BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT ...w3.balikesir.edu.tr/~kturker/Download/CCT_ders_1.pdf · DERS PLANI KONULAR 1. Çelik Çatı Sisteminde Aşık düzeninin

BAÜ MÜH. FAK. İNŞAAT MÜH. BL. ÇELİK ÇATI TASARIMI DERS NOTLARI Dr. Kaan TÜRKER 1.HAFTA (2019)

1

BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÇELİK ÇATI TASARIMI

2019-2020 ÖĞRETİM YILI DERS NOTLARI


2

DERS PLANI

KONULAR

1. Çelik Çatı Sisteminde Aşık düzeninin ve Kafes Kiriş (Makas) düzeninin Belirlenmesi ve Yapısal Sistemin Modellenmesi 1.1 Çatı Sistemine Etkiyen Yüklerin Belirlenmesi 1.2 Aşık Aralıklarının Çatı Örtüsüne Bağlı Olarak Belirlenmesi 1.3 Kafes Kiriş Sayısının ve Ara Mesafelerinin Belirlenmesi 1.4 Uygulama Çizimlerinin Hazırlanması 1.4.1 Planın 1/100- 1/200 Ölçeğinde Çizimi 1.4.2 Kafes Kiriş Düşey Kesitinin 1/20- 1/25 Ölçeğinde Çizimi

2. Aşıkların Tasarımı 2.1. Aşık Yüklerinin İdealleştirilmesi 2.2. Aşık Statik Hesabı (Gerekli ise gergi elemanı kullanımı) 2.3. En Elverişsiz Kesit tesirlerinin (Gerekli dayanımların) Belirlenmesi 2.4. Aşık Gergi Çubuğunun Tasarımı (varsa) 2.5. Aşık-Aşık Eklerinin Tasarımı (varsa) 2.6. Uygulama Çizimlerinin Hazırlanması ve metrajının çıkarılması

3. Kafes Kirişin Tasarımı 3.1. Kafes Kiriş Yüklerinin idealleştirmesi 3.2. Kafes Kirişin Statik Analizi 3.3. En Elverişsiz Kesit tesirlerinin (Gerekli dayanımların) Belirlenmesi 3.4. Alt Başlık, Üst Başlık, Diyagonal ve Dikme Çubuklarının Tasarımı 3.5. Kafes Kiriş Sehim Kontrolü 3.6. Alt ve Üst Başlık Eklerinin Tasarımı ve uygulama çizimleri (1/5 ölçekli) 3.7. Aşık-Kafes Kiriş Birleşimlerinin Tasarımı ve uygulama çizimleri (1/5 ölçekli)

ARA KONTROL

4. Kafes Kiriş Düğüm Noktalarının Birleşim Tasarımları

(1/5 ölçekli uygulama çizimleri ile birlikte yapılacaktır)

5. Kafes Kiriş Mesnetlerinin Tasarımı Uygulama Çizimlerinin Hazırlanması (1/5 ölçekli) ve metrajının çıkarılması

6. Çatı Stabilite Elemanlarının Tasarımı 6.1. Yatay Stabilite Bağlantılarının Tasarımı 6.2. Düşey Stabilite Bağlantılarının Tasarımı 6.3. Yatay ve Düşey Stabilite Bağlantılarının Birleşim Tasarımı 6.4. Uygulama Çizimlerinin Hazırlanması (1/5 ölçekli) ve metrajının çıkarılması

7. Çatı Sisteminin Maliyetinin Belirlenmesi


3

Çelik Yapılar Projesi Dersi Not Baremi ve Değerlendirme: Vize: (Ara kontrol notu: % 30, Yıliçi Sınav Notu: % 70)

Final: (Proje dosyası notu: % 50, Final Sınavı Notu: % 50)

Bu dersten başarılı olabilmek için Ara kontrol, Proje dosyası ve Final sınavı notlarının her birinden 100 üzerinden en az 50 alınması gerekmektedir.

