Kitap Siparişleriniz için Link:

SUNUŞ

Soğukta şekil verilmiş çelik yapılar diğer genel kullanım adıyla hafif çelik yapılar ilk olarak Amerikada artan ahşap fiyatına karşı alternatif olarak kullanılmaya başlanmış ve giderek artan kullanımıyla disipline edilerek şartnamelerle desteklenmiştir. Son yıllarda adından çok söz ettiren hafif çelik yapı sistemi yıllarca ülkemizde çelik prefabrik ve modular yapıların ana yapısal elemanı olarak kullanılmıştır.

Çelik Pefabrik yapı olarak adlandırılan sistem, hafif çelik elemanları bir araya getirelerek duvar panelleri ve/veya döşeme-çatı panellerinıin fabrika ortamında oluşturulduğu (2 boyutlu) ve sahadan başka bir ortamda hazırlanmış olan bina sistemleridir.

Modular hafif çelik yapılar (3 boyutlu) ise bazen konteyner olarak da adlandırılan ve çeşitli amaçlarla kullanılabilen ve çoğu elemanının soğukta şekillendirilmiş çelik saclardan oluşan yapı sistemidir.

Hafif çelik son yıllarda konut inşaatında da gittikçe kullanımı artan bir yapı sistemi olmuştur. Kitabı hazırlarken sayın Osman Gazi Sultan’ın yıllarca yurt dışında yaptığı çalışmalar ve ülkemizin ve dünyanın en büyük hafif çelik ve prefabrik yapı firmalarından olan Dorçe prefabrik ve İnşaat firmasında olan çalışmaları yol göstericisi olmuştur.

Bu kitap ülkemizde dizayn şartnamesi olarak önerilen TS EN1993-1-3 şartnamesinin kullanımını örneklerle ve pratik olarak açıklayan bir kılavuz kitap olmuştur. Kullanıcıların bu kitabı kullanırken TS EN1993-1-3 u de incelemiş ve anlamış olması gerekmektedir.

Dr. Ferzat Mercan

ÖNSÖZ

Birkaç sene önce Türk inşaat sektöründe ilk münasebetim Soğukta Şekil Verilmiş Çelik yapılarda oldu, gördüğüm kadar bu tür yapılar Türkiye Cumhuriyeti’nde iyice yaygınlaşmaya başlamıştır, ama ne yazık ki buna rağmen bu konuda Türkçe yayınlanan kitap veya kaynaklar oldukça azdır, bu nedenle bu kitabın, Türk dizayn şartnamesi olarak önerilen TS EN1993-1-3 şartnamesine uygun olarak hazırlamasın düşündüm.

Bu konuda Türkiye Cumhuriyeti’nin en büyük firmalarından olan iş yerim Dorçe Prefabrik Yapı ve İnşaat Sanayi Ticaret A.Ş firması ve firmada çalışan, başta olmak üzere sayın Dr. Ferzat Mercan, iş arkadaşlarım beni yüreklendirdi ve yardımcı oldu, bunun için Sayın Cenk Çetin, Sayın Yücel Erdem Atalay, Sayın Merve Çağlar ve Sayın Nermin Öztürk arkadaşlarıma teşekkürü bir borç bilirim.

Umarım ki bu kitap, inşaat mühendislerine ve inşaat mühendisliği bölümünün öğrencilerine, soğukta şekil verilmiş yapıların tasarımında yardımcı bir kaynak olur.

