Son zamanlarda modern yapı mühendisliğinde çelik yapılar önemli bir yer tutmaktadır. Boyutlandırmada kullanılan yönetmeliklere ilişkin iki temel tasarım ilkesi mevcuttur. Bunlardan son yüzyıl içerisinde çok fazla kullanılan emniyet gerilmesi ile tasarımdır. Günümüzde ise daha rasyonel olan taşıma gücü ile tasarım kullanılmaya başlanmıştır.
Bilindiği gibi, ülkemizde 1980 yılında yayımlanan TS 648 “Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları” standardı bulunmaktadır. Bu standardın büyük bir bölümü güvenlik gerilmeleri ile tasarım yaklaşımını ele almaktadır. Fakat günümüzde bu standardın yetersiz kalması nedeniyle 2016 yılında “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları” yönetmeliği ve 2018 yılında “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslar Düzeltme” yayımlandı. Bu yönetmelik güvenlik katsayıları, yük ve dayanım katsayıları ile tasarım yaklaşımlarını ele almaktadır. Mevcut iki yönetmelik farklı tasarım prensiplerine dayanmaktadır.
TS 648’de kullanılmayan çelik sınıfları çıkartılıp sadeleştirildi ve 4 adet çelik sınıfının akma ve çekme dayanımlarına ait değerler verildi. TS 648’de çekme dayanımı belirli bir aralıkta verilirken ÇYTHYE‘de net değerler verilmekte ve malzeme kalınlığına göre değişmektedir. Elemanın kalınlığı artarken çekme ve akma dayanımının azalmaktadır. Ayrıca elastisite modülü TS 648’de 210000 MPa iken ÇYTHYE‘de 200000 MPa olarak değiştirildi.
TS 648’de yükleme durumları ve yük birleşimleri hakkında bilgi verilmediği için proje konusunda çalışan birçok mühendis sorun yaşadı. 2008 yılında odanın yayımladığı “İMO-02, R-01/2008” makalesinde yükleme durumları ve birleşimleri hakkında bilgiler verildi ve bir süre yapılan bu projelerde bu değerler kullanıldı. ÇYTHYE’nın yürürlüğe girmesi ile birlikte öngörülemeyen yük durumları ile ilgili yoruma açık kısımlar netlik kazandı. (İlave edilenler; yağmur yükü, akışkan madde basınç yükü, yatay zemin basıncı yükü)
Kesit dayanımları için kullanılan en kesit değerlerinde net enkesit alanı ve kayıpsız en kesit alanı kullanılıyorken, uniform olmayan yük dağılımlarını göz önüne alan etkin net enkesit alanı kavramı ilave edildi. Elemanların enkesit özellikleri ile ilgili bir bilgi TS648’de verilmedi, ÇYTHYE‘de eksenel basınç kuvveti ve eğilme momentinin basınç bileşini etkisinde, rijitleştirilmiş veya rijitleştirilmemiş enkesit parçaları için narinlik ve kompaktlık durumlarına göre hesap yöntemleri verildi.
Çekme dayanımı için narinlik değeri TS 648’de 250 iken ÇYTHYE‘de 300’e yükseltildi. Akma ve kırılma sınır durumlarının yanında blok kırılma sınır duruma da incelendi. Kırılma sınır durumunda TS 648’de net enkesit alanı kullanılırken ÇYTHYE‘de etkin net enkesit alanı kullanıldı.
Basınç dayanımında narinlik oranı TS 648’de 250 iken ÇYTHYE‘de 200 olarak değiştirildi ve mesnet durumlarına göre burkulma boyu hesabı kaldırıldı (Tablo 1). Çerçeve sistemler için kullanılan nomogramlara ek olarak burkulma boyunu net olarak hesap edilen formül verildi. TS 648’de basınç dayanımı hesaplanırken kullanılan burkulma katsayısı kavramı için Fe37 ve Fe52 çelikleri için verilmişti. Yeni yönetmelikte kritik burkulma gerilmesi hesabında bu durum netlik kazandı. İki yönetmelikte de basınç gerilmesi veya kritik burkulma gerilmesi hesaplanırken plastik narinlik ve narinlik ön sınır koşuluna bağlıdır. Fakat kullanılan katsayılar değiştirildi (Tablo 2). İki yönetmelikte eğilmeli burkulma sınır durumu mevcut iken yeni yönetmelikle birlikte burulmalı ve eğilmeli- burulmalı burkulma ve burulmalı burkulma sınır durumu ilave edilmiştir. Tek korniyerden oluşan, yapma ve narin enkesitli basınç elemanları için hesaplar verildi.