Ara kontrol Yıliçi sınavından önceki hafta yapılacaktır. Proje dosyası Final sınav saatinde teslim edilecektir, zamanında teslim edilmeyen Proje dosyaları

kabul edilmeyecektir. Proje Dosyasının kabul edilmesi için Proje Donesinin aslının ekli olması gerekmektedir.

Kitaplar

“Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik Hakkında Uygulama Kılavuzu”, Çevre ve şehircilik Bakanlığı, 2017.

“Çelik Yapı Tasarımı-Uygulamaya Yönelik Bir Yaklaşım”, Abi O. Aghayere, Jason Vigil, Çeviri: Bülent Akbaş, Oğuz Özgür Eğilmez, Nobel Yayınevi, 2018.

“Çelik Yapılar”, R. Aydın, A. Günaydın, Birsen Yayınevi, 2. Baskı, (2016)

“Steel Design”, W. T. Sequi, United Kingdom: Cengage Learning, Fourth Edition, (2007).

“Steel Buildings In Europe Single-Storey Steel Buildings Part 5: Detailed Design Of Trusses”, (SECHALO) RFS2-CT-2008-0030, CTICM and SCI, (2008).

“Çelik Yapılar”, H. Deren, E. Uzgider, F. Piroğlu, E. Çağlayan, Çağlayan Kitapevi, 3. baskı, (2008).

“Structural Steel Designer's Handbook”, R.L. Brockenbrough, F.S. Merritt, McGraw-Hill1, (1994).

“Design of Steel Structures”, E.H. Gaylord, C.N. Gaylord, J.E. Stallmeyer, McGraw-Hill, (1992).

“Çelik Yapı “Çelik Çatı Elemanlarının Ekonomik Çözümleri”, Y. Odabaşı, Teknik Kitaplar Yayınevi, (1981).

Elemanları”, E. Keyder, S.T. Wasti, Bizim Büro Basımevi 1. baskı, (2010).

“Ahşap ve Çelik Yapı Elemanları”, Y. Odabaşı, Beta Yayınları, (1992).

“Çelik Yapılar Kısa Bilgi ve Çözülmüş Problemler”, A. Z. Öztürk, Birsen Yayınevi, 4. baskı, (2007).

Standart ve Yönetmelikler

“Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Kuralları” , Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, (2016).

TS EN 1991-1-1Yapilar Üzerindeki Etkiler - Bölüm 1-1: Genel Etkiler - Yoğunluklar, Binalarin Zatî Ağirliklari ve Binalarin Maruz Kaldiği Diğer Yükler (2006).

TS EN 1991-1-3 Yapilar Üzerindeki Etkiler - Bölüm 1-3: Genel Etkiler - Kar Yükleri (2007).

TS EN 1991-1-4 Yapilar Üzerindeki Etkiler - Bölüm 1-4: Genel Etkiler - Rüzgar Etkileri (2007).

TS 498 Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri (1997).

“Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, (2018).

Not: Ders notları http://w3.balikesir.edu.tr/~kturker adresinden haftalık olarak verilecektir.

http://w3.balikesir.edu.tr/~kturker


4

ÇELİK ÇATILAR HAKKINDA GENEL BİLGİLER

Büyük açıklıklı çelik yapılarda yapının üst kaplamasını ve ona etkiyen diğer tüm dış etkileri karşılamak amacıyla çeşitli bileşenlerle oluşturulan yapı üst kısmı çatı sistemi olarak adlandırılmaktadır. Büyük açıklıklarda daha ekonomik sonuçlar elde etmek için kirişler genellikle kafes kiriş (makas) şeklinde oluşturulur. Eğer yapının plan şekli düzenli (kare, dikdörtgen veya bunlardan oluşan) ise düzlem kafes kirişler kullanılması ekonomik çözümler verir. Ancak farklı geometrideki veya düzensiz kolon akslarına sahip çatı formlarında uzay kafes kirişler kullanılması daha uygun olabilmektedir. Bu ders kapsamında düzlem kafes kirişler ile oluşturulan çatı sistemlerinin tasarımı ele alınacaktır.

