Sınıf A (Bekleme veya nadir, seyrek hizmet) : Bu kategori sınıfı elektrik santralleri, kamu hizmet işletmeleri, türbin odaları, motor odaları, trafo odaları vb. gibi düşük hızda ekipmanların hassas bir şekilde taşınacağı yerleri kapsar.

Sınıf B (Hafif hizmet) : Bu kategori tamir atölyeleri, hafif ağırlıklı montaj işletmeleri, hizmet binaları, hafif ağırlıkların bulunacağı depolar vb. vazifeler, hizmet şartlarının hafif ve düşük hızla yapılacağı yerleri kapsar. Yükler değişkenlik gösterebilir, hiç yük taşıma olmaması durumu ile ara sıra tam kapasiteli yük taşıma olması durumunu da içerir. Saatte ortalama 2 ile 5 kez arası yük taşıma gerçekleşir.

Sınıf C (Orta dereceli hizmet) : Bu kategori makine atölyeleri, kağıt fabrikası makine odaları vb. vazifeler, hizmet taleplerinin orta ağırlıklı olduğu yerleri kapsar. Krenler kapasitelerinin ortalama %50’si oranında taşıma yaparlar ve üzerine çıkmazlar. Saatte ortalama 5 ile 10 kez arası yük taşıma gerçekleşir.

Sınıf D (Ağır hizmet) : Bu kategori ağır makine atölyeleri, dökümhane, üretim tesisleri, çelik depolar, konteyner depoları, kereste fabrikaları vb. vazifeler gibi ağır hizmet vazifelerinin olduğu yerleri kapsar. Krenlerin nominal kapasitelerinin %50’sine yaklaşan yükler çalışma periyotları süresince sürekli taşınmaktadır. Yüksek hız bu hizmet sınıfı krenler için uygun olmaktadır. Saatte ortalama 10 ile 20 kez arası yük taşıma gerçekleşir. Taşınacak yükler krenlerin nominal kapasitelerinin %65’ini aşmaz.

Sınıf E ( Çok ağır hizmet) : Bu kategori krenlerin kullanım ömrü boyunca nominal kapasitelerine yaklaşık yükleri taşıyabilecek olduğu durumu içerir. Çimento fabrikaları, kereste fabrikaları, gübre tesisleri, konteyner taşımacılığı vb. vazifelerin olduğu yerleri kapsar. Saatte ortalama 20 kez ve daha fazla yük taşıma gerçekleşir.

Sınıf F (Sürekli çok ağır hizmet) : Bu kategori krenlerin kullanım ömrü boyunca, çok ağır hizmet koşulları altında nominal kapasitelerine yaklaşık yükleri sürekli bir şekilde taşıyabilecek olduğu durumu kapsar. Bu sınıf krenler özel tasarımlı olabilen ve bütün üretim tesisini etkileyebilen kritik işlerin gerçekleşmesini sağlayabilecek düzeydedir. Bu çeşit krenler yüksek güvenilirlik sağlamalıdırlar.

Yukarıda tabloda K katsayısına bağlı olarak kren hizmet kategorileri gösterilmiştir. Tabloda gösterilen K değeri kren hizmet kategorisini belirlemek için kullanılan ortalama etkin yük katsayısını göstermektedir ve aşağıdaki formül ile hesaplanmaktadır.

• K = Ortalama etkin yük katsayısı,
• Wi = Kren nominal kapasitesinin (rated capacity) kaldırılacak yüke oranı olarak ifade edilen yük büyüklüğü,
• Pi = Kaldırılacak yük çevrim sayısının, toplam taşıyacağı yük çevrim sayısına oranı.
• Örneğin 100.000 toplam yük çevriminin 10.000 adeti tam kapasite ile, 70.000 adeti %30 kapasite ile ve 20.000 adeti ise %10 kapasite ile taşınacak olması durumunda;
• K = ³√(1.03×0.1+0.33×0.7+0.13×0.23) = 0.492 olarak bulunur. Bu K katsayısı değerine ve tablodaki kullanım sınıfına göre kren hizmet kategorisi belirlenebilir.

Krenli endüstriyel yapılarda kren yoluna etki eden enine fren kuvveti kaldırılacak yükün kren tipine ve hizmet sınıfına göre oransal değeri olarak, kaldırılacak yük + kedi ağırlığının oransal değeri olarak ve kaldırılacak yükün ağırlığı + krenin zati ağırlığının oransal değeri olarak aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Boyuna fren kuvveti kren tipine ve hizmet sınıfına göre maksimum tekerlek yükünün %10 ve %20’si alınmak üzere olmak üzere tabloda gösterilmiştir.

Kren Yük Kombinasyonları

Krenli çelik yapı elemanların boyutlandırılmasında kullanılan yükleme kombinasyonları ASCE-7-10/LRFD kombinasyonları birlikte Crane-Supporting steel structure design guide (R.A. MacCrimmon) de belirtilen kombinasyonların birleşiminden oluşmaktadır. Bu kombinasyonlar aşağıda gösterilmiştir.

• 1.4D
• 1.25 D + 1.5C + 0.5 S
• 1.25 D + 1.5C + 0.4 W
• 1.25 D + 1.5C + 0.5 L
• 1.25D + 1.5S
• 1.25D + 1.4W
• 1.25D + 1.5L + 0.5C
• D + Cd +E +0.25S

C aşağıda verilen kombinasyonlardan en elverişsiz olanı tasarımda alınacaktır.

• Cvs + Css + Cls
• Cvs + 0.5 Css

Kombinasyonlarda;

• D: Ölü yükler (Eleman zati ağırlıkları-Sabit Yük vb.),
• L: Hareketli Yükler,
• S: Kar Yükü,
• W: Rüzgar Yükü,
• E: Deprem Yükü,
• Cvs: Kren Düşey Tekerlek Yükü,
• Css: Kren Yatay Fren Kuvveti,
• Cls: Kren Boyuna Fren Kuvveti,
• Cd: Kren Ölü Yükleri (Kendi ağırlığı, kren köprü ağırlığı, kaldırma düzenekleri vb.)

Kaynaklar;
OSMAN ALİ KORKMAZ-KRENLİ ENDÜSTRİ YAPILARININ DEPREME DAYANIKLI TASARIM ESASLARININ İNCELENMESİ
MacCrimmon R.A., (2012), “Guide For The Design Of Crane-Supporting Steel Structures”, CISC- Canadian Institute of Steel Construction.
ASCE/SEI (2010), Minimum Design Load for Building and Other Structures, ASCE/SEI 7-10, American Society of Civil Engineers.

Ark; kızgın bir katottan dağılan elektronların, yüksek bir hızla anoda doğru sıçramasıyla oluşur. Bu sıçramayla birlikte oluşan çarpma sonunda nötr moleküllerin iyonize olmasına sebep olduğundan dolayı, şiddetli bir sıcaklık yükselmesi gözlenir. Ortaya çıkan toplam enerjinin %85’i ısı ve %15’i de ışık enerjisine dönüşmektedir

Elektrik ark kaynağı çeşitleri 5’e ayrılır. Bunlar:

1. Örtülü Elektrot ark kaynakları,
2. Gaz altı ark kaynakları,
3. Toz altı ark kaynakları,
4. Nokta veya punta kaynakları
5. Elektron ışık kaynaklarıdır.

1. Örtülü Elektrot Ark Kaynakları

Günümüzde en yaygın olarak kullanılan kaynak şeklidir. Bu kaynak şeklinde sıcaklık eriyen elektrod ile kaynak yapılan parça arasında oluşan elektrik arkı sayesinde meydana gelir. Örtülü elektrod, kaynak işlemi sırasında gerekli ilave metali ve ark taşıyıcısı görevlerini üstlenmektedir. Burada oluşan ark sayesinde elektrod eriyip iş parçasına karışır, aynı zamanda örtü maddesi de erir. Eriyen örtü maddesinin çıkardığı gazlar kaynak bölgesini havanın olumsuz şartlarından korur.

Kaynak aktivitesinde kullanılan elektrotlar fabrikasyonda çekirdek kısmının etrafı örtü ile kaplanmış şekilde üretilir ve yüksek sıcaklıkta çekirdeğin eriyerek elektrik arkını doldurması beklenir. Bu sırada söz konusu örtü bu yüksek sıcaklıkta yanarak contanın üzerinde bir tabaka oluşturur. Bu sayede kaynak sonucu oluşan dikiş benzeri yapının içerisinde oksijenin hapsolarak korozyonu önler.

Örtülü elektrod ile yapılan ark kaynak işleminin avantajları;

• Açık ve kapalı istenilen her alanda uygulanabilmesi
• Örtülü elektrodunun alabildiği her pozisyon ve ulaşabildiği her yerde kaynak imkânı
• Örtülü elektrod kaynak makinelerinde kablolar uzatılabilir olduğu için uzak mesafelerde kaynak imkânı
• Birçok kaynak yöntemine göre donanımların taşınabilir ve hafif olması
• Örtü çeşitlerinin fazlalığı sayesinde neredeyse istenilen her tür malzeme ve her kalınlıktaki malzemenin kaynatılabilir olması.

Örtülü elektrod ile yapılan ark kaynak işleminin dezavantajları;

• Kaynak işlemi sırasında örtüden dolayı kaynak metali üzerinde cüruf tabakası oluşmaktadır. Her kaynak pasosundan sonra bu tabakada ki safsızlıkları engellemek için iyice temizlenmesi gerekir buda kaynak işleminin süre bakımından uzamasına sebep olur.
• Sınırlı elektrod boyları da uzun kaynak işlemleri sırasında sürekli elektrod değiştirme ihtiyacı yüzünden kaynak süresini uzatır.
• Örtülü elektrot kaynağında ki metal biriktirme hızı ve verimliliği diğer ark kaynak metotlarına göre daha düşüktür. Bu sebeple her elektrot bittiğinde kaynağın durması gerekir. Bu sebep de kaynak işlemini uzatır

2. Gaz Altı Ark Kaynakları

Gaz altı ark kaynaklarında genellikle argon gazı kullanılır. Bu tip kaynaklarda elektrotun etrafında örtü malzemesi yoktur ve elektrot tabiri caizse çıplak haldedir. Fakat oksijenin kaynakta hapsolmaması için örtü mantığına yine ihtiyaç duyulduğundan bu tür kaynaklarda örtü amacıyla gaz kullanılır ve bu sayede kaynak dikişinin içinde oksijenin hapsolması önlenerek korozyona engel olunmaya çalışılır. Gaz altı ark kaynaklarının eriyen elektrotlarla ve tungsten inert elektrotlarla yapılan 2 farklı çeşidi bulunmaktadır.

3. Toz Altı Ark Kaynakları

Toz altı ark kaynağı çeşitlerinde de yine örtü mantığına ihtiyaç duyulmaktadır. Otomatik bir kaynak çeşidi olan toz altı kaynaklarında yanmaz özellikli bir malzeme elektrotun temas ettiği bölgeye akıtılır ve bu sayede bir çeşit örtü yaratılır. Bu sayede dış ortama ısı ile ışık yayılmaz ve kaynak bölgesinin hava ile ilişkisi kesildiği için korozyon önlenmiş olur.

Bu kaynak yönteminde oluşan ark, otomatik olarak kaynak yerine sürülen elektrot ile iş parçası arasında oluşur ve ayrı bir kanaldan kaynağın yapıldığı alana düşen toz yığını altında işlevini sürdürür. Kaynak arkı toz yığının altında oluşur.
Tozaltı ark kaynağının avantajları

• Kaynak hızının yüksek olmasıyla birlikte, kaynak parametreleri düzgün seçildiğinde hatasız ve güzel kaynak dikişleri elde edilebilir.
• Kaynak tozu kaynak ark kısmını koruduğundan dolayı maske kullanımına ihtiyaç duyulmaz.
• Kaynak sırasında zararlı metal tozlan ve duman çıkarmaz.
• Sıçrama kaybı yoktur.
• Derine işleme kabiliyeti iyi olduğundan dolayı daha dar ve daha derin kaynak pozisyonlarında rahatça kaynak yapılabilir.
• Kaynak tozu, kaynak dikişinin özelliklerini değiştirecek şekilde ayarlanabilir. Bu şekilde ucuz ve alaşımsız bir elektrotla alaşımlı bir toz kullanarak istenilen özelliklere sahip daha ekonomik kaynak dikişleri oluşturulabilir

4. Nokta veya Punta Kaynakları

Kaynak mantığı düşünüldüğü zaman kaynatılacak parçalar arasında bulunan arkta elektrik akımının olması beklenir. Bu tür kaynak çeşitlerinde oluşan akımın yarattığı direnç kullanılır. Kaynatılacak iki parçanın uçları üst üste konulur ve iki elektrot arasından geçen elektrik akımının yarattığı yüksek ısı yardımıyla parçaların birbirine değdiği noktalar basınçla kaynaştırılır.

5. Elektron Işın Kaynakları

Bu kaynak türünde elektron tabancası kullanılır ve enerji tamamen bir alana yönlendirilerek çok yüksek sıcaklıklara ulaşılır. Bu sayede kaynak bölgesinde metal ergitmesi gerçekleştirilir.

Çelik elemanların yangından korunması için uygulanan yöntemler şu şekilde sıralanabilir;

1. Kütlesel Yalıtım

Yapıya ait çelik elemanların şekil ve boyutlarına göre içine veya dışına; beton, tuğla vb. malzemelerin uygulanması işlemine kütlesel yalıtım denmektedir.

Çeliğin yangından korunmasında genellikle betonla kaplama yöntemi tercih edilmektedir. Beton kaplama yangın durumunda çelik elemanla birlikte çalışabilmekte ve çelik üzerine ısısal dağıtım sağlayarak çeliğin kritik sıcaklığa ulaşmasını engellemektedir. Ancak yüksek sıcaklık betonun mukavemetini olumsuz etkilediğinden ve çeliğin gerilmesini arttıracağından beton içerisine belirli oranlarda donatı yerleştirilmesi gerekmektedir. Bu uygulamalarda yangın dayanımı kaplanan malzemenin kalınlığına ve uygulama alanına göre farklılık göstermektedir.

Kütlesel kaplamalar yapı ağırlığın artmasına sebep olduğundan tasarım aşamasında bu durum muhakkak göz önünde bulundurulmalıdır. (Çelik Konstrüksüyon Binalar ve Yangın Dayanımı)

2. Çevreyi Sarma

Yangından korumak amacıyla çelik elemanların dış yüzeylerinin yalıtım malzemesi ile kaplanması yöntemidir. Sıva, püskürtme ve sıcaklıkta şişen boyalar olmak üzere 3 farklı şekilde uygulanmaktadır. Sıva uygulamaları, çelik elemanlar üzerine yangına dayanıklı sıva malzemesinin uygulanması şeklindedir.

Sıva harcı içerisinde alçı taşı, perlit, çimento, vermikülit ve kum gibi maddeler bulunmakta, bu maddelerin oransal karışımı ve uygulama kalınlığına göre elemanların yangına dayanımı süreleri farklılık göstermektedir. Sıva uygulamalarında sıvanın yüzeye tutunmasını sağlamak amacıyla çelik elemanlara önce metal ağ giydirilmeli daha sonra ise harç uygulanmalıdır.

3. Püskürtme Sistemler

Çimento ve mineral elyaf içerikli malzemeler ile oluşturulan harçların özel aletlerle çelik eleman yüzeyine uygulanması işlemidir. Bu uygulamada harcın yüzeye iyi tutunmasını sağlamak amacıyla öncelikle yüzey toz ve yağdan arındırılmalı ve zımparalama, kumlama gibi işlemlerle pürüzlü yüzeyler oluşturulmalıdır. Püskürtme işlemi kolayca uygulabilir olmasına karşın bu uygulama ile estetik bir görüntü sağlamadığından genellikle görülmeyen alanlardaki elemanlarda veya otopark, endüstriyel tesis gibi estetik kaygının olmadığı yapılarda tercih edilmektedir.

Sıcaklıkta şişen boya uygulamaları; yüksek sıcaklık etkisi ile şişerek 50 kat kalınlığa ulaşabilen boyalar yangın durumunda çelik elemanların üzerinde kalın bir tabaka oluşmasını dolayısıyla çeliğin mukavemetini kaybetme süresinin uzamasını sağlamaktadır. Boya uygulamaları; temiz bir yüzey üzerine astar, şişme kaplaması ve yüzey kaplaması olmak üzere 3 katman olarak uygulanmaktadır. Bu uygulama katmanın kalınlığına göre çelik konstrüksiyon yapılarda 30-120 dk arasında yangın dayanımı elde edilmesini sağlamaktadır. Uygulama kolaylığı, fazladan yük oluşturmamaları, hacim olarak yer kaplamamaları gibi avantajlara sahip olan boya uygulamaları özellikle estetik görünümün önemli olduğu yapılarda tercih edilmektedir.

4. Kutuya Alma

Çelik yapı elemanlarının plaka şeklinde yalıtım malzemesi ile çerçevelenmesi işlemine kutuya alma denmektedir. Yalıtım plakaları alçıtaşı, taş yünü, vermükulit ve perlit gibi yanmaz özelliğe sahip malzemelerden oluşmakta, yangın dayanımları malzeme türüne ve kalınlığına göre farklılık göstermektedir. Yalıtım plakaları çelik elemanlar üzerine zımba ve vidalama yolu ile doğrudan veya metal dikmeler yardımı ile dolaylı olarak uygulanabilmektedir. Metal dikmeler plaka ile çelik elemanlar arasındaki mesafeyi arttıracağından yangın dayanım süresinin de daha fazla olmasını sağlamaktadır. Ayrıca çelik elemanlar üzerine birden çok katlı plaka yerleştirilmesi de yangın dayanım süresini arttırmaktadır. Bu uygulamalarda dikkat edilmesi gereken husus birleşim noktalarının kesişmemesidir.

5. Çelik Bileşenlerin Su Dolaşımı ile Soğutulması

İçi boş kutu ve boru profillerde yangın anında oluşan yüksek ısının taşıyıcı elemanlardan su yardımıyla uzaklaştırılmasını sağlayan bir yalıtım sistemidir. Bu sistem sayesinde yangın durumunda çelik taşıyıcıların 100-200C°’ın altında kalması sağlanmaktadır.

Su ile soğutma işlemi taşıyıcı elemanlara kısmi ve bütünsel olarak uygulanabilmektedir. Yalnızca kolonlara uygulanan kısmi uygulamalarda ısının konvansiyonel hareketinden faydalanan oldukça basit mekanizmalar kullanılmaktadır. Profillerin içerisinde bulunan su yangın durumunda ısınarak yukarı taşınmakta ve kolonların üzerinde bulunan su deposuna ulaşmaktadır. Isınan suyun yerini ise yine depoda bulunan ve orta borulardan aşağı taşınan sular almaktadır. Oluşan buhar deponun üzerindeki boşluklardan dışarı atılmaktadır. Kısmı soğutmaya göre karmaşık olan bütünsel uygulamalar ise çatıda konumlanan bir depo ile suyun kolon ve kirişler arasında dolaşımını sağlayan pompadan oluşmaktadır. Bu tür uygulamalarda bağlantı noktalarında sızdırma oluşabileceğinden su dolaşımı yangın durumunda aktif hale gelecek şekilde düzenlenmektedir. Su ile soğutma sistemler donmaya ve korozyona karşı önlem gerektirmektedir

Kaynaklar;
Robinson, J., 2003. Fire Protection and Fire Engineering, ed Buick Davison ve Graham W. Owens, Steel Designers’ Manual, 6th Edition, Blackwell Publishing.
Allen, E. ve Iano, J., 2009. Fundamentals of Building Constructıon Materials and Methods, 5th Edition, John Wiley& Sons Inc., New Jersey
Uzbaş, B., 2010. Endüstriyel Çelik Yapılarda Fireproof Uygulamaları, S.Ü Müh.-Mim. Fak. Derg., 25, 4.
Ünver, H.,2003. Çelik Yapı Detaylarının Taşıyıcı Sistemler Açısından İrdelenmesi
Zeynep İPEKÇİ-Çelik Düzlemsel Kafes Kirişlerde Kafes Tipi ve Yüksekliğinin Ağırlık ve Maliyete Etkileri Üzerine Çalışma

1. Uzay Kafes Sistemler Nerelerde Kullanılır?

Uzay kafes sistemlerin kullanım alanları oldukça geniştir. Bu sistemlerin en çok kullanıldığı alanlar sanayi tesisleri, uçak hangarları, spor salonları, depolar, fabrikalar, stadyumlar ve opera binaları olarak sıralanabilir. Birbiriyle düğüm noktalarından bağlı çubuk elemanlarından kurulu düzenler olan uzay kafes sistemler, tek veya çok katlı, düzlem veya eğrisel yüzeyler şeklinde oluşturulabilirler.

Uzay kafes sistemlerin geçilebileceği açıklıklar 20m- 120m arasında değişmektedir.

Bu sistemler farklı birimlerin (Modül) bir araya gelmesiyle oluşur. Bu birimler bazen küp, dodekahedron, ikosahedron, ikosidodekahedron, tetrahedron ve piramitler şeklindedir. Temel birimlerin özellikleri yüz sayısı, kenar sayısı ve köşe sayısına göre değişkenlik göstermektedir. Örneğin; dodekahedron, üç boyutlu bir form olarak 12 yüzü, 30 kenarı ve 20 köşesi varken, ikosahedron üçgen şeklinde olup 20 yüzü, 30 kenarı ve 12 köşesi vardır.

2. Uzay Kafes Sistemlerin Çeşitleri

Uzay kafes sistemler, en yaygın kullanılan uzaysal yapı sistemleridir. Bu yapı sistemlerine ait farklı sınıflandırmalar mevcut olabilir. Aşağıda, çalıştığı yön sayısı ve oluştuğu tabaka sayısına göre kategorilere ayrılmıştır.

2.1. Izgara Sistemlerin Paternlerine Göre Sınıflandırılması

Uzay kafes sistemler ızgara tipi yapılardır. Bu ızgara yapıları farklı şekillerde olabilmektedir. Uzay kafes sistemler, düğüm noktalarında kesişen elemanların iki, üç veya dört yönde çalışıyor olmalarına bağlı olarak; iki, üç veya dört yönde çalışan sistemler olarak kategorilere ayrılabilmektedir.

2.2. Tek, Çift ve Üç Katlı Uzay Kafes Sistemler

Uzay kafes sistemlerin ilk uygulamaları tek katlı uzay kafes sistemler olarak kullanılmıştır. Daha sonra geniş açıklıkların geçilebilmesi için bir araya getirilen ızgaraların birbiriyle rijit bir şekilde birleştirilmesiyle çift katlı sistemler geliştirilmiştir. Izgara yapısının en önemli özelliği yükün çok yönlü aktarılmasıdır. Tek katlı uzay kafes sistemlerde rijit birleşim uygulanırken çift katlı uzay kafes sistemler mafsallı birleşimli olabilirler. Ayrıca, tek katlı uzay kafes sistemler tek veya çift eğrilikli olmak zorundadır. Örneğin, tonoz veya kubbe tipi yapılar. Fakat açıklık çok küçük olduğunda aşağıda gösterildiği gibi düzlemsel tek katlı uzay kafes sistemler kullanılabilir.

Çift katlı uzay kafes sistemler bugüne kadar en yaygın olarak kullanılan uzay kafes sistemleridir. Bu sistemlerin yapısal derinliği açıklığı ile artar. Böylece, çok geniş açıklıklar için diyagonal çapraz elemanların uzunluğu da artmaktadır. Daha geniş açıklıklar için üç katlı uzay kafes sistemler uygun çözüm olabilmektedir. Nötr bir yüzeyde bulunan orta tabaka, çok az yapısal fonksiyona sahiptir veya hiç işlev göstermez. Ancak, çapraz elemanların uzunluğunu azaltır ve bu şekilde daha hafif kesitler kullanılabilir. Bunların yanı sıra, özel durumlarda çok katlı uzay kafes sistemler kullanılabilir.

2.2.1. Çift Katlı Uzay Kafes Sistemler

Çift katlı uzay kafes sistemler, çatı yapımında sıklıkla kullanıldığı için özel bir öneme sahiptir. Çeşitli ülkelerde çok katlı binaların çatı inşasında başarılı bir şekilde uygulanmıştır.

Bu sistemler, birbirine paralel üst ve alt olarak iki düzlemsel ızgara tabakasından ve bunları bağlayan çapraz elemanlardan oluşmaktadır. Çift katlı uzay kafes sistemlerin alt ve üst yatay eleman kümeleri aynı veya farklı dikey düzlemlerde oluşturulabilirler. Bu sistemleri oluşturan her bir alt yatay eleman kümesi, üstteki yatay elemanların altında aynı dikey düzlemde olabildiği gibi, farklı dikey düzlemlerde de olabilirler. Aşağıda düzlemsel çift katlı uzay kafes modeli gösterilmiştir.

Piyasada çeşitli tiplerde çift katlı uzay kafes sistemler mevcuttur ve bunların popülerliği her geçen yıl artmaktadır. Bu sistemler genel olarak Nodüler (Çubuk- Düğüm Sistemler) ve Modüler olarak sınıflandırılabilir.

2.2.1.1. Çubuk – Düğüm Sistemler

Çubuk-düğüm sistemler, standart küçük parçalar, mafsallar veya bileşenlerden oluşmaktadır. Başka bir deyişle, çubuk- düğüm sistemler, çubuk elemanları ve düğüm noktası bileşenlerinden oluşan sistemlerdir. En yaygın tipleri Mero sistemi, Triodetic sistemi, Unistrut sistemi, Octatube sistemi, Tuball sistemi ve Nodus sistemleridir.

2.2.1.2. Modüler Sistemler

Modüler sistemler, çeşitli tiplerde ve şekillerde (piramit veya altıgen) prefabrik modüller şeklinde üretilmektedir. Sahada bir araya getirilen modüller, bulonlar yardımıyla birleştirilmektedir. Bu sistemlerde elemanlar yerine prefabrik modüller vardır.
Modüler sistemlerin en yaygın kullanılan tipleri, Space Deck Sistemi ve Unibat Sistemidir. Şekil 2.16 ve 2.17’de bu yapı sistemleri ile ilgi şekiller gösterilmiştir.

Çubuk düğüm ve modüler sistem çeşitleri ile ilgili yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.

3. Uzaysal Yapı Sistemlerin Avantajları ve Dezavantajları

Uzaysal yapı sistemlerinin geniş çaptaki popülaritesi, bu yapıların aşağıdaki avantajlarından kaynaklanmaktadır;

1. Hafiftir, yapısal olarak verimli ve optimum malzeme kullanılır.
2. Nitelikli işçi sınıfındaki eksiklik ve maliyetlerinin yüksek olması, prefabrike ve sanayileşmiş yapı biçimlerinin benimsenmesini desteklemiştir. Uzaysal yapı sistemleri fabrikalarda standart boyutlarda ve şekillerde seri olarak üretilen elemanlar ve birleşimlerden oluşmalarından dolayı, sahada kolay ve hızlı bir şekilde çok kalifiye olmayan işçilerle de kolaylıkla ve hızlı bir şekilde montaj edilebilmektedir. Bu nedenle bu tür yapılar mühendisler ve mimarlar tarafından giderek daha fazla tavsiye edilmektedir.
3. Bileşenlerin küçük boyutları nedeniyle taşıma işlemleri yürütmek ve bu yapıları kurmak geleneksel inşaat metotları ile kolay bir şekilde mümkün olmaktadır. Bu sayede inşaat süresinde tasarruf sağlanmaktadır (Fabrikada üretildikleri için hızlı üretim teknikleriyle üretilebiliyor, sahaya taşınabiliyor ve kolayca kurulabilmektedirler).
4. Uzaysal yapı sistemlerinin ağ yapısıdan dolayı bu sistemler hafiftir. Örneğin, 40m çaplı bir metal kubbenin birim yüzey alanı için kendiliğinden gelen ağırlık, aynı çaptaki beton kubbenin ağırlığından 15 mertebe daha hafiftir. Bu ağırlık kaybı, hiçbir rijitlik kaybı yaşanmadan elde edilen bir avantajdır.
5. Bileşenlerin küçük boyutları nedeniyle taşıma işlemleri yürütmek ve bu yapıları kurmak geleneksel inşaat metotları ile kolay bir şekilde mümkün olmaktadır. Bu sayede inşaat süresinde tasarruf sağlanmaktadır (fabrikada üretildikleri için hızlı üretim teknikleriyle üretilebiliyor, sahaya taşınabiliyor ve kolayca kurulabiliyor).
6. Uzaysal yapı sistemlerin sahip oldukları geometri, mimarlara ve mühendislere farklı şekillerde, mimari açıdan hoş görünümlü ve çok cazip yapılar yapma imkânı sunmaktadır.
7. Belirli açıklık/derinlik oranı için büyük bir rijitliğe sahiptirler.
8. Kolonların yerleşimi ve konumlandırılmasında daha fazla esnekliğe sahiptirler. Bazı yapısal bütünlüğüne zarar vermeden pozisyonlarının değişmesi mümkündür.
9. Çok katlı uzay kafes sistemlerde tavan elemanların içinden elektrik, su, mekanik tesisatları, klima kanalları geçirilebilmektedir.
10. Uzaysal yapı sistemleri büyük rijitliklere sahip olduklarından sehimler oldukça azdır. Uzaysal yapı sistemleri, avantajlarının yanında aynı zamanda birkaç dezavantaja sahiptir; Uzay kafes sistemleri imalat ve montaj aşamalarında oluşabilecek küçük kusurlara karşı çok hassas sistemlerdir. Bu kusurlar yapının yük taşıma performansını olumsuz şekilde etkilemektedir.

