STANBUL ÜN VERS TES ÇEL K YAPILAR I Sayı Yüzdesi (%) % 50 % 30 % …… % …… % 20 % …… % …… % 70 2 ÇE...
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
ÇELİK YAPILAR I Sayı
ÇELİK YAPILAR I
Bitirme Sınavı ( Telafi Sınavı )
Değerlendirme
Dr. Kağan YEMEZ
[email protected]
Yıl içi Etkinli kler
% 30
Kısa sınav
% ……
Ödev
% ……
Proje
ÇELİK YAPILAR I
% ……
Diğer
% ……
2
DERS PLANI
Konu
►
% 70
ÇELİK YAPILAR I
DERS PLANI
Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler. • Hadde Urunleri-Kalite bilgileri • Tasarım sureci • Tasarım kriterleri • Genel Hesap esasları
% 20
Sunum
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
1
►
% 50
Arasınav
Devam Zorunluluğu
Giriş • Çelik Yapıların tarihsel gelişimi • Çeliğin İnşaat Sektöründeki durumu • Çeliğin üretimi ve mühendislik özellikleri • Çelik uygulamalar • Mimarlar neden çeliği tercih ederler ?
Yüzdesi (%)
Konu Elemanların tasarımı. Çekme Çubukları Basınç Cubukları •Eğilmeye Çalışan Dolu Gövdeli Kirişler •Eğilmeye ve basınca çalışan kolonlar •
►
•
►
Çelik Birleşimler ve birleşim araçları. •Bulonlu Birleşimler •Perçinli birleşimler •Kaynaklı birleşimler
Fabrikasyon ve montaj Yangına karşı korunma yolları Korozyona karşı korunma yolları Çelik tasarımında geçmişten alınan dersler İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik sektorundeki araştırma ve gelişmeler
►
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
3
4
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Giriş
ÇELİK YAPILAR I
Dr. Kağan YEMEZ
[email protected]
5
Çelik Yapıların tarihsel gelişimi Çelik Yapıların İnşaat Sektöründeki durumu Çeliğin üretimi ve mühendislik özellikleri Çelik uygulamalar Mimarlar neden çeliği tercih ederler ? Çelik tasarımında geçmişten alınan dersler 6
Bir zamanlar ….
ÇELIK YAPILARIN TARIHSEL GELIŞIMI İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
7
Demir - Çeliğin 3000 yıllık geçmişi
8
Dökme Demir, Dövme Demir ve Çelik
Dökme Demir 1750-1850 (Kolonlar 1900lere kadar)
Dövme Demir 1850-1900
Çelik Yapılar I
9
Tam eritilmeden döverek/haddeleyerek şekilverme
Çelik 1880
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Eritilip kalıplara dökülerek şekilverme
Kaynaklanabilirlik ☺ Korozyon Çelik Yapılar I
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Dökme Demir, Dövme Demir ve Çelik
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
11
Coalbrookdale,, 1779 – ilk dökme demir köprü Coalbrookdale
10
Demir Kesitler – Köprülerdeki Gelişme - 1850
Dökme Demir Yapılar Euston Station – 1837 Ingiltere
Bibliotheque Sainte Geneviève (1843-50), France
Bibliotheque Nationale (1858-68), France İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
13
Dökme Demir Yapılar Newcastle High Level Bridge – 1846-49
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
14
Galata Köprüsü – 1863
Greene's Boat House 1858, UK
İlk rijit çerçeve demir bina 64m by 41m by 16m high İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
15
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Galerie des Machines – 1889, France
Çelik Yapılar I
16
Dövme Demir Yapılar
Galata Köprüsü – 1863
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
17
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Eiffel Tower - 1889, France
Çok Katlı Yapılara Giriş
18
Demir Yapılar – Çelik Yapılar William le Baron Jenney's First Leiter building – 1879, Chicago
Çelik
52 katlı Chicago Tribunal Tower (1922)
1850 – Ingiltere
2008 - Dünya
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
19
Çok Katlı Yapılara Giriş
çelik üretimi - 60 kt/y Demir üretimi 2,5 mt/y Çelik üretimi – 1,2 Mt/y
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
20
Türkiye’de Çelik Yapılar
Türkiye’de işleme kapasitesi => 7-10 milyon m2 => 0.8-1 mton % 30-40 ihracat 2010 yılında Türkiye’nin yapısal çelik tüketiminin => 1.5 mton
Türkiye’deki “Çelik İnşaat” ın toplam inşaat yüzölçümü içindeki payı => %5 Yatırımlar %80 oranında özel sektör kaynaklı. %50 ticari, %30 sanayi, %15 sağlık-sosyal-kültürel, %5 diğerleri olarak sıralayabiliriz.
