İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler
ÇELİK YAPILAR I
Kapasite
Dr. Kağan YEMEZ
[email protected]
Ölü Yükler Hareketli Yükler …
Ebat Atalet
Çelik Yapılar I
2
Kapasite
Mukavemet
Mukavemet
Hooke’s kuralı
σ=E.ε τ=G.γ
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
3
Kristal Kafes Modeli
σ ve ε => gerilme ve birim şekil değiştirme τ and γ => kayma gerilmesi ve kayma şekil değiştirmesi E => Elastisite modülü (Young modülü) (210000 N/mm2) G => kayma modülü (80000 N/mm2) ν => poisson oranı (0,3)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
4
Kristal yapıdaki düzensizlikler
Baslangıçta elastik…
Yük boşaltıldığında bütün deformasyonlar iyileşir
Elastik limitin ötesinde yükleme…
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Akma dayanımı Kayma dayanımı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Kapasite
Yük Koşulları
Profil Kesit özellikleri
1
Çelik Kalitesi
Limitin ötesindeki deformasyonlar plastiktir, yani kalıcıdır.
Çelik Yapılar 1
5
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
6
Basit çekme numunesinin Gerilme-Birim Uzama Grafiği
Basit çekme numunesinin Gerilme-Birim Uzama Grafiği
Çekme mukavemeti Akma sınırı
Açı= arctan(E) Elastik uzama εy = 0,001-0,002 İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
7
Basit çekme numunesinin Gerilme-Birim Uzama Grafiği
(0,01-0,02)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
8
Çelik Yapılar 1
10
Kaliteler
Yük boşaltılırsa
Açı= arctan(E)
εp İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
εy Çelik Yapılar 1
9
Sıcaklığın etkisi
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Kimyasal Elementlerin etkisi
600 oC’de mukavemet yarıyarıya
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
11
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
12
Kükürt (S)’ün etkisi
Kükürt (S)’ün etkisi
deprem
Kalınlık yönünde çekme testi Quality
Reduction in area in throughthickness direction (%)
Z15
15 (minimum)
Z25
25 (minimum)
Yüksek seviye gerilme
Z35
35 (minimum)
Çok yüksek seviye gerilme Özel kısıtlama
Lameler yırtılma
Kalınlık yönünde düşük süneklik Yapısal dayanım Birleşim tasarımı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
13
Yapısal Çelik Kalite Tabloları
Çelik Profiller
Akma dayanımı Kayma dayanımı
Ölü Yükler Hareketli Yükler …
Ebat Atalet
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
16
Sıcak Haddelenmiş Profiller
European Sections
17
W 100x19 to WTM 1100x499 (W4x13 to W44x335) W360x134 to W360x1086 (W14x90 to W14x730)
Other sections
Çelik Yapılar I
UB 127x76 to UB 914x419 UC 152x23 to UC 356x634
American Sections
UPE 100-400 mm IPE 100-750 mm HE 100 – 1000 mm HL 920 – 1100 mm HD 260x54.1 to HD 400x1086 Angles L 100-250
Universal British Sections
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Yük Koşulları
Profil Kesit özellikleri
15
Çelik Kalitesi
Çelik Yapılar I
14
Çelik Yapılar I
Kapasite
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Orta seviye gerilme
Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler
Yapısal Çelik Kaliteleri
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
kaynaklı birleşimler
HP, BP, UBP, HJ, IPN, UPN...
18
Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler
Profiller
Profil Posteri Profil Tabloları
Kapasite
Yük Koşulları
Çelik Kalitesi
Akma dayanımı Kayma dayanımı
Profil Kesit özellikleri
Ölü Yükler Hareketli Yükler …
TS 498
Ebat Atalet
YAPI ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASINDA ALINACAK YÜKLERİN HESAP DEĞERLERİ
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
19
Çelik Yapılar I
Ölü Yükler (D-Dead Loads)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
21
Çelik Yapılar 1
Ölü Yükler (D-Dead Loads)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Dış kaplama
0,6 kN/m2
Tuğla duvar
2,1
İç duvar
1,4
İç kaplama
0,2
Toplam Duvar Ölü Yükü
4,3 kN/m2
Çelik Yapılar 1
20
Ölü Yükler (D-Dead Loads)
Hafif kaplama
15 x 0,05
= 0,75 kN/m2
Betonarme tabliye
24 x 0,15
= 3,60
Tavan kaplama
12 x 0,015
= 0,18
Toplam Ölü Yük
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
+ servisler (0,1(0,1-0,3 kN/m2 kN/m2 )
= 4,53 kN/m2
Çelik Yapılar 1
22
Hareketli Yükler (L-Live Loads)
23
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
24
Hareketli Yükler (L-Live Loads) TS 498
Rüzgar Yükü (W-Wind Load)
Rüzgar Hızı – EC 1 tanımı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
25
Rüzgar Yükü (W-Wind Load)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
27
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
26
Çelik Yapılar 1
28
Rüzgar Yükü (W-Wind Load)
Çelik Yapılar 1
Çelik Yapılar 1
Rüzgar Yükü (W-Wind Load)
Rüzgar Yükü (W-Wind Load)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
50 yılda bir 10 dakika boyunca düz ve açık bir alanda 10 m yükseklikte esen rüzgarın hızı
29
TS 498
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
30
Kar Yükü (S-Snow Load)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Kar Yükü (S-Snow Load)
31
Çelik Yapılar 1
Kar Yükü (S-Snow Load)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Crane (Vinç) yükleri