Uzaysal yapı sistemleri, avantajlarının yanında aynı zamanda birkaç dezavantaja sahiptir;

1. Uzay kafes sistemleri imalat ve montaj aşamalarında oluşabilecek küçük kusurlara karşı çok hassas sistemlerdir. Bu kusurlar yapının yük taşıma performansını olumsuz şekilde etkilemektedir.
2. Uzay kafes sistemler kısa açıklıklarda kullanılması durumunda diğer sistemlere göre daha maliyetli olabilmektedir.
3. Elemanların birleşim karmaşıklığı ve sayısının fazlalığı nedeniyle sistemin montaj süresi bazen uzayabilmektedir.
4. Geniş açıklıklı ve çok sayıda uzay kafes sistem elemanlarını yangına karşı korumak ekonomik olmadığından genellikle yangın dayanımı gerektirmeyen yapılarda ve yerler tercih edilmektedir.
5. Genellikle çelikten üretilen uzay kafes sistem elemanlarının korozyona karşı dayanımı oldukça azdır. Korozyonu önlemek için, boyama, fırınlama, galvanizleme gibi işlemlerin kullanılması maliyeti arttırıcı etki yapmaktadır

Kaynaklar:
Mojibullah NOORİ-RASTGELE DAĞITILLMIŞ ELEMAN BAŞLANGIÇ EĞRİLİK KUSURLARININ DÜZLEMSEL ÇİFT KATLI UZAY KAFES SİSTEMLERİN YÜK TAŞIMA KAPASİTELERİNE ETKİSİ
Uğur KARABULUT-GENİŞ AÇIKLIKLI UZAY KAFES SİSTEMLERİN İLGİLİ TÜRK VE AVRUPA STANDARTLARI UYARINCA KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ
Subramanian, N. (Narayanan) 1999. Principles of space structures. New Delhi, İndia
Yadollahi, M. M., Gül, R., Polat, R., Yadollahi, B. M., Gül, M. S. 2011. The Effect of Initial Geometric Imperfection on the Load Bearing Capacity of Double Layer Barrel Vault Space Structures. 3rd ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering,

Basit bulon sıkma durumu bulonların doğrudan yaslanma durumunda ve birleşim katlarının sıkı temas hâlinde olduğu durumdur. Bu tür bir sıkma, bir işçinin açık uçlu ve yaklaşık 40 cm uzunluğunda bir somun anahtarıyla tüm gücünü kullanarak elde edilebilir. Bu anahtarın diğer ucu, bir demir işçisinin birleşen parçaların deliklerini hizalayabilmesi için konikleştirilmiştir. Basit-sıkma bağlantısı basit kesme birleşimlerinin çoğunda ve sadece çekmeye çalışan birleşimlerde belirtilebilir. Statik olmayan yüklerin etkisindeki birleşimlerde ve çekme etkisindeki A490 bulonlarıyla basit-sıkma bağlantılarının kullanılmasına izin verilmez. (Bulonların Akma ve Kopma Gerilmeleri)

Önçekmeli bir bulonlu bağlantı basit-sıkma birleşimine göre çok daha fazla bağlanma kuvvetine sahiptir ve bu nedenle bağlantı için daha yüksek seviyede kayma-direnci sağlar. Önçekmeli bağlantılar, tersinir veya yorulma yükleri etkisindeki bağlantılarda kullanılır. Aynı zamanda, çekme etkisin deki A490 bulonları için de zorunluluktur. Önçekmeli bulon bağlantıların kullanıldığı bazı örnekler:

• Yüksek yükseklik-genişlik oranına sahip binalardaki kolon ekleri,
• Yatay yük taşıyıcı sistemin yük aktarma yolundaki birleşimler,
• Vinç ve makineler gibi darbe veya tersinir yüklerin etkisindeki birleşimler.

Burada belirtilmesi gereken, önçekmeli bir bağlantının tasarım dayanımının basit-sıkmalı bir bağlantının tasarım dayanımına eşit olduğudur. Bir önçekmeli bağlantıda sürtünme kuvveti aşılıncaya kadar kayma önlenmiştir. Sürtünme kuvveti aşıldığında bulonlar, kayarak birleşen levhalara dayanır ve önçekme veya bağlanma kuvveti yok olur (ör., basit-sıkma durumuna eşdeğer). Hem basit-sıkma hem de önçekmeli birleşimlerde kontak yüzeyinin kaplanmamış, boyanmış veya galvinizlenmiş olmasına izin verilir ancak yüzeyin kir ve istenmeyen malzemelerden arınmış olması gerekmektedir.

Önçekmeli bulonlar, yerleştirildiklerinde birleşen parçaların arasında minimum bir bağlanma kuvveti sağlanana kadar sıkılmalıdır. AISC şartnamesi minimum gerekli bağlanma kuvvetinin bulonun karakteristik çekme dayanımının, Rn, en az %70‘i olmasını şart koyar. Aşağıdaki tablo, değişik bulonlar için minimum çekme değerlerini içermektedir.

Minimum Bulon Önçekme (önçekme ve sürtünme etkili bağlantı)

Kaynak: ASICM Tablo J3.1

Denklem J3-1. R_n = Fnt.Ab

Fnt= 620 MPa (A325 ve F1852)

Fnt = 780 MPa (A490 ve F2280)

A_b = Bulonun yivsiz karakteristik alanı

Bulon Sıkma Yöntemleri

Bu minimum çekme kuvvetini elde edebilmek için bulonlar, aşağıdaki yöntemlerden birisiyle yerleştirilmelidir:

1. Somun Döndürme

Bir somun, bulon uzunluğu boyunca ilerlediğinde, her bir tam dönüş bulonda belirli bir çekme kuvvetine karşılık gelir. Bu nedenle, dönme sayısı ile bulundaki çekme kuvveti arasında bilinen bir ilişki vardır. Başlangıç noktası (ör., bulundaki çekme kuvvetinin sıfırın hemen üzerinde olduğu nokta) basit-sıkma durumu olarak ifade edilir.

2. Göstermeli Sıkma Anahtarı ile Sıkma

Bu yöntemde, belirli bir çekme kuvvetine tekabül eden minimum bir tork elde etmek için göstermeli anahtarlar kullanılır. Herhangi bir projede. kalibrasyonun her bulon boyutu ve sınıfı için günlük yapılması gerekmekledir.

3. Büküp Koparmalı Çekme Kontrollü Bulon Sıkma

Kanallı uçları olacak şekilde imal edilen bu bulonlar özel bir anahtarla sıkılıp belli bir tork elde edildiğinde kanallı ucun kırılması şeklinde monte edilir. Bu bulonlar ASTM F1852’ye uyar ve dayanım ve tasarımda ASTM A325‘e eşdeğerdir.

4. Çekme Kuvvetini Doğrudan Gösteren Göstergeç

ASTIM F959’a uyan pullar, ezilme yüzeyinde basıncın bulondaki çekme ile orantısal olması için kontrollü bir şekilde bastıran oluklu çıkıntılara sahiptir.

Çıkıntılardaki şekildeğıştırme, uygun çekmenin sağlanıp sağlanmadığını anlamak için kontrol edilir.

Yerleştirme ile ilgili bir özel durum, bina işletme durumundayken bulonlu birleşimlerin kayarak ezilmeye geçmeleridir. Bu olduğunda bina sakinleri, tabiatıyla rahatsız edici olan, silah sesine benzeyen sesler duyabilirler. Ancak bu olay yapısal bir güç tükenmesinin işareti değildir. Bu, “çarpma bulon” olarak bilinir. Bunun gerçekleşmesini engellemek için bulonlar basit sıkılmalıdır veya eğer mümkünse çelik montajcısı ötelenme saplamaları salıverilmeden ve bulanların sıkılmadan önce kayıp yaslanmaları sağlanmadan bulonları sıkmamalıdır.

Göz önünde bulunduracağımız son bağlantı, sürtünme etkili bağlantıdır. Bu bağlantı tipi önçekmeli bağlantıyla, güç tükenmesinin etki eden yükün sürtünme kuvvetinden daha büyük olması ve kontak yüzeyleri arasında kaymanın oluşması durumunda gerçekleştiği varsayımı dışında, benzerdir. Önçekmeli bağlantılarda olduğu gibi, sürtünme-etkili bağlantılar da tersinir yükler veya yorulma yükleri etkisindeki bağlantılar için kullanılır. Bunların yanında, oval delikleri yük doğrultusuna paralel olan birleşimlerde veya aynı kontak yüzeyinde hem kaynak hem de bulonların birlikte kullanıldığı temas yüzeylerinde kullanılır. Bir sürtüııme etkili bulon için uygulanması gereken önçekme veya bağlama kuvveti önçekmeli bağlantılar için olanlarla aynıdır. Sürtünme-etkili bir bağlantının tasarım dayanımı, ezilme tipli birleşimlerin tasarım dayanımından, sürtünmeye direncin diğer tüm bulon güç tükenmesi modlarından çoklukla düşük olduğu için genellikle küçüktür (ör., kayma veya ezilme).

Önçekmeli ve sürtünme-etkili bağlantıların arasındaki ana fark, birleşen parçaların arasındaki temas yüzeyinin tipidir. AISC şartnamesinde iki tip temas yüzeyi tanımlıdır: Sınıf A ve Sınıf B. Her tipin, minimum bir sürtünme kuvvetine karşılık gelen, belirli bir yüzey hazırlığı ve kaplama koşulu vardır. Bir Sınıf A temas yüzeyi ya boyanmamış temiz hadde tufalı bir yüzeydir ya da basınçlı havayla temizlenen çeliğe Sınıf A kaplaması içeren yüzeydir. Sınıf A aynı zamanda sıcak daldırma galvanizli pürüzlendirilmiş yüzeyleri de içerir. Bir Sınıf A yüzeyinin ortalama kayma katsayısı μ= 0.35’tir.

Bir Sınıf B temas yüzeyi ya boyanmamış basınçlı havayla temizlenmiş çelik yüzeyidir ya da basınçlı havayla temizlenmiş çelik yüzeyine uygulanmış Sınıf B kaplaması içeren yüzeydir. Bir Sınıf B yüzeyinin ortalama kayma katsayısı μ= 0.50’dir.

Herhangi bir temas yüzeyi için ortalama kayma katsayısı, özel kaplamalar ve çelik yüzey şartlar için test edilerek elde edilebilir.

Sürtünme-etkili birleşimlerde bir başka önemli etken kaymanın servis yükleri veya arttırılmış yüklerde gerçekleşme olasılığıdır. Bazı durumlarda, temas yüzeyleri arasındaki kayma, dayanım seviyelerindeki bir soruna yol açmadan kullanılabilirlik sorunlarına yol açabilir. Özü itibarıyla, temas yüzeyleri arasında kayma vardır ancak bu bulonun birleşen parçalara yaslanmasına veya akmasına veya kırılmasına sebebiyet vermemektedir. Bazı durumlarda temas yüzeyleri arasındaki kayma dayanım seviyesinde sorunlara sebebiyet verebilir (örneğin, uzun açıklıklı bir çatı kafesi ekinde). Ek birleşimindeki kayma, ekstra yerdeğiştirmeye sebep olabilir ve istenmeyen kaldırma kuvveti potansiyelini arttırabilir.

Kaynak: Abi O. Aghayere- Jason Vigil (Çev. Prof. Dr. Bülent Akbaş-Prof. Dr. Oğuz Özgür Eğilmez) Çelik Yapı Tasarımı

Kompozit kesit, yapısal çelik ve betonun birarada çalıştığı üniteyi ifade etmektedir. Çelik malzemesinin korozyon ve düşük yangın dayanımı gibi zayıf yönleri beton malzemesiyle, beton malzemesinin ise düşük çekme mukavemeti gibi zayıf yönü çelik malzemesi ile giderilerek yüksek performanslı elemanlar ortaya çıkmaktadır. Kompozit elemanların bu performans artışı; rijitlik, süneklik, yapı kullanım ömrünün artması, dayanım ve dayanıklılık artışı olarak sıralanabilir. Kompozit yapıların avantajları:

• Kompozit yapılar, betonarme yapılara göre %40 daha hafif olabilmekte ve bu özelliğinden dolayı meydana gelebilecek depremlerde daha az deprem yükünün oluşmasını sağlamaktadır.
• Ana taşıyıcı sistem elemanları atölye ortamında hazırlandığından yüksek derecede kalite kontrol imkanı sağlamaktadır.
• Yüksek düktilite özelliğine sahip olan kompozit yapılar, deprem esnasında daha sünek davranış göstermektedir.
• Kompozit elemanlar yalın halde kullanılacak çelik elemanlardan %25 oranında daha az çelik kullanılmasını sağlamaktadır.

Kompozit Döşemeler

Kompozit döşeme, çelik kirişler üzerine döşenmiş çelik sacların beton ile birlikte çalıştırılmasıyla ortaya çıkan kompozit taşıyıcı elemanlardır. Kompozit döşemelerin kullanılmasıyla yapı ağırlığında 1 kN/m2’ye kadar azalma sağlanabilmektedir. Bu durum da betonarme döşeme kullanılan yapılara göre %30 civarında daha hafif döşemeler elde edilmesini sağlamaktadır. Günümüzde kompozit döşemeler yaygın olarak okul, hastahane, yüksek yapılar, köprü döşemeleri, otoparklar gibi büyük açıklıkların olduğu ve yüksek dayanım kapasitesinin gerektiği alanlarda kullanılmaktadır. Kompozit döşemelerin kullanılmasıyla tesisat için ekstra alanlar oluşmakta, işçilik azalmakta, yangın dayanımı büyük oranlarda artmakta ve ısı izolasyonu sağlanmaktadır.

Kompozit döşeme sistemleri esas olarak 4 bileşenden meydana gelmektedir:

• Yapısal çelik kiriş
• Başlıklı kayma elemanları
• Profillenmiş çelik sac
• Donatılı beton

Kompozit döşemelerde, beton dökümünde kalıp görevi gören çelik sacların beton ile birlikte çalışmasını sağlanması ve iki malzeme arasındaki kaymanın engellenmesi gerekmektedir. Profilli çelik sac ile beton arasındaki doğal kenetlenme trapez çelik sacın 10 mm-15 mm yüksekliğe sahip çıkıntılar yardımıyla oluşmaktadır. Çelik sac yeni dökülen betonun ağırlığını, betonarme döşemedeki donatının ağırlığını, kendi ağırlığını ve inşaat yapım süresi boyunca meydana gelebilecek hareketli yükleri taşıyabilmektedir. Bu yüzden trapez kesitli sacların kullanılması daha ekonomiktir ve bu kullanım çok fazla yaygınlaşmıştır. Çelik profil kiriş ile trapez sac ve betondan oluşan kompozit döşemenin birlikte çalışması için kayma elemanları kullanılmaktadır.

Ayrıca çelik sac ile betonun birlikte çalışmasını sağlamak ve böylelikle döşeme plağının pozitif moment bölgelerinde çelik sacın donatı görevi yapabilmesi için de kayma elemanlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Kayma elemanlarının kullanılmasıyla birlikte çelik sac ile beton arasında oluşan boyuna kaymaları engellemektedir. Kompozit döşemelerin kullanılmasıyla daha ekonomik, daha hafif ve daha güvenli yapıların elde edilmesine olanak sağlamaktadır.

Çelik yapıların tasarım, hesap ve dayanımına dair esaslar yönetmeliğinde bulunan ve şekilde gösterilen çelik sac için esaslar aşağıdaki gibi ifade edilmiştir:

1.  hr olarak ifade edilen çelik sacın hadve yüksekliği en fazla 75 mm ve wr olarak ifade edilen ortalama hadve genişliği ise en az 50 mm olacaktır.
2. Betonarme döşeme, çelik sac üzerinde ve üzerinde bulunduğu çelik kiriş başlığına doğrudan başlıklı çelik ankrajlarla kaynaklanarak bağlanacaktır.
3. Başlıklı çelik ankrajın kaynaklanan kısmından sonra çelik sacın hadve üst kotuna kadar olan mesafe en az 38 mm olacaktır ve beton döşemenin üst kotundan en az 12 mm aşağıda olacaktır.
4. Hadve üst kotu ile beton döşemenin üst kotu arasındaki mesafe minimum 50 mm olacaktır.
5.  Kiriş başlığına mesnetlenen bağlantı aralığı maksimum 450 mm olacaktır.
6. Çelik kirişin boyuna eksenine dik olarak yerleştirilen çelik sac hadvelerinde, çelik sacın üst kotundan itibaren hadve içerisinde kalan beton tasraımda ihmal edilecektir.
7. Çelik kirişin boyuna eksenine paralel olarak yerleştirilen çelik sac hadvelerinde ise hadve içerisinde kalan beton kompozit enkesit tasarımında ihmal edilmeyebilir.
8. Çelik kirişin boyuna eksenine paralel olarak yerleştirilen çelik sac hadvelerinde her bir hadvede bir tane başlıklı çelik ankraj kullanıldığı durumlarda hadve genişliği wr minimum 50 mm olacaktır. Her hadvenin içerisinde birden fazla başlıklı çelik ankraj kullanılması durumunda ise hadve genişliği wr, ilave edilen her bir başlıklı çelik ankrajın gövde çapının 4 katı olacak şekilde artırılmalıdır.

Kompozit Kirişler

Kompozit kirişler, normal yapısal çelik kirişlerle kıyaslandığında daha fazla moment taşıma kapasitesine ve yüksek rijitliğe sahip olduğu görülmektedir. Kompozit kirişlerin kullanılmasının amacı, betonun basınç mukavemeti ve yapısal çeliğin çekme mukavemeti birarada kullanılarak daha küçük kesitler elde etmektir. Böylelikle elde edilen daha küçük kesitlerle taşınması gereken moment kapasitesine erişmeye imkan tanımaktadır. Bununla birlikte kullanılacak malzeme miktarı ve yüksek yapılarda döşeme kalınlığı azaltılarak daha ekonomik yapılar elde edilebilmektedir. Kompozit kirişler bina türü yapılarda ve köprü kirişleri olarak sıkça kullanılmaktadır.

Kompozit kirişlerin olumlu yönlerinin yanı sıra olumsuz tarafları da bulunmaktadır. En önemli dezavantajı betonarme döşeme ile çeliğin birlikte çalışması ve kenetlenmesinin sağlanması için elemanlara gereksinim duyulmasıdır. Bu elemanlar kesme bağlantı elemanları (shear stud) olarak bilinmektedir. Bütün tasarımlarda olduğu gibi kompozit kiriş tasarımındada hesaplamaların yapılması gerekmektedir. Yapılacak bu hesaplamalarda ve tasarımlarda kompozit kirişlerin yeterli kesme kuvveti ve moment taşıma kapasitelerine sahip oldukları irdelenmelidir. Kompozit kirişlerin yanı sıra kullanılacak kesme elemanlarının da yeterli dayanımda olması gerekmektedir. Kullanılacak kesme elemanlarının kopmaması ve bu elemanların çevresindeki betonda hasarların meydana gelmemesi için gerekli ve yeterli önlemler alınmalıdır. Kesme elemanlarının kullanılmayan elemanlarda, çeşitli yüklemeler altındaki kompozit kirişleri meydana getiren her bir bileşeni ayrı ayrı çalışmaktadır. Kesme elemanlarının özelliklerine bağlı olarak, kompozit kirişlerin rijitliklerinde ve mukavemetinde yüksek derecede artış meydana gelmektedir. Eurocode4’te bulunan bazı tipik kompozit kirişler aşağıda gösterilmiştir.

Kompozit kirişler betonarme hesaplara benzer olarak geniş başlıklı (tablalı) yani TKirişleri olarak ifade edilen şekilde modellenebilmektedir. Bu şekildeki bir tasarımda döşeme boyunca eğilme gerilmeleri meydana gelmekte ve eğilme momenti dağılımının hesaplanması ve kontrollerinin yapılması gerekmektedir. Tablalı kompozit kirişlerde efektik genişlik yani ‘beff’ değeri, kompozit kirişin açıklığına, mesnetlenme şekline ve ardarda oluşturulan kirişlerin arasındaki mesafeye bağlı olarak değişmektedir. Bu yüzden tabla genişliğinin basit kirişlerdeki hesaplamaları ile sürekli veya konsol kompozit kiriş olarak tasarlanacak kirişlerdeki hesaplamalar farklı şekillerde değerlendirilmelidir.

Kompozit Kolonlar

Beton, donatı ve yapısal çelik elemanlarının bir araya gelmesiyle kompozit kolonlar oluşmaktadır. Kompozit kolon taşıyıcı elemanları, özellikle çok katlı yapılarda betonarme veya çelikten oluşturulmuş kolonlarla kıyaslandığında birçok avantajının olduğu görülmektedir. Kompozit kolonların yüksek yapısal performans sergilemesi sebebiyle birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Oluşturulan kompozit kolonların kullanılmasıyla kesit boyutu azalmakta, yapının sabit ağırlığı azalmakta ve çelik kolonlarda en sık karşılaşılan problemlerden biri olan yangın dayanımını artırmaktadır. Eurocode4’te, kompozit kolonların enkesit şekillerinin genel olarak kullanım şekilleri aşağıda gösterilmiştir.

Kompozit kolonlar genel olarak 4 farklı şekilde oluşturulmaktadır:

1. Beton içerisine tamamen gömülmüş çelik profilli kompozit kolonlar
2. Yarı (kısmi) gömme kompozit kolonlar
3. Çelik profilin içi tamamen betonla doldurulan kompozit kolonlar
4. Beton içerisine gömülmüş tüp çelik betonarme kompozit kolonlar

Kaynaklar;
YENİ VE ESKİ NESİL BETONDAN ÜRETİLMİŞ KOMPOZİT KİRİŞLERİN DARBE KUVVETİ ETKİSİALTINDAKİ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ-Medine AYDIN
Gücüyen, E., Erdem, R. T., & Kantar, E. Kompozit Boru Kesitlerinin Çarpma Etkisi Altında Deneysel ve Nümerik Olarak İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30(1), 139-149.
Ağcakoca, E., Yaman, Z., & Yazıcı, Y. E. Behavior Of Composite And Box Profile Under Impact Force.

Sürtünme karıştırma kaynak işlemi özel pofile sahip bir pim ve omuzdan oluşan takımın birleştirilecek malzeme yüzeyinde dönme ve ilerleme hareketi neticesinde gerçekleşmektedir. Takımın yüzeye uyguladığı basınç ve dönme hareketi yüzeyde sürtünme ve ısı oluşturur. Bunun sonucunda kaynatılacak malzeme yumuşar ve özel profile sahip pimle kaynak bölgesinde karışım sağlanır. Takıma verilen ilerleme hareketi ise belirlenen hat boyunca kaynak işlemini gerçekleştirir. Sürtünme karıştırma kaynak uygulamasına yönelik gösterim aşağıda verilmiştir;

Soğuk kaynak yöntemi olarak sürtünme karıştırma kaynağı, özellikle çarpılmaların ve iç gerilmelerin istenmediği yüksek performans gerektiren çeşitli metal ve alaşımlarının birleştirilmesinde başarılı bir şekilde
uygulanmaktadır. Sürtünme karıştırma kaynağı yöntemi çok farklı kalınlıklardaki sac ve levhalara
uygulanabilmektedir.

Sürtünme karıştırma kaynak yönteminde mekanik özellikler ve mikroyapısal değişimler kaynak parametreleriyle değişkenlik göstermektedir. Yöntem, ergime fazında gerçekleşmediği için geleneksel ergitme kaynak yöntemlerinde (TIG, MIG) karşılaşılan interdentritik ve ötektik fazlar ortadan kalkmaktadır. Bunlara ilaveten, SKK bağlantı karakteristikleri çoğunlukla kaynak takımı formu ve dinamiği ile ilişkilendirilebilecek parametrelere de bağlıdır. Sürtünme karıştırma kaynağ işlemi sonrası kaynak kesiti incelendiğinde asimetrik bir kaynak bölgesi ile karşılaşılır. Bu asimetrik yapının takım ekseninin belirli ölçüde kaydırılması ile farklı alaşımların birleştirilmesinde kaynak performansını arttırdığı görülmüştür. Sürtünme karıştırma kaynak bölgesi literatürde kaynak merkezi (KM), termomekanik etkilenen bölge (TMEB) ve ısı tesiri altındaki bölge (ITAB) olmak üzere isimlendirilmektedir.

 Termomekanik Etkilenen Bölge-(TMEB): Termomekanik etkilenen bölge, dinamik olarak yeniden kristalleşen bölge ile ısı tesiri altındaki bölge arasında karıştırıcı ucun sürtünme ve ilerlemesinden dolayı yüksek sıcaklığa ve deformasyona maruz kalan bölgedir.

Isı Tesiri Altındaki Bölge-(ITAB): Kaynak metaline yakın ve ısıdan etkilenmeyen esas metale komşu olan bölgedir. Bu bölgede mekanik deformasyon olmamasına karşın sürtünme sırasında oluşan ısıdan etkilenir ve malzemenin yapı özelliklerinde değişimler meydana gelir.

Sürtünme Karıştırma Kaynak Yönteminin Avantajları

Sürtünme karıştırma kaynak yöntemi enerji verimliliği açısından ve çevre dostu bir kaynak yöntemi olduğu için yeşil bir teknolojidir. Geleneksel kaynak yöntemleri ile kıyaslandığında sürtünme karıştırma kaynak yöntemi daha az enerji tüketmekte, koruyucu gaza ihtiyaç duymamakta ve zararlı emisyonlar oluşturmamaktadır. Sürtünme karıştırma kaynağı yönteminde malzeme ergime noktasına ulaşmamaktadır. Bu sebepten ötürü alüminyum alaşımlarının geleneksel kaynak işlemleri ile birleştirilmesinde oraya çıkan boşluklu yapı ve oksitlenme gibi hatalar görülmemektedir. Sürtünme karıştırma kaynak yöntemi alüminyum alaşımlarının diğer mekanik birleştirme yöntemleri ile kıyaslandığında yapısal rijitlik ve hafiflik özelliği ile avantaj sağlamaktadır. Bunlara ilaveten bu yöntem ile yüksek yorulma ömrüne sahip bağlantılar elde edilir.

Sürtünme karıştırma kaynak yöntemiyle Çelik/Al alaşımı, Çelik/Mg alaşımı, Bakır/ Al alaşımı, Çelik/ Ti ve Al/Mg gibi benzer olmayan metallerin kaynağı da mümkündür.

Metalürjik Faydaları

• Katı hal yöntemidir,
• Düşük çarpılmalar,
• İyi boyutsal stabilite,
• Alaşım elementi kaybı yok,
• Kaynak bölgesinde iyi metalürjik özellikler,
• İnce tane yapısı,
• Çatlaksız kaynak bölgesi,
• Çoklu bağlantı elemanlarının yerine kullanılması,

Çevresel Faydaları

• Örtü gazı kullanılmaması
• Yüzey temizliğine ihtiyaç duyulmaması
• Atık malzeme miktarının az olması
• Temizleme ihtiyacının olmaması
• Geleneksel kaynak işleminde gereksinim duyulan tüketim malzemelerine ihtiyaç duyulmaması
• Taşlama atıkları oluşmaz

Enerji Faydaları

• Farklı kalınlıklarda malzemelere uygulanılabilir olması ve ilave işleme ihtiyacın ortadan kalkması
• Lazer kaynak işleminde kullanılan enerjinin % 2.5 oranında enerji ile işlemin yapılabilmesi
• Uygulandığı sektörlerde yakıt tasarrufuna katkıda bulunması (farklı birleştirme yöntemleri ile kıyaslandığında)

Sürtünme Karıştırma Kaynak Yönteminin Sınırlılıkları ve Dezavantajları

Her kaynak yönteminde olduğu gibi sürtünme karıştırma kaynağı yönteminde de sınırlamalar mevcuttur. Sürtünme karıştırma kaynağı sınırlılıkları özetle;

• Kaynak üst yüzeyi ile alt yüzeyi arasında homojen olmayan ısı dağılımından ötürü kalın malzemelerin kaynağı güçtür,
• Kaynak işlemi sırasında iş parçasını veya işi tutmak için ağır iş bağlama düzeni gereklidir,
• Pimin metalin içine girmesini sağlamak için büyük kuvvetler gerekir,
• Çoğu zaman bu kaynak işlemi diğer birçok işlemden daha yavaştır,
• Sürtünme karıştırma kaynağı, metal biriktirme gereksiniminin olduğu kaynak bağlantılarına uygun değildir,
• Sürtünme karıştırma kaynağı makinesinin ilk yatırım maliyeti çok yüksektir,
• Manuel ve ark kaynak işlemlerinden daha az esnektir,

Sürtünme Karıştırma Kaynak Yönteminin Uygulandığı Malzemeler

Başlangıçta sürtünme karıştırma kaynak işlemi bir dizi alüminyum alaşımı, kurşun, çinko, magnezyum ve nispeten yumuşak malzemelerin birleştirilmesinde kullanılmıştır. Yakın zamanda, bakır, titanyum, düşük karbonlu ferritik çelik, alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler ve nikel alaşımlarının yanı sıra bazı termoplastik malzemeler de sürtünme karıştırma kaynak yöntemi ile kaynak yapılabilmektedir. Prensip olarak, sıcak işlenebilecek herhangi bir malzeme bu işlemle kaynaklanabilmektedir. Bununla birlikte kaynak yapılan malzemeden ziyade takım malzemesi daha sınırlayıcı bir faktördür.