ÇELIK YAPILARIN İNŞAAT SEKTÖRÜNDEKI DURUMU
Ortalama olarak Avrupa’da endüstriyel yapıların en az % 50’si çelik.
Bina yapımında çelik kullanımı
Türkiye’de ise endüstriyel yapıların % 25-30
Ingiltere % 54 Almanya /Fransa %30 Türkiye %0.5
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
21
Çok Katlı Yapılara Giriş
Yapısal Çelik Tüketimi
(% ton)
ÜLKELER
Kg/kişi
JAPONYA ABD AVRUPA TÜRKİYE
75 21 18 8
JAPONYA ABD AVRUPA TÜRKİYE
Konut Endüstriyel Diğer binalar Kule/direk Köprü
21 34 34 3 8
4 33 45 5 13
2 58 31 5 4
0.5 60 25 5 10
TOPLAM
100
100
100
100
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çelik Yapılar I
Ulke United Kingdom West Germany France Italy Spain Netherlands Luxembourg Sweden Finland Switzerland Portugal Austria Norway Denmark Greece Ireland Belgium Turkiye
Kg/kişi 22 16 15 11 13 31 28 17 25 18 10 11 20 11 5 17 28 8 23
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
22
Yapı Maliyeti
Bina tipi yapıların ortalama maliyet dağılımı
% % % % % %
10 26 23 20 16 5
taşıyıcı sisteme, ince işlere, dış yüzey kaplamasına, temel inşaatına, hazırlık çalışmalarına, mekanik aksama ait olduğu
Çelik yapıların ortalama maliyet dağılımı
Çelik Korozyon koruma İmalat Montaj Yangın Koruma
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
47% 5% 22% 8% 18% Çelik Yapılar I
24
ÇELIĞIN ÜRETIMI VE MÜHENDISLIK ÖZELLIKLERI İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
25
Çok Katlı Yapılara Giriş
Ílk 1 metrelik kiriş - Haziran 1911
Universal rolling beams Universal stand Edger stand
Mr. Grey : 1902
Yüksek Fırın 27
28
Günümüzde : Electri Electrik k Ar Ark k Ocakları Geçmişte : Ingot üretimi 1950’den önce, çelik kaliteleri • Düşük mekanik özellikler (Re=210-320 MPa) • Düşük sertlik ve süneklik • Yüksek CE (Karbon eşdeğerlik) değerinden dolayı kötü kaynaklanabilirlik
29
30
EA EAO O ile sürekli döküm
Haddehane
Blast furnace
EAF-Continuous Casting Route
31
32
33
34
Kiriş kütüğü döküm kalıbı
Haddehane
Dog Bones – Beam Blanks – KirişArcelor kütükleri International Çelik Dış Sep 27, 2006
Ticaret
35
Küçük kesitleri doğrusallaştırıcı merdaneler
TM Beams - Differdange mill
Ağır kesitler için Gag doğrusallaştırıcısı
Derinlik (mm) 1100 1000
Kiriş
800
Kolon
600 400 200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Başlık kalınlığı (mm)
37
38
Köprüler için 1100 mm (44”)
En ağır JUMBO kesit
Sıcak Haddelenmiş Profiller
European Sections
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
Profiller
W 100x19 to WTM 1100x499 (W4x13 to W44x335) W360x134 to W360x1086 (W14x90 to W14x730)
Other sections
HP, BP, UBP, HJ, IPN, UPN...
