5.4 Eksenel Yük Aktaran Birleşimler
5.4.2 Düşey çapraz bağlantılar
Eksenel yük aktaran düşey çapraz bağlantılar için farklı uygulama tipleri bulunmaktadır.Bu bölümde yatay çapraz bağlantılar için dört tipin LRFD yönetmeliğine göre hesabı anlatılmaktadır.
Uygulama:
Şekil 5.22: Düşey çapraz bağlantı uygulama tip-1
Şekil 5.22’de düşey çapraz bağlantılarından uygulama tip-1 bumerang birleşimi için tasarım bilgileri ve hesap adımları aşağıdaki gibidir.I profillerin düşey çapraz olarak seçildiği ve I profilin kolon-kiriş birleşim bölgesine bağlantısını sağlamak için oluşturulan, montaj sırasında büyük kolaylık sağlayan tiptir.Profilin flanşından çentilerek gövdesinden birleşim plakasına bağlanması ile teşkil edilen eksenel yük aktaran bir birleşimdir.
Birleşim Bilgileri: Çapraz: HEA 140 Kolon: HEA 220 Kiriş: HEA 240 Bulon Çapı:(bağlantı) M20 Guse kalınlığı t1 : 12 mm
Kaynak Kalınlığı :(ax) 10 mm
Kaynak Kalınlığı :(ay) 10 mm
Geometri Bilgileri:
eu:Bulon kenar mesafesi: 40 mm
ev: Bulon kenar mesafesi: 40 mm
ey: Bulon kenar mesafesi: 40 mm
su: Bulon ara mesafesi: 60 mm
sv: Bulon ara mesafesi: 56 mm
sy: Bulon ara mesafesi: 60 mm
α: Çapraz Açısı (derece): 48
Ly: Kaynak uzunluğu 100 mm
Lx: Kaynak uzunluğu 100 mm Yük Bilgileri: N= 185 kN Vy= 0 kN Vz= 0 kN Malzeme Bilgileri: Guse Plakası S355J0
Bulon Kalitesi A325-N
Fexx = 413 Mpa (E60) Fx = 123,8 kN
Fy = 137,4 kN
Şekil 5.23: Düşey çapraz bağlantı uygulama tip-1 hesabına ilişkin çizim Tasarım Kontrolleri:
• Tek Bulonun Kesme Kapasitesi (çapraz yan) θRn = (0.75.n.Fnv.Ab)/1000
Bulon Kuvveti= 46,3 kN
θRn = 77,7 kN > 46,25 kN Oran = 0,60
• Çapraz Gövde Blok Kesme Kapasitesi
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 240,7 kN > 185 kN
Oran = 0,77
• Guse Blok Kesme Kapasitesi (kiriş yan)
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 525,1 kN > 185 kN
Oran = 0,35
θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu) θRn = 91,5 kN > 46,25 kN
Oran = 0,51
• Bulon Deliklerinde Guse Ezilme Kapasitesi (kiriş yanı) θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu)
θRn = 199,7 kN > 46,25 kN Oran = 0,23
• Guse Çekme Kapasitesi(çapraz yan) a)Çekme Akması θRn =(0.9*Fy*Ag)/1000 θRn = 239 kN > 185 kN Oran = 0,77 b)Çekme Kopması θRn =(0.75*Fu*Ae)/1000 θRn = 286,11 kN > 185 kN Oran = 0,65 • Kaynak Kapasitesi(Ly) θRn =0.75*Fw*Aw Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) θRn = 262,9 kN > 137,4 kN Oran = 0,52 • Kaynak Kapasitesi(Lx) θRn =0.75*Fw*Aw
Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) θRn = 262,8712871 kN > 123,8 kN Oran = 0,47
• Tek Bulonun Kesme Kapasitesi (kolon yan) θRn = (0.75.n.Fnv.Ab)/1000
Bulon Kuvveti= 34,4 kN
θRn = 77,7 kN > 34,36 kN Oran = 0,44
• Bulon Deliklerinde Gövde Kiriş Ezilme Kapasitesi θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu)
Bulon Kuvveti = 22,9 kN θRn = 199,7 kN > 22,9 kN Oran = 0,17
• Bulon Deliklerinde Kolon Flanj Ezilme Kapasitesi θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu)
Bulon Kuvveti = 22,9 kN θRn = 116,5 kN > 22,9 kN Oran = 0,20
Kiriş birleşimler için diğer bir uygulama olan uygulama tip-2 hesap ve bilgileri ise; Birleşim Bilgileri:
Çapraz: HEA 200
Kolon: HEB 300
Guse kalınlığı t1 : 12 mm
Ek kalınlığı t2 :
Kaynak Kalınlığı :(ax) 10 mm
Kaynak Kalınlığı :(ay) 10 mm
Geometri Bilgileri:
eu:Bulon kenar mesafesi: 40 mm
ev: Bulon kenar mesafesi: 40 mm