Sürtünme Karıştırma Kaynak Yönteminin Endüstriyel Uygulamaları

• Gemi ve Denizcilik Endüstrisi
• Havacılık ve Uzay Endüstrisi
• Kara Taşımacılığı ve Demiryolu Endüstrisi

Sürtünme Karıştırma Kaynak Yöntemi Çeşitleri

Sürtünme karıştırma kaynak yönteminin kullanım alanlarının artmasına paralel olarak artan ihtiyaçlar ve uygulama güçlüğü oluşturan durumlar SKK yönteminde yeni uygulamaların gelişmesini sağlamıştır. Klasik SKK yönteminden farklı olarak sınıflandırılabilecek yöntemler üç ana başlık altında incelenebilir;

1. Melez sürtünme karıştırma kaynağı (MSKK)
2. Çift taraflı sürtünme karıştırma kaynağı (ÇSKK)
3. Sürtünme karıştırma nokta kaynağı (SKNK)

1.Melez Sürtünme Karıştırma Kaynağı (MSKK)

Çelik gibi ergime derecesi yüksek olan malzemelerin SKK yöntemi ile birleştirilmesinde karıştırıcı takım omzunun sürtünmesi ile oluşan ısı, karıştırma bölgesinde malzemelerinin plastik deformasyona uğraması ve hatasız birleştirilmesi için yetersiz kalabilmekde ve karıştırıcı ucun aşınmasını neden olabilmektedir. Bunları engellemek için Melez sürtünme karıştırma kaynağı yöntemleri uygulanabilmektedir. Karıştırıcı takımının işlevini kolaylaştırmak için, kaynak edilecek malzemelerin lazer ışını ile ön ısıtması gerçekleştirilebilir.

SKK işleminin ilk başlangıcında karıştırıcı takım dalma işlemi yaptıktan sonra gerekli ısı oluşumu için bir süre beklemektedir. Melez sürtünme karıştırma kaynak yöntemi ile bu bekleme süresini en aza indirgemek mümkündür. Azalan bekleme süresi, sürtünme süresini de azaltacağından takım ömrünü artırmaktadır. Fakat Melez SKK uygulamasının maliyetinin yüksek olmasının yanı sıra henüz araştırma safhasındadır.

2.Çift Taraflı Sürtünme Karıştırma Kaynağı (ÇSKK)

Artan levha kalınlığından dolayı aynı anda levhanın hem altından hem de üstünden ayrı ayrı karıştırma işlemini gerçekleştiren iki tane karıştırıcı takım prosedüre eklenmektedir. İşlem esnasında karıştırıcı uçlar birbirleri ile ters yönde dönerken, aynı yönde ilerleme yaparak hareket ederler. Alüminyum alaşımlarında tek taraflı olarak 50 mm kalınlığa kadar uygulanan sürtünme karıştırma kaynak yöntemi çift taraflı olarak uygulandığında 100 mm kadar birleştirme işlemi gerçekleştirebilmektedir.

3.Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynağı (SKNK)

Sürtünme karıştırma nokta kaynağı yönteminde SKK yönteminden farkı karıştırıcı takım birleştirme işlemini gerçekleştirmek için doğrusal bir hareket gerçekleştirmek yerine üst üste konumlandırılmış levhaların bir noktasından dalıp belli bir süre bekletilmesi ve aynı noktadan geri çıkmasıdır. Sürtünme karıştırma nokta kaynak yönteminden plakaların konumu, dalma derinliği, bekleme süresi ve takım açısı birleştirme kalitesini belirleyen önemli değişkenlerdir. Bekleme süresi sonunda karıştırıcı takımın geri çıkarılması ile kaynak kesitinde delik oluşmaktadır. Bu olumsuzluk, Almanya’da bulanan HZG araştırma merkezinin geliştirdiği Tekrar Doldurmalı Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynak (refill FSSW) ile ortadan kaldırılmıştır. Ayrıca Hitachi firmasının geliştirdiği SKNK yöntemiyle, dalma işlemi tamamlandıktan sonra çok az doğrusal hareket gerçekleştirerek birleştirme işlemi tamamlamaktadır. Bu nedenle SKNK yüzeyi dairesel bir şekil yerine eliptik bir şekil almakta artan kaynak dikişi ile birleştirmenin mukavemeti artmaktadır.

Sürtünme Karıştırma Kaynak Hataları

SKK işlemimde oluşan hataları 5 kategoriye ayırabiliriz. Bunlar; boşluklar, yetersiz nüfuziyet, birleştirme hattı kalıntıları, oksit kalıntılar ve aşırı taşmadır. Söz konusu hatalar, mevcut kaynak koşullarına göre takım tasarımı yapılırken göz önünde tutulmalıdır. Aynı zamanda kaynak parametrelerinin belirlenmesinde de dikkate alınmalıdır.

1.Boşluklar

Boşluklar işlem değişkenlerine bağlı olarak genellikle ilerleme tarafında olmak üzere kaynak çekirdeğinin farklı yerlerine ve kaynak yüzeyinin hemen altında konumlanabilmektedir. Bu hatanın oluşmasındaki temel etken ilerleyen takımın yarattığı boşluğa plastik deformasyona uğrayan malzemenin tam olarak doldurmamasıdır.

Birleştirilecek levhaların düzgün bağlanmaması, kaynak hızının yüksek seçilmesi, kaynak süresince yeterli basıncın uygulanmamış olması, boşluk hatası oluşumunun başlıca nedenleridir. Ayrıca kaynak ısısın gereğinden fazla ya da az oluşturulması da boşluk hatasının oluşmasına neden olmaktadır. Çünkü kaynak bölgesi soğuksa, kaynakla birleştirilecek bir plakadan diğerine, malzeme akısı zorlaşır. Isının gereğinden yüksek olması halinde malzeme takım ile sürüklenemeyecek kadar yumuşar. Dolayısıyla kaynak bölgesinde boşluklar meydana gelir.

2.Yetersiz Nüfuziyet

Kaynak dikişinin kök kısmında malzemenin yeterli karıştırılmaması sonucu istenilen difüzyon gerçekleşmeyerek bu hatanın oluşmasına sebebiyet vermektedir. Burada pim boyu ve eksenel kuvvet de önem arz etmektedir.

Ayrıca kaynakla birleştirilecek levhaların kalınlıklarının kaynak uzunluğu boyunca sabit olmaması, levhaların kaynak işleminin gerçekleştirileceği donanıma uygun bağlanmaması, kaynak koşullarına uygun takım seçilmemesi de benzer sonuçlar meydana getirebilir. Eksik kök nüfuziyet genellikle tek taraflı sürtünme karıştırma kaynağında görülür. Takım dalma derinliği kaynak süresince kontrol edilebildiği sürece bu problem de ortadan kalkacaktır.

3.Birleştirme Hattı Kalıntıları

Kaynaklanacak olan alın plakalar arasındaki ayırma hattının bulunduğu yerden kaynak kökünden başlayarak kaynak boyunca uzanan hata türüdür. Birleştirilen plakaların yüzeyinde bulunan oksit kalıntılarının yetersiz dağılımından oluşmaktadır. Bu hatanın oluşmasında kaynak hızının artması ile birim zamanda oksit tabakasının yeterli dağılmaması önemli bir etkiye sahiptir.

Takım pimin kısa olması, dalma derinliğinin eksik verilmesi kök kısmında karıştırma merkezine doğru düzelen ve birleştirme hattı kalıntılarının devamı niteliğinde olan öpüşen bağ hatasının oluşumuna neden olmaktadır.

4.Oksit Kalıntıları

Birleştirilecek malzemelerin yüzeylerinde bulunan oksit tabakları SKK işlemi öncesi yüzeylerden temizlenmezse kaynak dikişi ve TMEB içerisine nüfuz ederek kaynak bölgesinde kalan süreksiz oksit tabakası birleşme çizgisi boyunca yer yer kalitesiz birleştirme bölgelerine sebep olur. Siyah aralıklı kavisli çizgiler şeklinde karıştırma
bölgesinde ortaya çıkar ve tembel S hatası olarak isimlendirilmektedir.

5. Taşan Metal Fazlalıkları

Sürtünme karıştırma kaynak işleminde karıştırıcı takımın dalma derinliğinin yada uygulanan eksenel kuvvetin fazla olması sonucu kaynak metali takım omzundan dışarı çıkar ve genellikle çapak oluşumu şeklinde görülmektedir. Karıştırma bölgesindeki metalin dışarı çıkması, bu bölgenin kalınlığının azalmasına sebebiyet vermektedir.(

(Elektrik Ark Kaynağı Nedir? Çeşitleri Nelerdir?)

Kaynaklar: 
Musa BİLGİN-ALÜMİNYUM / MAGNEZYUM (Al / Mg) MALZEME ÇİFTİNİN SÜRTÜNME KARIŞTIRMA KAYNAĞI İLE KAYNAK EDİLEBİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI 
Şeref ÖCALIR-FARKLI İKİ MALZEMENİN SÜRTÜNME KARIŞTIRMA KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLMESİNDE KAYNAK PARAMETRELERİNİN BAĞLANTININ MEKANİK ÖZELLİKLERİNE VE KOROZYON DİRENCİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Yapılarda kullanılan çelik, yüksek sıcaklıkta şekil verilmiş ya da soğukta şekil verilmiş yani oda sıcaklığında şekil verilmiş çelik ürünlerdir. Bu ürünlerden soğukta şekil verilmiş çelik, yapı tasarımında uzunca bir süredir kullanılır. Hafif çelik, soğukta şekil verilmiş çelik olarak da ifade edilen bu elemanlar İngilizce “Cold Formed Steel” teriminin baş harfleri alınarak oluşturulan CFS kısaltması ile tabir edilebilir ve bu ifade sıkça karşılaşılan bir ifadedir.

Genel anlamda soğukta şekil verilmiş çelik elemanların/hafif çeliklerin et kalınlıkları 0,350 mm ile 6,50 mm aralığındadır. Özel uygulamalar için ön galvanizli malzemeler gerekmiyorsa 8 milimetre kalınlığa kadar oluşturulabilir.

Betonarme elemanlar, basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı düşük yapı elemanlarıdır. Fakat hafif çelik malzeme hem basınç dayanımı hem de çekme dayanımı konusunda yüksek değerlere ulaşmaktadır. Ayrıca günümüzün en önemli sorunlarından biri haline gelen deprem etkisi çelik yapılar ile minimum düzeye çekilmektedir.

Betonarme malzemeye nazaran daha hafif bir yapı malzemesi olan hafif çelik sayesinde yapıların maruz kaldığı deprem kuvveti daha az olmaktadır ve böylelikle deprem anında daha az zarar görmektedir. Bir diğer konu ise çelik malzemelerin üretiminin belirli bir denetim altında yapılması ve imalatının genellikle atölyelerde gerçekleştirilmesidir. Bu sebeple dayanımlar standart seviyede olup büyük değişimler göstermez ve betonarme yapı gibi fazladan bir bakıma ve küre ihtiyaç duymaz.

2. Hafif Çelik Yapıların Kullanım Alanları

Hafif çelik yapıların ülkemizde kullanımı son yıllarda oldukça artmıştır.  Soğukta şekil verilmiş çelik ilk başlarda şantiye binaları olarak kullanılıyordu. Fakat zamanla deprem evleri olarak yapılmaya başlandı. Artık okul, kreş, yurt, işyeri, mescit, lokanta, halk pazarı, konut ve daha birçok alanda uygulanmaktadır. Fakat konut olarak inşaat piyasasında hala olduğu yerde değildir. Amerika ve Avrupa’da konut olarak çok yaygın kullanılmasına rağmen ülkemizde kullanıcılar tarafından şüpheyle karşılanmaktadır.

3. Hafif Çelik Yapıların Genel Özellikleri

Hafif çelik yapılarda önceden üretilebilme imkânı olduğundan dolayı insan hataları en aza inmektedir. Yapı ince kesitli çeliklerden oluştuğu için diğer yapı türlerine göre 10 kata kadar daha hafiftir. Bu hafifliğinden dolayı da deprem yüklerini az aldığı için depreme karşı çok güvenlidir. Hafif çelik yapılar çok kötü zemin koşullarında bile uygulanabilmektedir.

Hafif çelik yapılar hızlı ve kolay bir şekilde montaj edilebilmektedir. İnşa aşamasında hava ve
iklim koşullarından etkilenmediğinden dolayı 4 mevsim inşası mümkündür. Doğru şekilde galvenizlendiği zaman dış etkilerden etkilenip korozyona uğramaz. Soğukta şekil verilmiş çelik yapılar diğer çelik sistemler ile desteklendiği zaman 3 kattan fazla yapılar da yapılabilmektedir.

4. Hafif Çelik-Soğukta Şekillendirilmiş Çelik ile Geleneksel Çelik Elemanlar Arasındaki Temel Farklar

Hafif çelik ile geleneksel çelik elemanları arasında göz önüne alınabilecek pek çok fark vardır.

• Bağlantı elemanı olarak bulon ve kaynağın yanı sıra clinch olarak adlandırılan perçin benzeri ve vidalı bağlantılar yapılabilir.
• Hafif çelik elemanlarda yüksekliğin kalınlığa oranı çok fazla olduğundan dolayı bölgesel kontroller yapılmaktadır. Geleneksel çelik de ise kritik noktaların kontrolleri yapılmaktadır.
• Hafif çelik üretimi sırasında mekanik özelliklerde iyileştirmeler yapılabilir.
• Hafif çelik elemanlar orta seviyede yüklerde ve orta uzunlukta açıklıklarda daha ekonomik sonuçlar vermektedir
• Ayrıca hafif çelik sistemlerde kayma ve ağırlık merkezleri arasında dış merkezlik oluşma ihtimali yüksektir. Bu da burulma ve burkulma oluşturabileceğinden ayrıca hesap yapılması gerekmektedir.

4.1. Soğukta Şekil Verilmiş Çeliğin-Hafif Çeliğin Avantajları

Hafif çelik elemanlar fabrika ortamında üretilmesi sebebiyle sahip olduğu homojen, izotrop, rijitlik ve düktilite gibi özelliklerini her kesitte aynı şekilde gösterir. Üretim bilgisayar desteği ile gerçekleştiğinden işçi kaynaklı hata oranı daha azdır ve bu şekilde güvenli bir üretim sağlanır. İstenilen en kesitte eleman üretmek kolaydır.

Hafif çelik elemanlar diğer yapı elemanlarına göre daha hafiftir. Böylece daha zorlu zemin koşullarında kullanıldığında depremden etkilenmesi daha azdır.

Yapı elemanların önceden hazırlanıp getirilmesi üretim süresinin azalmasını sağlar. Bu durum diğer yapım yöntemlerine göre daha kısa süre içinde yapının tamamlanmasına ve işlem süreçlerinin daha tutarlı şekilde belirlenmesine yardımcı olur. Seri üretim imkânı sağlar. Soğukta şekil verilmiş yapılarda iklim şartları inşa aşamalarını daha az etkiler ve sarf malzeme miktarı ve atık miktarı daha azdır. Doğru şekilde yalıtıldığı zaman yangın, paslanma, küflenme, haşere ve böceklere karşı diğer tasarım sitemlerine göre daha güvenlidir.

Çelik, yapısal yüklere ve yüksek rüzgâr ve depremsel olaylardan etkiyen hareketlere maruz kaldığında yüksek oranda tahmin edilen şekilde davranır. Çünkü çeliğin doğasında olan fiziksel ve kimyasal özellikler üretilen üründe de aynıdır. Bu sebeple bir çelik taşıyıcı eleman oluşturulduğunda sertliği, uzunlukları, dayanımı değişmeyecek düz kalacaktır.

Yapısal gereksinimlerin değişmesi durumunda ve yapıda bazı yeni kısımlar oluşturma isteğine cevap verir. Geri dönüşümlü oluşuyla doğaya zarar vermez. Çelik Geri Dönüşüm Enstitüsü raporlarına göre çelik; kâğıt, plastik, bakır, cam, kurşun ve alüminyumlu malzemeler gibi geri dönüşümü gerçekleşen maddelerden daha fazla geri dönüşümü olan bir malzemedir. Çelik çerçeve elemanları ortalama en az %25 oranında geri dönüşümlü çelik içerir ve %100 ömrü sona erince geri dönüştürülebilir. Geri dönüştürülebilen çelik yenilenebilir kaynakların yerini alır; 2000 ft2 (185,80 m2) çelik çerçeveli bir ev yapısı inşa etmek için yaklaşık 6 hurda araç gerekir.

Nakliye ve şantiye içi dağıtımının, tamir ve montajının kolay oluşu hafif çeliğin avantajlarındandır. Yapılan araştırmalarla hafif çelik evlerin inşaat süresi, maliyeti, kullanım alanı betonarme ve sıcak haddeli çelik yapılardan daha uygundur.

Hafif çeliğin vidalı birleşimleri yükü kesmede taşıyan mekanik kilitli birleşim gerçekleştirebilir. Bu ahşap gibi yapı elemanlarında gerçekleşmez çünkü ahşap elemanlarda birleşimin ve elemanın dayanımı ayrı değerlendirilir.

Soğuk şekillendirilmiş çelik yapı elemanlarının avantajlarını maddeler halinde aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz;

1. Yüklerin ve açıklığın nispeten az olduğu durumlarda soğuk şekil verme yöntemiyle sıcak şekil verme yöntemine kıyasla daha hafif elemanlar üretilebilmektedir. Üretim maliyetlerinin de düşük olması nedeniyle, soğuk şekillendirilmiş profillerle inşa edilen az katlı yapıların tasarımcılara ekonomik bir seçenek sunduğu kabul edilir.
2. Soğuk şekil verme yöntemiyle, sıcak şekil verme yöntemiyle imalatı mümkün ya da ekonomik olmayan alışılmışın dışında kesit geometrilerine sahip profiller üretilebilmektedir.
3. Soğuk şekillendirilmiş profiller çoğu zaman üst üste istiflenebildiğinden, paketleme ve nakliyede büyük kolaylık sağlamaktadır.
4. Gelişen teknolojiyle birlikte soğuk şekillendirilmiş profillere, üretim aşamasında, istenilen şekil ve boyutlarda delikler açılabilmekte; bu da imalatta büyük kolaylık sağlamaktadır.
5. Sıcak şekillendirilmiş hadde profillere kıyasla dayanım/ağırlık oranları daha yüksek olduğundan, burkulma durumları göz önünde bulundurularak boyutlandırıldıklarında, yapının toplam ağırlığını azaltmaktadırlar.
6. Soğuk şekillendirilmiş panellerin döşeme, çatı veya duvar imalatında kullanılmaları durumunda, elemanların kalıpsız inşasını sağlarlar. Ayrıca, tesisatın yerleştirilmesinde panel geometrisindeki boşluklar rahatça kullanılabilir.
7. Soğuk şekillendirilmiş paneller, doğru tasarlandıklarında, sadece yüzeylerine dik gelen yükleri değil, kendi düzlemlerindeki yükleri de diğer taşıyıcı elemanlara güvenle aktarabilirler.
8. Geri dönüştürülebilir malzemeden üretilmeleri sayesinde, soğuk şekillendirilmiş elemanlar sürdürülebilir, çevreci ve yeşil bina olanağı sağlamaktadır.
9. Soğuk şekillendirilmiş çelik yapı elemanlarının yapısal ahşap elemanlara kıyasla en belirgin üstünlükleri, hava koşullarından daha az etkilenmeleri, dayanım ve rijitliklerinin daha yüksek olması, hızlı ve çoklu imalat olanağı ile kurtlanma sorunlarının olmamasıdır.

4.2. Soğukta Şekil Verilmiş Çeliğin-Hafif Çeliğin Dezavantajları

Yukarıda sıralanan üstünlük özelliklerinin yanı sıra, soğuk şekillendirilmiş çelik profillerin tasarımda mutlaka göz önünde bulundurulması gereken bazı zayıf yönleri de mevcuttur. Bu zayıflıklar şöyle sıralanabilir:

1. Açıklıkların ve/veya yüklerin büyük olduğu durumlarda ekonomik sonuçlar elde edilememektedir. Bu nedenle, yönetmelikler soğuk şekillendirilmiş profillerle inşa edilen yapılarda kat adedini sınırlandırmaktadır. Soğuk şekillendirilmiş profiller, yüksek yapılarda çoğu zaman yalnızca sıcak şekillendirilmiş ana taşıyıcı çelik elemanlara yardımcı eleman olarak kullanılabilmektedirler.
2. Soğuk şekil verme işleminde profile ard arda uygulanan işlem sayısı sınırlıdır. Profile uygulanan şekil verme işleminin fazla tekrarı, malzemede büyük zorlamaların meydana gelmesine neden olur. Bu durumda, profilde çatlama ve kırılmalar gözlenebilmektedir.
3. Soğuk şekillendirilmiş profillerin kalınlıkları sıcak şekillendirilmiş hadde profillere kıyasla çok daha küçük olduğundan yerel burkulmaya ve yangına karşı dirençleri çok düşüktür. Ayrıca, depolama ve taşıma esnasında daha hassas davranılması, montajlarının daha dikkatli yapılması gerekmektedir.
4. Çoğu soğuk şekillendirilmiş profil açık enkesite sahip olduğundan, bu tür profillerin burulmaya karşı dirençleri çok düşüktür. Bu nedenle, burulma içeren burkulma sınır durumları soğuk şekillendirilmiş profillerin davranışını belirleyen bir sınır durum olabilmektedir.
5. Soğuk şekillendirilmiş profillerin köşelerindeki et kalınlığı hadde profillerine kıyasla daha küçük olduğundan, tekil yüklere karşı dirençleri daha azdır.
6. Her ne kadar şekillendirme işlemi, yüksek sıcaklıklarda yapılmıyor olsa da soğuk şekillendirilmiş profillerde de artık gerilmeler oluşmaktadır ve bu gerilmelerin profillerin burkulma davranışlarına etkisi mutlaka tasarıma dahil edilmelidir.
7. Ancak, soğuk şekillendirilmiş profillerde oluşan artık gerilmelerin gerek oluşma nedenleri gerekse kesit üzerindeki dağılımlarının sıcak şekillendirilmiş profillere kıyasla çok daha farklı olduğu unutulmamalıdır

5. Hafif Çelik ile Betonarme Arasındaki Temel Farklar

Türkiye’de betonarme yapıların sayısı diğer sistemli yapılara göre çok fazladır. Ülkemizde, betonu temin etmenin kolay olması, inşaat ekiplerinin fazla olması ve betonarme yapı sistemlerindeki deneyim gibi sebeplerden dolayı betonarme yapıların sayısı oldukça fazladır. Hafif çelik yapı sistemlerinin betonarme yapı sitemlerine göre
çok önemli üstünlükleri bulunur.

• Aynı iki mimari proje ele alındığında hafif çelik sistemli yapılar, betonarmen yapılara göre çok daha hafif sistemlerdir. Bu sebepten dolayı eşdeğer deprem yükleri karşılaştırıldığında yapıya etki eden deprem yükü oldukça azalmaktadır. Hafif çelik sistemle betonarme sistem arasındaki bu fark sadece taşıyıcı sistem ağırlıklarında 18 kata çıkmaktadır.
• Üstyapının hafif olmasından dolayı zemine etkiyen yük de önemli miktarda azalmaktadır. Bu konu özellikle gevşek ve taşıma gücü zayıf olan zeminlerde daha sağlam yapılar yapılabilmesine olanak sağlamaktadır.
• Son olarak atölyede ön üretimli yapı malzemeleri olduğundan dolayı işçilikten doğan hatalar betonarmeye nazaran daha az olmaktadır.

6. Hafif Çelik Yapılarda Kullanılan Elemanlar

6.1. Soğukta Şekil Verilmiş Çelik-Hafif Çelik Profiller

Hafif çelik sistemlerde kullanılan profillerin isimlendirmesi biçimlerine göre olur. Genellikle C, U ve Σ profiller kullanılır. Hafif çelik üreticileri kendilerine ait profil tablolarını hazırlar. Bu tablolarda, hazırlanan profillerin karşısında, kesme uzunluklarına göre profillerin moment ve taşıma kapasiteleri verilir. Projelendirmede esnasında bu tablolardaki değerlerden yararlanılır. Her üreticinin profil tabloları arasında fark olabilir.

Hafif çelik yapıda genellikle C profiller kullanılır. C profiller flanş (başlık), gövde, ve dudak (lip) kısımlarından oluşur ve ölçülendirilmesi başlıkların dışından dışınadır. U profiller ise sadece flanş ve gövde kısımlarından oluşup, ölçülendirilmeleri başlıkların içinden içinedir.

Soğukta şekil verilmiş çelik sistemlerde kullanılan malzeme fabrikalarda, belirli standartlara göre üretilir. Eriyen hafif çelik, üretim bandının üzerinde silindir veya presleme yöntemi ile levha veya rulo sac haline dönüştürülür. Üretim sırasındaki silindir veya presleme işlemi, çeliğin içyapısındaki boşlukları sıkıştırıp doldurduğu için hafif çelik malzemenin daha homojen bir yapıda olmasını ve dayanımının yükselmesini sağlar. Levha veya rulo halini alan hafif çelik malzeme uygun boyutlarda kesilir. Kesilmiş levha çelik, pres kalıp, silindir kalıp veya bükme işlemi ile profillendirilir.

Hafif çelik, levha halindeyken veya daha sonra uygun şekilde kesilip boyutlandırıldığı zaman galvanizleme işlemine tabi tutulur. Bu galvanizleme işlemi hafif çelik malzemeyi dış etkilere ve korozyona karşı önemli derecede korumaktadır. Eğer hafif çelik eleman boyutlandırılma işleminden sonra galvanizlenirse, sonradan herhangi bir delme, kesme gibi işlem uygulanmadığından dolayı galvaniz kaplama zarar görmez.

6.2. Levhalar, Trapez Levhalar ve Şeritler

Hafif çelik çerçevelerde bağlantı yüzeyini artırmak için çelik levhalar kullanılabilir. Bu levhaların kalınlığı, kullanılan profillerin kalınlığından daha az olamaz. Bağlantı noktalarındaki köşebentler, çelik levhalardan oluşturulurlar. Çelik şeritler, genellikle çaprazlamalar şeklinde kullanılır. Trapez levhalar ise yüzeysel elemanlardır. Profillerin üretim aşamaları ile aynı şekilde üretilirler. Genellikle döşemelerde kullanılırlar.

6.3. Hafif Çelik Montaj Elemanları

Hafif çelik yapılarda montaj elemanları, vida ve bulon, perçin, çivi, kaynak gibi bağlantı elemanları ile ankraj elemanları olarak ele alınabilir.

6.3.1. Vidalar

Hafif çelik yapıların montajında kullanılan vidalar kendinden delme özelliğine sahiptir fakat levhanın kalınlığı 0.88 mm’ den az ise kendinden delme özelliği olan vidalar kullanılamaz. Bir vidanın ucundaki kesici kısım ne kadar uzunsa vidanın delebileceği malzeme kalınlığı da o kadar artmaktadır. Çelik ile çelik tespitinde düz başlı vidalar kullanılırken, kaplama malzemeleri ile kaplama malzemeleri veya kaplama malzemeleri ile çelik tespitinde konik başlı vidalar kullanılır. Çok amaçlı olarak kullanılan vidalar da mevcuttur.

6.3.2. Bulonlar

Bulonlu bağlantılar genellikle hafif çelik elemanların, beton veya diğer çelik elemanlar ile tespitinde kullanılır. Yaygın olmamakla birlikte hafif çelik elemanların hafif çelik elemanlara bağlantısında da kullanılır. Bulonlar ile bağlantı yaparken öncelikle, hafif çelik elemanlarda bulon çapından biraz daha geniş olan delikler açılır. Daha sonra bu deliklerden bulonlar geçirilir ve diğer ucuna somun takılıp bir anahtarla sıkıştırılır.

6.3.3. Kaynak

Hafif çelik sistemlerinde vida ve bulonlu bağlantılardan sonra en çok kaynak ile bağlantı şekli kullanılmaktadır. Bağlantı noktaları kaynak ile birbirine bağlanır. Vida ve bulonlu bağlantılara göre daha rijittir. Ancak, kaynak sırasında yüksek ısıdan dolayı galvaniz kaplama zarar görebilir. Bulonlu ve vidalı bağlantılara göre daha fazla zaman isteyen bir işlemdir. Ayrıca sökülmesi ve değiştirilmesi güçtür.

6.3.4. Punto ve Perçinler

Çelik-çelik birleşiminde kullanılan yöntemlerden biri de punto ile montajdır. Punto aletleri ile çelik levhalar birbirine preslenerek montaj yapılır. Bu punto aletleri hidrolik veya hava kompresi ile çalışabilir. Punto ile montajda elemanlar daha sonradan kolay kolay sökülemezler. Sökülseler dahi elemanların tekrar kullanılması zordur. Ayrıca puntolama işlemi sırasında profiller ezilir ve sonucunda da galvaniz kaplama zarar görebilir.