Osman Sultan

KULLANILAN SEMBOLLER

A_Ed	Depremin tasarım yükü
A_eff	Etkin kesitin alanı
A_eff,f	Basınç altında çalışan başlığın etkin alanı
A_eff,w	Basınç altında çalışan gövdenin etkin alanı
A_g	Brüt enkesit alanı
A_net	Net enkesit alanı
A_g.sh	Düz köşeli kesitin (köşe bükümleri gözardı edilmiş kesit) alanı
A_s1	Birinci başlığın (Flanşın) ucundaki rijitleştirme bölgesinin kesit alanı
A_s2	İkinci başlığın (Flanşın) ucundaki rijitleştirme bölgesinin kesit alanı
b	Profilin genişliği (Profil başlık genişliği)
b₁	Kesitin gövdesi ile birinci başlığın ucundaki rijitleştirme bölgesinin merkezi arasındaki mesafe
b₂	Kesitin gövdesi ile ikinci başlığın ucundaki rijitleştirme bölgenin merkezi arasındaki mesafe
b_eff	Başlığın etkin genişliği
b_e1	Başlığın etkin genişliğinin gövdeye yakın kısmının genişliği
b_e2	Başlığın etkin genişliğinin Rijitleştirme bölgesine yakın kısmının genişliği
b_p,i	i numaralı düzlem parçasının genişliği.
c	Berkitme tırnaklarının (rijitleşiricilerinin) genişliği
C	Dönmeye karşı yay sertliği
c	Kesitin enine yerel olarak uygulanan kuvvetin uygulama noktasından sonraki mesafe
C₁,C₂,C₃	Elastik kritik moment hesabında kullanılan yükleme şekline bağlı sabitler
c_eff	Berkitme tırnaklarının etkin genişliği
C_g	Kesitin merkezi
C_mx, C_my, C_mLT,	Üniform Moment Katsayıları
C_mx,0, C_my,0	Üniform Moment Katsayıları
d	Gövde parçalarının düz boyu
E	Elastisite modülü (Young modülü)
e_Ny,e_Nz	Etkin enkesit merkezi ile brüt enkesit merkezi y ve z yönü arasındaki mesafe
f_bv	Burkulmalı kesme dayanımı
F_Ed	Yerel olarak kesitin enine uygulanan kuvvet (Mesnet reaksiyonu gibi)
F_n,RD	Yerel olarak kesitin enine uygulanan kuvvete karşı Enkesitin dayanımı
f_ya	Çeliğin ortalama akma gerilmesi
f_yb	Çeliğin akma gerilmesi
G	Kesme modülü.
G_k,j	Sabit yükün karakteristik değeri.
h	Profilin yüksekliği (Profil gövde yüksekliği)
h₁	Basınca çalışan başlığa yakın olan gövdenin etkin genişliğinin kısmın genişliği
h₂	Çekmeye çalışan başlığa yakın olan Gövdenin etkin genişliğinin kısmın genişliği
h_c	Gövdenin basınç altında çalışan kısmın genişliği
h_eff	Gövdenin etkin genişliği
I_eff	Etkin enkesitin atalet momenti
I_eff,f	Basınç altında çalışan başlığın, minör eksene göre etkin atalet momenti
I_g	Brüt enkesit atalet momenti
I_g.sh	Düz köşeli enkesitin atalet momenti
I_p	Polar atalet momenti
I_s1	Birinci başlığın ucundaki rijitleştirme bölgesinin, bu bölge merkezine göre atalet momenti