su: Bulon ara mesafesi: 60 mm
sv: Bulon ara mesafesi: 60 mm
α: Çapraz Açı (derece): 45
Ly: Kaynak uzunluğu 100 mm
Lx: Kaynak uzunluğu 100 mm Yük Bilgileri: N= 325 kN Vy= 0 kN Vz= 0 kN Malzeme Bilgileri: Guse Plakası S355J0
Bulon Kalitesi A325-N
Fexx = 413 Mpa (E60) Fx = 166,2 kN
Şekil 5.24’de düşey çapraz bağlantılarından uygulama tip-2 çapraz elemanın kolon ayağına bağlantı detayıdır bu durum için tasarım bilgileri ve hesap adımları aşağıdaki gibidir.I profillerin düşey çapraz olarak seçildiği, montaj sırasında büyük kolaylık sağlayan tiptir.Profilin flanşından çentilerek gövdesinden birleşim plakasına bağlanması ile teşkil edilen eksenel yük aktaran bir birleşimdir.Eksenek yükün aktarılması kiriş gövdesinden aktarıldığı için bu bölgenin eksenel yükün yüksek değerlerinde takviye edilmesi gerekir.
Şekil 5.24: Düşey çapraz bağlantı uygulama tip-2 hesabına ilişkin çizim Tasarım Kontrolleri:
• Tek Bulonun Kesme Kapasitesi (çapraz yan) θRn = (0.75.n.Fnv.Ab)/1000
Bulon Kuvveti= 58,8 kN
θRn = 77,7 kN > 58,75 kN Oran = 0,76
• Çapraz Gövde Blok Kesme Kapasitesi
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 294,4 kN > 235 kN
Oran = 0,80
• Guse Blok Kesme Kapasitesi
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 543,5 kN > 235 kN
Oran = 0,43
• Çapraz Gövde Ezilme Kapasitesi θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu) θRn = 108,2 kN > 58,75 kN
Oran = 0,54
• Bulon Deliklerinde Guse Ezilme Kapasitesi θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu) θRn = 199,7 kN > 58,75 kN
Oran = 0,29
• Guse Çekme Kapasitesi a)Çekme Akması θRn =(0.9*Fy*Ag)/1000 θRn = 536,8 kN > 235 kN Oran = 0,44 b)Çekme Kopması θRn =(0.75*Fu*Ae)/1000 θRn = 642,6 kN > 235 kN Oran = 0,37
• Kaynak Kapasitesi(Ly) θRn =0.75*Fw*Aw Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) θRn = 262,9 kN > 166,1 kN Oran = 0,63 • Kaynak Kapasitesi(Lx) θRn =0.75*Fw*Aw Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) θRn = 262,8712871 kN > 166,2 kN Oran = 0,63
Şekil 5.25’de düşey çapraz bağlantılarından uygulama tip-3 çapraz elemanın kolon ayağına farklı bir şekilde bağlantı detayıdır bu durum için tasarım bilgileri ve hesap adımları aşağıdaki gibidir.Bulonların çift tesirli çalıştırılması gerektiği durumlar için pratikte kullanılır. Birleşim Bilgileri : Çapraz: HEA 220 Kolon: HEA 220 Bulon Çapı:(bağlantı) M20 Guse kalınlığı t1 : 20 mm Ek kalınlığı t2 : 15 mm
Kaynak Kalınlığı :(ax) 6 mm
Kaynak Kalınlığı :(ay) 6 mm
Geometri Bilgileri:
ev: Bulon kenar mesafesi: 50 mm
su: Bulon ara mesafesi: 75 mm
sv: Bulon ara mesafesi: 75 mm
α: Çapraz Açı (derece): 45
Ly: Kaynak uzunluğu 250 mm
Lx: Kaynak uzunluğu 250 mm Yük Bilgileri: N= 475 kN Vy= 0 kN Vz= 0 kN Malzeme Bilgileri: Guse Plakası S355J0
Bulon Kalitesi A325-N
Fexx = 413 Mpa (E60) Fx = 336 kN
Fy = 335,7 kN
Şekil 5.25: Düşey çapraz bağlantı uygulama tip-3 hesabına ilişkin çizim Tasarım Kontrolleri:
• Tek Bulonun Kesme Kapasitesi (çapraz yan) θRn = (0.75.n.Fnv.Ab)/1000
Bulon Kuvveti= 118,8 kN
θRn = 155,4 kN > 118,75 kN Oran = 0,76
• Çapraz Gövde Blok Kesme Kapasitesi
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 1289,5 kN > 475 kN
Oran = 0,18
• Guse Blok Kesme Kapasitesi
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 1172,3 kN > 475 kN
• Çapraz Gövde Ezilme Kapasitesi θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu) θRn = 403,9 kN > 118,75 kN