Perçin ile montajda profil üzerine önceden delikler açılır ve bu deliklere sert alüminyum veya yumuşak çelik alaşımı perçinler yerleştirilerek ezilir. Perçin tabancası ile perçin çekilip ezilir ve böylece perçin sıkışarak montaj gerçekleştirilmiş olur. Perçin sonradan kesilerek elemanlar birbirinden ayrılabilir. Bu işlem, perçin yuvası için önceden bir delme işlemi gerektirdiği için vidalı ve puntolu birleşimlere göre daha yavaş yapılmaktadır.

6.3.5. Çiviler

Hafif çelik elemanların montajında özel yivli çiviler de kullanılır. Genellikle kaplamaların, hafif çelik profillere montajında kullanılır. Fakat bağlantı yöntemi olarak çivi kullanımı pek yaygın değildir. Montaj, hava kompresi ile çalışan çivi tabancalarıyla veya robot kollar ile yapılabilir.

7. Hafif Çelik Yapıların Tasarımında Kullanılan Yönetmelikler

Hafif çelik yapıların tasarımında dünyanın çeşitli bölgelerinde kullanılan AISINAS, Avrupa, Afrika ve Ortadoğu bölgelerinde kullanılan Eurocode 3, Türkiye’ de kullanılan TS 11372 gibi çeşitli yönetmelikler mevcuttur.

Kaynak: Mahmut Tansu KAYA HAFİF ÇELİK YAPILARIN BULON, VİDA VE PERÇİNLİ BİRLEŞİMLERİNDE FARKLI SEVİYELERDEKİ KOROZYONUN ETKİLERİ
Semih Subutay FIRAT-SERA TİPİ HAFİF ÇELİK KONSTRÜKSİYON YAPILARDA ELEMAN VE BİRLEŞİMLERİN TASARIMI
HİLAL ÇELİK-SOĞUK ŞEKİLLENDİRİLMİŞ ÇELİK U PROFİLLERİN ENKESİT ÖZELLİKLERİNİN VE BASINÇ DAYANIMLARININ BELİRLENMESİ

Çelik gibi betonarme ve yığma binalarda da yangın kaynaklı çökmeler yaşanmıştır. 1970-2002 yılları arasında yangın etkisiyle çöken 20 binanın taşıyıcıları yapı malzemelerine göre sınıflandırıldığında; 7 binanın betonarme, 6 binanın çelik, 5 binanın tuğla, 2 binanın ahşap olduğu belirlenmiştir. Bunlar içerisinde 6 binanın kat sayısı 21 kattan daha fazladır. Sadece çelik taşıyıcılı binaların yangında çöktüğünü düşünmek doğru bir yaklaşım olmaz. Odaklanılması gereken asıl mesele binaların yapı malzemelerine uygun yangın koruma önlemlerinin alınmaması durumudur.

YANGIN SONRASI ÇÖKEN BİNALAR

Avrupa Birliği Yapı Malzemeleri Direktifi’ne (89/106/EEC) göre, yapıların taşımaları gereken ve malzemelerin teknik özelliklerini etkileyen altı unsurdan ikincisi yangın durumunda emniyettir. Bu direktif, büyük binaların projelerinde yapının bir yangın durumunda çökmemesi için korunma esaslarını temel tasarım kıstası olarak belirtmektedir.

Yangın sonucunda ortaya yüksek sıcaklıklar, metal malzemelerin mekanik özeliklerinde önemli değişmelere ve  genleşmelere yol açar. Deneyler, sıcaklık arttıkça karbon çeliğinde akma dayanımının düştüğünü ve belirli bir sıcaklıktan sonra artık akma sınırı oluşmadığını göstermiştir. Bunun anlamı, normal sıcaklıklara kıyasla plastik şekil değiştirmelerin daha düşük gerilmeler altında olmaya başladığı ve aynı gerilme altında toplam şekil değiştirmenin daha büyük olduğudur.

Yanarak çöken 17 katlı Plasco binası, İşadamı Habib Elghanian tarafından 1962 yılında inşa ettirilen ve hiçbir yangın koruma önlemine sahip olmayan bir binadır. İnşa edildiği zaman İran’daki en yüksek yapı olan ve plastik şirketinin adını taşıyan bina, yapıldığı yıllarda Tahran’ın simgesi olmuştur. Yangın 19 Ocak 2017’de yerel saatle 07:50’de dokuzuncu katta başlamıştır. Yangına müdahale için on ayrı itfaiye birliği birkaç saat boyunca yangını söndürmeye çalışmış, fakat binada otomatik söndürme sistemi olmadığı ve yanıcı madde fazla olduğu için yangın kontrol altına alınamamıştır. Önce binanın kuzey duvarı ve birkaç dakika sonra da binanın geri kalan kısmı çökmüştür. Bu sırada söndürme yapan itfaiyecilerden 30’u hayatını kaybetmiş, çok sayıda yaralanma olmuştur.

ÇELİK TAŞIYICI SİSTEMLERİN ISI İLE İLGİLİ ÖZELLİKLERİ

Çelik taşıyıcılar,  özellikle deprem güvenliği, hafifliği ve kolay uygulanabilirliği nedeniyle yüksek binalarda tercih edilmektedir. Son zamanlarda sadece yüksek yapılarda değil, aynı zaman da az katlı binalarda da çelik konstrüksiyonun tercih edilmeye başlandığı da görülmektedir.

Yapılardaki taşıyıcı sistemin hasar almasına ve ardından sonuçta da çökmeye neden olacak bir sıcaklığa kadar ısınmasına izin verilmez. Örneğin, çelik kirişler için genel başarısızlık sıcaklığı 540°C olarak kabul edilir. Bu sıcaklık mutlak olmayıp, kullanılan çeliğin özelliklerine ve uygulanan yük faktörüne bağlı olarak değişebilir. Isı iletim katsayısı yüksek olan çelik, ısınma durumunda gerilim sınırını çok kolay aşabilir. Gerilim sınırı aşıldığında gerilme esnekliği kaybolur ve kalıcı şekil değişmeleri meydana gelir. Çok zayıf olan ve basınç altında bulunan yapı kısımları, yüksek sıcaklıklarda taşıma özelliğini kaybeder. Isınan çelik uzar, birleştiği noktalarda değişiklikler meydana getirir ve bazen bütün konstrüksiyonu yıkabilecek güçte kuvvet oluşturur. Sıcaklıktan dolayı meydana gelen bu hacim değişiklikleri, çelik kiriş ve çelik kolonların taşıma gücünü kaybetmesine ve çökmesine neden olabilir. Kolonlar ise, genellikle her taraftan ısı geçişine açık oldukları için, çökme olasılığı çok yüksek bir yapı elemanıdır.

Çeliğin çekme dayanımı başlangıçta 150-300°C değerlerinde biraz arttıktan sonra, daha yüksek sıcaklıklarda hızla azalır ve yangınlarda kolayca erişilen 600°C sıcaklığında emniyet gerilmesinin altına düşer. Yüksek sıcaklıklarda bağ kuvvetlerinin azalması, çeliğin elastisite modülünün azalmasına neden olur. Elastisite modülünün değeri 20°C’dekine kıyasla, 400°C’de % 15 ve 600°C’de ise % 40 kadar azalır. Çevre sıcaklığına göre mukavemeti ise, sıcaklığı 700°C olduğunda % 23’e, 800°C’de % 11’e, 900°C’de % 6’ya düşer ve yaklaşık 1500°C sıcaklıkta erir. Uzamalar ısıl gerilmelerin oluşmasına ve normal olarak yüksek sıcaklıklarda burkulma yapmayan kolonun burkulmasına ve daha düşük taşıma gücü göstermesine neden olabilir.

ÇELİK TAŞIYICILARIN YANGIN DAYANIMI

Çelik konstrüksiyon yapıların yangın bakımından özel önemi vardır. Çelik yapı tasarımına ilişkin Eurocode 3 (EN 1993) standartlarının ikinci bölümü, çelik taşıyıcıların yalıtımına ayrılmıştır ve çeşitli hesap yöntemleri verilmiştir. Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik hükümlerine göre, çelik kolon ve kirişlerin yangın durumunda özelliklerini kaybetmemesi için yangına karşı yalıtılması gerekmektedir. Yönetmelikte, çevreye yangın yayma tehlikesi olmayan ve yangın sırasında içindeki yanıcı maddeler yüzünden yapının çelik elemanlarında 540°C’nin üzerinde bir sıcaklık artışına sebep olmayacak bütün çelik yapılar yangına karşı dayanıklı kabul edilmektedir. Alanı 5000 m²’den az olan tek katlı yapılar hariç olmak üzere, diğer çelik yapılarda, çeliğin sıcaktan uygun şekilde yalıtılması gerektiği belirtilmektedir. Binanın, kullanım şekline ve yüksekliğine bağlı olarak binanın belli bir süre çökmeden korunması gerekir. Yönetmelikte EK 3/C’ye göre yapıda yağmurlama olup olmamasına, kullanım şekline ve yapı yüksekliğine bağlı olarak yangına dayanım (direnç) süreleri verilmiştir. Yangın dayanım süresi, bir yapı bölümünün belirli bir yangın yükü altında, kendisinden beklenen görevleri yerine getirmeye devam ettiği zaman süresidir. Burada sözü edilen görevler; yüke dayanım, hacim örtme ve ısıl difüzyonu sınırlama fonksiyonlarıdır. Hacim örten yapı elemanlarında, ateşe bakmayan arka yüzlerde sıcaklık artmasının 140°C’yi aşmaması ve buralarda kendiliğinden yanabilir gazlar oluşmaması istenir. Eğilmeye çalışan elemanlarda ise sehimlerin artma hızının belirli sınırları aşmaması gerekir.

Çıplak çeliğin de belli bir derece yangına direnci olduğu unutulmamalıdır. Çelik 550°C’de oda sıcaklığındaki akma gerilmesinin %50’sine yaklaşır. Yangın şartlarına, yüklenmeye, bağlantılara, uç baskılara, alanın geometrisine ve benzerine bağlı olarak çıplak çelik o alan için güvenilir olarak varsayılmış tasarım yangınlarına uygun direnç gösterdiği görülmüştür.

Yapılarda çıplak çeliğin kullanıldığı yaygın uygulamalar içinde az katlı binalar, açık otoparklar ve dış yapı elemanları yer alır. Çelik profillerin ısınma problemindeki en önemli faktörlerden biri de “F/V profil faktörü” adı verilen, aleve maruz kalacak alanın ısınacak kütleye oranıdır. F/V oranı ile yangına dayanım süresi ters orantılı olarak değişir ve F/V oranı küçüldükçe yangına dayanım süresi artar.

Yangın direnci olan inşaat çeliği alaşımları, 600°C’de oda sıcaklığındaki akma gerilmesinin 2/3’ünü tutacak şekilde geliştirilmektedir. Bu çeliğe akma gerilmesi üzerine etki yapan molibden gibi elementlerin katılmasıyla sağlanır.

Yenilik yaratıcı araştırmalar ve gelişmiş üretim uygulamalarıyla yeni çelik formülleri görülmektedir. Bu yeni çelikler halen Japonya ve diğer Asya ülkelerinde sınırlı kullanım yerleri bulmuştur. Yangına dayanıklı çelikler olarak atıf yapılan bu malzemeler endüstri içinde yer bulmaktadır. Yangına dayanıklı çeliklerin araştırıcıları, bu malzemelerin yüksek sıcaklık seviyelerindeki özelliklerinin daha geleneksel çelik formülleriyle karşılaştırıldıklarında daha az mukavemet kaybı gösterdiklerini, ancak yangına dayanıklı çeliklerin pasif koruma önlemlerinin yerini alamayacağını belirtmektedirler. Buna karşılık bu teknolojinin, yapı çökmeden önce ilave zaman kazandıracağı ve yapıyı koruyucu malzemelerin iflas etmesinden sonra bile yapının daha uzun süre ayakta kalmasını sağlayacağı kesindir. Yangına dayanıklı çelik kullanılmasının örnekleri Japonya, Çin ve Almanya’da mevcuttur. Sınırlı sayıdaki uygulamalar arasında otopark, spor salonu, demiryolu istasyonu ve ofis binaları sayılabilir.

ÇELİK TAŞIYICILARIN YANGIN KORUNMASI

Modern binalarda çoklu yangın koruma sistemleri kullanılmaktadır. Yağmurlama sistemleri gibi aktif sistemler, gelişen bir yangını kontrol altına almak için tasarlanmıştır. Algılama ve alarm sistemleri, binadakilerin ve yangın söndürme görevlilerinin yangın durumunda erkenden uyarılmalarını sağlamak üzere geliştirilmiştir. Sabit boru hatları, yangın dolapları ve yangın söndürücüler dâhil olmak üzere manuel sistemler itfaiyecilere yangınlarla mücadelede yardımcı olur. Çıkış yolları, binada bulunanların bir yangın sırasında binadan güvenli bir şekilde çıkmalarını sağlar. Pasif yangın koruma sistemleri, yapısal unsurları yangın sırasında ciddi hasar veya çökmelerden korumak için tasarlanmıştır. Yapısal çelik pasif korumaları, alçı levha montajları veya yapısal elemanların betonarme kaplanması için sprey uygulanmış yangın dirençli malzemeleridir. Tipik olarak pasif yangın koruma sistemleri, yapı mühendisin az veya hiç katılımı olmadan proje mimarı tarafından tasarlanır ve projelerde belirtilir.

Birçok durumda, özellikle yüksek binalarda veya büyük yapılarda, yükleri taşıması ve harekete direnç göstermesi gereken çelik kütlesi çok büyüktür. Bu nedenle çeliğin kütlesi, yangın tarafından zayıflatılmaya (mühendislik analizleriyle belirlenebilen bir süre boyunca) kendi doğasında olan bir direnç gösterir. Bu tarz zaman periyotları bina yönetmeliğinde gerekli olan süreden fazla da olabilir. Yapının temel tasarımında çeliğin kütlesini yükselterek, yangına direnç gösteren gruplarının veya püskürtme uygulanmış kaplamaya olan ihtiyacın ortadan kaldırılabileceği önerilmektedir. Aynı zamanda ilave çeliğin getireceği ek maliyet, ilave yangına dirençli malzeme tedariki ve montajı masrafından daha düşük olabilir. Böyle bir yaklaşım performans esaslı alternatif çözüm olarak araştırılmalıdır.

Sonuç olarak günümüzde, yapılarda alınan yangından koruma önlemlerindeki ve yangın söndürme tekniğindeki gelişmeler yangın tehlikesini azaltmıştır. Gerekli optimum yalıtım kalınlığı ve çelik taşıyıcıların yangına karşı korunup korunmayacağı, profil faktörüne, taşıdığı yüke, yanıcı maddenin yangın yüküne, yangın yerinin taşıyıcıya olan mesafesine, taşıyıcının kullanıldığı mahalin yüksekliğine bağlıdır. Her çelik taşıyıcının yalıtılmasına gerek olmayabilir. Gerekli olup olmadığına karar vermek için ortamın yangın yüküne bağlı olarak çelik taşıyıcının sıcaklığı hesaplanmalı ve sıcaklığı 540°C’nin üzerine çıkması durumunda yalıtılmalıdır. Yalıtım kalınlığı, yalıtım malzemesinin özelliklerine ve istenilen yangına dayanım süresine göre belirlenmeli; uygulanacak yalıtım sistemine ise taşıyıcıların kaplanıp kaplanmayacağına, binanın kullanım amacına, dayanım süresine ve maliyetine göre karar verilmelidir.

Ayrıca yapılacak çalışmalarla yangın sırasında yapının dayanabildiği sınırlı zamanlarda yapıların terk edilebilmesinin sağlanmasıi insanların bu konuda eğitilip bilinçlendirilmesi gerekmektedir.

Döşemeler iki boyutlu düzlemsel eleman olarak kabul edilen, kalınlığı diğer iki boyutuna göre oldukça düşük olan taşıyıcı yapı elemanlarıdır. Döşemelerin esas görevi düşey yükleri karşılamaktır ve bu düşey yükleri mesnetlendiği kirişlere, kolonlara ve perde duvarlara aktarmaktır. Döşemeler kendi yüklerini ve kendi düzlemlerine dik olarak üzerlerine gelen hareketli yükleri taşıyarak kirişler vasıtasıyla veya mesnetlendiği kolon ve/veya perde duvar gibi taşıyıcılara aktarırlar.

Döşemeler üstlerinde her türlü işlevin görüldüğü önemli elemanlardır. Döşemelerin ana işlevlerinden biri, üstüne gelen yükleri oturduğu taşıyıcı elemanlara sağlıklı olarak iletmek, diğeri ise üzerinde yer alan işlevlere uygun bir zemin oluşturmaktır. Dolayısıyla döşemeler, bir taşıyıcı, bir de kaplama bölümlerinden oluşur.

Üzerlerindeki hareketli yükün çok fazla değişiklik göstermesi ve bunun hesaplanmasındaki güçlükler düşünülerek kural olarak yüklerin döşeme üstünde düzgün olarak etkidiği varsayılır. Döşemelerin geçtikleri açıklar maruz kaldıkları yük miktarına göre farklılık göstermektedir. Küçük açıklıkların geçilmesi için daha basit sistemler ve döşeme tipleri kullanılırken büyük açıklıkların geçilmesinde daha komplike sistemler ve döşeme tipleri kullanılmaktadır.

Döşemelerin kendi düzlemleri içindeki etkilere karşı rijit olduğu varsayılır ve düzlem içi şekil değiştirmeleri ihmal edilir. Bu durumda depremden dolayı oluşacak yatay yüklerin düşey taşıyıcı elemanlara iletilmesi döşemelerin yatay rijitliğine bağlı olmaktadır. Betonarme hesaplarda boşluksuz döşemelerin şekil değiştirmediği rijit diyafram olarak davrandığını ve kendi düzlemi için rijit yer değiştirdiği kabul edilmektedir. Yeterli kalınlıktaki boşluksuz döşemenin kendi düzlemi içinde iki yönde yatay yerdeğiştirme ux, uy ve düşey eksen etrafındaki dönme θz olmak üzere 3 hareketi vardır. Yapının depreme maruz kalması sırasında döşemelerde de şekil değiştirmeler olur ama nispeten diğer taşıyıcı elemanlara (perde, kolon) göre çok çok azdır.

Döşemeler çalışma prensipleri ve mesnetlenme özelliklerine göre kirişli plak döşemeler, kirişsiz plak döşemeler, dişli döşemeler olarak sınıflandırılmaktadır. Döşeme terimi kirişli ve kirişsiz döşemelerde sadece döşeme plağı, dişli döşemelerde ise dişlerle beraber döşeme plağını ifade etmektedir.

Döşeme Tipleri – Döşeme Çeşitleri

Döşemeler aşağıdaki şekillerde sınıflandırılabilirler.

İşlev ve Konumlarına Göre Döşeme Çeşitleri

• İç ve dış döşemeler,
• Zemine oturan ve oturmayan döşemeler,
• Altları açık veya ısıtılmayan döşemeler,
• Düşük döşemeler,
• Yükseltilmiş döşemeler,

Malzemelerine Göre Döşeme Çeşitleri

• Betonarme döşemeler,
• Ahşap döşemeler,
• Çelik döşemeler,
• Taş döşemeler,
• Karma döşemeler (Taş, tuğla, çelik, ahşap, beton)

Uygulama Yöntemlerine Göre Döşemeler

• Yerinde dökülen döşemeler
• Betonarme döşemeler
• Betonarme+dolgu malzemeli döşemeler (.asmolen döşeme, gazbeton)
• Karma döşemeler (Taş, tuğla, çelik, ahşap, beton)
• Yerinde uygulanan döşemeler (Ahşap veya çelik kirişli)
• Montaj döşemeler
• Döşeme panoları
• Düz panolar (betonarme, gazbeton, metal trapez levha)
• Kendinden kirişli panolar (betonarme)
• Döşeme kiriş ve panoları
• Döşeme kiriş ve dolgu elemanları (beton, çelik, pişmiş toprak)

Yük Aktarma Sistemine Göre Döşeme Çeşitleri

• Kirişli Plak Döşemeler
• Dişli Döşemeler
• Kirişsiz Döşemeler

Yurdumuzda en çok kullanılan döşeme tipi betonarme döşemelerdir. Bunun nedeni, betonarme iskelet yapı sisteminin tercih edilmesi ve bunun yanında yığma yapılarda da bu tip döşemelerin daha sağlam olduğunun düşünülmesidir. Oysa taşıyıcı duvarları doğru örülmüş bir yığma yapıda deprem sırasında oluşacak yanal kuvvetlere gene taşıyıcı duvarlar direnç göstereceğinden, yoğunluğu betonarmeninkinden daha düşük olan ahşap döşemeler daha uygun olabilirler.

Döşemelerin İşlevleri

Taşıyıcılık

Döşemelerin taşıyıcılığı, geçtikleri alanın büyüklüğüne ve bu alanın üstüne gelen yükün miktarına göre farklılıklar gösterir. Basit betonarme plak veya ahşap döşemelerle geçilebilen konut döşemeleri yanında büyük giriş holleri, konferans veya toplantı salonları gibi alanlar kaset döşemeler ile örtülmektedir. Betonarme, mimara geniş bir alan sunmaktadır. Ahşap döşemeler ise yurdumuzda bulunan boyutları ile 3.5-4 metrelik uzunlukları geçebilmektedir.

Su Yalıtımı

Döşemelerde su yalıtımı; çatılarda, zeminle doğrudan ilişkili olduğu yerlerde ve ıslak hacimlerde yapılmalıdır. Her üç durumda da yalıtım döşemenin kendisinde değil, kaplamalarında veya çevresinde alınan önlemlerle çözülmektedir. Eğimli çatılarda üstüne kurulan damla, düz çatılarda ise üzerine serilen katmanlarla döşemenin su yalıtım sağlanmaktadır. Zeminle ilişkili durumlarda  kılcal suya karşı grobetonun üstüne rijit yalıtımla, basınçlı su içinse radye temellerle özel önlemler alınarak yapılır. Her iki durumda da döşeme ıslanacaktır. Bu döşemelerin uzun ömürlü olabilmeleri için beton harcına katılan maddelerin sudan zarar görmeyen cinsten olmalarına dikkat edilmeli ve gerekirse harca özel katkı maddeleri eklenmelidir.

Isı ve Buhar Denetimi

Özellikle düz çatı döşemelerinde döşeme malzemesinin (üstüne gelen koruyucu katmanların hesabını etkileyeceği için) ısı ve buhar geçirgenliği önem kazanmaktadır. Her ne kadar ülkemizde pek önemsenmemekte ise de zeminle doğrudan ilişkili ve özellikle çıkma ve tüp geçitlerin altları açık döşemeler ile altları ısıtılmayan döşemelerde ısı ve buhar akımları mutlaka hesaplanmalıdır.

Ses Denetimi

Binalarda ses denetiminin en önem kazandığı yerlerden birisi de döşemelerdir. İnsanların yaptıkları hareketlerin büyük bir kısmı döşemelerden alt katlara iletilir. Mekan veya darbe sesi olabilen bu seslerin geçişlerini önlemenin en kolay yolu döşemeyi halı veya bazı plastikler gibi ses emici malzemelerle kaplamaktır. Ses seviyesinin yüksek olduğu ve denetiminin önem kazandığı yerlerde yüzer döşeme adı verilen bir döşeme sistemi kullanılır. Yüzer döşemenin esası, esas taşıyıcı döşemeye ikincil bir döşemenin ses ve titreşim yutucu bir malzeme ile bohçalanarak oturtulmasıdır. Bu teknik, betonarmenin yanında ahşap ve çelik döşemelerde de uygulanır.

Yangın Denetimi

Betonarme döşemeler içlerindeki donatının yüksek ısıdan ötürü erimeye başlaması, ahşaplar ise belirli bir süre sonra kirişlerin yeterli kalmayacak kadar yanması ile çökerler. Çökmeyi geciktirmek için yanarken aşırı sıcaklık veren kaplama malzemelerinden kaçınmalı, gerekiyorsa bir yağmurlama sistemi kurulmalıdır.

TBDY-2018 Döşeme Tasarımı

Döşemelerin modellenmesi ile ilgili ayrıntılı öneriler TBDY 4.bölümünde açıklanmıştır. TBDY Madde 4.5.6.2’ye göre A2 ve A3 tipi düzensizliklerin olduğu ve/veya döşemelerin rijit diyafram olarak çalıştığının varsayılmadığı yapılarda ve betonarme kirişsiz döşemeli yapılarda döşemeler iki boyutlu olarak sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmelidir. TBDY Madde 4.5.6.3’e göre A2 ve A3 tipi düzensizliklerin olmadığı ve düzlem içi önemli şekil değiştirmelerin ortaya çıkmayacağı planda düzenli binalarda, döşemeler rijit diyafram kabulü ile modellenebilir. TBDY Madde 4.5.6.4’e göre rijit diyafram modeli, ek dışmerkezlik etkisinin göz önüne alınması için yapılacak hesapta da kullanılacaktır

Lemi Yücesoy-Temeller-Duvarlar-Döşemeler
Yılmaz KELEŞ-BİNA TAŞIYICI SİSTEM DAVRANIŞININ FARKLI DÖŞEME TÜRLERİ İÇİN İNCELENMESİ

Eğik kablo askılı köprünün ayak ekseninden ayak eksenine olan mesafeye açıklık (ana açıklık) denilmektedir. Eğik kablo askılı köprülerin gelişmişliği daha uzun açıklıklı, yük kapasitesi daha fazla, daha hafif köprü inşa edilmesiyle ölçülmektedir. 150 m ile 1000 m hatta daha fazla açılıklarda uygulanan bir köprü modeli olan eğik kablo askılı köprü yapım, bakım yönünden ekonomik olması, hızlı yapılabilmesi ve estetik olması nedenlerinden dolayı tercih edilmektedir.

Eğik kablo askılı köprüler:

• tabliye,
• kablo,
• temel
• kule (pilon) olmak üzere dört ana unsurdan oluşmaktadır.

Tabliye betonarme, ard germeli betonarme veya çelikten, kablolar çelikten, temel betonarmeden, kuleler çelik,b betonarme veya çelik betonarme birleşiminden oluşan kompozit malzemeden genellikle yapılmaktadır. Eğik kablo askılı köprünün segmentleri prefabrik üretilip (çelik ya da betonarme) yerine yerleştirilebildiği gibi yerinde döküm betonarme olarak da yapılabilmektedir.

Eğik kablo askılı köprü tasarımında açıklık, kablo sayısı ve kule (pilon) yüksekliği arasında bir etkileşim bulunmaktadır. Açıklığı fazla olan köprülerin genellikle kablo sayısı ve kule yüksekliği fazladır. 3 açıklıklı köprülerde ana açıklığın toplam açıklığa oranı %45-65 iken 2 açıklıklı köprülerde %60-70 civarındadır. Kule yüksekliğinin ana açıklığa oranı %25 civarındadır.

Eğik kablo askılı köprülerdeki yükün kuleye aktarımı, kule ile tabliye arasında farklı açılarla gerilmiş kablolarla sağlanmaktadır. Kuleye gelen yükleri almak ve dengelemek için genellikle pilonların arka kısmında yaklaşım köprüleri kullanılmaktadır.

Eğik kablo askılı köprüler gerek projelendirme esnasında gerekse uygulanma esnasında karmaşık bir çalışma sistemi gerektirmektedir.

Eğik kablo askılı köprülerin yapı elemanlarının toplam maliyet içerisindeki oranı aşağıdaki şekildedir:

• Yapı Elemanı-Toplam Maliyet İçerisindeki Oranı
• Temel %20-25
• Kule %5-10
• Kablo Sistemi %10-15
• Tabliye %30-35
• Diğer %15-20

Eğik Kablo askılı köprülerin hizmet ömrü genellikle 100 yıldır.

Önemli Eğik Kablo Askılı Köprüler

Strömsund Köprüsü

1953 yılında Alman Franz Anton Dischinger tarafından yapımına başlanan köprü 1956 yılında bitirilerek trafiğe açılmıştır. Strömsund köprüsü eğik kablo askılı köprünün yeniden doğuşunu temsil etmektedir. İsveçin Jamtland bölgesinde, Dragon gölü üzerinde bulunan Strömsund Köprüsü 182 m ana açıklığı, 75 m kenar açıklıkları ile toplam 332 m uzunluğunda olup inşa edildiği dönemdeki en büyük Eğik Askılı Köprü olma özelliğindedir. Kule yüksekliği 28 m, tabliye genişliği 14.30 m, tabliye yüksekliği 3.25 m olan köprü çelikten imal edilmiştir. Köprüdeki kablolar fan sistemi ile pilonda aynı noktaya ankre edilmiştir.

