Çelik Yapılar I - Ders 1 - Giriş

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

ÇELİK YAPILAR I

1

Dr. Kağan [email protected]

ÇELİK YAPILAR ISayı

Yüzdesi (%)

Bitirme Sınavı ( Telafi Sınavı )

% 50

Arasınav % 30

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ 2

Değerlendirme

Yıl içi Etkinli

kler

Arasınav % 30

Kısa sınav % ……

Ödev % ……

Proje % 20

Sunum % ……

Diğer % ……

Devam Zorunluluğu

% 70

ÇELİK YAPILAR IDERS PLANI

Konu

Giriş• Çelik Yapıların tarihsel gelişimi


►

• Çelik Yapıların tarihsel gelişimi• Çeliğin İnşaat Sektöründeki durumu• Çeliğin üretimi ve mühendislik özellikleri• Çelik uygulamalar• Mimarlar neden çeliği tercih ederler ?

►

Malzeme Olarak Çelik ve Çelik Yapıların Hesabına İlişkin Bilgiler.

• Hadde Urunleri-Kalite bilgileri• Tasarım sureci • Tasarım kriterleri• Genel Hesap esasları

ÇELİK YAPILAR IDERS PLANI

Konu

Elemanların tasarımı.•Çekme Çubukları


►•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 montajYangına karşı korunma yollarıKorozyona karşı korunma yollarıÇelik tasarımında geçmişten alınan derslerÇelik sektorundeki araştırma ve gelişmeler

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

ÇELİK YAPILAR I

5

Dr. Kağan [email protected]

Giriş

� Çelik Yapıların tarihsel gelişimi� Çelik Yapıların İnşaat Sektöründeki durumudurumu

� Çeliğin üretimi ve mühendislik özellikleri� Çelik uygulamalar� Mimarlar neden çeliği tercih ederler ?� Çelik tasarımında geçmişten alınan dersler

6

ÇELIK YAPILARIN TARIHSEL GELIŞIMI

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çok Katlı Yapılara Giriş 7

Bir zamanlar ….

8

Demir - Çeliğin 3000 yıllık geçmişi

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik Yapılar I 9

Dökme Demir, Dövme Demir ve Çelik

� Dökme Demir 1750-1850 (Kolonlar 1900lere kadar)� Eritilip kalıplara dökülerek şekilverme


� Eritilip kalıplara dökülerek şekilverme

� Dövme Demir 1850-1900� Tam eritilmeden döverek/haddeleyerek şekilverme

� Çelik 1880-� Kaynaklanabilirlik ☺� Korozyon �

Dökme Demir, Dövme Demir ve Çelik

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çelik Yapılar I 11CoalbrookdaleCoalbrookdale, 1779, 1779 –– ilk dökme demir köprüilk dökme demir köprü

Dökme Demir Yapılar

Euston Station – 1837Ingiltere

Bibliotheque Sainte Geneviève (1843-50), France


Bibliotheque Nationale(1858-68), France

Demir Kesitler – Köprülerdeki Gelişme - 1850


Dökme Demir Yapılar

Newcastle High Level Bridge – 1846-49

Greene's Boat House 1858, UK


İlk rijit çerçeve demir bina64m by 41m by 16m high

Galata Köprüsü – 1863


Galata Köprüsü – 1863


Dövme Demir Yapılar

Galerie des Machines –1889, France

Eiffel Tower - 1889, France


Demir Yapılar – Çelik Yapılar

William le Baron Jenney's First Leiter building – 1879, Chicago

52 katlı Chicago Tribunal Tower (1922)


Çelik

� 1850 – Ingiltere� çelik üretimi - 60 kt/y � Demir üretimi 2,5 mt/y� Demir üretimi 2,5 mt/y

� 2008 - Dünya� Çelik üretimi – 1,2 Mt/y


ÇELIK YAPILARIN İNŞAAT SEKTÖRÜNDEKI DURUMU


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.