I_s2	İkinci başlığın ucundaki rijitleştirme bölgesinin, bu bölge merkezine göre atalet momenti
I_t	St Venant sabiti (burulma sabiti)
I_w	Brüt enkesit çarpılma (bükülme) sabiti.
I_w.sh	Düz köşeli kesitin çarpılma (bükülme) sabiti.
I_y	Brüt enkesitin y eksen yönünde Atalet momenti
I_z	Brüt enkesitin z eksen yönünde Atalet momenti
I_η	η Asal eksen yönünde atalet momenti
I_ξ	ξ Asal eksen yönünde atalet momenti
i_f	Profilin eşdeğer başlığının atalet yarıçapı
i_y	Brüt enkesitin y eksen yönünde Atalet yarıçapı
i_z	Brüt enkesitin z eksen yönünde Atalet yarıçapı
k	Ortalama akma gerilmesinin hesabında kullanılan, soğukta şekillendirme tipi ile ilgili katsayı
K	Deplasmana karşı yay sertliği
k_f	Basınç altında çalışan başlıkların tutukluluk katsayısı
k_w	Çarpılma ile bağlı etkin boy katsayısı.
k_y	Güçlü eksen yönünde dönme ile bağlı etkin boy katsayısı.
k_z	Zayıf eksen yönünde dönme ile bağlı etkin boy katsayısı.
k_yy,k_yz,k_zy,k_zz	Eksenel yük ile eğilme momenti etkileşiminin katsayıları
L_c	Yanal-burulmalı burkulmaya karşı maruz kalan elamanın boyu
l_t	Elemanın burulma boyu
m	Düzlem parçaların sayısı.
M_by,Rd	Yanal-burulmalı burkulmaya karşı y-y yönünde moment dayanımı
M_bz,Rd	Yanal-burulmalı burkulmaya karşı z-z yönünde moment dayanımı
M_c,Rd	Profilin eğilme dayanımı
M_cr	Kritik elastik moment
M_y,Ed	y-y eksenin yönünde tasarım momenti
M_z,Ed	z-z eksenin yönünde tasarım momenti
n	Profilde, acısı 90° derece ve iç yarıçapı r ≤ 5 olan bükümlerin sayısı
N_c,Rd	Basınç dayanımı
N_b,Rd	Eğilmeli burkulmaya karşı elemanın basınç dayanımı
N_cr,T	Burulmalı burkulma için hesaplanan Elastik kritik basınç kuvveti
N_cr,TF	Burulmalı-Eğilmeli burkulma için hesaplanan Elastik kritik basınç kuvveti
N_cr,y	y -y yönünde burkulma için hesaplanan Elastik kritik basınç kuvveti
N_cr,z	z-z yönünde burkulma için hesaplanan Elastik kritik basınç kuvveti
N_t,Rd	Brüt enkesitin çekme dayanımı
Q_k,1	Etkin değişken yük karakteristik değeri.
Q_k,i	Diğer değişken yük karakteristik değeri.
r	İç eğrilik yarıçapı
r_j	j numaralı Bükümlü köşenin yarıçapı.
R_w,RD	Yerel olarak profilin enine uygulanan kuvvete karşı profilin dayanımı
S_c	Kesme merkezi
S_d	Gövdenin toplam eğik yüksekliği
S_p	Gövde parçalarının arasında en uzun parçasının eğik yüksekliği
s_s	Kesitin enine yerel olarak uygulanan kuvvetin uygulama bölgenin genişliği