Theodor Heuss (Nordbrücke) Köprüsü

Nordbrücke köprüsü olarak da adlandırılan Theodor Heuss Köprüsü Strömsund Köprüsünden sonra yapılan ikinci modern kablolu köprüdür. Almanya’nın Düseldorf kentindeki Ren Nehri üzerinde yapılmıştır. Kule yüksekliği 43.91 m, tabliye genişliği 26.6 m, tabliye yüksekliği 3.39 m olan köprü çelikten imal edilmiştir. Almanya’da yapılan ilk kablolu köprü olma özelliğinde olan Theodor heuss köprüsü 260 m ana açıklığa, 108 m kenar açıklıklara sahiptir.

Severin (Severinsbrücke) Köprüsü

Severinsbrücke olarak ta adlandırılan Severin Köprüsü Almanya’nın Köln şehrindeki Ren nehri üzerinde kurulmuştur. Almanya’da inşa edilen ikinci kablolu köprüdür. A tipi tek pilonun uygulandığı 2 açıklıklı asimetrik olarak inşa edilen ilk köprü olma özelliğindedir. Köprü 302 m ana açıklık, 389 m tek kenar açıklıklı olmak üzere toplam 691 m uzunluğundadır. Kule yüksekliği 77.20 m, tabliye genişliği 29.5 m, tabliye yüksekliği 4 m olan köprü çelikten imal edilmiştir. Araçların, yayaların ve trenin üzerinden geçebileceği şekilde tasarlanan köprünün yapımına 1956 yılında başlanmış olup 1959 yılında tamamlanarak trafiğe açılmıştır.

Duisburg-Neuenkamp Köprüsü

Almanya’nın Düseldorf kentindeki Ren nehri üzerinde yapılan Otoyol bağlantısı olarak kullanılan Duisburg-Neuenkamp köprüsü Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp köprüsü olarak da adlandırılmaktadır. 350 m ana açıklığı, 240.64 m ve 186.76 m lik kenar açıklıklarla toplam 777.40 m uzunluğundadır. Kule yüksekliği 48 m, tabliye genişliği 35.80 m, tabliye yüksekliği 3.75 m olan köprü çelikten imal edilmiştir. Tabliye tekil kolon şeklindeki kulelere tek sıra kablolar ile tabliyenin ortasından bağlanmaktadır. 1968 yılında yapımına başlanan 1971 yılında tamamlanarak trafiğe açılan köprü toplam 64.6 milyon Euro’ya mal olmuştur.

Brotonne Köprüsü

Brotonne Köprüsü Fransa’nın üst Normandiya bölgesinin Le Havre ve Rouen kentleri arasında yer almaktadır. 320 m ana açıklığı 202 m ve 213.5 m ’lik kenar açıklıklarla toplam 735.5 m uzunluğundadır. Kule yüksekliği 72.70 m, tabliye genişliğin19.20 m, tabliye yüksekliği 4 m olan köprü ön germeli betonarme malzemeden imal edilmiştir. Tabliye, tekil kolon şeklindeki kulelere tek sıra kablolar ile tabliyenin ortasına bağlanmaktadır.

Rande Köprüsü

İspanyanın Redondala ve Moana Bölgelerini birbirine bağlayan bu köprü İtalyan mühendis Fabrizio de Miranda, İspanyol Florencia del Pozo ve Alfredo Possoro tarafından tasarlanmıştır. Yapıldığı dönemde 200-400 m arasındaki ana açıklığa kablolu köprüler tasarlanırken, sınır olan 400 m bu köprüde ilk defa aşılarak 400.14 m lik ana açıklıklı ve 147.42 m kenar açıklıklı köprü tasarlanmıştır. Rande köprüsü kule yüksekliği 118.60 m, tabliye genişliği 23.46 m, tabliye yüksekliği 2.70 m olan çelik betonarme kompozit malzemeden imal edilmiştir.

Tatara Köprüsü

Japonyanın Seto denizi içerisinde bulunan Honshu ve Shikoku adalarını birleştirmek amacıyla inşa edilmiştir. 890 m ana açıklığı, 164.5 m ve 257.5 m kenar açıklıklarıyla birlikte 1312 m uzunluğundadır. Ayrıca köprünün her iki tarafında bulunan 3 ayrı kenar açıklığın da dahil edilmesiyle köprü toplam 1480 m uzunluğundadır. Ters Y şeklinde inşa edilen kulenin yüksekliği 220 m olup üzerinde yayalar ve bisikletler için 1 şerit, araçlar için 2 şerit kesit uygulanan köprünün tabliye genişliği 30.6 m dir. Tabliye su yüzeyinden 26 m yüksekliğindedir.1973’te asma köprü olarak tasarlanan tatara köprüsü hem çevreye fazla zarar vermemek hem de daha ekonomik çözümler bulmak maksadıyla 1989 yılında Eğik kablo askılı köprü tasarlanmış 1993 yılında yapımına başlanarak 1999 yılında köprü tamamlanarak trafiğe açılmıştır.

Kao-Ping Hsi Köprüsü

Kao-Ping Hsi Köprüsü, Tayvan’daki Kaohsiung ve Pingtung ilçelerini birbirine bağlayan Gaoping Nehri üzerinde yapılan eğik kablo askılı bir köprüdür. Ters-Y tipi tek pilonun uygulandığı 2 açıklıklı asimetrik olarak inşa edilen köprü tipindedir. Köprü 180 m kenar açıklık, 330 m ana açıklık ve 2107 m’lik yaklaşım viyadüğü ile birlikte toplam 2617 m uzunluğundadır. Kule yüksekliği 183.5 m, tabliye genişliği 34.5 m, tabliye yüksekliği 3.20 m olan köprü çelik ve ard germeli betondan imal edilmiştir. Tabliye Ters Y şeklideki kuleye değiştirilmiş fan sistemi ile tek sıra kablolar halinde tabliyenin ortasından bağlanmaktadır.

Sutong Köprüsü

Çin Halk Cumhuriyetinin Şangay ve Nantong şehirlerini birbirine bağlamak amacıyla Yangzte nehri üzerinde yapılan Sutong Köprüsü 1088 m ana açıklığı, 300 m lik kenar açıklıkları ile birlikte 1688 m uzunluğundadır. Ayrıca köprünün her iki tarafında bulunan 2 adet kenar açıklığında dahil edilmesiyle köprü toplam 2088 m uzunluğunda olmaktadır. Kule yüksekliği 306 m, tabliye genişliği 41 m dir. Yapım maliyeti 1.7 milyar dolar olan köprünün yapımına 2003 yılında başlanmış olup 2008 yılında tamamlanarak trafiğe açılmıştır.

Stonecutters Köprüsü

Çin Bölgesinde, Hong Kong adası ile Tsing Yi adası arasında bulunan Rambler kanalı üzerinde yapılmıştır. 1018 m ana açıklığı, 289 m kenar açıklıkları birlikte 1596 m uzunluğundadır. Tek kolon üzerinde duran köprünün kule yüksekliği 295 m, tabliye genişliği 50 m dir. Kuleden çıkan kablolar 2 sıra halinde tabliyenin en dış kenarına bağlanmaktadır.

Russky Köprüsü

Rusyanın Nazimov yarım adası ile Russky adasını birbirine bağlayan köprü 1104 m ana açıklığı, 384 m kenar açıklıklarıyla birlikte 1872 m uzunluğundadır. Ana açıklığı yönünden dünyadaki en uzun Eğik kablo askılı köprüdür. Kule yüksekliği 320,9 m, tabliye genişliği 29,5 m’dir. Yapım maliyeti 1 milyar doları aşan köprü 2009 yılında yapımına başlanmış 2012 yılında tamamlanarak trafiğe açılmıştır.

Kaynak: Hatip YILDIZ-NİSSİBİ KÖPRÜSÜNÜN HESAP ESASLARI VE YAPIM AŞAMALARININ İNCELENMESİ

Zayıflatılmış Kiriş Enkesit Çeşitleri

a’da görülen düz kesimli başlık zayıflatma şekli ilk olarak önerilen zayıflatma şeklidir. Daha sonra b’de görülen kolon yüzüne yaklaştıkça lineer bir şekilde artan zayıflatma şekli ortaya atılmıştır. Enkesitin böyle azaltılmasının sebebi de kolon yüzüne yaklaştıkça artan momenttir. Bu iki enkesit üzerinde yapılan birçok test sonucunda büyük süneklik oranlarına ulaşılmıştır. Ancak, zayıflatma yöntemlerinde ani kesit değişikliği meydana gelen noktalarda çatlaklar ve kırılmalar gözlemlenmiştir. Bunun nedeninin başlıklarda yapılan kesimler sonucunda gözle görülemeyen küçük çentiklerde gerilme yığılmaları sonucunda çatlaklar oluşmasıdır. Bu sakıncayı ortadan kaldırmak amacıyla bilimsel çalışmalara devam edilmiş ve çalışmalar sonucunda ani değişen kesimlerde oluşan küçük çentiklerin, dairesel kesimli enkesitlerde oluşmadığı görülmüştür. Böylelikle yönetmeliklerce önerilen tek zayıflatılmış kiriş enkesitli birleşim dairesel kesitli birleşim olmuştur. Dairesel kesitli çözümle birlikte, plastik mafsal oluşumu zayıflatılan enkesitte düzgün yayılması sağlanmıştır. Bu sayede kolon yüzünde oluşabilecek büyük momentler, zayıflatılmış kiriş enkesitinde kontrol altına alınmış olacaktır. Böylece hem kolonun hasar görmesi engellenmiş olacak hem de kolon ile kirişi bağlayan kaynakların hasar görmesi engellenmiş olacaktır.

Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği TBDY-2018’e Göre Zayıflatılmış Kiriş Enkesitli Birleşim Detay ve Uygulama Sınırları

‘Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği – 2018’ de zayıflatılmış kiriş enkesitli birleşim için öngörülen geometrik boyutlarında DBYBHY-07 yönetmeliğine göre birkaç değişiklik yapılmıştır:

• DBYBHY-07 yönetmeliğinde başlık zayıflatma miktarı “c”nin altı sınırı 0,20bbf iken TBDY (2018) yönetmeliğinde 0,10bbf yapılmıştır.
• DBYBHY-07 yönetmeliğinde başlık kesim yarıçapı 0,8db ile hesaplanırken TBDY (2018) yönetmeliğinde, R=(4c²+b²)/8c formülü ile hesaplanır.

Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’nde (2018) zayıflatılmış kiriş enkesitli birleşim için öngörülen geometrik boyutlar;

Zayıflatılmış kiriş enkesiti; kolon yüzünden, kiriş başlık genişliğinin %50 ila %75’i arasında bir uzunluktan sonra başlamalıdır. Bu uzunluk “a” ile gösterilir.

Zayıflatılmış kiriş enkesitinin boyunun uzunluğu, kiriş enkesit yüksekliğinin %65 ila %85’i arasında olmalıdır. Bu uzunluk “b” ile gösterilir.

Zayıflatılmış kiriş enkesitin zayıflatma miktarı kiriş başlık genişliğinin %10’undan az olmamalıdır ve %25’inden daha fazla zayıflatma yapılmamalıdır. Bu zayıflatma “c” ile gösterilir.

Süneklik düzeyi yüksek çelik çerçevelere zayıflatılmış kiriş enkesiti uygulanabilmesi için, birleşim detayı parametrelerinin aşağıda verilen şekilde uygulama sınırlarını sağlaması gerekmektedir.

Zayıflatılmış Kiriş Enkesitli Birleşim Hesap Adımları Akış Diyagramı

Kaynak: İBRAHİM ERMEYDAN-ZAYIFLATILMIŞ KİRİŞ ENKESİTLİ ÇELİK ÇERÇEVELERİN ÇEVRİMSEL YÜK ALTINDA PERFORMANSININ İNCELENMESİ

Malzemeye enerji transfer şekli geleneksel kaynak yöntemlerine göre lazer kaynağında oldukça farklıdır. Lazer ortamından çıkan ışın, birçok yönlendirme aynasından yansıyarak odaklama mekanizmasına ulaşır. Odaklanma sonucunda lazer ışını çok küçük bir alana yoğunlaştırıldığında, malzemede yerel bir ergime ve buharlaşma sağlar. Lazer enerjisinin malzemeye emilim olurken buharlaşmış malzeme ve koruyucu gazdan oluşan plazma yoğunlaşır. Lazer enerjisinin plazmada oluşturduğu ısı, ergimekte olan malzemeye geçerek iş parçasına iletilir. Malzeme içinde, eriyik olarak bulunan malzemenin çok yüksek sıcaklık ve basınç farklarından dolayı yer değişimlerinin olduğu, akıcı fazlı bir buhar kanalı (anahtar deliği) oluşur. Daha sonra, iş parçası veya ışın demeti sabit bir hızla hareket ettirilmeye başlar ve iş parçası üzerinde hareket eder. Eriyik, ısınan buharın basıncıyla iş parçasının yüzeyine yükselir ve bu arada çekim kuvveti, viskozite ve yüzey gerilmeleriyle devam eden genleşmeler de önler. Bu yöntemle lazer ışınının hareket yönüne bağlı olarak metal eritilir, diğer eritilmiş kısım ise katılaşır. Katılaşmadan sonra homojen bir yapıya sahip dar bir kaynak dikişi oluşur. Düşük ısı girdisi ile oluşturulan kaynak dikişinde, iş parçasındaki Isı tesiri altında kalan bölge çok dar sınırlar içinde kalır. Genellikle kalın saclarda kaynak çukuru oluşturarak malzemelerin kaynak işlemi yapılır.

Lazer kaynağı, devamlı (CW), darbeli (Pulsed) veya Q-anahtarlamalı (darbe içerisinde lazer derişiminin arttırılması) olarak yapılabilmektedir. Darbeli işlemlerde genel olarak lazerin ısısını düşürmek için kullanılırlar.

Devamlı lazerlerde optik pompalama kaynağı, sürekli olarak yanan yüksek basınçlı bir lambadır. Lazer çıkışı devamlıdır. (Güç değeri süreye göre değişmemektedir.) Darbeli lazerlerde, optik pompalama kaynağı olarak bir flaştan yararlanılır.
Q-anahtarlamalı lazerde ise, optik pompalama kaynağı bir tüp flaştır. Diğer tiplerle aynı özelliktedir.

Lazer Kaynağı Nasıl Yapılır?

Malzemenin merkez noktası hedef alınarak kaynak yapılır. Yüzeyde, ışık enerjisi ısıl enerjiye çevrilir. Malzeme yüzeyi ısının etkisiyle ergimeye başlar ve yüzeyin iletkenliği sayesinde ergime ilerler. Kaynak yapılırken, ışın enerjisi malzemenin buharlaşma sıcaklığının altında tutulur. Kaynak yapılan malzemede nüfuz etme, iletilen ısıya bağlı olduğu için kaynaklanacak malzemelerin kalınlıkları genelde 0.8 inch’in (2mm) altındadır (gelişmiş lazerlerle artık 8-10 mm kalınlıklara kadar kaynak yapılabiliyor).

Yoğunlaştırılmış enerji, ısının tesiri altındaki bölge gelişmeden önce ergime, sonra birleşme olur. Kaynak yapılan iş parçası kalın ve ısı iletimine yüksek ise (ör: alüminyum), ısı tesiri altındaki bölge küçüktür.

Tüm lazer ışın kaynaklarının (karbondioksit, helyum, neon vb. gaz olanlar ya da diğerleri) işlevi en basit haliyle yoğun ışık, elektrik, elektron ışınları, kimyasallar kullanılması uyarılmış fotonların bırakılması ile atomlar uyarılır. Odaklanmada merceklerin rolü önemlidir, sebebi ışın enerjisini 0.005 inch ve daha düşük çaplardaki odak noktalarına yoğunlaştırır.

Lazer Kaynak Yönteminin Avantajları

• Diğer kaynak yöntemlerine göre lazer kaynağında nüfuziyeti daha derindir ve daha hızlı kaynak edilebilir.
• Lazer kaynağında ısı girdisi dar alanda olduğu için deformasyon ve çarpıklıklar az veya hiç olamayabilir.
• Lazer kaynağı diğer kaynak yöntemleri ile birlikte kullanılabilir. Lazer-ark hibrit kaynağı ile kalın numuneler kaynak yapılabilir ve geniş kaynak boşlukları çok paso atılarak birleştirilebilir (Yavuz ve Çam, 2005).
• Lazer ışını küçük çaplı bölgeye odaklanabilmektedir. Klasik ergitme kaynaklarına göre oldukça çok küçük çaptadır. Bundan dolayı çok ince parçalarda birleştirilme, aynı zamanda kesme işleminde çoğunlukla kullanılmaktadır (Püskülcü ve Koçlular, 2009).
• Lazer kaynağı ile birleştirmelerde yüksek kaynak hızları (10 m/dak üzerinde) kullanılabilir
• Otomasyonlu sistemlere elverişli ve mevcut üretim sistemlerine kolay uymaktadır, görsel olarak estetiktir.
• Kaynak sonrası herhangi bir işlem (taşlama gibi) gerektirmeyen, güvenirliği yüksek ve derinlik/genişlik oranı yüksek olan dar kaynak dikişleri olması,
• Klasik kaynak yöntemleri ile kaynak yapılması güç olan malzemelerin ve benzer olmayan (dissimilar) malzemelerin, kaynak yapılabilir. Sonuçları gayet iyi olduğu gözlenmektedir.
• Klasik kaynak yöntemleri ile ulaşılması zor bölgelere veya olanaksız olan bazı bağlantı bölgelerinin kaynağı kolay yapılabilir olması, (Tokdemir, Ünlü, Yılmaz ve Meriç, 2010).
• Lazer kaynağı, yüksek ısı yoğunluğu ve ışının odaklanma çapının küçük olması nedeniyle diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında daha elverişlidir. Bundan dolayı kaynak bölgesinin içyapı değişimi oldukça dar bölge olduğu gözlenmiştir. Derin ve sınırlı (dar) kaynaklar yapılmaktadır.
• Klasik yöntemlere göre aşınmaya daha dayanaklıdır, bunun da sebebi mikro yapıların daha ince, daha sert olmadır.
• Isının tesiri altındaki bölgenin geniş olmasından kaynaklanan sert tane büyümesi ve metalürjik hasar bu kaynak yöntemiyle en aza iner.
• Parça tasarımı olanakları elverişlidir.
• Çok küçük ve ince malzemeler dahi kaynak yapılabilmektedir.
• Dar ve spesifik olduğu yerlerde bile kaynağın yapılabilmesine olanak verir.
• Isıya duyarlı parçaları çok yakından kaynak atılabilir.

Lazer Kaynak Yönteminin Dezavantajları

• Lazer ışınının dar olmasından dolayı, kaynak yapılacak yüzeylerin düz olması gerekmektedir.
• Derinlik/genişlik oranından ve kaynak yerinin yüksekliğinden dolayı dolgu metalinin içeriye sokulması zordur.
• Kaynak yapılacak metallerin yansıtma özelliğinin yüksek olması lazer kaynağının yapılması güçleştirmektedir.
• Sert malzemelerde darbeli lazerle kaynak kullanılması, kaynak bölgesinde mikroskobik kaynak kesitleri oluştururken, kaynağın kırılgan olmasına sebep olmaktadır.
• Lazer kaynağının, ilk yatırım maliyetinin yüksek olması dezavantajıdır.

Kaynak:Şükriye ÇETİN-LAZER KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLMİŞ YÜKSEK MUKAVEMETLİ ÇELİK SACLARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Önceden imal edilmiş elemanların birbirine uygun bir şekilde birleştirilmesi ile inşa edilen yapılara prefabrik yapılar denir. (Prefabrik taşıyıcı sistemler ile ilgili yazımızı buradan inceleyebilirsiniz)

Yapıların döşemeleri, çatı plakları, kirişler, kolonlar, rijit çerçeveler, duvar panoları, kemerler, kubbeler, taşıyıcı duvarlar gibi elemanlar prefabrik olarak yapılabilir. Prefabrike elemanlarla her türlü sanayi yapıları, konutlar, ticari yapılar, sanat yapıları, liman elemanları, istinat duvarları, yardımcı tesisler inşa edilir.

Yapının tamamı prefabrik olarak inşa edilebileceği gibi, bir kısmı yerinde, bir kısmı prefabrik olarak inşa edilebilir.

Prefabrik yapım yönteminin birçok avantajı vardır. Bu avantajlar; kalite, maliyet, zaman, güvenlik, temizlik, düzenlilik ve ekoloji başlıkları altında sınıflandırılmaktadır.

1. Prefabrik Yapım Yönteminin Avantajları

1.1. Kalite

• Yüksek mekanik teknolojiye sahip kontrollü üretim ortamında yüksek kaliteli ürünler üretilebilmektedir.
• Belirli bir işte uzmanlaşmış kalifiye elemanlar verimliliği artırır ve hataları azaltır.
• Planlama sayesinde hava şartlarının etkileri minimuma indirilir.
• Endüstriyel yapım sistemleri ile yapı elemanlarında kaliteli yüzeyler elde edilebilmektedir.
• Üretimdeki tekrar, uzmanlaşmayı getirmektedir.

1.2. Maliyet

• Yapım alanında ki işçilik önemli ölçüde azalmaktadır.
• Atık malzemeler önemli ölçüde azaltılır ve tekrar kullanılabilir.
• Kalıplar birçok sefer kullanılabilmektedir.
• Üretim kalitesi ve kontrolü sayesinde ürünün düzeltme işleri önemli ölçüde azalmaktadır.
• İklime bağlı zaman kayıpları engellendiği için yapım süreci kısalmaktadır.
• Üretim sürecinin hızı nedeniyle enflasyondan daha az etkilenilir.
• Etkin yalıtım yapabilen elemanlar üretilebilmektedir.
• Prefabrike yapımda, planlanan bütçenin dışına çıkma riski daha azdır.

1.3. Zaman

• Yapım yerinin dışında üretim ve basitleştirilmiş kurulum detayları sayesinde yapım süreci önemli ölçüde azalmıştır.
• Zaman planlaması dahilinde yapım süreci, yönetilebilir bir çizelgeye sahip olmaktadır.
• Hafriyat işleri sırasında inşaat bileşenleri üretilebilir ve inşaat yapım süresini kısaltabilir.

1.4. Güvenlik

• Makine yoğun yapım süreci ile işçilik en aza indirilir; güvenli ve sistematik çalışma ortamı sağlanır.

1.5. Temizlik ve düzenlilik

• Bileşenlerin ve malzemelerin sistemli olarak depolanması ve kullanılması, temiz bir yapım alanı sağlar.
• Yapım alanında oluşan sarfiyat azalır.
• Destek ve kalıp malzemeleri minimum düzeyde kullanılır.

1.6. Ekolojik

• Prefabrike yapım yöntemi ile birlikte malzeme sarfiyatı en aza inmektedir ve ham madde ile enerji kaynaklarından en fazla düzeyde yararlanılabilmektedir.
• Şantiye alanında yapılan iş azaldıkça çevreye verilen rahatsızlık ve kirlilik azalır.
• Detayların rasyonel çözümüyle birlikte etkin yalıtım sağlayan ürünler üretilebilmektedir. Bu enerji etkin elemanlar karbon emisyonuna katkı sağlamaktadır.

1.7. Diğer Avantajlar

1. İnşaat süresi kısalır ve yapının kısa sürede kullanılır hale gelmesi sağlanır.
2. Yapım metotlarında ve yapı elemanlarında standardizasyonu sağlar.
3. İnşaat faaliyetlerinin, iklim, hava şartları ve dış etkilerden kurtarılmasını sağlar.
4. Beyin gücü, iş gücü, makine ve teçhizatın en verimli şekilde kullanılmasını, atıl kapasitenin en aza indirilmesini, bu güçlerdeki performans düşürücü sebeplerin en aza indirilmesini sağlar.
5. Malzeme iş gücü ve enerji kayıplarını en aza indirir.
6. Yapıda kaliteyi düşüren rötre, kötü imalat, bozuk yüzeyler gibi şartları ortadan kaldırır.
7. Her türlü malzemenin taşıma ve depolamasını en aza indirir.
8. Uygulamanın her safhasını önceden görecek ve kapsayacak plânlamaların yapılıp uygulanabilmesine imkân verecek yapım metotlarının seçimini sağlar.
9. Elemanları istenilen kalitede yapmak mümkündür.
10. Uygun şartlarda daha ekonomik yapılar yapmak mümkündür.
11. Betonarme prefabrik yapı elemanlarının üretimi sırasında kalıplar bir kez kurularak kurulan kalıplar üzerinden yapılan seri üretimler sayesinde kalıp maliyetlerinde azalmalar görülür.
12. Betonarme prefabrik yapı elemanlarının üretim aşamasında gerçekleşmesi beklenen maliyet ile gerçekleşen maliyet arasında önemli farkların oluşmaması veya belirtilen bütçede kalınması.
13. Betonarme prefabrik yapı elemanlarından üretilen yapının oluşturulur oluşturmaz şantiye alanına göndermeye hazır olması ve geleneksel olarak yapılan inşaata kıyasla daha kısa sürede tamamlanarak yatırımcıya erken kira veya satış olanağı sağlamaktadır.
14. Üretim de işçilik, kalıp ve malzemeye bağlı maliyetlerin azalması.
15. Prefabrikasyon teknolojisinin sağlamış olduğu faydalar sayesinde kış aylarında da inşaata devam edilebildiğinden işçiler işlerine devam edebilmektedir.
16. İmalat için gerekli malzemenin önceden alınıp stoklanma ve depolama gereksinimi olmadığı için depolama maliyeti oluşmaz.
17. Seri şekilde imalatlardan ve üretim hızının yüksekliğinden dolayı enflasyondan çok daha az etkilenmektedir.
18. Fabrikalarda yapılan üretimlerde yapımdan kaynaklı hızın artması; malzeme kaybının en aza indirilmesi ve işçilikten en yüksek verimin alınmasından dolayı verimlilik artmaktadır.
19. Kapalı koşullarda gerçekleştirilen betonarme prefabrik yapı elemanlarının üretiminin iklim şartlarından etkilenmemesi; şantiye ortamında proje çalışmaları için gerekli altyapı çalışmaları sürerken taşıyıcı elemanların fabrikalarda üretilebiliyor olması; üretimin sabit olması nedeniyle iş programlarının kesin bir şekilde belirlenmesi ve olabilecek gecikmelerin öngörülmesi; projenin yapım süresini fazlasıyla kısaltmaktadır .
20. Sürekli üretimi sayesinde prefabrik yapıların yapımında uzmanlaşma sağlanır.
21. Montaj sahası hazır olmamış olsa bile fabrikalardaki imalata devam edilebilir.
22. Prefabrikasyon; programlamaya, planlamaya ve kontrol etmeye yatkın yapısı sebebiyle, yüksek kalite olanağı sağlamakta ve ekonomik olabilmektedir.
23. Fabrikalarda üretilen prefabrik betonarme yapı elemanlarının üretimi sırasında beton dayanımı için çok fazla önem arz eden kür koşulları en iyi biçimde sağlanır.
24. Geleneksel yöntemlerde zor hava şartları ve çevre şartlarını gözeterek üretim yapılarak prefabrik yapı elemanlarında kalite standartlarını yükseltmek mümkündür.
25. Fabrika ortamında üretimi sağlanan yapı elemanlarının kaliteye ulaşması sayesinde üretimi tamamlanan elemanlar uzun ömürlü olmaktadır.
26. Ön gerilme tekniklerine uygun olması ile endüstri yapıları için büyük çapta önem arz eden geniş açıklıkları geçme olanaklarının olmasıdır.
27. Fabrika ortamında yapılan prefabrik yapı elemanlarının üretiminde istihdam edilen işçi sayısının şantiye ortamlarında yapılan üretime oranla daha az olması ve yapılan denetimlerle iş kazasının azaltılması ile iş gücünden daha verimli yararlanılır

2. Prefabrik Yapım Yönteminin Dezvantajları

Prefabrik yapım yönteminin avantajlarının yanında dezavantajları da bulunmaktadır. Dezavantajlar; ekonomik, sosyal, teknik ve estetik açıdan sınıflandırılmaktadır.

2.1. Ekonomik

• Prefabrikasyon, ekonomik açıdan büyük yatırımlar gerektirmektedir.
• Prefabrikasyon düzenli ve sistemli bir finansman gücü gerektirmektedir. Bu nedenle küçük ve orta büyüklükte ki inşaat yatırımcıları prefabrikasyonu kullanmakta zorluk yaşamaktadır.
• Nakliye maliyeti belirli bir mesafeden sonra rasyonellikten uzaklaşabilmektedir.

2.2. Sosyal

• Prefabrikasyonla birlikte yüksek oranda makineleşme sonucu insan gücüne ihtiyacının kaybolması ve buna bağlı olarak işsizliğin artması ihtimali vardır.
• Üretim, tasarım ve yapım aşamasında nitelikli insan gereksinimi vardır.

2.3. Teknik

• Prefabrike bileşenler nakliye sırasında zarar görebilir. Bu nedenle elemanlar, taşınmalıdır. Prefabrike elemanların birleşim detayları iyi çözülmeli ve korozyona karşı dirençli olmalıdır.
• Büyük prefabrike bileşenler ağır taşıma-montaj ekipmanı ve hassas ölçüm gerektirmektedir.

2.4. Estetik

• Aynı tip bileşenlerden üretilmiş prefabrike yapılar monoton görünebilmektedir.
• Rasyonel yapımın gereği olan modüler koordinasyon, tasarım esnekliğini kısıtlayabilmektedir.