Oran = 0,29
• Bulon Deliklerinde Guse Ezilme Kapasitesi θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu) θRn = 199,7 kN > 58,75 kN
Oran = 0,29
• Guse Çekme Kapasitesi a)Çekme Akması θRn =(0.9*Fy*Ag)/1000 θRn = 1118,3 kN > 475 kN Oran = 0,42 b)Çekme Kopması θRn =(0.75*Fu*Ae)/1000 θRn = 1338,75 kN > 475 kN Oran = 0,35 • Kaynak Kapasitesi(Ly) θRn =0.75*Fw*Aw Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) θRn = 394,3 kN > 335,7 Oran = 0,85 • Kaynak Kapasitesi(Lx)
θRn =0.75*Fw*Aw
Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) θRn = 394,3069307 kN > 336 Oran = 0,85
Şekil 5.26’de düşey çapraz bağlantılarından uygulama tip-4 çapraz elemanın kolon ayağına farklı bir şekilde bağlantı detayıdır bu durum için tasarım bilgileri ve hesap adımları aşağıdaki gibidir.
Şekil 5.26: Düşey çapraz bağlantı uygulama tip-4 Birleşim Bilgileri:
Kolon Profili: HEB 300
Çapraz Profil: HEA 180
Bulon Çapı: M20
Geometri Bilgileri:
eu: Bulon kenar mesafesi: 40 mm
su: Bulon ara mesafesi: 60 mm
sv: Bulon Kenar Mesafesi 60 mm
av: Kaynak Kalınlığı 6 mm
Lv: 200 mm
t1: 11 mm
t2: 12 mm
t3: Ek Gövde Plakası Kalınlığı
Ø: (derece) 45 Yük Bilgileri: N= 250 kN Vy= 0 kN Vz= 0 kN Malzeme Bilgileri: Plaka S355J0
Bulon Kalitesi A325-N
Kaynak Malzemesi E60
Şekil 5.27: Düşey çapraz bağlantı uygulama tip-4 hesabına ilişkin çizim Tasarım Kontrolleri:
• Bulon Kesme Kuvveti θRn = (0.75.n.Fnv.Ab)/1000 F = 62,5 kN
θRn = 78 kN > 62,5 kN Oran = 0,80
• Guse Çekme Kapasitesi(bulon deliğinde) θRn =0.75*(1.5* Lc*t* Fu)≤0.75*(3*d*t* Fu) Vbolt = 62,5 kN
θRn = 99,83 kN > 62,5 kN Oran = 0,63
• Çapraz Gövde Blok Kesme Kapasitesi
θRn =0.75*(0,6* Fu*Anv* Ubs*Fu*Ant) ≤ 0.75*(0,6* Fy*Agv* Ubs*Fu*Ant) θRn = 271,73 kN > 250 kN
F = 250 kN Oran = 0,92
• Bağlantı Yanı Kaynak Kontrolü(Lv) θRn =0.75*Fw*Aw V = 250 kN Fw = 0,6 * FEXX * (1,0+0,5*Sin1.5θ) Fw = 322,0025 θRn = 409,9041 kN > 250 kN Oran = 0,61
6. SONUÇ
DBYBHY 2007 emniyet gerilmelerine göre tasarımı esas alırken, eleman ve birleşim hesaplarında arttırılmış yükler altında kapasitelerin kontrol edimesi koşulunu da getirmiştir. Eleman ve birleşim araçlarının kapasite hesaplarnıda yönetmelikçe belirlenmiş katsayılar ile emniyet gerilmelerinin çarpılmasıyla elde edilir. Yönetmelik, tasarımda getirdiği ek koşullar için pratikte karşılaşılabilecek problemlerin çözümü için yol göstermemiştir. Bundan dolayı tasarımcının karşılaştığı problemlerin çözümü için LRFD gibi bu durumlara karşı çözüm üretebilecek ve sorulara yanıt olabilecek bir yönetmelik hakkında bilgi sahibi olması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Yönetmelikle gelen ilave tasarım koşullarıyla birleşim kontrolü sırasında emniyet gerilmesinde konstrüktif kuralların aşılması veya bunların sınırları hakkında tasarımcıya yol gösterilmemiştir. Bulon yerleşiminin kesit yüksekliği tarafından sınırlandığı yüksek gövdeli profillere bağlanması sırasında başlıkların çentilmesi durumu sonucunda zayıflayan gövdede veya sıkıştırılmış bulon düzeni yüzünden karşılaşılacak blok kesme yırtılması kontrolü yoktur.Emniyet gerilmesi yönteminde konstüriktif kurallara uyulması durumunda birleşimde bu şekilde göçme modu ortaya çıkmaz kontrole gerek yoktur fakat bu durumun aşılması durumu için tasarımın nasıl kontrol edileceği ile ilgili şartların getirilmesi zorunluluğu vardır.