S_w	İki başlığın orta noktalarından ölçülen Gövdenin eğik yüksekliği
S_y0	Brüt enkesitin y-y yönünde alan momenti
S_z0	Brüt enkesitin z-z yönünde alan momenti
t	Cidar kalınlığı
t_cor	Çinko veya başka kaplama katmanları haricinde ölçülen kalınlık
t_f	Başlıkların kalınlığı
t_nom	Nominal kalınlık
t_red	Azaltılmış kalınlık
t_w	Gövdenin kalınlığı
V_b,Rd	profilin kesme dayanımı
V_Ed	Tasarım Kesme dayanımı
W_eff,y	Etkin kesitin y-y yönünde mukavemet momenti
W_eff,z	Etkin kesitin z-z yönünde mukavemet momenti
W_el	Kesitin elastik mukavemet momenti
W_pl	Kesitin plastik mukavemet momenti
Y_j , Z_j	Simetrisizlik katsayısı
y_s	Kesme merkezinin, kesit merkezine göre y koordinatı
z_c	Kesitin, basınç altında çalışan kısmının derinliği
z_g	Kesitin kesme merkezi ile yükün uygulama noktası arasındaki z-z eksen yönünde mesafe
z_s	Kesme merkezinin, kesit merkezine göre z koordinatı
α_y, α_z, α_T, α_LT,	Yetersizlik katsayıları.
γ_G,i	Sabit yükler için Kısmi faktör katsayısı.
γ_M0;γ_Mi; γ_Mf	Güvenlik katsayıları
γ_Q,1	Etkin değişken yük için Kısmi faktör yük katsayısı.
γ_Q,i	Diğer değişken yük (etkin olmayan) Kısmi faktör yük katsayısı.
δ	Düzeltme katsayısı
ε	Akma dayanımına bağlı katsayı
λ	Boyutsuz narinlik
λ_p	Düzlem narinliği
λ_p,red	Azaltılmış Düzlem narinliği
μ_x,μ_x,	Etkileşim katsayılarının hesabında kullanılan yardımcı sabitler
ξi	Sabit yük G_k,i’nin azaltma etkisini düşüren bir katsayı
ρ	Ekin genişlik azaltma katsayısı
σ_com.Ed	Tasarım gerilmesi
σ_My,ED,σ_Mz,ED_,	Etkin enkesitte, Eğilme momenti altında oluşan doğrudan gerilme
σ_N,ED	eksenel yük altında oluşan doğrudan gerilme
σ_tot,ED	Total tasarım gerilmesi
σ_W,ED	Brüt enkesite göre, çarpılmadan dolayı oluşan doğrudan gerilme
τ_t,ED	Brüt enkesite göre, yayılı burulmadan dolayı oluşan kesme gerilmesi
τ_tot,ED	Total tasarım kayma gerilmesi
τ_vy,ED_;τ_vz,ED	Kesme kuvvetinden oluşan kesme gerilmesi
τ_w,ED	Brüt enkesite göre, çarpılma dolayından oluşan kesme gerilme
ϕ	Derece ile ölçülen iki düzlem parçanın arasındaki açı.
ϕ	Gövdenin eğilme derecesi
ϕ_x, ϕ_y, ϕ_T, ϕ_LT	Burkulma dayanımının azaltma faktörü hesabında kullanılan sabitler
χ, χ_y, χ_z, χ_T, χ_LT,	Burkulmaya bağlı dayanım azaltma katsayısı
ψ	Bir düzlemin iki ucundaki arasında gerilme oranı
Ψ_0,i,Ψ_1,i	Değişken yük birleşim değeri birleştirme katsayısı.
Ψ_2.i	Değişken yükün yarı sık değeri birleştirme katsayısı.
ω_0,ω_{0i ,}ω_i	Sektöriyel koordinatlar