2.5. Diğer Dezavantajlar

1. Elemanların birbirine montajı şeklinde eklenme güçlüğü vardır.
2. Elemanların taşınma güçlüğü vardır. (Ağırdırlar.)
3. Her zaman kalifiye elemanlarla üretim yapılır.
4. Sistemli ve düzenli bir ekonomik güç gerektirdiğinden küçük inşaat yatırımcılarının prefabrikasyonu kullanmasında ki zorluklar.
5. Ekonomik yönden güçlü yatırımcıların eksik olması.
6. İnşaat sektöründe makineleşmenin hızlı bir biçimde artış göstermesiyle insan gücünün kullanımının büyük oranlarda azalması ve işsizlik sorununun artma ihtimali.
7. Prefabrike yapı elemanlarının uygun taşıma mesafesinin 100–200 km arasında olduğu, bazı ülkelerde ise daha fazla taşıma mesafelerinin bile verimli olabildiği belirtilmektedir. Bu mesafelerden daha uzak taşıma mesafelerinde prefabrik yapılar ekonomik uygunluklarını nakliye fiyatlarından ötürü kaybetmektedir.
8. Deprem yükü ve dinamik yükler altında prefabrik yapı sisteminin dayanımında bazı problemlerin ortaya çıkabilmesi.
9. Fabrikalarda prefabrik üretimi için büyük alanlara ihtiyaç duyulması ve fabrika kurulması için gerekli ekonomik gücün çok yüksek olması.
10. Prefabrik yapı elemanlarının üretiminde de ulusal kontrol mekanizmasının olmayışı ve bu konudaki devlet politikalarının eksikliği.
11. Üretim, yapım, tasarım aşamalarında prefabrik yapı işlerinde nitelikli iş gücüne sahip işci ihtiyacının oldukça fazla olması.
12. Üretim ve montaj ekiplerinin koordinasyon problemlerinin nakliye, stoklama sorunları gibi olumsuz neticeler doğurması.
13. Birleşme noktalarını, rezerv kapasiteleri ve düktiliteleri, yerinde dökme betonda olmayan problemleri ortaya çıkarır.

3. Prefabrike Elemanların Kullanımında Dikkat Edilecek Hususlar

1. Prefabrike eleman fabrikası, inşaat sahasına en çok 500-600 km mesafede bulunmalıdır.
2. Kolon aks araları standarda uygun ve en çok elemanın kullanılabileceği şekilde seçilmelidir.
3. Yatay yüklere ve depreme karşı tedbir alınmalı, temel ve üst kısımların çerçeve halinde çalışması sağlanmalıdır.
4. Projede, fabrikada imal edilen standart kesitler kullanılmalıdır.
5. Elemanların şantiyeye nakli ve yerine montajına engel hususlar bulunmamalıdır.
6. Ön gerilmeli elemanlardaki ters sehim dikkate alınarak çatı meyilleri tespit edilmelidir.
7. Birleşme noktalarındaki kuvvetler etüt edilmelidir.
8. Birden fazla prefabrike elemanın aralarına derz koyma mecburiyeti vardır.
9. Standardizasyonu sağlamak için aynı birleşim şekli mümkün oldukça çok kullanılmalıdır.
10. Birleşme noktalarının yüklerden, kopma, kırılma, kapasite azalma gibi tesirlerden etkilenmemesi için düktil yapılması gerekir.

4. Prefabrikasyonun Gelişimindeki Engeller

Türkiye inşaat alanında prefabrik yapı elemanların kullanımının Dünyadaki prefabrik yapı elemanlarının kullanımı ile karşılaştırıldığında ülkemizin çok geri planda kaldığı görülmektedir. Prefabrikasyonun düşük kullanım oranını ve gelişimini olumsuz etkileyen maddeler aşağıda sıralanmıştır:

1. Prefabrik yapı elemanlarının üretim maliyetinin geleneksel yöntemlerle üretim maliyetine göre daha pahalı olduğu yargısına inanılması.
2. Yapım endüstrisindeki ürünler diğer endüstrilerdeki ürünlere göre daha dayanıklı ve uzun ömürlü olduğundan belli bir zamandan sonra üretim miktarını azaltıcı etkiye neden olmaktadır.
3. Prefabrik yapı kullanıcıları hem mimari açıdan (rutubet, çatlaklar, tasarımda yaratıcılığın yeterli olmaması, vb.) hem de yapısal açıdan (deprem yükü altındaki kötü performansları vb.) prefabrik yapı elemanlarının performans düşüklüğünden memnun olmamaları yargısı.
4. Prefabrik elemanların belirli bir sistem ve standart dâhilinde kullanılması, aranılan estetik ve hareketliliği karşılayamaması, mimariye getirdiği kısıtlamalar, farklı ekonomik, sosyal özelliği bulunan yörelerde aynı tipte planların gerçekleşmesi sistemin çok büyük çapta eleştiriler almasına neden olmaktadır (Taş, 2004).
5. Prefabrik betonarme taşıyıcı elemanların ağır ve büyük ebatta olmaları, birçok yerde şantiye ile fabrika arası mesafenin uzak olması taşıma maliyetinin yüksek olmasına sebep olmaktadır.
6. Farklı deprem yükleri altında prefabrikasyon sistemlerinin performanslarının güvenirliliği hususunda kaygıların bulunması.
7. Projenin yönetimi kapsamında tasarımcı, yüklenici ve üretici firma arasındaki iletişimin kopukluğu yapım süreçlerini olumsuz etkileyebilmektedir.
8. Prefabrik yapı sistemlerinin devlet tarafından teşvik görmemesi kullanımını kısıtlamamaktadır (Taş, 2004).
9. İşgücünün niteliksiz yapısı, üretimin yetersiz oluşu, sermaye birikiminin az oluşu gibi fiziksel engeller.
10. Prefabrik yapı elemanlarının proje tasarımı sırasında uzman mühendislerin, yüklenici inşaat şirketlerinin ve deneyimli işçilerin yeterli olmaması

Kaynak;
 MLA (Modern Language Assoc.) Güner, Mehmet Selçuk, et al. Yapı Bilgisi Teknolojisi I-II : Inşaat Mühendisliği Uygulamaları.
 APA (American Psychological Assoc.) Güner, M. S., Yüksel, A., & Hiperlink (Firm). (2008). Yapı bilgisi teknolojisi I-II : inşaat mühendisliği uygulamaları.
Oğuzhan KOÇAK-PREFABRİK ENDÜSTRİ YAPILARININ BİLGİSAYAR PROGRAMLARI İLE ANALİZİNİN ÖRNEK BİR YAPI ÜZERİNDE KARŞILAŞTIRILMASI

Merkezde bulunan çekirdek, bu destek kirişleri yardımıyla tek cephedeki veya her iki cephedeki kolonlara bağlanabilirler.

Dıştan destekli (outrigger) sistemler yaklaşık olarak yarım yüzyıldır narin ve yüksek binalarda kullanılıyor olmalarına rağmen tasarım prensibi bin yıllık bir geçmişe sahiptir. Bu sistemler ilk olarak Polinezlerin açık denizlerde seyahat için kullandıkları kanoların dalgalara karşı yatay stabilitesini arttırmak amacıyla geliştirilmişlerdir.

Dıştan destekli kanonun çalışma prensibi dıştan destekli (outrigger) binaların çalışma prensibine ışık tutması açısından oldukça önemlidir. Bu prensip şu şekilde özetlenebilir:

• Kano, dalgalara maruz kaldığı zaman alabora olma veya devrilme tehlikesi ile karşı karşıya kalır. Dıştan destekli kanolar ise dalga anında desteğinin manivela etkisiyle alabora olmaya karşı direnç gösterir. Çok büyük ölçekli dalgalar için desteğin direnci yeterli olmayabilir. Fakat dıştan desteğin alabora olmaya karşı kanonun direncini ciddî anlamda arttırdığı söylenebilir. Dıştan destekli binalarda; çekirdek perde yatay yükler altında dönmeye çalıştığında, dıştan destek sistemi bu dönmeye karşı bir direnç oluşturur. Destek sistemi perdenin dönmesini bütünüyle engelleyemez, ancak gösterdiği direnç sebebiyle çekirdeğin konsol çubuk şeklinde davrandığı duruma oranla taban devrilme momentini ve tepe deplasmanını azaltabilir.
• Kano dıştan desteği olmadan da dalgalara karşı belirli bir direnç gösterebilir. Ancak kano devrilmese bile taşıdığı insanları rahatsız edecek şekilde salınım yapabilir ve bu salınımın sona erme süresi oldukça uzayabilir. Dıştan destek (outrigger) ilavesi dalgadan dolayı oluşan bu salınımı kısmen azaltır. Ayrıca salınım süresini de kısaltarak kanonun daha kısa bir sürede eski konumuna dönmesine sebep olur. Benzer şekilde yüksek binalarda da destek sistemi (outrigger) rüzgâr yükleri altında insanları rahatsız edecek (baş dönmesi, mide bulantısı, panik) salınımlara karşı sistem yatay rijitliğini arttırarak, kat ivmelerinin konfor şartı için belirlenen sınırların altına çekilmesini sağlar. Bu sistemlerin en büyük avantajlarından birisinin, devamlı surette binanın maruz kaldığı düşük ivmeli rüzgâr ve deprem yükleri altında servis koşullarının sağlanabilmesi olduğu söylenebilir. Ayrıca sağlanan rijitlik artışı yüksek yapılar için önem arz eden yapısal olmayan elemanlarda oluşabilecek hasarları minimize etmek için de oldukça faydalıdır

Dıştan Destekli (Outrigger) Sistemlerin Avantajları

Taşıyıcı sistemlerin etkinliği bina yüksekliği ile orantılı olarak artan yatay yüklere karşı koyabilmeleriyle ölçülür. Yüksek binaların tasarımında ise rijitlik ve stabilite problemleri, yatay ve düşey yüklerin taşınmasına nazaran daha ön plandadır. (Yüksek Bina Taşıyıcı Sistemleri) Dıştan destek sistemi (outrigger) taşıyıcı sistemde sağladığı rijitlik artışı ile çokça tercih edilirler. Özellikle dıştan destek sisteminin ilavesiyle bina nispeten narin elemanlar ile daha fazla kat adedine ulaşabilir. Bu sebeple dıştan destekli sistemler günümüzdeki birçok yüksek binada kullanılmışlardır. O hâlde dıştan destekli sistemlerin başlıca avantajları olarak;

• Binanın devamlı olarak maruz kaldığı rüzgâr yükleri altında salınımları konfor şartı sınırları içine çekmesi
• Küçük boyutlu yapı elemanları kullanılarak daha yüksek binaların inşa edilebilmesini mümkün kılması sıralanabilir.

Dıştan Destekli (Outrigger) Sistemlerin Taşıyıcı Sisteme Etkisi

Dıştan destekli (outrigger) sistemlerde yatay yükün karşılanma prensibi şu şekilde açıklanabilir. Yapı yatay yüke, deprem yükü veya rüzgâr yükü, maruz kaldığı zaman destek kirişi ile mesnetlenmiş olan kolonlar çekirdek perdenin dönmesine karşı direnç gösterir. Bu direnç sayesinde; çekirdek perdede oluşan moment ve yerdeğiştirmeler, dıştan desteğin (outrigger) olmadığı, çekirdek perdenin konsol bir çubuk şeklinde davrandığı duruma kıyasla azalır. Artık dış yüklerden dolayı sistemde oluşan devrilme momenti sadece çekirdeğin eğilmesiyle değil çevre kolonlarda oluşan basınç ve çekme kuvvetleri ile beraber taşınır. Kolonlarda oluşan eksenel kuvvet, dış yükün geldiği cephede çekme iken diğer cephede basınçtır. Dıştan destek (outrigger) sistemi ile dıştaki kolonlarda yatay yüklerden oluşacak eksenel kuvvetlerin kolon boyutlarını dıştan destek (outrigger) içermeyen sistemlere nazaran arttıracağı yorumu yapılabilir.

Dıştan destekli sistemler perde devrilme momentini azaltmada etkili olmalarına karşın, perdenin taşıdığı kesme kuvveti açısından bir azaltmaya yol açamazlar. Aksine destek katlarından perdelere aktarılan kesme kuvvetleri ciddî oranda artış gösterir. Destek kirişleri perdelere rijit olarak bağlı iken, kolonlara rijit (moment aktarır bağlantı) veya mafsallı (moment aktarmayan bağlantı) şekilde bağlanabilirler. Eğer mafsallı bağlantı tercih edilir ise; yatay yük altında eğilme davranışını sadece konsol perde gösterecektir. Bunun sonucu olarak, kolonlarda eğilme momenti oluşmazken sadece eksenel kuvvet oluşacaktır. Eğer rijit bağlantı tercih edilir ise tüm sistemin eğilmesi ile birlikte destek kolonları da eğilerek hem eksenel kuvvet hem de eğilme momenti tesirine girecektir. Oluşan eğilme momenti ile kolonun taşıyabileceği eksenel kuvvet azalacaktır ve sonuç olarak çekirdek perde devrilme momentinde azaltılacak değer mafsallı duruma göre daha az olacaktır.

Dıştan Destekli (Outrigger) Sistemlerin Davranışı

Dıştan destekli sistemlerin çalışma prensibi çevre kolonlarında kuvvet çifti oluşturularak çekirdek devrilme momentinin azaltılması üzerine kuruludur. Bu davranış farklı bir tanımlama ile; çekirdek dönmeye çalıştığında destek sisteminin bu dönmeyi tam olarak engelleyemese bile kısmen azaltması şeklinde de ifade edilebilir. Eğer çekirdeğin nispeten daha esnek olduğu ve daha fazla dönebildiği düşünülür ise çevre kolonlarda daha fazla eksenel kuvvet oluşacaktır. Bu durumun tam tersi olarak daha rijit bir çekirdek çevre kolonlarda daha az eksenel kuvvet oluşumuna sebebiyet verecektir. Bu bakış açısı ile destek kolonlarının eksenel kuvvet oluşumunun doğrudan çekirdeğin dönmesine, dolayısıyla eğilme rijitliğine bağlı olduğu yorumu yapılabilir. Ayrıca kurulan bu ilişki daha basite indirgenmek istenir ise, davranışın konsol bir çubuk ucunda perdenin dönmesini tamamen engellemeyen fakat kısmen kısıtlayan bir yayın olmasına benzediği söylenebilir.

Kaynak: Yük. İnş. Müh. Uğur ÖZORPAK-DEPREM ETKİSİNDEKİ YÜKSEK BİNALARDA ÇOKLU DIŞTAN DESTEK (OUTRIGGER) KİRİŞLERİNİN KONUMUNUN TASARIMA ETKİSİ

Bulonlu birleşimler;
Çelik yapı elemanlarının fabrikada sürekli profesyonel denetim altında yapılan kaynak işlemi, bulonlu birleşimlere göre kullanılacak malzeme miktarının %10′a kadar azalmasını sağlayabilmektedir.

Ancak kaynaklı birleşimler yerine bulonlu birleşimlerin tercih edilmesi:

Kaynak işleminde kalifiye işçi gerektirmesi,

Yatay ve dikey olarak kaynak yapım zorlukları,

Soğuk havalarda kaynağın çatlama riski,

Sahada yeterince kontrol edilememesi gibi sakıncaları nedeniyle montaj gerekliliği veya kolaylığı için yapılanlar dışında taşıyıcı kaynakların şantiyede yapımı önerilmez.

“ShopWelds, Site Bolts–Fabrikada Kaynak, Şantiyede Bulon”

Yetersiz veya kötü şantiye koşullarında yapılacak hatalı kaynağın tehlikeli sonuçlara yol açabileceği tasarım ve üretim sürecinde akıldan çıkarılmamalıdır. (Bulonların Akma ve Kopma Gerilmeleri)

Bulonlu birleşimlerin:
-Elektrik veya jeneratöre gereksinim duyulmaması,

-Montajın zor hava koşullarında bile kolaylıkla yapılabilmesi ve

-İşçilik hatalarını en aza indirmesi nedeniyle tercih edilebilirliği artmaktadır.

Örneğin; elemanların birleşim bölgelerindeki bulon deliklerinin konumu ve sayısının aynı olmadığı durumda kullanılmayan delikler işçiyi ve kontrolünü (mühendisi) uyaracak, delik konumlarının farklı olması durumunda ise montaj yapılamayacaktır. Öte yandan, çelik çerçeveli yapıların depreme dayanıklı olması bakımından da; kararlılık bağlantılarının sünek davranışı sağlayacak biçimde düzenlenmesinin yanısıra elemanların birleşiminde davranış bakımından uygun görülmeyen kaynak yerine öngermeli yüksek dayanımlı bulonların kullanılması mümkün olabilir.

YÜKSEK MUKAVEMETLİ BULON

1950 yıllarından itibaren yüksek mukavemetli bulonların çok katlı yüksek yapılarda perçinlerin yerini alması konusu ciddi olarak düşünülmeye başlanmıştır. Bu bulonların yumuşak çelikten (mildsteel) üretilen bulonlara göre yaklaşık iki misli daha fazla çekme mukavemetine sahip olması nedeniyle, demiryolu endüstrisindeki gelişmelere paralel olarak demiryollarında ve köprülerinde ve ağır makina endüstrisinde yüksek mukavemetli bulon kullanımına neden olmuştur. (Bulon Montajı Tipleri – Sıkma Yöntemleri)

Yüksek mukavemetli bulon uygulamasının en önemli avantajı, bulonlara uygulanabilen dönme momentleri ve bunun sonucu olarak bulon ekseni doğrultusunda ortaya çıkan “öngerme kuvveti” nedeniyle birleştirilen yüzeylere uyguladığı basınç kuvvetidir.
Birleşim yüzeyleri arasında oluşan basınç gerilmeleri ve oluşturduğu sürtünme kuvvetleri, birleşime önemli miktarda yük taşıma kapasitesi kazandırmaktadır. Böylece yükler kirişten kolona veya kirişten kirişe, kayma ve ezilme mekanizmalarından çok sürtünme ile aktarılır.

Ülkemizde de üretilmekte olan yüksek dayanımlı (HV) bulonların:
Birleşimlerdeki bulon sayısını en az yarıya indirebilmesi ve yeni şartnamelere göre delik toleransının büyük olması gibi önemli avantajlarıda bulunmaktadır. Ayrıca, yeterince sıkıldığında uç bölümü kopan (çekme kontrollü) bulonlar denetimi kolaylaştırmaktadır

Öngermeli çelik elemanlarda, olağan çelik yapılarda kul­lanılan bütün çelik türleri kullanılabilir. Genelde, ayrı bir ger­gi düzeni kullanılarak gerçekleştirilen öngerme, ana elemandaki çe­lik kalitesine bir kısıtlama getirmez.

Ancak çok özel bazı öngerme verme yöntemlerinde, çelik kalite­sinin de önemi olabilir. Örnek olarak, çekme başlığı çekilip öngerildikten sonra gövde + basınç başlığına kaynaklanan bir basit ki­rişte, hem bu öngerme verilen başlıkta kullanılan çeli­ğin yüksek mukavemetli olması, hem de bileşik kesitte kullanılan bütün çeliklerin kaynaklanabilir olmaları gereklidir.

Çelik Gergi Malzemeleri

Öngermeli sistemlerin pratik bir anlamı olabilmesi için, çelik ger­gi elemanının yüksek mukavemetli olması ke­sin bir zorunluluktur. Bu zorunluğu aşağıdaki şekilde açıklamak mümkündür.

Öngermeli çelik taşıyıcı sistemlerin projelenmesinde, hem ana taşıyıcı elemanda hem de özellikle gergide meydana gelen, gerek elastik ani ve gerekse elastik ötesi sonradan oluşan şekildeğiştirmeler çok önemlidir. Sürekli olarak bir çekme kuvvetinin etkisinde kalan gergi elemanı, başlangıçtaki ani elastik uzamasına ek olarak sünme türü bir uzama da gösterir. Gerginin iki ucunun birbirlerinden uzaklığının sabit kaldığı gözönüne alınırsa bu sün­me uzaması bir gevşemeye, yani gergideki gerilmenin düşmesine (rölaksasyon) götürür. Bu gergide zaman sürecinde önemli bir gerilme azalması oluşur. Öngermenin sözü edilen gerilme kayıplarından son­ra dahi etkili olabilmesi ancak yüksek mukavemetli gergi kullanıl­ması durumunda mümkündür.

Yüksek mukavemetli çelikler, çelik alaşımı değişiklikleri ve farklı üretim yöntemleri ile elde edilirler. Çeşitli ülkelerin öngerme çeliği standardları arasında farklılıklar vardır. Türkiye de bu konuda başvurulabilecek standardlar TS 3233 ve TS 3721 dir. Bu standardlara göre gergi: tel, toron, çubuk ve kablo şeklin­de olabilir.

Öngerme Telleri

Çapları 1,5 mm’den 7 mm’ye kadar olan öngerme telleri, kaplamasız, gerilmeden arınmış, orantılılık sınırları yükseltilmiş tel­lerdir. Çapı çok ufak olan öngerme telleri dışındaki teller, yan yüzleri nervürlü veya profilli olarak imal edilmektedirler.

Çap büyüdükçe mini­mum kopma dayanımları 18 000 kg/cm2 (1800 N/mm2) den 15 000 kg/cm (1500 N/mm2) ye düşmektedir. Minimum kabul edilmiş akma sınırları (a-e) diyagramında e =0,01 uzamaya tekabül eden gerilmedir ve kopma dayanımının olağan gevşemeli tellerde 0,80’i, az gevşemeli tellerde 0,90’ı kadardır. TS 3233’de verilen gerilme değerleri karakteristik değerlerdir. 20°C sıcaklıkta, 1000 saatlik 0,70 σ_kopma değerinde germe sonunda ulaşılan gevşeme, olağan tel­ler için %5, az gevşemeli tellerde % 2,5; 0,80 σ_kopma değerinde germe sonunda ise sırasıyla %8,5 ve %3,5 değerini aşmamalıdır.

Öngerme Demeti-Öngerme Toronu

Öngerme toronları-öngerme demetleri iki veya daha fazla telin helis şeklinde üst üste sarılmaları ile elde edilen germe donatılarıdır. 7 telli öngerme toronlarında, bir telin çevresine konmuş 6 tel, iç tel üzerine helis şek­linde sarılmışlardır. Sargı işlemi fabrikalarda yapılır ve bu esna­da teller kalıcı deformasyona uğrarlar.

Tel çapları, toron olarak mekanik özellikleri TS 3233’de verilmişlerdir. Minimum kopma dayanımları 16 000 kg/cm2 (1600 N/mm²) ve 0,01 birim uzamaya tekabül eden minimum itibarî akma sınırları kopma dayanımlarının 0,85 az gevşemeli toronlarda 0,90 katı kadardır. 20°C sıcaklıkta, 1000 saatlik germe deneyi sonundaki gevşeme, 0,70 σ_kopma gerilmesi altında olağan to­ronlarda % 7, az gevşemelilerde %2,5; 0,80  gerilmesi altın­da olağan toronlarda %12, az gevşemelilerde %3,5 değerini aşmamalıdır.

Öngerme Telleri (TS 3721-1983)

Öngerme Tel Demetleri (TS 3721-1983)

Öngerme Çubuğu

Öngerme çubukları çapları 7 ile 32 mm arasında değişen, sıcak­ta çekilmiş özel alaşımlı tek parçadan oluşan çubuklardır. Minimum kopma dayanımları 10 000 kg/cm2 (1000 N/mm2) ve 0,01 birim uzama­ya tekabül eden itibari akma sınırları 8.000 kg/cm2 (800 N/mm2) kadardır. Bunların mekanik özellikleri TS 3233’de  verilmiştir.

Öngerme Kablosu

Öngerme kablosu, tel, toron veya çubuk gruplarından olu­şan germe elemanlarıdır. Mekanik özellikleri bu bakımdan değişik­tir. İmal eden firmaların garanti belgelerinde gerekli özellikler belirtilmişlerdir.

Standarda göre, öngerme çeliklerinde emniyet gerilmeleri olarak, germe sırasında 0,80 σ_kopma  , gergi kenetlenmesinden hemen sonra 0,70 σ_kopma değerleri kullanılır. Bu değerler üreticinin verdiği değerleri aşamaz.

Kaynak: Çelik Yapıda Öngerme, Prof. Dr. Tevfik Seno Arda, Prof. Dr. Nesrin Yardımcı,

Kuşatılmış ve Kuşatılmamış Birleşimler Nedir?

Deprem etkisi altında, betonarme binaların taşıyıcı sistem elemanlarının tasarımında sıkça karşılaştığımız durumlardan bir tanesi Kuşatılmış Kolon Yetersizliği‘dir.

Öncelikle bu konuda sıkça ortaya çıkan bir yanlış anlaşılmayı giderelim. Bir kolon kiriş birleşiminin kuşatılmış ya da kuşatılmamış olması, kolon kiriş birleşim bölgelerinin kesme güvenliğinde kullanılacak formülün belirlenmesi amacıyla yapılan bir tanımlamadır. Yani  bazı statik analiz programlarında dahi kuşatılmış kolon hatası olarak gösterilen yetersizlik, aslında kolon kiriş birleşim bölgesinin kesme güvenliğini sağlamaması durumudur. Bir birleşimin kuşatılmamış olması, bu birleşimin kesme güvenliğini sağlamadığı anlamına gelmez. Kuşatılmamış birleşim, istenmeyen bir durumdur ve yönetmelik tarafından cezalandırılır.

Şimdi bir birleşimin kuşatılmış ya da kuşatılmamış olarak kabul edilmesi için gereken koşulları ele alalım;

TBDY 2018 7.5’e göre;

7.5.1. Kuşatılmış ve Kuşatılmamış Birleşimler
Süneklik düzeyi yüksek kolon ve kirişlerin oluşturduğu çerçeve sistemlerinde kolon-kiriş birleşimleri, aşağıda (a) ve (b)’de tanımlandığı üzere, iki sınıfa ayrılacaktır.
(a) Kirişlerin kolona dört taraftan birleşmesi ve her bir kirişin genişliğinin birleştiği kolon genişliğinin 3/4’ünden daha az olmaması durumunda, kolon-kiriş birleşimi “kuşatılmış birleşim” olarak tanımlanacaktır.
(b) Yukarıda (a)’daki koşulları sağlamayan tüm birleşimler, “kuşatılmamış birleşim” olarak tanımlanacaktır.

Yani bir birleşimin kuşatılmış birleşim olarak sayılması için gereken koşul; bir kolonun 4 tarafından da kiriş ile kuşatılması ve bu kirişlerden her birininin genişliği, kolona bağlandıkları yüzlerinin 3/4’ünden geniş olması koşuludur. Burada herhangi bir deprem doğrultusu söz konusu olmayıp, 4 yön işin koşul sorgulanıp kuşatılma durumu belirlenecektir.

Peki kolonu 4 tarafından kuşatan kirişlerin bazılarının konsol kiriş olması, kuşatılma durumunu değiştirir mi ?

Bu konuda deprem yönetmeliklerinde bir husus bulunmamaktadır. İlgili durum için paket hesap programları 2 farklı seçeneği de sunmaktadır.

Buraya kadar sadece birleşimin kuşatılıp kuşatılmamış olduğuna baktık. Kolon kiriş birleşim bölgesinin kesme güvenliği hesabında birleşimin durumuna göre gerekli formüller kullanılacak.

Kolon-Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği

Gözönüne alınan deprem doğrultusunda (2 farklı doğrultu için ayrı ayrı) kolon-kiriş birleşim bölgelerindeki kesme kuvveti aşağıdaki formülle hesaplanıp, kuşatılma durumuna göre seçilecek formülün sonucu olan değer ile karşılaştırılacaktır.

Ve = 1.25 fyk (As1 + As2 ) −Vkol

(Kirişin kolona sadece bir taraftan saplandığı ve öbür tarafta devam etmediği durumlar için As2 = 0 alınacaktır.)

Burada;

Ve = Kolon, kiriş, birleşim bölgesi ve perdede enine donatı hesabında esas alınan kesme kuvveti,

Vkol = Düğüm noktasının üstünde ve altında Bölüm 4’e göre hesaplanan kolon kesme kuvvetlerinin küçük olanı,

fyk = Boyuna donatının karakteristik akma dayanımı,

As1 = Kolon-kiriş düğüm noktasının bir tarafında, kirişin negatif momentini karşılamak için üste konulan çekme donatısının toplam alanı,

As2 = Kolon-kiriş düğüm noktasının As1’e göre öbür tarafında, kirişin pozitif momentini karşılamak için alta konulan çekme donatısının toplam alanı,

Karşılaştırma

Kuşatılmış birleşimlerde: Ve ≤1.7 bj h√fck

Kuşatılmamış birleşimlerde: Ve ≤1.0 bj h√fck

Burada görüldüğü üzere kuşatılmamış birleşimdeki “bj h√fck” değeri olduğu gibi kullanılırken, kuşatılmış birleşimler ise ödüllendirilerek 1.7 katsayısı ile büyütülmektedir.

fck = Betonun karakteristik silindir basınç dayanımı

h = Kolonun gözönüne alınan deprem doğrultusundaki enkesit boyutu, yani kolonun, kirişin bağlandığı yöndeki derinliğidir.