Birleşim tasarımında yüksek mukavemetli bulonların kullanılması bağladığı elemanlarda yüksek ezilme gerilmesi oluşturur, bu durumda pratikte gövdelerin sıklıkla takviye edilmesini zorunlu hale getirir. Arttırılmış yüklerden dolayı birleşimlerin kontrolü zorunlu hale geldiği için hesapların daha ayrıntılı ve hassas yapılmalıdır. Manivela etkisi,çekme bulonlarında zımbalama kontrolü,blok kesme yırtılması gibi birleşimde göçme modu oluşturabilecek durumlar içinde ayrıntılı hesaplar yapılmalı ,bu durumlar için yönetmeliğe gerekli kontrollerin eklenmesi gereklidir.
Kalifiye teknik eleman eksikliği olan ülkemizde birleşim aracı olarak kaynak kullanılan yapısal eleman birleşimlernin deprem gibi zaman içinde ve ani olarak çıkabilecek durumlarda beklenen performansı gösterebilmesi için sertifikalı kaynakçılar ve kontrollü yapılması gereklidir. İmalat sırasında kaynaktaki kusurlar gevrek kırılma eğiliminde olup yapıyı habersiz göçmeye götürebilecek durumlara yol
açabilir.Bu gibi durumlarla karşılaşma gerçeğinden dolayı kaynak kalitesi kontrol edilmek koşulu için kaynak dayanımımın hesaplarda kabul edilmesi aksi durum için kontrol ile tespit edilen dayanım için zorunlu hesap yapılması koşulu getirilmelidir.
KAYNAKLAR
[1] ICBO, 1997.1997 Uniform Building Code Volume 2, Structural Engineering Design Prarisions, International Conference of Building Officials, Whittier, California.
[2] AISC-ASD, 1989. Specification for Structural Steel Building : Allowable Stres Design and Plastic Design, June 1, 1989 With Commentary, 2nd Impression, American Instute of Steel Construction, Chicago, Illinois. [3] AISC-LRFD, 1993. Load and Resistance Factor Design Specification for
Structural Steel Building, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
[4] CSI, 1999. ETABS User’s Manual, Vol. 1 and 11, Computers and Structures, Inc, Berkeley, California.
[5] Yardımcı, N., 2005. Çelik yapıların tasarımı ve tasarım yöntemleri,
Türkiye Mühendislik Haberleri, 435, 46-50.
[6] DBYBHY, 2007. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik.
ÖZGEÇMİŞ
Mustafa Cihangir Çelik, 07 Aralık 1981 tarihinde İskenderun’da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini İskenderun’da tamamladı. 1999 yılında İskenderun Lisesi’inden mezun olduktan sonra, aynı yıl İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü’ne girmeye hak kazandı. 2004 yılında yapı anabilim dalında gerçekleştirdiği lisans tezi ile lisans öğrenimini tamamlayarak İnşaat Mühendisi ünvanını aldıktan sonra İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’ne bağlı İnşaat Mühendisliği Bölümü bünyesindeki Yapı Mühendisliği yüksek lisans programında lisansüstü programına kabul edilmiştir.