İÇİNDEKİLER

1. GİRİŞ. 1

1.1. Kitabın amacı 1

1.2. Soğukta şekillendirilmiş çelik tarihi ve ilgili Standartlar 1

1.3. Soğukta şekillendirilmiş çelik yapıların avantajları 3

1.4. Soğukta şekillendirilmiş çelik kesitlerin kullanım yerleri 4

1.5. Kitabın kapsamı 5

2. TS EN 1993 –1-3 TASARIM ESASLARI. 9

2.1. Yükler ve Kombinasyonlar 10

Örnek 2-1. 12

3. MALZEMELER.. 17

3.1. TS EN 1993 Standardına göre Hafif çelik kaliteleri 17

3.2. Soğukta şekillendirilmiş çeliğin özellikleri 19

Örnek 3-1. 21

4. KESİTLERİN ÖZELLİKLERİ. 23

4.1. Enkesitin nominal boyutları 23

4.2. Enkesit özelliklerinin hesap koşulları 23

4.3. Boyut Koşulları 26

4.4. Enkesitin geometrik özellikleri 27

4.4.1. Enkesit alanı 27

4.4.2. Enkesitin alan momenti ve merkez koordinatları 28

4.4.3. Enkesitin atalet momenti, I_x ve I_y. 29

4.4.4. Enkesitin atalet yarıçapı 29

4.4.5. Asal eksenler ve asal eksenlere göre atalet momentleri 29

4.4.6. Enkesitin burulma ataleti (St Venant sabiti ) It 30

4.4.7. Çarpılma katsayısı I_w ve kesme merkezleri y_s, z_s 30

4.4.8. Kutupsal (Polar) atalet momenti Ip. 35

4.4.9. Simetrisizlik katsayıları, z_j ve y_j 35

5. STRÜKTÜREL ANALİZLER.. 67

5.1. Yerel ve genel burkulmaların etkisi 67

5.2. Etkin kesit hesapları: 68

5.3. Rijitleştirilmemiş düzlem cidarların etkin genişliği 72

5.3.1. Etkin genişliğin azaltma katsayısının (ρ) hesabı 73

5.4. İki kenarı tutulu düzlemin etkin genişliği 77

5.4.1. Etkin genişliğin azaltma katsayısının (ρ)hesabı 77

5.5. Bir kenarı tutulu ikinci kenarı rijitleştirilmiş düzlemler 79

5.6. Soğukta şekillendirilmiş kesitlerin etkin özelliklerinin hesabı 87

6. KESİTLERİN DAYANIM HESAPLARI: 129

6.1. Çekme dayanımı, 130

6.2. Basınç dayanımı 130

6.3. Eğilme moment dayanımı 131

6.4. Kesme ( Kayma) dayanımı 135

6.5. Burulma dayanımı 138

6.6. Kesitin enine yerel olarak uygulanan kuvvetlere karşı dayanımı 139

6.6.1. Gövdeleri güçlendirilmemiş profiller için: 139

6.6.1.1. Güçlendirilmemiş tekil gövdeli profiller: 139

6.6.1.2. Tekil güçlendirilmiş gövdeli kesitler: 141

6.6.1.3. İki veya ikinden fazla güçlendirilmemiş gövdeli profiller: 143

6.6.2. Boyu boyuna Güçlendirilmiş gövdeler için. 146

6.7. Çekme ile eğilme dayanımı 149

6.8. Basınç ile eğilme dayanımı 151

6.9. Kesme, basınç ve eğilme momenti dayanımı 154

6.10. Eğilme momenti ile yerel yükler dayanımı. 154

6.11. Örnekler 158

Örnek 6-1 (çekme dayanımı) 158

Örnek 6-2 (basınç dayanımı) 160

Örnek 6-3 (moment dayanımı 1) 167

Örnek 6-4 (moment dayanımı 2) 174

Örnek 6-5 (Eksenel basınç dayanımı) 180

Örnek 6-6 ( çift yönde moment, Kesme ve Ezilme kontrolü): 182

Örnek 6-7 (basınç ile eğilme momenti) 186

Örnek 6-8 ( eğilme momenti ile kesme) 190

7. Yapısal elemanların dayanımı 197

7.1. Eksenel yük altında çalışan elemanlar 198

7.1.1. Eğilmeli Burkulma. 198

7.1.2. Burulmalı burkulma ve burulmalı-eğilmeli burkulma. 200

7.2. Eğilme moment altında çalışan elemanlar 206

7.2.1. Burkulmalı moment dayanımı 206

7.2.2. Yanal-burulmalı burkulma. 206

7.2.3. Kolaylaştırılmış hesap yöntemi 212

7.3. Eksenel yük ile eğilme momenti 218

1. GİRİŞ

1.1. Kitabın amacı

Soğukta şekillendirilmiş çelik yapılar Türkiye’de gittikçe yaygınlaşmakta ve bu yapı sistemi ile bina yapan birçok firma hem yurt içinde hem de yurt dışına büyük projelere imza atmaktadır. Buna rağmen soğukta şekillendirilmiş çelik yapılarla ilgili Türkçe kitap ve hesap kaynakları nadir olarak bulunmaktadır. Bu kitap, inşaat mühendisleri ve inşaat mühendisliği bölümü öğrencileri için yardımcı bir kaynak olması amacıyla hazırlanmıştır.

1.2. Soğukta şekillendirilmiş çelik tarihi ve ilgili Standartlar

Soğukta şekillendirilmiş çelik yapıların ilk kullanımı ABD ve İngiltere’de 1850 yılı civarında başlamıştır, fakat 1930 yılına kadar bu tip yapıların ve kesitlerin hesabı ile ilgili bir yöntem veya standart bulunamadığı için yaygınlaşmamıştır.

1930 1930’lu yıllara gelindiğinde ise ABD’de sıcakta haddelenmiş çelik profilleri için standartlar çıkmaya başladı, onlar da Soğukta şekillendirilmiş çelik için uygun bulunmadı.

1939-1946 yılları arasında Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü (American Iron and Steel Institute, AISI) tarafından, soğukta şekillendirilmiş çelik tasarımcıların hocası sayılan Profesör George Winter önderliğinde “AISI, 1946” ismi altında, ilk Soğukta şekillendirilmiş çelikle ilgili (Güvenli dayanımlar ile tasarım ASD) yönetmelik yayınlandı.