Buradaki bj değeri konusunda kafa karışıklığı yaşanabildiği için bunu detaylı şekilde anlatmaya çalışalım. TBDY’de bj şu şekilde tanımlanmaktadır;

“bj = Gözönüne alınan deprem doğrultusunda, birleşim bölgesine saplanan kirişin kolonla aynı genişlikte olması veya kolonun her iki yanından da taşması durumunda kolon genişliği, aksi durumda kirişin düşey orta ekseninden itibaren kolon kenarlarına olan mesafelerden küçük olanının iki katı (kiriş genişliği ile birleşimin yüksekliğinin toplamını aşamaz)”

bj’nin üst sınırı yukarıda da belirtildiği üzere kiriş genişliği ve kolonun kiriş saplanan yönündeki derinliğinin toplamıdır.

Kiriş genişliği kolon genişliği ile aynı ya da kolonun iki tarafından da taşacak şekilde büyükse kolon genişliğidir.

Farklı bj durumları için çizimlerle örnek verelim;

Yukarıdaki görsellerden de anlaşılacağı üzere birleşim bölgesinin kesme güvenliği açısından kirişin, kolona mümkün olduğu kadar, kolon kesitinin ortasından bağlanması gerekmektedir.

Kuşatılmış Kolon Hatası Nasıl Giderilir?

Kolon Kiriş Birleşim Bölgesi Kesme Güvenliği Nasıl Sağlanır?

Kolon kiriş kesme güvenliğinin sağlanması, Ve değerinin’nin  (1 veya 1,7) bj h√fck değerinden daha küçük olması ile sağlanmaktadır. Güvenliğin sağlanmadığı durumda aşağıdaki seçenekler değerlendirilmelidir;

Katsayı x bj h√fck değerini büyütmek

Buradaki ifadeyi büyütmenin ilk yolu baştaki katsayının 1.7 olarak seçebilmenin sağlanmasıdır. Bu da yukarıda açıklandığı üzere kolonun 4 bir tarafından ve yeterli genişliklerde kuşatılmasıyla yani birleiimin kuşatılmış birleşim haline getirilmesiyle sağlanır.

bj ifadesini yine yukarıda detaylı şekilde açıkladık ve kirişin mümkün olduğunca kolon kesitinin orta bölgesine denk getirilmesiyle sağlandığını gördük.

h değeri, kolonun ilgili yöndeki derinliği olduğundan burada kolonun derinliğini artırmak bir seçenektir.

√fck değerini artırmak adına daha yüksek dayanımlı bir beton sınıfı kullanmaktır.

Ve değerini küçültmek

Ve = 1.25 fyk (As1 + As2 ) −Vkol olduğundan,

burada bu koşulu geçmek için seçilen donatı sınıfını değiştirmek yani daha düşük akma dayanımına sahip bir donatı seçmek ya da Vkol kolon kesme kuvveti de tüm taşıyıcı sistem ile oynamayı gerektireceğinden değiştirmeye çalışmak çok mantıklı olmayacaktır. Ancak As1 ve As2 yani kirişin alt ve üst çekme donatılarını, kirişlerin yüklerini azaltarak sağlayabilmek mümkündür. (Döşeme ya da nervür yön değişimi gibi)

TBDY ile Kolon Kiriş Birleşim Bölgesi Kesme Güvenliği Konusunda Ne Değişti?

TBDY 2018’de TDY 2007’de olduğu Ve değerinin formülü değişmemiş ve aynı kalmıştır;

Ve = 1.25 fyk (As1 + As2 ) −Vkol

Ancak kuşatılmış ve kuşatılmamış birleşimler için kullanılan karşılaştırma değerlerinin formülleri değişmiştir.

TDY 2007’de;

(a) Kuşatılmış birleşimlerde: Ve ≤ 0.60 bj h fcd
(b) Kuşatılmamış birleşimlerde: Ve ≤ 0.45 bj h fcd

TBDY 2018’de ise;

Kuşatılmış birleşimlerde: Ve ≤1.7 bj h√fck

Kuşatılmamış birleşimlerde: Ve ≤1.0 bj h√fck

fcd değeri yerine √fck değeri gelmiş ve katsayılar değişmiştir. Peki bu durumun sabit bj h değerleri için nasıl bir değişiklik meydana getirdiğine bakalım.

Görüldüğü üzere TBDY 2018 ile Kolon Kiriş Birleşim Bölgelerinin Kesme Güvenliği koşulları TDY 2007’ye göre ağırlaştırılmıştır. (Ve değerinin daha da düşük tutulması ya da kolon derinliği, kiriş genişliği, beton dayanımı gibi özelliklerin artırılması gerekmektedir.)

Bu köprü projesi için, bir grup matematikçi, IoT ve akıllı sensör uzmanları görev aldı. MX3D projesine katılan bu iş ortakları: Autodesk, Alan Turing Enstitüsü ve Amsterdam Gelişmiş Metropolitan Çözümleri Enstitüsü (AMS).

Alan Turing Enstitüsü ekibi, köprüde bir sensör ağı tasarladı ve bu sensörlerin köprü bünyesine yerleştirilmesini sağladı. Bu sensörler, zorlanma, yer değiştirme ve titreşim gibi yapısal ölçümleri toplayacak ve hava kalitesi ve sıcaklık gibi çevresel faktörleri ölçerek mühendislerin köprünün sağlığını gerçek zamanlı olarak ölçmesini ve kullanım ömrü boyunca nasıl değiştiğinin izlenmesini sağlayacaktır. Bu veriler aynı zamanda, köprü üzerinden kaç kişinin ve ne kadar zamanda getçiği gibi bilgileri toplayarak köprüleri “öğrenmemizi” de sağlayacak.

Sensörlerden gelen veriler, köprünün bilgisayar ortamındaki ‘dijital ikizine’ işlenerek bu veriler doğrultusunda fiziksel köprüyü gerçek zamanlı olarak artan bir doğrulukla bilgisayar modeline yansıtacak. Fiziksel köprünün performansı ve davranışı ile ilgili tüm bu gerçek bilgiler gelecekteki 3D yazıcı teknolojisi ile üretilecek olan çelik köprüler için değerli bilgiler sağlayarak tüm şartlar altında köprülerin güvenli olması amacıyla bu bilgilerden yararlanılacak.

Autodesk, köprünün veri toplanmasına ve işlemesine güç sağlayacak bulut hizmetlerini sağladı. Autodesk, aynı zamanda Alan Turing Institute araştırmacılarıyla birlikte, köprünün çevreye duyarlı bir şekilde yorumlanmasını ve tepki vermesini sağlayacak makine öğrenme algoritmaları geliştirmek için de çalışıyor. AMS ise köpründen elde edilecek verileri, Amsterdam’ın Metropolitan Bölgesi’ndeki diğer çevresel veri kaynaklarında kullanmak, görselleştirmek ve bağlamak için yeni yöntemlerde uygulayacak.

KAYNAK:  mx3d.com/smart-bridge/

• Kaynaklı birleşimler, diğer bulonlu veya perçinli birleşimlere göre daha ekonomiktir.
• Kaynağın uygulama alanı, perçinli/bulonlu birleşimlerden daha fazladır.
• Kaynaklı birleşimlerde birleştirilen elemanlar direkt olarak birbirlerine kaynakladığı için kaynaklı yapılar diğer birleşimlere göre daha rijittir.
• Kaynaklı yapılar gerçek anlamda sürekli/devamlı (continuous) yapılardır ve daha temiz/düzenli görünürler,
• Üretim ve montaj sırasında karşılaşılabilecek ufak hatalar kolaylıkla tolere edilebilir.
• Kaynaklı birleşimlerde daha az parça veya levha kullanıldığı için üretim daha kısa sürer

Kaynaklı birleşimlerin dezavantajları

• Çok küçük moment aktarımı istenen basit birleşimlerde kaynaklı rijit birleşimler sorun yaratabilir.
• Kaynaklı birleşimlerde kalite kontrol işlemleri bulonlu/perçinli birleşimlere göre daha pahalıdır.
• Kaynaklı birleşim yapabilmek için özel ekipmana ihtiyaç vardır.
• Özellikle gaz kaynağında oluşabilecek kazalar ölümcül olabilir.
• Kaynaklı birleşimler sökülemeyen birleşimlerdir.

Çelik malzeme kullanımında sağlanan ekonomi, bilhassa her profilin rahatlıkla bulunamadığı yerlerde, örneğin ülkemizde olduğu gibi, daha fazla önem kazanmaktadır. Bu açıdan bakıldığında, PETEK KİRİŞLER‘in projelendirilmelerinde gereken özenin gösterilmesinin zorunluluğu ortaya çıkmaktadır.

Çelik Yapılar alanında yaygın bir uygulaması olan “Petek Kirişler”, gerek hesaplanmaları, gerek yapımları açısından diğer uygulamalardan farklılıklar göstermektedir. Petek kirişin yapımında yararlanılacak en uygun ” I ” profilinin seçimi konusu ve de özellikle kesim işleminde izlenmesi gereken yol, pratik olarak, ekonomik biçimde çözümlemek son derece önemlidir.

Çeşitli “I” profillerinin gövdelerinin aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kesilmeleri, kesimden sonra oluşan iki parçayı, birbirine göre bir miktar kaydırdıktan sonra şekildeki gibi kaynaklanmaları ile elde edilen, gövdeleri boşluklu kirişlere “Petek Kirişler” adı verilir. Gövde boşluklarının altı köşeli ve petek görünüşlü olmaları nedeniyle, bu tür kirişlere bu ad verilmektedir. Petek kirişler Almanca’da, “Wabentrüger”, İngilizce’de “Open-Web Expanded Beam”, Fransızca’da ise “Poutres â ame evidee ’’ şeklinde anılmaktadır.

Petek kirişlerin gövde boşlukları, bazı hallerde, kiriş yüksekliğini arttırmak amacına yönelik olarak kullanılan ara levhalar nedeniyle, sekiz köşeli görünümünde de olabilir.

Petek kirişlerin tarihsel gelişimi 1928 yılına dayanmaktadır. Bu kirişlerin ilk uygulamalarına, bugünkü durumun aksine, Almanya dışındaki Avrupa ülkelerinde rastlanmaktadır. Önceleri, Almanya’da, daha ziyade görüntü güzelliğine dayanan kullanım özentisi, yerini giderek, bu kirişlerin getirdiği ekonomiklik avantajına bırakmıştır. Bugün için bu tür kirişlerin en yaygın uygulamasına Almanya’da rastlanmaktadır.

Petek Kirişlerin Avantajları

Bilindiği gibi, eğilmeye çalışan elemanların, yani kirişlerin, eğilme momentini taşıma kapasitesi, yüksekliğinin karesi ile orantılı olarak artar. Dolayısıyla, çelik kirişlerin de yüksekliklerini arttırmak gereği ortaya çıkmaktadır.

Bu işlemi yaparken, çelik malzeme giderini en alt düzeyde tutmak, ekonomiklik açısından önem kazanmaktadır. İşte bu düşünce çerçevesinde yapılan araştırmalar sonucu petek kiriş tipi bulunmuştur. Şu halde, bu kirişlerden beklenen ilk avantaj, çelik malzeme “EKONOMİ” sidir. Ancak, petek kirişin, gereği gibi hesaplanıp yapılmadığı takdirde, söz konusu ekonomikliğin düşünülen düzeyde ve emniyetinin yeterli olmayacağına değinmekte yarar vardır.

Malzeme ekonomisine bağlı olarak gelen ikinci avantaj “HAFİFLİK” tir. Böylece, petek kirişlerden oluşan yapının özağırlığı bir hayli azalmaktadır. Petek kirişlerin gövdesinde oluşan boşlukların ortaya çıkardığı bir dizi diğer avantajlar da vardır. Bu boşluklardan yapının tesisat donanımları geçebilmekte ve yapı yükseksiliğinin gereğinden fazla yükseltilmesi sorunu ortadan kalkmaktadır.

Gövde boşlukları, kirişin boya alanını ve dolayısıyla boya giderlerini azaltmaktadır. Nihayet, bu boşluklar kirişin görüntüsünü etkilemekte ve yapı içinde dekoratif, hoş bir görünüm oluşturmaktadır. Aynı eğilme rijitliğine sahip bir profil kirişinkine kıyasla daha yüksek olan petek kirişte, sehim miktarı da çok azalmaktadır. Gerektiği gibi hesaplanıp gerektiği gibi imal edildiklerinde petek kirişlerin, yukarıda sayılan teorik avantajlarının tamamından, uygulama alanında da en geniş biçimde yararlanma olanağı doğmaktadır.

Uygulama Alanları

Çeşitli literatür incelenecek olursa, petek kirişlerin çok yaygın bir uygulama alanı bulunduğu görülecektir. Bunların başlıcaları şöyle sayılabilir.

-Aşık olarak,

-Yüksek yapılarda kat ana kirişi veya döşeme kirişi olarak,

-Hal tipi konstrüksiyonlarda kiriş ve kolon olarak,

-Şed sistemlerinde şed elemanı olarak,

-Kren kirişi olarak,

-Kompozit sistemlerin çelik kirişi olarak,

-Köprülerin yaya geçitlerinin kirişi olarak.

Ancak, petek kirişlerin bazı uygulamalarında ortaya çıkan yanal burkulma sorununun çözümü gerekir.  Bunlar yüksek gövdeli kirişler olduğundan bu husus bir hayli önemlidir. Yapı tamamlandıktan sonra, petek kirişin basınca çalışan başlığı yeterince tutuluyorsa emniyet sağlanmış olur. Bu yüzden,rijit kaplamalı çatı sistemlerinde aşık olarak, betonarme plâk taşıyıcı kirişi olarak petek kirişlerin kullanımı uygun olabilir. Yeter ki, kiriş başlığı rijit kaplamaya yeterince bağlanmış olsun. Dolayısıyla, yukarıda belirtilen uygulama alanlarında, petek kirişleri kullanırken, dikkatli olmak gerektiğine değinmekte yarar vardır.

KAYNAK: PETEK KİRİŞLERİN HESAP VE YAPIM YÖNTEMLERİ-YALMAN ODABAŞI

Kolon-temel birleşimleri

1) Basit (mafsallı) birleşimler

a) Merkezi basınca çalısan birleşimler

b) Çerçeve ve perde kolonlarının mafsal birleşimleri

2) Ankastre (rijit) birleşimler

Kolon Taban Levhası

Kolon taban levhaları çelik taşıyıcılı yapılarda oluşan eksenel kuvvetleri, kesme kuvvetlerini ve moment etkilerini taşıyıcı kolonun başlık ve gövdesinden betonarme temele aktaran bağlantı elemanlarıdır. Çelik yapıda oluşan tüm yükler tek bağlantı yüzeyi olan bu plakalar sayesinde temele aktarılabilmektedir. Kaynak yardımıyla atölyede kolona monte edilen bu ayaklar daha sonra sahaya sevk edilmektedir.

Kolon Taban Plakasının Sınıflandırılması

Kolon taban plakaları en genel Açıkta Kolon Taban Levhaları ve Gömülü Kolon Taban Levhaları şekilde iki gruba ayrılabilir ancak bu sınıflandırmalardan öte Kolon taban levhalarında birçok farklı tip karşımıza çıkmaktadır.
Açıkta taban levhası; yükleme durumunda gösterdiği davranışa, Kolon taban levhalarının hangi bağlantı(sınır) koşullarına göre monte edildiğine, çeliğin göçme durumuna, betonunun göçme durumuna, enerji emme kapasitesine ve bina çerçeve tasarım tipine göre sınıflandırılabilir.

Gömülü taban plakası; gömme boyuna, bina çerçevesindeki kolonun konumuna, göçme mekanizmasına ve sünekliğine göre sınıflandırılabilir.

Taban levhaları tasarlanan çelik taşıyıcı kolonlardaki yüksek gerilmeleri betonun taşıyabileceği düzeye indirmek ve bu gerilmelerin temele aktarılması amacıyla kullanılır. Kolonlar, taban levhasıyla köşe veya küt kaynak dikisleri ile birleştirilir. Bu kaynaklama işlemi imalat atölyelerinde yapılır.

Büyük eksenel kuvvetler veya düşük beton dayanımları sebebiyle profil enkesitlerine göre büyük taban levhası gerektiginde, taban levhasının kalınlığının azaltılması için bu taban levhalarına dik yönde nervür levhaları kullanılır. Bu nervür levhaları taban levhasının boyutlarına göre tek veya iki yönde de uygulanır.

Izgara Kolon Ayağı

Kolon eksenel yükünün büyük olması gibi durumlarda, taban levhası yerine eğilme dayanımı yüksek olan profiller  kullanılabilir. Yeterli sayıda profil birbirine kaynak ile birleştirilerek kolon tabanında bir ızgara teskil edilir. Bu şekilde tasarlanan kolon ayağına ızgara kolon ayağı adı verilir.

Çelik Kolon Ayağında Kayma Kamaları

Kolon tabanında yani mesnette meydana gelen yatay etkiyi temlere aktarmak için kayma kamaları kullanılabilir. Bu kayma kamaları temel içinde önceden bırakılmıs kanallara yerlesir,  daha sonra yüksek dozajlı harç ile doldurulan bu kanallar sayesinde yatay mesnet etkisi betonarme temele aktarılır.

Ankraj çubukları ile yük aktarımı

Ankraj çubukları çelik kolonun alt ucunda oluşan çekme gerilmelerini ve yatay mesnet tepkisini temele aktarmak amacıyla kullanılır.

Ankraj çubukları ikiye ayrılır;
-Montaj ankrajları
-Çekme/kesme ankrajları

Ankraj çubukları ile mesnet momentinden kaynaklanan çekme gerilmelerinin temele aktarılmasında çok farklı türde ankraj çubukları kullanılabilmektedir. Mesnet reaksiyonlarına göre istenirse yatay mesnet tepkileri de bu ankrajlar vasıtasıyla temele aktarılabilir.

Kanallı temel ankrajları

Ankrajlar betonarme temele önceden hazırlanmış kanallar yardımıyla bağlanabilir. Bunun için temel içinde ankrajların takılabileceği profiller hazırlanır. Montaj tamamlandıktan sonra kanallar yüksek dozajlı harç ile doldurulur.

Tüm çelik kolon temel bağlantı noktalarında, birleşim gerçekleştikten sonra taban levhası ile betonarme temel arasındaki boşluk (2-5cm) yüksek dozajlı harç veya çimento şerbeti ile doldurulur.

Kolon-temel birleşimlerimin (kolon ayaklarının) tasarımında, birleşimin maruz kaldıgı mesnet reaksiyonlarına göre aşağıdaki bileşenlerin tasarlanması gerekmektedir;
– Taban levhası boyutları (plan boyutları ve kalınlığı),
– Ankaj çubuklarının boyutları, sayısı ve yerleşimi,
– Kayma kamasının boyutları ve yerleşimi,
– Nervür levhalarının yerleşimi ve boyutları,
– Birleşimlerde kullanılan kaynakların boyutları (kalınlığı, boyu)

Kolon ayaklarının altına yatay taban levhası bulunur. Kolondan gelen düşey kuvvetler, taban levhası ile beton veya betonarme temel üst yüzüne yayılarak aktarılır. Ayaklar ankraj elemanları olan bulonlarla temele bağlanır.

Basit kolon ayaklarında ankraj bulonlarının görevi, montaj sırasında yerlerine oturtulan kolonların devrilmeden durmalarını sağlamaktır (Montaj ankrajları). Ankastre kolon ayaklarında ankraj bulonları, moment aktarma nedeniyle çekmeye çalışır ve yüklenecekleri çekme kuvvetine göre boyutlandırılarak temele bağlanır.
Elemanların montajında, ayaklar öncelikle çelik kamaların üzerine oturtulur ve ankraj bulonlarıyla temele sabitlenir. Taban levhasının kenarlarından altına sokulmuş bulunan kamalar oynatılarak, kolonun pozisyonu ayarlanır. Montajın ardından, taban plağının altı ve ankraj kanalları çimento harcı ile doldurulur. Taban plağının büyük olması halinde, bu levhada harç doldurma ve hava delikleri açılmış olmalıdır. Taban levhasının altındaki çimento harcının kalınlığı 2 ~ 5 cm kadar olur.

Çimento harcının prizini almasının ardından, çelik kamalar alını ve boşluklar harçla doldurulur. Temel üst yüzü, kolon ayağı döşeme altında kalıp, görünmeyecek kadar derinde olmalıdır. Montajdan sonra, korozyona karşı ayağın etrafı betonla sarılabilir.

-Merkezi basınca çalışan kolon ayakları (Basit ayaklar)

-Çerçeve kolonlarının mafsal ayakları

-Ankastre kolon ayakları

Ülkemizde betonarme binaların tasarımını düzenleyen yönetmelikler; TS 498 Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri (1987), TS 500 Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları (2000) ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (2018)‘dir. (Eski hali, Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (2007)).

Betonarme malzemesini meydana getiren beton ve donatının yanısıra, betonarme eleman ve taşıyıcı sistemlerin düşey ve deprem yükleri altındaki davranışlarının öğrenilmesi, daha iyi tanınıp anlaşılması sonucunda, bu yönetmeliklerin zaman içerisinde elde edilen bilgilere uygun olarak güncellenmesi gerekir. İlk iki yönetmeliğin (TS 500 ve Ts 498) güncellenmesi Türk Standartları Enstitüsü tarafından Euro Code’ların ilgili bölümlerinin kabul edilmesi şeklinde benimsenmiş, Deprem Yönetmeliği’nin güncellenmesi yani TBDY-Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği‘nin yayımlanması ise AFAD tarafından ele alınmış ve kurulan ilgili çalışma grupları ve komisyonlarla güncellenmiştir.

TS 500 tanım olarak “Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları” şeklinde adlandırılmaktadır. Türkiye’de yapılan binalar Şubat 2000’de yayımlanan bu standarttaki kurallara uygun olmalıdır.

TS 500 / Şubat 2000

BETONARME YAPILARIN TASARIM VE YAPIM KURALLARI 

TS 498 Kasım 1987

YAPI ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASINDA ALINACAK YÜKLERİN HESAP DEĞERLERİ

TBDY-Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği

DEPREM ETKİSİ ALTINDA BİNALARIN TASARIMI İÇİN ESASLAR

Çelik yapılarla ilgili;

Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar

DEPREM BÖLGELERİNDE YAPILACAK BİNALAR HAKKINDA ESASLAR;

TDY 2007

ÇELİK – BETONARME İÇİN DONATI ÇELİĞİ

TS 708

Hafriyat Toprağı, İnşaat Ve Yıkıntı Atıklarının Kontrolü Yönetmeliği

Yönetmelik

Bulonlar:

4.6 çeliğinde bulon kopma gerilmesi σ K = 40 kN/cm2,  akma gerilmesi σ F = 24 kN/cm2 dir.

5.6 çeliğinde bulon kopma gerilmesi σ K = 50 kN/cm2, akma gerilmesi σ F = 30 kN/cm2 dir.

Yüksek Mukavemetli Bulonlar (High Strength Bolt (HS Bolt))

8.8 çeliğinde bulon kopma gerilmesi σ K = 80 kN/cm2, akma gerilmesi σ F = 64 kN/cm2 dir.

10.9 çeliğinde bulon kopma gerilmesi σ K = 100 kN/cm2, akma gerilmesi σ F = 90 kN/cm2 dir.

12.9 çeliğinde bulon kopma gerilmesi σ K = 120 kN/cm2, akma gerilmesi σ F = 108 kN/cm2 dir.

(Bulon Montajı Tipleri – Sıkma Yöntemleri)

Bulonlu birleşimlerde yapılması gereken kontroller ise;

-Ezilmeye karşı kontroller

-Bulonlarda ezilmeye karşı kontroller

-Levha veya profillerde kontroller

-Kesmeye karşı kontroller

– Slip-Critical (Kayma kuvveti dikkate alınan bağlantı)

– Blok Kesme (Block Shear) ‘dir.

Malzeme sevki yapılan Çelik Konstrüksiyon malzemelerin uzman personeler tarafından hızlı bir şekilde montajının tamamlanması ve iş tesliminin yapılması son derece önemlidir. Her koşulda montaj sürecinin İş sağlığı ve Güvenliği Yönetmeliklerine uygun ve konu ile ilgili gerekli sertifikalara sahip teknik personeller tarafından yürütülmesi yaşanabilecek olumsuzlukları en aza indirmeyi sağlamaktadır.




Çalışanların mesleki yeterlilik, yüksekte çalışma vs sertifikalarına sahip tüm iş makinelerinin yıllık fenni muayeneleri her yıl düzenli yetkili firmalar tarafından yapılmış ve herhangi bir teknik aksaklığın yaşanmaması için her türlü önlemin alınmış olması gerekmektedir.

Aşağıda sanayi yapılarından başlamak üzere çelik yapıların şantiyede montajı uygulamalarında dikkat edilmesi gereken hususlar açıklanmıştır:

Çelik yapı taşıyıcı elemanları atölyede imal edilip, taşınabilecek boyutlarda bir araya getirilmiş parçalar halinde şantiyeye getirilmekte ve montajı yapılmaktadır.

İlk montajı yapılacak elemanlar kolonlardır. Kolonlar betonarme temeller üzerine ankraj bulonları ile bağlanmaktadır. Şantiyede kolon montajına başlamadan önce ilk yapılacak iş, şantiyeye gelen ankraj bulonlarının çaplarının ve malzeme kalitesinin kontrolü olmalıdır. Sonrasında yapılacak iş, bu bulonların bina boyuna ve enine aks kesişim noktalarındaki betonarme soket üst kotuna, doğru aks aralıklarında yerleştirilebilmesi için şablon plakalar hazırlanması olmalıdır.

Şablon plakalar mafsallı kolonlar için ince (5 mm) levhalardan imal edilebileceği gibi; çok sayıda ankraj bulonu ihtiva eden ankastre kolonlar için kutu profiller ile teşkil edilmiş ankraj grup şablonları hazırlanmalı ve bunlar kalıba, topoğrafik aletler kullanılarak hassas bir şekilde yerleştirilmeli ve sabitlenmelidir.

Ankraj elemanlarının, betonarme demirlere kaynaklanarak sabitlenme yolu tercih edilmemeli, ahşap kalıplara veya takviye elemanlarına çivi veya kenetlenme elemanları ile tutturulmalıdır.

Ankraj bulonlarının beton kenarına mesafesi, standartların verdiği değerlerden (6d) daha küçük yapılabilmektedir. Bu durum normalde sistemin tamamının montajı tamamlandığında krenli bir yapıda kolonlara kren yatay kuvvetleri, rüzgar veya deprem yatay kuvvetleri etkileri iletildiğinde, beton ankraj bulonu kenarından çatlayarak, ankraj bulonu ile kolon arasındaki aderans yok olmakta, çekme yükü aktaramaz hale gelebilmektedir.

Ankraj bulonları emniyet açısından taban plakalarına çift somunlu bağlanmalı ve ikinci somunun üzerinde en az bir somun yüksekliği kadar pay kalmalıdır. Bazen ankraj diş boyunun yeterli olmaması nedeniyle bu payın hiç kalmadığı veya ancak bir somunun takılmasına izin verecek kadar kalmadığı durumlara rastlanmaktadır.
Ankrajlarla beraber kalıba yerleştirilmesi gereken ikinci eleman kayma kaması kutularıdır. Bunlar kayma kaması boşluğunu sağlayacak şekilde ve beton dökümü sonrası kolay çıkabilecek şekilde detaylandırılmalıdır.

Bir bölüm ankrajın tamamlanıp betonlarının dökülmesinden sonra çelik kolon montajına başlanabilir.

Çelik kolon montajı yapılabilmesi için kolon taban plakalarının altında birer ilave somun bulunması, kolon taban kotlarının altına ilave şimler yerleştirilmesi kolon kotunun ayarlanmasında faydalı olacaktır.
Çelik kolonların taban plakalarına kaynakları, projesine uygun yapılmalıdır. Genelde ana kolon profilleri taban plakasına kaynak ağzı açılmış küt kaynaklar veya kalınlığı hesapla elde edilmiş köşe kaynaklarla bağlanır. Kolon montajından evvel bu kaynakların projeye uygunluğu mutlaka kontrol edilmelidir.

Taban plakalarının altında kot ayarlanması yapıldıktan sonra, farklı kalınlıkta levhalardan imal edilmiş şim parçaları yerleştirilmeli ve kalan boşluklar büzülmeyen harç ile (non-shrink grout) doldurulmalıdır

Taban plakalarının altları, şartnamelere uygun olmayan herhangi bir vasıfsız harç ile doldurulmasına izin verilmemelidir.

Bazı hallerde işin hızlı yürümesi için ankraj bulonlarının tamamının somunları takılmadan veya çerçeve kolonlarının ara bağlantıları yapılmadan diğer kolonların montajına geçilmektedir. Bu durumda da henüz çapraz veya çerçeve montajı tamamlanmamış olduğu için arada çıkan kuvvetli bir fırtınada veya küçük depremlerde bu kolonlar devrilebilmektedir.

Kolon ekleri şartnamelerin öngördüğü şekilde taban plakasının veya kat döşemesinin hizasından itibaren en az kat yüksekliğinin 1/3’ü kadar uzakta teşkil edilmelidir.

Köşe kaynağı veya tam penetrasyonlu olmayan küt kaynakla yapılan eklerde bu uzaklık 1,2 m den az olmayacaktır.

