Çelik Yapılarda Deprem Tasarımı: TBDY 2018 Sistem Seçimi
Çelik yapıda deprem tasarımının merkezinde tek bir karar vardır: süneklik düzeyi. Süneklik düzeyi yüksek (SDY) bir sistem seçerseniz deprem yükünüz düşer (R büyür) ama kesit ve birleşim koşulları sıkılaşır. Sınırlı (SDS) seçerseniz tersi olur. TBDY 2018 Tablo 4.1 bu takası sayısallaştırır — ve iki dik doğrultuda süneklik düzeyinin aynı olmasını zorunlu tutar.
- Çelik neden deprem için avantajlı?
- R ve D katsayıları: TBDY Tablo 4.1
- SDY mi SDS mi? Takas nerede
- Sık yapılan sınıflandırma hatası: C16
- İki doğrultu aynı süneklikte olmak zorunda
- Bina Yükseklik Sınıfı (BYS) çoğu zaman R’den daha belirleyici
- Birleşimler: asıl deprem tasarımı burada
- Mevcut yapıyı değerlendirirken
- Sık sorulan sorular
Çelik neden deprem için avantajlı?
İki sebep var ve ikisi de fizikseldir.
Birincisi kütle. Deprem kuvveti, yapının kütlesiyle doğru orantılıdır. Çelik yapı betonarmeye göre çok daha hafif olduğu için üzerine gelen taban kesme kuvveti de daha düşüktür. Aynı deprem, aynı arsada, iki yapıya farklı büyüklükte kuvvet uygular.
İkincisi süneklik. Çelik, akma sınırını geçtikten sonra kopmadan önce belirgin şekilde şekil değiştirir. Bu şekil değiştirme sırasında enerji yutar. Doğru detaylandırılmış bir çelik yapı, depremde hasar alır ama ani göçmez — insanların tahliye edebileceği davranış budur.
Ancak dikkat: süneklik malzemenin değil, detayın özelliğidir. Yanlış detaylandırılmış bir birleşim, çelik olmasına rağmen gevrek kırılır. Deprem tasarımı bu yüzden kesit hesabından çok birleşim tasarımıdır.
R ve D katsayıları: TBDY Tablo 4.1
TBDY 2018, her taşıyıcı sistem tipine iki katsayı verir:
- R — Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısı. Elastik deprem yükünün kaçta kaçıyla tasarım yapacağınızı belirler. R büyüdükçe tasarım yükü düşer.
- D — Dayanım Fazlalığı Katsayısı. Belirli elemanların (kolon, birleşim, temel) büyütülmüş deprem etkisiyle kontrol edilmesinde kullanılır.
| Kod | Taşıyıcı sistem | R | D | BYS koşulu |
|---|---|---|---|---|
| C11 | Moment aktaran SDY çelik çerçeve | 8 | 3,0 | BYS ≥ 3 |
| C12 | SDY dışmerkez / burkulması önlenmiş merkezi çaprazlı | 8 | 2,5 | BYS ≥ 2 |
| C13 | SDY merkezi çaprazlı çelik çerçeve | 5 | 2,0 | BYS ≥ 4 |
| C16 | Tek katlı, çatı bağlantıları mafsallı, H ≤ 12 m, SDY kolonlar | 4 | 2,0 | — |
| C31 | Moment aktaran SDS çelik çerçeve | 4 | 2,5 | BYS ≥ 7 |
| C32 | SDS merkezi çaprazlı çelik çerçeve | 3 | 2,0 | BYS = 8 |
| C33 | SDS moment çerçevesi + SDS merkezi çaprazlı birlikte | 4 | 2,0 | BYS ≥ 7 |
TBDY 2018 Tablo 4.1, çelik binalar bölümü. SDY: süneklik düzeyi yüksek · SDS: süneklik düzeyi sınırlı · BYS: Bina Yükseklik Sınıfı (TBDY Tablo 3.3). Tablo, hesabı yapan mühendisin sistem seçimi için özettir; uygulama yönetmeliğin kendi metnine göre yapılır.
SDY mi SDS mi? Takas nerede
Tabloya baktığınızda SDY sistemlerin R değeri belirgin yüksek: moment çerçevede 8’e karşı 4. Bu, deprem yükünüzün yarıya inmesi demek. Peki neden herkes SDY seçmiyor?
Çünkü R büyüdükçe yönetmelik karşılığında daha fazla süneklik ister ve bunu şu şekilde dayatır:
| SDY (süneklik düzeyi yüksek) | SDS (süneklik düzeyi sınırlı) | |
|---|---|---|
| Deprem yükü | Düşük (R = 5–8) | Yüksek (R = 3–4) |
| Enkesit koşulu | Sıkı — λhd sınırı | Daha gevşek — λmd sınırı |
| Yanal destek (Lb) | Sıkı sınır | Daha rahat |
| Birleşim tasarımı | Kapasiteye göre; ön nitelikli detay gerekebilir | Daha basit |
| Malzeme ve imalat | Kaynak ve muayene şartları ağır | Standart |
| Uygun olduğu yer | Kompakt kesitli, düzenli çok katlı yapılar | Narin gövdeli sanayi yapıları, PEB |
Sanayi yapılarındaki pratik gerçek: Değişken kesitli (PEB) bir çerçevenin gövdesi narin olduğu için SDY’nin enkesit koşullarını sağlamak çoğu zaman mümkün değildir. Bu durumda doğru hamle, deprem etkisini çapraz sistemine yıkmaktır. Çerçeve kirişi deprem taşıyıcı sisteminin parçası olmadığında, o elemana SDY’nin enkesit ve yanal destek koşulları uygulanmaz.