Çatı sistemi bileşenleri

Kolon

Kiriş

Çerçeve

Rüzgar kolonu

Aşık

Cephe kuşağı

Kafes kiriş ile oluşturulmuş tek katlı tipik bir endüstri binası taşıyıcı sistemi

Dolu gövde kiriş ile oluşturulmuş tek katlı tipik bir endüstri binası taşıyıcı sistemi

Stabilite elemanı

Çaprazlı çerçeve


5

Düzlem kafes kirişler ile oluşturulmuş çelik çatı

Uzay kafes kiriş ile oluşturulan çatı sistemi (BAUN Müh. Fak Amfisi)

100 m açıklıklı düzlem kafes kiriş ile oluşturulan çelik çatı sistemi


6

Çelik çatı sistemleri istendiğinde betonarme kolonlar üzerine de mesnetlenebilmektedir.

Betonarme kolonlara mesnetlenen çelik çatı sistemi örnekleri

Düzlem kafes kirişler ile oluşturulan çatı sistemleri genel olarak aşağıdaki bileşenlerden oluşmaktadır.

Çatı sistemi bileşenleri (şematik gösterim)

Aşık (I profil)

Kafes kiriş (Makas)

Çatı kaplaması

Aşık

Mesnet

Gergi elemanı

Kiriş üst başlığı (T profil)

Kaba

bulon

IPE

Taban levhası

A A

Takviye

laması

A-A Kesiti (Sabit mesnet)

Takviye laması


7

Çatı sistemi bileşenleri (şematik gösterim)

Kafes kirişler (Makaslar)

Kafes kirişler, kolonlara mesnetlenerek büyük açıklığın geçilmesini sağlayan taşıyıcılardır. Alt, üst başlık ve ara örgü elemanlarının birleşiminden oluşur.

Alt başlık elemanları Üst başlık elemanları Dikme elemanları Diyagonal elemanları

10-100m açıklıklarda kullanılırlar. Kirişlerin mahya yükseklikleri açıklığın 1/15 – 1/10’u arasında seçildiğinde en iyi yapısal

performans elde edilir. Diyagonal elemanların alt ve üst başlıklarla olan açılarının 35o-55o arasında seçilmesi

uygun çözümler verir. Örgü çubuklarının yönleri uzun çubuklar çekme elemanı olacak şekilde belirlenirse

ekonomik tasarım sağlanır. Düğüm noktalarından yükleme yapılır Örgü çubukları üçgensel alanlar oluştururlar.

Çatı sistemlerinde kullanılan bazı düzlem kafes kiriş tipleri aşağıda gösterilmiştir.

Çatı kaplaması

Aşık

Stabilite

elemanı

Gergi elemanı

Kafes kiriş (Makas)

Diyagonal Dikme

(½ Kup I, T, I, 2L, Boru kesitler)

Kullanılan hadde ürünleri

( L, 2L, I, Boru kesitler)

Eğrisel kafes kiriş

Paralel başlıklı kafes kiriş

Alt başlık


8

Aşıklar

Kafes kirişlere mesnetlenen ve çatı kaplamasını taşıyan elemanlardır.

Gergi elemanları

Aşıkların çatı düzleminde eğilmesini azaltarak ekonomi sağlayan elemanlardır. Stabilite elemanları

Kafes kirişleri birbirine bağlayarak başlıkların yanal stabilitesini sağlayan ve kiriş yanal etkilerini kolonlara aktaran elemanlardır. Mesnetler (Lama, bulon)

Kafes kiriş mesnetlerindeki reaksiyonları kolonlara aktaran elemanlardır.