� Ortalama olarak Avrupa’da endüstriyel yapıların en az % 50’si çelik. � Türkiye’de ise endüstriyel yapıların % 25-30

� Bina yapımında çelik kullanımı� Ingiltere % 54� Almanya /Fransa %30� Türkiye %0.5


Yapısal Çelik TüketimiÜLKELER Kg/kişi

JAPONYAABDAVRUPATÜRKİYE

7521188

Ulke Kg/kişi

United Kingdom 22

West Germany 16

France 15

Italy 11

Spain 13

Netherlands 31

Luxembourg 28


(% ton) JAPONYA ABD AVRUPA TÜRKİYE

KonutEndüstriyelDiğer binalarKule/direkKöprü

2134 34 3 8

433 45 5 13

258 31 5 4

0.56025510

TOPLAM 100 100 100 100

Luxembourg 28

Sweden 17

Finland 25

Switzerland 18

Portugal 10

Austria 11

Norway 20

Denmark 11

Greece 5

Ireland 17

Belgium 28

Turkiye 8

Yapı Maliyeti� Bina tipi yapıların ortalama maliyet dağılımı

� % 10 taşıyıcı sisteme, � % 26 ince işlere, � % 23 dış yüzey kaplamasına,� % 20 temel inşaatına, � % 20 temel inşaatına, � % 16 hazırlık çalışmalarına,� % 5 mekanik aksama ait olduğu

� Çelik yapıların ortalama maliyet dağılımı� Çelik 47%� Korozyon koruma 5%� İmalat 22%� Montaj 8%� Yangın Koruma 18%


ÇELIĞIN ÜRETIMI VE MÜHENDISLIK ÖZELLIKLERI

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çok Katlı Yapılara Giriş 25ÍÍlklk 1 metrelik kiriş 1 metrelik kiriş -- Haziran 1911Haziran 1911

Universalstand

Edger stand

Universal rolling beams

27

stand

Mr. Grey : 1902

28

Yüksek FırınYüksek Fırın

GeçmişteGeçmişte : Ingot : Ingot üretimiüretimi

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

GünümüzdeGünümüzde : : ElectriElectrikk ArArkk OcaklarıOcakları

30

Blast furnace

EAEAO ile sürekli dökümO ile sürekli döküm

31

EAF-Continuous Casting Route

Haddehane

32

33

Kiriş kütüğü döküm kalıbıKiriş kütüğü döküm kalıbı

34

Sep 27, 2006Arcelor International Çelik Dış

Ticaret 35

Dog Bones Dog Bones –– Beam BlanksBeam Blanks –– Kiriş kütükleriKiriş kütükleri

Haddehane

Küçük kesitleri doğrusallaştırıcı merdaneler

Ağır kesitler için Gag doğrusallaştırıcısı

37

TM Beams - Differdange mill

11001100

10001000

800800

DerinlikDerinlik(mm)(mm) Kiriş

Kolon

38

600600

400400

200200

1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100 110110 120120 130130

Başlık kalınlığıBaşlık kalınlığı (mm)(mm)

En ağır JUMBO kesitEn ağır JUMBO kesit

Köprüler için Köprüler için 1100 mm1100 mm(44”)(44”)

Sıcak Haddelenmiş Profiller� European Sections

� UPE 100-400 mm� IPE 100-750 mm� HE 100 – 1000 mm� HL 920 – 1100 mm� HD 260x54.1 to HD 400x1086

41

� HD 260x54.1 to HD 400x1086� Angles L 100-250

� Universal British Sections� UB 127x76 to UB 914x419� UC 152x23 to UC 356x634

� American Sections� W 100x19 to WTM 1100x499 (W4x13 to W44x335) � W360x134 to W360x1086 (W14x90 to W14x730)

� Other sections� HP, BP, UBP, HJ, IPN, UPN...

Profiller

42

SactanSactan yapmayapma Hadde ProfiliHadde Profili

Kesit ÖzellikleriIPE / IPN – UPE / UPN

Daha geniş flanş

Sep 27, 2006 43

Daha ince gövde

flanş


Daha geniş

Sep 27, 2006 44

Daha ince gövde

Daha geniş flanş


45


Sep 27, 2006 46

%14 eğim

paralel


Sep 27, 2006 47

%5-8 eğim

paralel

HE- Profiller

• Kalın etli kesitler

• Daha Geniş Flanşlı Kesitler (HE 300’e

48

Kesitler (HE 300’e kadar genişlik = yükseklik)

•Paralel flanşlı

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

49

� 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.)