Sık yapılan sınıflandırma hatası: C16
TBDY Tablo 4.1’de tek katlı yapılar için tek bir özel satır vardır: C16. R = 4, D = 2 ve BYS koşulu yok. Sundurma ve tek katlı sanayi yapılarında bu satır çok çekicidir — ve tam da bu yüzden en çok yanlış kullanılan satırdır.
C16’nın koşulu şudur: çatı düzeyi bağlantıları mafsallı, bina yüksekliği H ≤ 12 m ve SDY kolonlar. Yani C16 aslında bir konsol kolon sistemidir: kolon tabanı ankastre, çatı bağlantısı mafsallı, moment çerçevesi yok.
Tipik bir portal çerçeve bunun tam tersidir: diz noktası guseli ve moment aktarır, kolon tabanı ise çoğu zaman mafsallıdır. Dolayısıyla:
- Portal çerçevenin enine (çerçeve) doğrultusu C16 değildir; C11 (SDY) veya C31 (SDS) moment çerçevesidir.
- C16 ancak boyuna doğrultuda, cephe çaprazı tamamen kaldırılıp kolon tabanları ankastre yapılırsa geçerli olabilir.
- Tabanı mafsallı + çatısı mafsallı bir kolon mekanizmadır — ayakta durmaz. C16 mafsallı tabanla kullanılamaz.
Bu ayrımı atlayan bir hesap, düşük deprem yüküyle boyutlandırılmış ve yönetmeliğe uymayan bir yapı üretir.
İki doğrultu aynı süneklikte olmak zorunda
TBDY 4.3.4.2 açık bir cümleyle şunu söyler: “Birbirine dik doğrultularda taşıyıcı sistemlerin süneklik düzeylerinin aynı olması zorunludur.”
Bunun pratik sonucu genelde fark edilmez: bir doğrultuda verdiğiniz karar, diğer doğrultuyu da bağlar. Örneğin boyuna doğrultuda gergi çubuğu (narin çapraz) kullanmaya karar verirseniz, o sistem SDS sınıfına düşer ve enine doğrultudaki moment çerçevesini de SDS olarak tasarlamak zorunda kalırsınız. Yani tek bir eleman seçimi, binanın tamamının deprem yükünü değiştirir.
Buna karşılık R katsayıları iki doğrultuda farklı olabilir; yönetmelik yalnızca süneklik düzeyinin aynı olmasını şart koşar.
Bina Yükseklik Sınıfı (BYS) çoğu zaman R’den daha belirleyici
Tablo 4.1’deki her satırın bir BYS koşulu vardır ve bu koşul, pratikte R değerinden daha çok sistem seçimini kısıtlar. Örneğin C31 (moment aktaran SDS çerçeve) için BYS ≥ 7 şartı vardır; yapınız daha yüksek bir sınıfa giriyorsa bu sistemi seçemezsiniz — R’sinin uygun olması bir şey ifade etmez.
BYS, bina yüksekliğine ve Deprem Tasarım Sınıfına (DTS) göre TBDY Tablo 3.3’ten belirlenir. Sistem seçmeden önce bakılması gereken ilk şey budur.
Birleşimler: asıl deprem tasarımı burada
Kesitler yeterli çıksa bile, birleşim gevrek davranırsa yapı sünek davranamaz. R katsayısının varsaydığı enerji yutma gerçekleşmez ve yapı, hesapta öngörülenden çok daha büyük kuvvetle karşılaşır.
Bu yüzden deprem tasarımında dikkat ettiğimiz noktalar:
- Kapasite tasarımı. Birleşim, bağladığı elemanın kapasitesine göre boyutlandırılır; kesit tesirine göre değil.
- Kaynak kalitesi ve muayene. Sünek davranış beklenen birleşimlerde kaynak kusuru doğrudan gevrek kırılmaya yol açar.
- Bulon ön germesi. Kayma kritik birleşimlerde ön germe uygulanmalı ve kontrol edilmelidir.
- Guse ve berkitme detayları. Plastik mafsalın oluşması istenen bölge, tasarımda bilinçli olarak seçilir.
Mevcut yapıyı değerlendirirken
Elinizde çalışan bir çelik yapı varsa ve deprem performansını merak ediyorsanız, sıra şudur:
- Röleve. Taşıyıcı sistem şeması, kesit ölçüleri, birleşim detayları ve çapraz düzeni yerinde ölçülür. Statik proje elde yoksa bu adım atlanamaz.
