli derinlikte betonarme bir duvar altı sömeline ankre edilmiş bulonlarla bağlanmalıdır. 55 56 Ahşap Duvar-Temel Birleşimi Ahşap binalar, temel duvarı üzerinde, yığma duvarlar üzerinde, dikmeler üzerinde kurulur. Temel duvarı üzerinde Sık düzenlenmiş dış duvar dikmelerinin, iki kat yüksekliğinde, eşikten saçağa kadar uzatıldığı ve yatay elemanların bu sürekli dikmeye bağlandığı çerçeveye, Amerika da bir tayfunda bütünüyle uçtuğu için, Baloon Frame-Balon Çerçeve adı verilmiştir. Sık dış ve iç duvar dikmelerinin bir kat yüksekliğinde düzenlenmesine de Platform frame-platform Çerçeve denir. Türkiye deki ahşap yapılar, platform tipine girer. 57 Yığma duvar üzerinde Dikmeler üzerinde 58 Ahşap Duvar Temel üzerinde Geleneksel ahşap temeller önceleri yığma, daha sonra beton olarak yapılmıştır. Ahşap Duvar Yığma kagir duvar üzerinde Ahşap binaların bodrum ve varsa zemin katları yığma kagir olarak yapılır. Temel duvarları üzeri kireç sıvası ile düzleştirilip üzerine yüksekliği 5cm den fazla ve eni en az dikme kalınlığı kadar eşik (taban) kuşağı yerleştirilir. Temelden ahşap yapıya rutubet geçmemesi için eşik tabanı altına su geçirmez bir malzeme yerleştirilmelidir. Ahşap duvarları oluşturan dikmeler ve giriş katın döşeme kirişleri eşik kuşağına yeterli bir biçimde bağlanır. 59 Yığma kagir duvar üzerinde düzenlenen ahşap duvarlarda da kireç harcı ile sıvanarak düzeltilmiş duvar üzerindeki eşik kuşağı üzerinde yükselir. 60 10
Ahşap Duvar Dikme üzerinde Ahşap dikme ve kolonlar; yığma temellere ankre edilir eşik kuşağına oturtulur. doğrudan büyük bir taş üzerine oturtulur. 61 11