Sactan yapma 41
Hadde Profili 42
Kesit Özellikleri IPE / IPN – UPE / UPN
Kesit Özellikleri IPE / IPN – UPE / UPN
Daha geniş flanş
Daha geniş flanş
Daha ince gövde Sep 27, 2006
Daha ince gövde 43
Kesit Özellikleri IPE / IPN – UPE / UPN
Sep 27, 2006
44
Kesit Özellikleri IPE / IPN – UPE / UPN
paralel %14 eğim 45
Kesit Özellikleri IPE / IPN – UPE / UPN
Sep 27, 2006
46
HE- Profiller • Kalın etli kesitler • Daha Geniş Flanşlı Kesitler (HE 300’e kadar genişlik = yükseklik)
paralel %5-8 eğim Sep 27, 2006
•Paralel flanşlı 47
48
Kalite S275JR
Hadde Profiller - Çelik Kaliteleri
235 MPa = S235 JR, St 37-2, Fe 360, A36 (245 MPa), Q235
275 MPa = S275 JR, 43B, 43C
355 MPa = S355 JR, 50B, 50C, 50D, A572/50, A992/50, Q345
HISTAR 355, A913 / 50 (345 MPa)
HISTAR 460, A913 / 65 (450 MPa)
HISTAR 355 TZK, OS (for offshore – low temp.)
HISTAR 460 TZK, OS (for offshore – low temp.)
49
50
Çeliginin Özellikleri
Kalite S275JR
Sertlik
Kaynaklanabilirlik
Boyuna--kalınlık Boyuna
Süneklik
Sismik Tasarım : “Güçlü Kolon - Zayıf Kiriş” kavramı
51
Charpy V Çentik darbe testi (CVN)
V çentik
HISTAR 460 HD 400 x 1086 kg/m kaynaklanırken
Kaynaklanabilirlik CE (%)
140 (mm)
0.7
80 130 70 50 >0
40 10 140
0.5
10 0.3
Ön ısıtma yok!
Ön ýsýtma °C 0.1
500
Re (MPa)
0 235 CE (%) = C (%) +
355
460
Mn (%) (Cr + Mo + V) (%) + 6 5
+
(Cu + Ni Ni)) (%) 15
Malzemelerin Davranışı
Malzemelerin Davranışı
enerji yutma özelliği
M a = P.h P(t)
φ
h
φ
a
uç
a
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
57
elastik elasto--plastik elasto
enerji yutma özelliği
Ma
elastik elasto--plastik elasto
Ma
h φ
58
Malzemelerin Davranışı
enerji yutma özelliği
φ
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Malzemelerin Davranışı
P(t)
elastik
Ma
h
enerji yutma özelliği
elastik
M a = P.h P(t)
Ma boşaltılmış enerji
P(t)
Ma
h
φ
a
φ a
uç
φ
daha fazla enerji yutulur! İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
59
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
60
Malzeme : Çelik
Malzeme : beton
elasto-plastik elastoM/Mp
elastikliği azalır
stiffness
1.2 1.0
direnç E (elastisite modulü)
N/mm 2 40
3
2
1
1
2
3
φ/φp
30 20
1.2 1.0
10
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
61
Çok Katlı Yapılara Giriş
Çift Donatılı Betonarme
ε
cy İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
62
Öngermeli Beton
maliyet artar
M/Mp
belli bir noktaya kadar elastik ani rijitlik kaybı M/Mp
φ/φp
φ/φp İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
63
Yığma Yapı
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Süneklik göçme anındaki maksimum bozulma
3 çevrimden az başlangıçta çok rijit P
Süneklik =
maksimum elastik bozulma
bozulma = uzama veya öteleme
δ
P
ani göçmeye karşı sigorta enerji yutma kapasitesi
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
64
δ
65
non-lineer davranışı ile direnç kaybı olmaksızın !!!
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
66
Yapının Davranışı
HISTAR : Süneklik
çerçeveler
180° bükme testi 180° Yarıçap = 0
deprem perde duvarları
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
67
stiff
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Yapının davranışı
esnek
68
Çelik çerçeve testi P
Çerçeve + Tuğla duvar !!!! P
doğal titreşim frekansı değişir -> yükler değişir burulma etkisi kolonlardaki kesme kuvveti artar
kesme kuvveti İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
69
P
küçük plastikleşmeler
P
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
70
Plastik mafsal
3 2 P
4
yatay öteleme
Çelik çerçeve testi İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
1 71
İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
Çok Katlı Yapılara Giriş
72