Kolon eklerinin mesnet bölgelerine yakın yerlerde yapılmasına izin verilmemelidir.

Çelik kolonların bir bölümünün montajı yapıldıktan sonra arkadan bir ekip ile duvar çaprazı, çerçeve kirişleri montajına geçilmelidir. Sanayi tipi tek katlı yapılarda, yapının boyuna yönünde yatay yükler genelde merkezi veya dış merkez çaprazlı perdeler kullanılarak temele iletilecek şekilde tasarlanır ve uygulanır.

Bilhassa mafsallı kolon-temel birleşimi olan yapılarda mutlaka düşey çapraz veya çerçeveler tamamlanarak montaja devam edilmelidir.

Duvar çaprazlarının montajında çapraz boyları hatalarına rastlanıldığında, deliklerin ovalleştirilmesi suretiyle bağlantı yapılmaya çalışılmaktadır.

Deliklerin şartnamelerin verdiği toleransların üzerinde büyütülmesine izin verilmemelidir.

Yapının enine yönü ise kolonlarla birlikte moment çerçevesi oluşturan çatı makası veya dolu gövdeli çerçeve kirişleri ile teşkil edilir.

Moment aktaran kolon kiriş birleşimleri statik hesaplarda verilmiş ve uygulaması aynı bu şekilde yapılmış olmalıdır.

Bu birleşimlerde kolon kiriş bağlantısı da çok yüksek ve kalın alın levhaları çıkması halinde bunlar, kat yüksekliğini veya hacimlerin tam kat yüksekliğinde kullanımının sınırlanmasını gerektireceğinden, tam penetrasyonlu kaynaklı alt üst başlık levhaları ile ek teşkili tercih edilmelidir. Ayrıca bu tür yapılarda çatı kotundan evvel bir kren kirişi seviyesi de bulunabilir ve boyuna yönde kolonların üzerinde yer alan konsola oturan genelde tek açıklık geçen basit kiriş tarzında ve çeşitli yük taşıma kapasitelerine sahip kren kirişleri yer alabilir.

Çatı çerçeve kirişlerinin veya kren kirişlerinin montajlarının yapılabilmesi için kolonlar arasında boyuna yönde yer alan duvar çaprazlarının da bağlanmış olması ve kolon ankrajlarının temele bağlantısını sağlayan taban plakası altındaki şimlerinin yerleştirilmiş ve ankraj somunlarının sıkılmış olması gerekir.

Bu şartlar yerine getirilmeden montaja başlanırsa boyuna yönde kren kirişlerinin, enine yönde çerçeve kirişlerinin montajında problem yaşanır.

Örnek olarak bir uygulamada çatı makasının kolonlar üzerine bağlanması sırasında, kolonlar arasının olması gereken proje ölçüsünde daha kısa kalması nedeniyle kolon başları çektirme ile gerdirilerek bağlanmış olduğu; Montaj sonrası yapı üzerine düşey yükler geldiğinde bu bağlantı cıvatalarında kesme kuvveti kapasitesinin aşılmış olması nedeniyle çatının çökmesine sebep olduğu görülmüştür.

Kolonları çaprazlarla bağlanmış; enine yönde bir kısım çatı makasları veya çerçeve kirişleri montajı tamamlanmış yapı bölümlerinde yapının bir ucundan aşık ve çatı çaprazları montajına başlanır.

Aşıklar genel olarak 2 açıklıklı sürekli kiriş, uzay aşık olarak basit kiriş veya gerber kirişi olarak hesaplanmış ve projelendirilmiş olabilir. Bunların seçilen taşıyıcı sistem modellerine uygun olarak çatı kirişleri üzerine bulonlarla bağlanması gerekir.

Mümkün olduğunca çatı makasları veya kirişleri üst başlık düzleminde, sürekli kiriş teşkil edilmesi amacıyla kaynaklı aşık ekinden kaçınılmalı; süreklilik eklerinin de bulonlarla yapılması tercih edilmelidir.  Aşıklar aynı zamanda deprem veya rüzgar yükleri etkisinde çatı düzleminde teşkil edilen yatay çaprazların dikmesi olarak basınç aktarırlar. Bu nedenle çatı kirişleri ile bağlantılarında bu husus da dikkate alınarak detay hesaplanmış olmalı ve uygulanmalıdır. Aşıklarda yanal burkulma meydana gelmemesi için zayıf yönde tutularak, burkulma boylarının şartnamelere uygun hale getirilmiş olmasına özen gösterilmelidir. Aşıklar çatı eğimi doğrultusundaki burkulma boylarını azaltmak için askı çubukları ile 1/3 noktalarından bağlanmış olmalıdır.

Çatı çaprazları üst başlık düzleminde çatı kirişlerine üzerindeki bağlantı levha deliklerine bağlanmayabilir, bunlar ovalleştirilerek büyütülmek istenir. Bunlara izin verilmemelidir.

Çatı çaprazlarının ortadaki kesişme noktası tam aşığın altına gelmediğinden çapraz eki aşık alt başlığına bağlanamaz. İki çapraz açıklıkta bir yerde kendi aralarında birbirine bağlanır. Bu durumda çapraz burkulma boyu için verilen sınır değerleri aşılacağı için kesiti yetersiz kalır. Ayrıca kendi zati ağırlığı etkisi ile düşey yer değiştirmesi sınır değerleri aşılmış olur. Bu durumda iki aşık arasına ilave bir eleman konularak çapraz birleşimi bu ilave elamanın altında yapılmalı veya çapraz sistemi değiştirilmelidir.

Çelik yapı eleman kesitlerindeki genişlik, yükseklik veya boy toleransları için TS – ENV 1090-1’e (sayfa 44) bakılmalıdır.

Kaynak kalitesi, kaynak kalınlıkları ve bulon öngerme kontrolü Türk Loydu, S&Q Mart, Bureau Veritas gibi 3. parti firmalara kontrol ettirilmelidir.

Çelik katlı otopark, Alışveriş Merkezi, Okul, Hastane veya çok katlı konut yapılanının çelik taşıyıcı profiller kullanılarak dizayn edilmiş olması halinde dikkat edilmesi gereken hususlar aşağıda açıklanmıştır:

Bu tarz yapılar genellikle düşeyde ortada bir betonarme çekirdek ve etrafında çelik kolonlar ile tasarlanmış; yatay düzlemde ise kompozit döşeme olarak teşkil edilmiş çelik kirişlerin taşıyıcı olarak kullanılması şeklinde uygulanmaktadır. Genelde bu tür yapılarda kolon kesitleri HEB, HEM ve HD profilleri gibi kalın gövde ve flanşları olan yüksekliği az elemanlar ile, kiriş kesitleri betonarme döşemeler ile kompozit olarak çalıştığı için HEA, IPE gibi gövde ve flanşları daha az kalın olan profiller ile teşkil edilir.
Yapıda pencereler olması nedeniyle yatay yükler, çaprazlı perdeler yerine moment çerçeveleri veya betonarme çekirdek perdeleri ile taşınır. Burada kolon ve kiriş birleşimleri deprem yönetmeliğinde verilen denenmiş kabul görmüş detaylar ile yapılmış olmalıdır. Kolon ekleri çok kalın flanşlı ve gövdeli profiller kullanılmış olması nedeniyle, bulonlu ek levhaları ile değil yerinde tam penetrasyonlu kaynak ile yapılması daha uygun olacaktır. Kompozit döşemelerde stud çivilerinin projeye uygun boyutlarda ve aralıklarda yapıldığı kontrol edilmelidir.
Uzun ve büyük hacim tutan elemanların montajında mutlaka bir kaldırma ekipmanı kullanılmalıdır. Elemanın taşınacağı yerler önceden hesaplanmalı ve ona göre tespit edilmelidir.

H profilleri ile yapılmış çapraz detaylarında bu profillerin iki levha arasına bağlanması durumunda yükseklik toleransı dolayısıyla sığmama durumu oluşmaktadır. Mümkün mertebe bu tür detaylardan kaçınılmalı veya ara mesafeyi 3-5 mm fazla bırakarak kalan boşluk şim ile doldurulmalıdır.
Ekipmanların tüm bulonlarının sıkıldığı kontrol edildikten sonra yerden kaldırma işlemi yapılmalıdır.
Genel olarak çelik uygulama projeleri tamamlandıktan sonra, gerek mimari projelerde, gerekse teknolojik projelerde yapılan değişiklikler çelik taşıyıcı sistemi etkilediğinden, çelik uygulama projelerinin de revize edilmesi gerekmektedir.

Burada şantiye mühendislerinin dikkat etmesi gereken husus, en son revizyonlu projelerin imalat ve montajda kullanılmasını sağlamaktır.

Bazı hallerde statik sorumlu mühendislerin hesapladığı ve uygulama projelerinde kullandığı detayları, çelik konstrüksiyon taşeronları imalat kolaylığı açısından daha kolaylık getirecek diye değiştirerek uygulamak istemektedirler. Bilindiği üzere günümüzde çelik imalat projeleri üç boyutlu Tekla Programı kullanılarak üretilmektedir. İmalatçının uygulamayı daha hızlı yapması için de bu Tekla modeli, tüm düğüm noktası birleşimleri yapılmış olarak İşverenin veya Müteaahidin talebiyle, İmalatçıya değişiklik yapılabilir formatta verilmek zorunda kalınmaktadır. Bu durum son derece sakıncalı olup imalat ve montaj sonunda yapıda aşırı deformasyonlar veya belli bölgelerde göçmeler meydana gelse bu durumdan kimin sorumlu olacağı ortada kalmaktadır.

Başlıklarının kalınlığı en az 40 mm olan hadde profillerinde, kalınlığı en az 50 mm olan levhalar ve bu levhalar ile imal edilen yapma profillerde minimum Charpy-V-Notch (CVN) dayanımı (Çentik Tokluğu) değeri en az 21°C’de 27 Nm (27 J) olacaktır.

Deprem yükleri etkisindeki elemanların birleşim ve eklerinde 8.8 veya 10.9 kalitesinde yüksek dayanımlı bulonlar tam önçekme verilerek kullanılacaktır. Deprem yükleri etkisinde olmayan elemanların birleşim ve eklerinde “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik”te tanımlanan normal bulonlar 4.6-6.8 arası kullanılabilir.

Kaynaklı birleşimlerde çelik malzemesine ve kaynaklama yöntemine uygun kaynak metali (E480, E550) kullanılacak ve kaynak metalinin akma gerilmesi birleştirilen esas metalin akma gerilmesinden daha az olmayacaktır.

Bulonlar ve kaynaklar, bir birleşimde aktarılan kuvveti veya bu kuvvetin bir bileşenini paylaşacak şekilde bir arada kullanlamazlar.

1) Süneklik düzeyi yüksek sistemler: yönetmelikte verilen ilgili koşulları sağlayan,

a) moment aktaran çelik çerçeveler

b) merkezi çaprazlı çelik çerçeveler

c) dışmerkez çaprazlı çelik çerçeveler

d) burkulması önlenmiş çaprazlı çelik çerçeveler

e) moment aktaran çerçevelerin (b,c,d)de verilen sistemlerle birleşiminden oluşan sistemler.

2) Süneklik düzeyi sınırlı sistemler: yönetmelikte verilen ilgili koşulları sağlayan,

a) moment aktaran çelik çerçeveler

b) merkezi çaprazlı çelik çerçeveler

c) bu iki tür sistemin birleşiminden oluşan sistemler

3) Süneklik düzeyi karma sistemler: Süneklik düzeyi sınırlı moment aktaran çerçevelerin süneklik düzeyi yüksek çelik çaprazlı (merkezi veya dışmerkez) çerçeveler veya betonarme perdeler ile birlikte kullanılan sistemler.

Bu üç sınıfa giren sistemlerin deprem etkileri altında tasarımında uygulanacak olan R taşıyıcı sistem davranış katsayıları ve D dayanım fazlalığı katsayıları ile binayükseklik sınıfları (BYS ) şu şekildedir:

Bu tariften yola çıkarak, bir inşaat mühendisinin tecrübe kazanmasından önce mesleğin gerektirdiği teknik bilgiler, statik, dinamik, malzeme mekaniği ve yapısal analiz ilkelerini bilmesi gerekmektedir. Planlanan yapı tasarımının çelik yapı olması durumunda öncelikle çelik malzemesinin malzeme özelliklerinin ve yükler altındaki davranışın bilinmesi gerekmektedir. Ardından çelik yapı elamanların enkesitlerinin, enkesitlerin birbirleriyle birleşimlerinin, birleşimi sağlayan yardımcı elemanların özelliklerinin bilinmesi öncelikli konulardandır. Yapılacak hesaplamalarda ilgili konularda yeterli bilgiye sahip yetkin bir mühendis olunması son derece önemlidir.

Çelik konstrüksiyonlarının tasarım aşamalarında aşağıda belirtilen hususların esas alınması gerekmektedir.

• Yapı kullanım amacına uygun olarak projelendirilmeli, tasarımın; kullanılabilirlik ve uygulanabilirliğin önüne geçmesine izin verilmediği gibi, estetik ve ekonominin göz ardı edilmemesine de dikkat edilmelidir.
• Yapı mimarisine ve geometrik özelliklerine bağlı olarak uygun malzeme seçimi yapılmasının en önemli karar noktalarından olduğu unutulmamalıdır.
• Çeliğin ekonomik değeri ve pahalılığı nedeniyle çelik yapıların projelendirilmesinde ekonomik kesitlerin oluşturulmasına özen gösterilmesi önem taşımaktadır.
• Şantiye dışında hazırlanan ve inşaat alanına taşınacak olan çelik konstrüksiyon parçalarının nakliyesi mümkün olacak biçimlerde teşkil edilmesi gerekmektedir.
• Konstrüksiyonlarda yüksek mukavemetli, kaliteli çelik malzemeleri kullanmak, maksimum verimi sağlayacak en kesit profillerini seçmek ve uygulamak, taşıyıcı sistem teşkilinde optimum sistem teşkilini sağlamak gerekmektedir.

Henüz daha çelik yapı tasarlanırken, seçilen uygun detaylarla korozyonun etkisi minimuma indirilebilir, şöyle ki:

1. Olabildiğince küçük dış yüzey alanları oluşturularak,
2. Girinti ve çıkıntıların olmadığı, olabildiğince düzgün ve düz bir yüzey oluşturarak,
3. Köşe ve kenarlardan kaçınarak veya köşeleri mümkün olduğunca büyük çaplı yuvarlatarak,
4. Yatay yerine eğimli (min%3) yüzeyler teşkil ederek,
5. Damlalıklar, drenaj kanalları ve oluklar teşkil ederek,
6. Suya maruz kalan kesitlerde suyu uzaklaştıracak şekilde önem alarak veya kesitin üstünü örterek,
7. 15 mm’den az aralıkları besleme levhaları vb. ile iyice doldurarak,
8. 15 mm’den fazla 500 mm’den küçük boşluklar her yerden görünecek ve elle ulaşılabilecek şekilde teşkil edilerek,
9. 500 mm’den büyük boşluklar ya hava almayacak şekilde kapatılarak veya açık kutu şeklinde oluşturularak,
10. Korozyona hassas kısımlarda dayanımı yüksek veya kolayca değiştirilebilen bir malzeme kullanarak,
11. Bazı koşullarda bariyerler, koruyucu çatılar inşa ederek veya betonlayarak

Çelik malzeme plastik bölgede bir C noktasına kadar yüklendikten sonra gerilme tekrar sıfıra getirilirse σ-ε diyagramı, OP’ye paralel CC’ doğrusu olur. Şekil değiştirmenin bir kısmı geri döner, bir kısmı ise kalır:

ε=ε_p1+ε_e1
Bu yükleme ve boşaltmadan sonra, üzerine OC’=ε_pl kadar şekil değiştirme kalmış malzeme yeniden yüklenirse σ-ε diyagramı olarak C’CB elde edilir. Yani malzeme σ_C gerilmesine kadar lineer elastik karakter gösterir. Bu olaya “pekleşme” denir. Pekleşme olayı sonucu metalin sertliği, akma sınırı gerilmesi artar, sünekliği ise OC’ kadar azalmış olur.

Pekleşme Modelleri

Monotonik veya tekrarlanan ve farklı yönlerde yüklemeler ile yapılan çalışmalarda, malzemelerin gerilme-birim şekil değiştirme ilişkilerinin tanımlandığı birçok modelden en yaygın kullanılanları; izotropik pekleşme ve kinematik pekleşme modelleridir.

İzotropik Pekleşme: Plastik akma esnasında kayma planı, yüklemeden önceki plana göre üniform bir artış göstermektedir.

Şekilde görüleceği üzere, tersinir basınç akma gerilmesi, tersinir yüklemeden önceki akma gerilmesine eşittir. Genelde büyük şekil değiştirmelerin olduğu ve yükün orantılı olarak uygulandığı modellemelerde kullanılmaktadır.

Kinematik Pekleşme: Akma yüzeyleri önceki formunu korumakta fakat konum değiştirmektedir.

Tersinir yüklemede şekilde görüleceği üzere 2σy mesafesi daima korunmaktadır. Bu Bouschinger etkisi olarak bilinmektedir. Bouschinger etkisinden dolayı büyük şekil değiştirmeli simülasyonlarda bu model pek uygun olmamaktadır. Genelde küçük şekil değiştirmeli, tersinir tekrarlanır yüklemeli modellemelerde kullanılmaktadır.

Çelik yapıları diğer taşıyıcı sistemlerden ayıran üstünlükleri ve zayıflıkları şu şekildedir:

 Çelik yapıların üstünlükleri

• Çelik malzeme bakımından bütün kesiti ve ekseni doğrultusunda elastik davranış gösterebilen homojen bir malzeme olduğu için Bernoulli-Navier hipotezinin (düzlem kesitlerin şekil değiştirdikten sonra düzlem kalması) gerçekleştiği bir nitelik taşımaktadır.
• Hooke kanununa uyan bir malzemedir. Elastik sınırlar içerisinde gerilme şekil değiştirme artışları orantılı bir şekilde değişmektedir.
• Elastisite modülü yüksektir. Eğilme rijitliğinin etkin olduğu yerlerde uygun sonuçlar
• Yüksek mukavemetli olduğundan malzeme gideri bir hayli azalır, kullanıldığı yapının öz ağırlığını büyük ölçüde azaltır.
• Süneklik bakımında son derece elverişli bir Süneklik akma gerilmesinden sonra kopma aşamasında kadar olan aralıkta malzemenin, kesitin ya da sistemin yük taşıyabilme kapasitesidir. Başka bir değişle etkiyen yükler altında şekil değiştirebilme yeteneğidir. Bu özelliği bakımından çelik yapı sistemleri yapılardan beklenen süneklik özelliklerini karşıladıklarından tercih edilmesi gereken yapı grubu arasında yer almaktadır.
• Çelik yapıları söküp malzemesini yeniden kullanma olanağı vardır.(Betonarmede bu mümkün değildir.)
• Çelik yapılarda değişiklik ve takviye yapılması gayet kolaydır.
• Çelik yapılarda, yapım sırasındaki kusurları sonradan tespit etmek mümkündür.(Betonarmede ise bu çalışma zaman alıcı ve pahalı yöntemler gerektirmektedir.)
• Çelik malzeme, inşaat alanına işlenmiş olarak Bu sebeple kullanılan elemanların kalitesi ve mukavemeti hakkında kesin bir hüküm verilebilir.(Betonarmede ise, inşaat alanında hazırlandığından kalitesi belli değildir.)
• Analizleri betonarmeye göre daha kolaydır
• Uygun bakım koşulları sağlandığı sürece yapı ömrü sınırsızdır.

Çelik Yapıların Sakıncaları

• Pahalı bir malzemedir.
• Ateş ve yangına karşı zayıf (Betonarme dayanıklı) çelik yapılar 500-600°C de taşıma yeteneğini
• Yapımından sonra sürekli tamir ve bakım Dış hava etkileri ve rutubete karşı dayanıklılığı zayıftır.
• Yapılışı Kalifiye işçilik gerektirir.
• Çelik yapı taşıyıcı elemanları yüksek dayanım özelliklerine bağlı olarak daha küçük bir başka deyişle daha narin kesitlerden teşkil Bu durum daha narin kesitlerin oluşması anlamına gelmektedir. Bu kesitler burkulma etkilerine düşünüldüğünde zayıf olma özelliği taşımaktadır, gerekli tasarım önlemlerinin alınması gerekir.
• Sürekli ve tekrarlı yükler altında çelik yapı elemanlarında yorulma etkisine bağlı olarak kırılmalar meydana Çelik yapılar yorulma etkilerine karşı zayıftır.

Yeni Çelik Yönetmeliği, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esasları aşağıda bulunan linkten indirebilirsiniz.

Çevre ve Şehircilik Bakanlığının hazırladığı, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair  Yönetmelikte Değişiklik Yapılmasına Dair Yönetmelik, Resmi Gazete`nin 15 Şubat 2018 Perşembe tarihli, 30333.(Mükerrer) sayısında yayımlanmış bulunuyor.

ÇELİK YAPILARIN TASARIM, HESAP VE YAPIM ESASLARINA DAİR YÖNETMELİKTE DEĞİŞİKLİK YAPILMASINA DAİR YÖNETMELİK

MADDE 1 – 4/2/2016 tarihli ve 29614 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanan Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmeliğin 2 nci maddesinin ikinci fıkrası aşağıdaki şekilde değiştirilmiştir.

“(2) Bu Yönetmelik; cidar kalınlıkları 2.5 mm’den az olmayan çelik boru ve kutu profiller ile eleman karakteristik kalınlıkları 4 mm’den az olmayan diğer çelik profillerden oluşan yapı sistemlerini kapsar.”

MADDE 2 – Aynı Yönetmeliğin eki “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları” yürürlükten kaldırılmış, aynı Yönetmeliğe ekteki   eklenmiştir.

MADDE 3 – Bu Yönetmelik yayımı tarihinde yürürlüğe girer.

MADDE 4 – Bu Yönetmelik hükümlerini Çevre ve Şehircilik Bakanı yürütür.

Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esasları buradan indirebilirsiniz.

2018 Yeni çelik yapı yönetmeliği yönetmeliğinde “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar”da 16 Bölüm ve EK 4 Madde bulunuyor. Bunlar;

Bölüm 1-Genel Esaslar

Bölüm 2-Malzeme

Bölüm 3-İmalat ve Montaj

Bölüm 4-Kalite Kontrolü

Bölüm 5-Tasarımda Genel İlkeler

Bölüm 6-Stabilite Tasarımı

Bölüm 7-Eksenel Çekme Kuvveti Etkisi

Bölüm 8-Eksenel Basınç Kuvveti Etkisi

Bölüm 9-Eğilme Momenti Etkisi

Bölüm 10-Kesme Kuvveti Etkisi

Bölüm 11-Bileşik Etkiler

Bölüm 12-Kompozit Elemanlar

Bölüm 13-Birleşimler ve Birleşim Araçları

Bölüm 14-Boru ve Kutu Enkesitli Elemanların Birleşimleri

Bölüm 15-Kullanılabilirlik Sınır Durumları içinTasarım

Bölüm 16-Yapısal Elemanlar için Stabilite Bağlantıları

Bölüm Ek-1-Su Birikmesi (Göllenme Etkisi)

Bölüm Ek-2- Yorulma Etkisi

Bölüm Ek-3-Diyaframlar ve Yük Aktarma Elemanları

Bölüm Ek-4-Kaynaklar

1-Mero Sistemi

M. Mengeringhausen tarafından geliştirilen bu sistem, şimdiki biçimind1942 yılından beri kullanılmaktadır.. Düğüm noktaları, tam merkeze yönelmiş 18 çubuğun bağlanmasına olanak sağlar. Montajı yapılacak elemanlar düğümler ile uçlarında bağlantı vidaları olan borulardan oluşmaktadır. Çubuklar ve düğümler birçok kez sökülüp takılabilir. Bu sistemle 40 metreye kadar açıklık geçilebilir.

2-Oktaplatte Sistemi

Yapımcısı Mannesmann AG. olan bu sistem, 8 yüzlü modüllerle oluşturulan sistemler için uygundur. Bu sistemde çubuklar boş bir düğüm küresine kaynaklanırlar. Dolayısıyla konstrüksiyon sökülüp takılamaz. Oktaplatte sistemi, sadece çatı ve tavan taşıyıcı sistemi olarak kullanılır. Çubukların doğrultuları, Düğüm noktası detayına bağlı olmaksızın belirlenebildiğinden bu sistemle tonozlar da yapılabilir.

3- S.D.C Sistemi

Fransa’da Stephane Du Chateau’nun 1957yılında geliştirdiği bu sistemde boru şeklindeki çubuklar, Tridirectionelle düğüm noktasına kaynaklanırlar. Düğüm noktalarını açık delikleri olan yarım kabuklar oluşturur. Montaj şeklinden dolayı bu sistemle eğrilikli tavan yapmak da ancak belirli sınırlar içinde olanaklıdır. Bu sistemle 50m x 50m boyutunda bir alan 1.30 m yüksekliğinde konstrüksüyon yüksekliği kullanılarak örtülmüştür. S. Du Chateau, 1960 yılında Pyramitec düğüm noktası denen cıvatalı bir konstrüksüyon gelştirmiştir. Bu sistem üçgen, kare ve altıgen piramit modüllerle oluşturulmaktadır.

4- Tridimatec Sistemi

Önceden hazırlanmış ve atölyede kaynaklanmış elemanlardan oluşmaktadır. Bunlar şantiyede, düğümlere yüksek mukavemetli civatalarla birleştirilmektedir. Bu sistemle 2 veya 3 yönlü uzay kafes sistemler yapılabilir.

5-Unistrut Sistemi

Soğukta çekilmiş U şeklindeki sac profillerin büyükçe bir düğüm levhasına civatalarla bağlandığı bir sistemdir. ABD’de geliştirilen bu sistem, birçok okul ve endüstri yapılarında uygulanmıştır.

6-Space-Deck Sistemi

İngiltere’de geliştirilen bu sistem, boyutları 1.2 x 1.2 x 1.0 m olan önceden hazırlanmış piramitlerden oluşur. Bu piramitlerin köşebentlerden yapılmış üst başlık çubukları şantiyede birbirine civatalanır. Alt başlıktaki piramit tepeleri ise uçlarına diş açılmış yuvarlak çekme çubukları ile birbirlerine bağlanırlar. Diyagoneller çelik borulardır. Bu tür yapım bir doğrultuda eğrilikli yüzeyler oluşturmayada elverişlidir. Bu sistemde yapılan kabul, birim alanda çatı örtüsü ile birlikte sistemin kendi ağırlığının maksimum rüzgar emmesinden daha büyük olmasıdır. Böylece sadec çekme çubuklarından oluşan alt başlıkta, çubuk kuvvetlerinin rüzgar etkisiyle işaret değiştirmesi önlenmiş olur. Space-deck sistemine benzer bir başka uygulama Nenk sistemidir. Bu sistemde sadeceyükseklik, 100 cm yerine 60 cm’dir.

7-Triodetik Sistemi

Yapımcısı bir Kanada firmasıdır ve 1953’ten beri geliştirilmektedir. Çubuklar ve düğümlerin malzemesi alüminyumdur. Çubukların düzleştirilmiş ve kertikler açılmış uçları, bunlar için düğümde var olan yarıklara sokulur. Düğüm noktaları, özel bir kullanma amacına uyabilen çeşitli biçimlerde profillerdir. Bir civata ve yarıkları alttan ve üstten örten levhalarla boruların düğüm noktası yarıklarından çıkmaları veya kaynamaları önlenir.

8-Unibat Sistemi

Fransa’da geliştirilmiştir ve piramitler ile piramitlerin tepe noktalarını birleştiren bağlantı çubuklarından oluşmaktadır. Bağlantı çubukları olarak; kare, dikdörtgen veya yuvarlak kesitli profiller ile I, T, L, U gibi her çeşit profil kullanılabilmektedir. Sistemin tamamı cıvatalarla birbirine bağlanarak kolayca kurulabilmektedir.

2 ile 3m yüksekliklerdeki piramitlerin tek tabaka şeklinde kullanılması halinde, bu sistemle 50 ile 70 m arasındaki açıklıklar geçilebilmektedir. Piramitlerin üst üste, çift kullanılması halince ise 100 ile 150 m arasındaki açıklıklar geçilebilmektedir. Bu sistem kare planlı uzay kafes sistemlerde en iyi sonucu veren biçimdir; ancak 25 x 25 m’den küçük boyutlar için ekonomik değildir. Ayrıca uzay kafes sistemin mesnetlendiği kolonların 1/5 oranında içe alınması ile en ekonomik çözümü vermektedir. Genel kural olarak piramit yüksekliği, geçilen açıklığın 1/30’u kadar alınabilir.

9-Moduspan Sistemi

ABD’de uygulanan değişik bir uzay kafes sistem türüdür. Bu sistemde, her yerde kolaylıkla elde edilebilecek köşebent, lama, putrel veya boru gibi çelik profilleri kullanma olanağı yoktur. Kendine özgü bir endüstriyel yapım gerektirmektedir. Sistemin belirgin özelliği, iki tip tablo ile tek tip çubuk ve cıvatayla sistemin kurulmasıdır.