Çatı kaplaması

Çatı kaplamaları, çatı üst yüzeyine etkiyen yükleri aşıklara (veya doğrudan kirişe) aktarmakla görevli elemanlardır. Bunlar ikincil taşıyıcı eleman olarak adlandırılırlar. Büyük çeşitlilik gösteren bu malzemelerin taşıma gücü, sehim vb. özellikleri üretici firmalar tarafından yapılan testlerle belirlenir. Bu verilere dayanarak hazırlanan teknik özellikler (geçebilecekleri açıklık, taşıyabilecekleri yük, öz ağırlık gibi) ilgili malzeme kataloğunda bulunur.

Sandviç panel tipi çatı örtüsünün çatıya montajı

Çatı kaplamasının aşıklar üzerine mojtajı

Çatı kaplaması

( I, U profilleri )

(12, 16 betonarme çeliği)

( L, 2L, Boru kesitler)

(dalgalı saç, sandviç panel, gazbeton panel vb.)

Trapez kafes kiriş Üçgen kafes kiriş

Kullanılan hadde ürünleri


9

Çatı örtüsü olarak kullanılan Dalgalı levha (saç) ve Sandviç panel örnekleri

i

Çatı sistemini oluşturan kafes kiriş, aşık, gergi ve stabilite elemanı

Çelik kolon üzerine mesnetlenmiş kafes kiriş Betonarme kolon üzerine mesnetlenmiş

Kafes kiriş Aşık Gergi

Stabilite

elemanı


10

kafes kiriş

1. Çelik Çatı Sisteminde Aşık düzeninin / Kafes Kiriş (Makas)

düzeninin Belirlenmesi ve Yapısal Sistemin Modellenmesi

1.1 Çatı Sistemine Etkiyen Yüklerin Belirlenmesi

Çatı sistemini oluşturan elemanların tasarımı için öncelikle binaya etkiyen yüklerin belirlenmesi ve her bir bileşen için bu yüklerin yapıya etkileri ayrı ayrı değerlendirilerek gözönüne alınması gerekmektedir. Çatı sistemlerinin maruz kalabilecekleri yükler genel olarak aşağıda verilmiştir.

Öz (zati) yük, (G)

Kaplama, tesisat vb ölü yükler (G)

Hareketli yük (Q)

Kar yükü, (S)

Rüzgar etkisi (yükü), (W)

Deprem yükü (E)

Yağmur yükü, (R)

Isı etkisi (T)

Çatı sistemleri yapının özelliğine göre başka yüklere (hareketli yük (L), makine yükü vb.) de maruz kalabileceği gibi, yukarıda belirtilen yüklerin bazıları da tasarımda ihmal edilebilecek düzeyde olabilmektedir. Örneğin yoğun kar yüküne maruz bir bölgede yağmur yükü daha düşük kaldığı için gözönüne alınmayabilmektedir.

SABİT YÜKLER (G) Çatı sistemi bileşenlerine etkiyen sabit yükler TS 498 ve TS EN 1991-1-1’den yararlanarak belirlenebilir. Bu şartnamelerde bulunmayan çatı kaplaması tipleri için hesap ağırlıkları ilgili kataloglardan alınabilir. Bir sandviç panel firması tarafından çeşitli kalınlıklardaki paneller için hazırlanan teknik veriler kataloğu aşağıda örnek olarak gösterilmiştir. Örneğin; Yalıtım malzemesi kalınlığı (EPS) 60 mm olan panel boyutu seçildiğinde; Panel ağırlığı = 4.27 kg/m2 olarak belirlenir.

Sabit yükler sınıfına girer (G)


11

KAR YÜKLERİ (S)

Çatılara etkiyen kar yükleri TS EN 1991-1-3’den yararlanarak belirlenir. Bu şartnameye göre kar yüklerinin hesabı basit çatı tipleri için aşağıda özetlenmiştir.

Bir çatı üzerindeki kar ağırlığı s (kN/m2) aşağıdaki bağıntı ile belirlenir.

s= i * Ce * Ct * sk

i : Kar yükü şekil katsayısıdır. Çatı yüzeyinin eğimine, komşu binaların çatılıları ile olan ilişkilere,

çatı yüzeyindeki engellere (parapet , tabela vb.) bağlı olarak belirlenir.

