Çelik Yapılar I - Ders 1 - Giriş

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