Kalite S275JR

50

Kalite S275JR

51

Çeliginin Özellikleri

�� SertlikSertlik

�� KaynaklanabilirlikKaynaklanabilirlik

BoyunaBoyuna--kalınlıkkalınlık�� BoyunaBoyuna--kalınlıkkalınlık

�� SüneklikSüneklik

�� Sismik Tasarım : Sismik Tasarım : “Güçlü Kolon “Güçlü Kolon -- Zayıf Kiriş” kavramıZayıf Kiriş” kavramı

Charpy V Çentik Charpy V Çentik darbe testi darbe testi (CVN)(CVN) V çentikV çentik

KaynaklanabilirlikKaynaklanabilirlik

0.70.7

0.50.5

CE (%)CE (%)

13013070705050> 0> 0

140 (mm)140 (mm)

1010

4040

8080

1010

140140

0.30.3

0.10.1

00235235 355355 460460

500500Re (MPa)Re (MPa)

Ön ýsýtma Ön ýsýtma °°CC

CE (%) = C (%) + + +CE (%) = C (%) + + +MnMn (%)(%)66

((CrCr + + MoMo + V) (%)+ V) (%)55

((CuCu + + NiNi) (%)) (%)1515

1010

HISTAR 460 HD 400 x 1086 kg/m kaynaklanırken

Ön ısıtma yok!Ön ısıtma yok!

Malzemelerin Davranışı

�� enerji yutma özelliğienerji yutma özelliği�� elastikelastik

M = P.hM = P.haa MMaa


P(t)P(t)hh

aa

M = P.hM = P.haa

φφφφφφφφ

MMaa

φφφφφφφφ


�� enerji yutma özelliğienerji yutma özelliği�� elastikelastik

M = P.hM = P.haa


P(t)P(t)hh

aaφφφφφφφφ

M = P.hM = P.haa

uçuç


�� enerji yutma özelliğienerji yutma özelliği�� elastikelastik�� elastoelasto--plastikplastik


�� elastoelasto--plastikplastik

P(t)P(t)hh

aa

MMaa

φφφφφφφφ

MMaa

φφφφφφφφ

boşaltılmışboşaltılmışenerjienerji


�� enerji yutma özelliğienerji yutma özelliği

�� elastikelastik




P(t)P(t)hh

aa

MMaa

φφφφφφφφ

MMaa

φφφφφφφφ

daha fazla enerji yutulur!daha fazla enerji yutulur!

uçuç

Malzeme : Çelik

�� elastoelasto--plastikplastikM/MpM/Mp

1.21.2 stiffnessstiffness


φ/φφ/φφ/φφ/φφ/φφ/φφ/φφ/φpp

1.01.01.21.2

1.01.01.21.2

33 332222 11 11

stiffnessstiffness

Malzeme : beton

�� elastikliği azalırelastikliği azalır� direnç� E (elastisite modulü)


� E (elastisite modulü)

εεεεεεεεcycy

1010

2020

3030

4040

N/mmN/mm22

Çift Donatılı Betonarme

�� maliyet artarmaliyet artar

M/MpM/Mp



Öngermeli Beton

�� belli bir noktaya kadar elastikbelli bir noktaya kadar elastik�� ani ani rijitlikrijitlik kaybıkaybı

M/MpM/Mp


M/MpM/Mp


Yığma Yapı

�� 3 3 çevrimdençevrimden azaz�� başlangıçtabaşlangıçta çokçok rijitrijit

PP


PP

δδδδδδδδ

PP

δδδδδδδδ

Süneklik

göçme anındaki maksimum bozulma göçme anındaki maksimum bozulma

maksimum elastik bozulmamaksimum elastik bozulmaSüneklik =Süneklik =








bozulma = uzama veya ötelemebozulma = uzama veya öteleme

� ani göçmeye karşı sigorta� enerji yutma kapasitesi

� non-lineer davranışı ile � direnç kaybı olmaksızın !!!

bozulma = uzama veya ötelemebozulma = uzama veya ötelemebozulma = uzama veya ötelemebozulma = uzama veya ötelemebozulma = uzama veya ötelemebozulma = uzama veya öteleme

HISTAR : Süneklik

180180°° bükme testibükme testiYarıçap = 0Yarıçap = 0


Yarıçap = 0Yarıçap = 0

Yapının Davranışı

� çerçeveler� esnek


� deprem perde duvarları� stiff

Yapının davranışı

� Çerçeve + Tuğla duvar !!!!� doğal titreşim frekansı değişir -> yükler değişir


yükler değişir� burulma etkisi� kolonlardaki kesme kuvveti artar

kesmekesmekuvvetikuvveti

Çelik çerçeve testi

PP

PP


PP

PPküçük plastikleşmelerküçük plastikleşmeler

PP

22

33

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ Çok Katlı Yapılara Giriş 71Çelik çerçeve testi

yatayyatay ötelemeöteleme 1144

Plastik mafsal


Documents

Çelik Yapılar I - Ders 1 - Giriş