Daha sonra AISI-ASD standardı 1956, 1960, 1962, 1968, 1980, and 1986 yıllarında sürekli olarak revize edildi. 1991 yılında ilk defa yük ve dayanım katsayıları ile tasarım (LRFD) yöntemi standarda eklendi. AISI-1996 versiyonunda iki yöntem (ASD ve LRFD) tek standartta birleştirdi.

2001 yılında standart Kanada, Meksika ve ABD’yi kapsayarak birleştirildi ve kuzey Amerika standardı olarak (North American Specification NAS 2001 ve AISI-2001) adı altında yayınlandı. ve daha sonra 2007, 2010 ve 2015 yıllarında standart revize edildi.

İngiltere’de 1931 yılından başlayan araştırmalar sonucu ile ilk İngiliz standardı 1958 yılında BS449 Specification for the Use of Cold- Formed Steel Sections in Buildings adı altında yayınlanmıştır. Standard 1969, 1970 ve 1975 yıllarında revize edildi ve son olarak 1980 yılında iptal edilmiş ve yerine BS 5950-part5 (Structural use of steelwork in building. Code of practice for design of cold formed thin gauge sections) yayınlanmıştır. Bu standart 1998 yılında Çelik yapıların projelendirilmesi - Bölüm 1-3: Genel kurallar - Soğukta Şekillendirilmiş ince ölçülü elemanlar ve sacla kaplama için BS EN1993-1-3 (Avrupa ile ortak kod) adını aldı.

EN1993-1-3 standardı Avrupa’nın birçok ülkesinde 2006 yılına kadar kabul gördü. Daha sonra bu standart 2006, 2009 ve 2012 de revize edildi.

Türkiye’de Soğukta şekillendirilmiş çelik yapılar ile ilgili TS 11372 adı altında (Çelik Yapılar-Hafif-Soğukta Sekil verilmiş Profillerle Oluşturulan-Hesap Kuralları)– 1994’te yayınlanan ve AISI kodunun eski bir versiyonunu baz alan bir Türk Standardı bunmaktadır, fakat bu standart uluslararası standartlara göre çok geride kalmıştı, bunun için 27,03,2007 tarihinde Enstitüsü tarafından (Eurocode 3: Çelik yapıların projelendirilmesi - Bölüm 1-3: Genel kurallar - Soğukta biçimlendirilmiş ince ölçülü elemanlar ve saçla kaplama için) standardı TS EN 1993-1-3 ismi altında Soğukta şekillendirilmiş çelik yapıların hesabı için kabul edildi. Bu nedenle bu kitabın TS EN (Eurocode’lerin Türk versiyonu)’ne göre hazırlaması uygun bulundu ve ona göre yapıldı.

Diğer ülkelerde de soğukta şekil verilmiş çelik yapıları için yerel kodlar ve standartlar hazırlanmıştır, örneğin;

Çin : Technical Code of Cold-formed Thin-wall Steel Structures Building Code: GB 50018-2002.

Japonya : Design Manual of Light-gauge Steel Structures Building Code: Technical standard notification No.1641 concerning light-gauge steel structures.

Malezya : Malaysia uses British Standard BS5950, especially BS5950:Part 5; AS4600 (from Australia)

Avustralya ve Yeni Zelanda : AS/NZS 4600 AS/NZS 4600:2005 Building Code of Australia

Afrika da Etiyopya: (EBCS-1 Basis of design and actions on structures EBCS-3 Design of steel structure).

Güney Afrika’da: (SANS 10162 - The Structural Use of Steel: Part 2 - Limit-state design of cold-formed steelwork Building code: National Building Regulations of South Africa Brezilya: NBR 14762:2001(Cold-formed steel design - Procedure, last update 2001) ve NBR 6355:2003 (Cold-formed steel structural profiles, last update 2003) .

Filipin : National Structural Code of the Philippines (NSCP) 2010, Volume 1 Buildings, Towers, and other Vertical Structures, Chapter 5 Part 3 Design of Cold-Formed Steel Structural Members is based on AISI S100-2007

Hindistan: IS:801, Indian standard code of practice for use of cold-formed light gauge steel structural members in general building construction, Bureau of Indian Standards, New Delhi (1975). (Currently under revision) Building Code : see - model code National Building Code of India.