- Malzeme tespiti. Çelik kalitesi belirlenir; eski yapılarda belge bulunmayabilir.
- Değerlendirme. Yapı, TBDY 2018’in mevcut binalar için öngördüğü yöntemle çözülür.
- Güçlendirme kararı. Sonuca göre çapraz ilavesi, birleşim güçlendirmesi veya kesit takviyesi planlanır.
Sanayi yapılarında en sık karşılaştığımız eksik, yetersiz veya hiç olmayan çapraz sistemidir. Çapraz eklemek çoğu zaman en ekonomik güçlendirme yöntemidir ve üretim durmadan yapılabilir.
Sık sorulan sorular
Çelik yapı depreme dayanıklı mı?
İki sebeple avantajlıdır. Birincisi kütle: deprem kuvveti yapının kütlesiyle orantılıdır ve çelik yapı betonarmeye göre çok daha hafiftir. İkincisi süneklik: çelik akma sınırını geçtikten sonra kopmadan şekil değiştirir ve bu sırada enerji yutar, yani ani göçmez. Ancak süneklik malzemenin değil detayın özelliğidir; yanlış detaylandırılmış bir birleşim çelik olmasına rağmen gevrek kırılabilir.
R katsayısı nedir, neden önemlidir?
R, Taşıyıcı Sistem Davranış Katsayısıdır ve elastik deprem yükünün kaçta kaçıyla tasarım yapılacağını belirler. R büyüdükçe tasarım yükü düşer. TBDY 2018 Tablo 4.1’e göre moment aktaran SDY çelik çerçevede R = 8 iken SDS çerçevede R = 4’tür; yani sistem seçimi deprem yükünü yarıya indirebilir. Ancak yüksek R karşılığında yönetmelik daha sıkı enkesit, yanal destek ve birleşim koşulları ister.
SDY ile SDS arasındaki fark nedir?
SDY (süneklik düzeyi yüksek) sistemlerde deprem yükü düşüktür ama enkesit koşulları, yanal destek sınırları ve birleşim tasarımı çok daha sıkıdır. SDS (süneklik düzeyi sınırlı) sistemlerde ise deprem yükü yüksektir, buna karşılık detay gereklilikleri gevşektir. Narin gövdeli sanayi yapılarında ve PEB çerçevelerde SDY’nin enkesit koşullarını sağlamak çoğu zaman mümkün olmaz.
Tek katlı sanayi yapısında C16 sistemi kullanılabilir mi?
Ancak koşulları sağlanıyorsa. C16, çatı düzeyi bağlantıları mafsallı, H ≤ 12 m ve SDY kolonları olan bir konsol kolon sistemidir: taban ankastre, çatı mafsallı, moment çerçevesi yok. Tipik portal çerçeve bunun tersidir (diz noktası moment aktarır, taban mafsallıdır), dolayısıyla enine doğrultuda C16 kullanılamaz. Tabanı da çatısı da mafsallı bir kolon mekanizmadır, ayakta durmaz.
İki doğrultuda farklı sistem seçebilir miyim?
R katsayıları iki doğrultuda farklı olabilir, ancak TBDY 4.3.4.2 süneklik düzeylerinin aynı olmasını zorunlu tutar. Bu, tek bir eleman kararının binanın tamamını etkilemesi demektir: örneğin boyuna doğrultuda gergi çubuğu kullanmak sistemi SDS’ye düşürür ve enine doğrultudaki moment çerçevesini de SDS olarak tasarlamak gerekir.
Deprem tasarımında en kritik nokta nedir?
Birleşimler. Kesitler yeterli olsa bile birleşim gevrek davranırsa yapı sünek davranamaz ve R katsayısının varsaydığı enerji yutma gerçekleşmez. Bu yüzden deprem tasarımı pratikte kesit hesabından çok birleşim tasarımı, kaynak kalitesi ve muayene meselesidir.
Mevcut çelik yapımın deprem performansı nasıl belirlenir?
Önce mevcut durum tespit edilir: taşıyıcı sistem şeması, kesit ölçüleri, birleşim detayları ve malzeme kalitesi röleve ile belirlenir. Statik proje elde yoksa bu adım atlanamaz. Ardından yapı, TBDY 2018’in mevcut binalar için öngördüğü değerlendirme yöntemiyle çözülür. Sonuca göre çapraz ilavesi, birleşim güçlendirmesi veya kesit takviyesi gerekebilir.
Yapınızın deprem performansını değerlendirelim
Yeni proje için sistem seçimi, mevcut yapı için röleve ve değerlendirme yapıyoruz. Elinizdeki statik projeyi veya yapının fotoğraflarını paylaşın; nereden başlanacağını birlikte belirleyelim.
İletişime geçin(0266) 713 00 22İlgili sayfalar: Çelik konstrüksiyon nedir · PEB yapılar · Çelik fabrika · Profil tabloları · 136 proje