Çift eğimli çatıda kar birikmesi Çok eğimli bir çatıda kar birikmesi (tribün testi)

Farklı çatı durumları için yapılacak kar yüklemeleri ve ilgili şekil katsayıları

Tek eğimli çatı

Durum-1

Durum-1

Kar Yüklemesi

Kar Yüklemesi Kar Yüklemesi

Kar Yüklemesi

Durum-2

Durum-3

Durum-1

Durum-2


12

Şekil katsayılarının çatı açısına göre değişimi (Çizelge 5.2 TS EN 1991-1-3)

Ce : Maruz kalma katsayısıdır. Yapının bulunduğu arazinin topografik yapısına bağlı olarak

aşağıdaki tablodan seçilir.

Farklı topografik alanlar için tavsiye edilen Ce değerleri (Çizelge 5.1 , TS EN 1991-1-3)

Ct : Isı katsayısıdır. yüksek sıcaklık iletiminden (>1 W/m2K) dolayı, özellikle binanın çatısı altındaki ısı

kaybının çatı yüzeyini etkilemesi sebebiyle erimelerin meydana geldiği bazı cam kaplı çatılarda çatı kar yükündeki azalmanın hesaba katılması için kullanılır. Diğer bütün durumlar için Ct =1,0 alınmalıdır.

Çift eğimli çatı Durum-1

Durum-2

Çok eğimli çatı

Çift eğimli çatı

Şekil katsayılarının çatı açısına göre değişimi

Bir yanı kapalı düz çatıya gelen kar yükü


13

sk : Karakteristik zemin kar yükü değeridir. Yapının bulunduğu bölgeye (il / ilçe) ve bölgenin rakımına

bağlı olarak TS 498’den seçilir. TS 498’e göre zemin kar yükü (Pko) belirlenirken, öncelikle haritadan veya tablodan bölge nosu belirlenir ve Çizelge 4’den bu bölgeye ve rakıma göre yük elde edilir.

Kar yağış yüksekliği haritası (TS 498)

Zati Karyükü (Pko) Değerleri kN/m2 (TS 498, Çizelge 4)


14

UYGULAMA

Aşağıdaki çelik binanın çatısının tasarımı için gerekli olan kar yükü değerini ve yapılması gereken kar yüklemelerini belirleyiniz.

Binanın etrafında yakın mesafede daha yüksek binalar mevcuttur. Çatı kaplaması sandviç paneldir. Bina Balıkesir merkezde inşa edilecektir. (Rakım :150m)

Çatı kar ağırlığı : s= i * Ce * Ct * sk

1 = 0.8 (Çift eğimli çatı ; TS EN 1991-1-3 Çizelge 5.2’den = 20

o < 30

o olduğu için )

Ce : 1.2 (TS EN 1991-1-3 Çizelge 5.1’den korunmuş tapografik alanda olduğu için)

Ct : 1.0 (Çatı kaplaması sandviç panel olduğu için ısı etkisi ile kar yükü azaltımı olamaz)

sk : 0.75 kN/m2 ( TS 498’den: Balıkesir I. Bölge ve rakım=150 m için

s= 0.8*1.2*1.0*0.75 = 0.72 kN/m2

Çatı çift eğimli olduğu için TS EN 1991-1-3’e göre aşağıdaki üç yüklemenin yapılması gerekir.

= 20o

0.5*1 için s= 0.36 kN/m2

Durum -1 (Tam dolu yükleme)

Durum -2 (Sola birikmeli yükleme)

Durum -3 (Sağa birikmeli yükleme)

0.72 kN/m2

0.72 kN/m2

0.36 kN/m2

0.36 kN/m2

0.72 kN/m2

Documents

BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT ...w3.balikesir.edu.tr/~kturker/Download/CCT_ders_1.pdf · DERS PLANI KONULAR 1. Çelik Çatı Sisteminde Aşık düzeninin