Tablo 1 Basınç çubuklarında burkulma boyu
Tablo 2 Plastik narinlik
Çift simetri eksenine sahip kompakt I ve kompakt U kesitlerin eğilme dayanımı TS 648’de narinlik sınır konuşulana bağlıyken, ÇHTHYE’de akma sınır durumunda ve yanal burulmalı burkulmalı eğilme dayanımı sınır durumlarında kritik olanına bağlıdır. Ayrıca ÇHTHYE’de;
- Kuvvetli eksenleri etrafında eğilme etkisindeki, kompakt gövdeli ve kompakt olmayan veya narin başlıklı çift simetri eksenli I-enkesitli,
- Kuvvetli eksenleri etrafında eğilme etkisindeki çift ve tek simetri eksenli narin gövdeli I-enkesitli,
- Zayıf eksenleri etrafında eğilme etkisindeki I-enkesitli ve U-enkesitli,
- Kutu enkesitli,
- Boru enkesitli,
- Simetri düzleminde yük etkisindeki çift korniyer ve T-enkesitli,
- Dolu enkesitli,
- Simetri ekseni olmayan enkesitli elemanlar için hesap yöntemleri verildi.
İki yönetmelikte de kullanılan moment azaltma katsayısı Cb’nin hesap yöntemi değiştirildi.
Bileşik etkiler incelendiğinde ise eğilme momenti ve eksenel kuvvet etkisindeki çift ve tek simetri eksenli elemanlar için sınır koşulu TS 648’de 0.15 iken ÇHTHYE’de 0.2 olarak değiştirildi (Tablo 3).
Tablo 3 Birleşik Etkilerin Karşılaştırılması
Ayrıca ÇHTHYE’de;
- Tek eksenli eğilme ve basınç etkisindeki çift simetri eksenli kompakt enkesitli hadde elemanlar,
- Eğilme momenti ve eksenel kuvvet etkisindeki diğer elemanlar,
- Burulma etkisindeki elemanlar ve burulma, eğilme, kesme ve/veya eksenel kuvvetin ortak etkisindeki elemanlar,
- Burulma etkisindeki boru ve kutu enkesitli elemanlar,
- Burulma, kesme kuvveti, eğilme ve eksenel kuvvetin ortak etkisindeki boru ve kutu enkesitli elemanlar için bileşik etki hesap yöntemleri verildi.
TS 648’de verilen fakat net olmayan kesme dayanımı, ÇHTHYE’de ayrıntılı olarak verildi. Ayrıca TS 648’de verilmeyen birleşim hesapları ÇHTHYE’de verildi.
KAYNAKLAR
[1] AISC ASD-89, Specification for Structural Steel Buildings- Allowable Stress Design and Plastic Design, American Institute of Steel Structures, Chicago, USA, 1989.
[2] AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings- Load and Resistance Factor Design, American Institute of Steel Structures, Chicago, USA, 2016.
[3] Eurocode 3, Design of Steel Structures, ENV 1993-1-1: Part 1.1: General rules and rules for buildings, European Committee For Standardization, Brussel, 1993.
[4] CSA-S16-14, Design of Steel Structures, Canadian Standards Association, Ontorio, Canada, 2014.
[5] JSCE-2007, Standard Specifications for Steel and Composite Structures, Japan Society of Civil Engineers, Tokyo, Japan, 2007.
[6] TS-648, Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1980.
[7] ÇYTHYDE, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar, Çevre ve Şehircilik Bakalığı, Ankara, 2016.
[8] ÇYTHYDE, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar, Çevre ve Şehircilik Bakalığı, Ankara, 2018.
[9] Bingöl, Cem. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 2014, 123s. (Yüksek Lisans Tezi)
[10] Özcan, Samet. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 2010, 199s. (Yüksek Lisans Tezi)
[11] Ülker, M, Savaş, S. “AISC 360-10 ve Türk Deprem Yönetmeliğine Göre Çelik Yapıların Tasarımı”. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30 (2018): 21-32