Çevresel Yükler
Havuz Yükleri
Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler
Kapasite
Akma dayanımı Kayma dayanımı
Profil Kesit özellikleri
Gündüz/Gece sıcaklık farklılıkları Yatay basınç etkisi
Deprem Yükleri Yangın, Terör, Patlama…
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
34
Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler
Yük Koşulları
Çelik Kalitesi
Deniz yapıları, dalga yükleri dinamik etkileri Buz yükü (>400 m: t=3 cm buz x 7 kN/m3 => 0,21 kN/m2)
Sıcaklık etkileri
33
Dinamik frenleme etkileri…
Çelik Yapılar 1
32
Diğer Yükler
TS 498
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
Ölü Yükler Hareketli Yükler …
Tasarım Süreci Tasarım Filozofisi
TS 498
Ebat Atalet
YAPI ELEMANLARININ BOYUTLANDIRILMASINDA ALINACAK YÜKLERİN HESAP DEĞERLERİ
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
35
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
36
Tasarım Süreci
Yapı Tasarımında temel amaclar
Yeni Tasarıma Yaklaşım
Yapının ömrü boyunca işlevselliği… Güvenli yapı sistemi, bütçesi dahilinde zamanında tamamlanması… Yaratıcı çözümler sunması…
2 yol var
Bir önce yapılmışı emsal almak Tekeri yeniden keşfetmek
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
37
Çelik Yapılar 1
39
Tasarım Adımları Yük taşıma
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Çelik Yapılar I
38
Tasarım Adımları Başlangıç Yük taşıma
Tasarım adımları
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Mücadeleyi kabul edip temel amaçları tanımlama Araştırma, ilgili bilgilere ulaşma (Analiz etme) Olası çözümleri değerlendirme (Sentezleme) İmalat, inşaat, operasyon ve kaynakları hesaba katarak en iyi çözüme karar verme (Değerlendirme)
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
40
Tasarım Adımları Yük taşıma
41
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
42
Tasarım Adımları Ana Taşıyıcı Sistem
Çatı eğimi 4-6o Aşık
Aralıkları => 1,4 - 2,6m Boyları => 3 – 8m
Ana kiriş – kısa açıklıkta Kolonlar Rüzgar stabilite çaprazları Temel pabuçları Birleşimler
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Tasarım Adımları İlk boyutlandırma
Çelik Yapılar 1
Temel rijit/pin Kolon-kiriş rijit/pin
43
Tasarım Adımları İlk boyutlandırma
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
44
Tasarım Adımları Analiz, modelleme ve nihai tasarım Basınç (C - Compression), Çekme (T - Tension), Eğilme (B – Bending) kuvvet etkileri… Eleman bazında, tek tek ve birleşim olarak Kiriş reaksiyonları-kolon yükleri (her kenarda açıklığın yarısı..) Mmax = wL2/8 (basit kiriş) Vmax δ = 5/384 wL4/EI (basit kiriş) 45
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
Tasarım Adımları
Tasarım Adımları
Projelendirme
Uygulama
46
Her yapının kendine has özellikleri var ve bu özelliklerine göre üzerine etkiyen yükler ile yapının dayanım ve rijitliğinin dengesi kurularak tasarım yapılır.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
47
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
48
Tasarım Filozofisi
Tasarım Filozofisi
Belirsizlikler
Yıkılmayacak ! Yeterli emniyet faktörü Hem Mukavemet hem de stabilite koşullarının sağlanması
1. 2. 3. 4.
Uygulamalar
Yükleme koşulları Malzeme Kanunları Yapı modellemesi Yapısal kusurlar, düzensizlikler
1.
2.
3.
Tecrübeye göre en elverişsiz yük büyüklüğü Çelik doğrusal elastik davranış (testler doğrultusunda) İdealleştirme / uygun analiz metodunu kullanımı 1. 2.
4. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
49
Çelik Yapılar 1
Malzeme dayanımındaki belirsizlikler
1.
2. 1.
2.
3.
Her yükün farklı belirsizlik seviyesi var Her yapı tipinin farklı yıkılmaya karşı emniyet faktörü var Yapının sünekliği ve akma sonrası dayanım karakteri belirsiz
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
2. 3.
Çelik Yapılar 1
51
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
52
Stabilite Tasarımı Diğer kriterler
Deformasyon – Sehim
Titreşim
53
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
δmax = δ1 + δ2 − δ0 f>4 Hz ofis/konut döşemeleri f>5 Hz dans, spor döşemeleri
Yangın dayanımı Uygulama
Çelik Yapılar 1
50
Malzeme dayanımı yönünde emniyet faktörü – elastik limitin altında ! Plastik tasarım Taşıma gücüne göre tasarım
Stabilite Tasarımı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Üretim ve imalat toleransları
Çelik Yapılar 1
Stabilite Tasarımı
Tasarım metotlarının tarihsel gelişimi 1.
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Basit kirişler Makaslar - mafsallı
Elemanları ortak kesitlere gruplanması
Bakım Çelik Yapılar 1
54
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Tasarım Sorumluluğu
Mühendis tüm tasarım gerekliliklerine uygun olarak yapının tüm elemanlarını en ince detayına kadar tasarlamaktan; tasarım notlarını ve uygulama detay çizimlerini diğer birimlerle uyumlu olacak şekilde sunmaktan sorumludur. Müteahhit ve Uygulamacı ile sürekli iletişim halinde olmak önemlidir ! Uygulama safhalarının da güvenliliğine dikkat !
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar 1
55
ÇELİK YAPILAR I Dr. Kağan YEMEZ
[email protected]
56
