TR|EN
Güncel
E-Bülten Aboneliği
Casp 2022
EUROCORR
Tevfik Seno Arda Lisesi
Etkinlikler > Yarışmalar > SteelPRO
Yarışma: 11 - Yıl: 2014

Ödüller


Borusan Mannesmann Özel Ödülü: 23 Sıra Numaralı Proje, 35261 rumuz

Çelik malzemesi gerek yüksek dayanımı gerek yüksek sünekliğinden dolayı yapılarda çeşitli mertebelerde kullanılmaktadır. Günümüzde çoğunlukla betonarme yapılarda destek malzemesi olarak kullanılan çeliğin kullanımının yaygınlaştırılması hem mimari hem mühendislik perspektifinden bakıldığında elzemdir. Bu zorunluluk çeliğin sahip olduğu üstün özelliklerin sonucudur.
KENT ODAKLARINDA YAŞAM MODÜLLERİ

Ece Durmaz
, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mimarlık Böl.
Jülide Arzu Uluçay, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mimarlık Böl.
İbrahim Yavuz, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mimarlık Böl.
Arif Baran Yardımcı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Böl. 

Mimari Açıklama Raporu:

"Aynı olan bizi rahat bırakır, ama bizi üretken yapan zıtlıklardır. "

Wolfgang Van Goethe

Zıtlıklar yaşamımızın vazgeçilmez bir parçası... Olayların iki yönlü olmaları nedeniyle meydana gelen çatışmaların sonuçları, bizim hayat kalitemizi etkiler. Bu nedenle; bir konudaki farklı ve hatta zıt yaklaşımların aynı anda ele alınabilmesi, günümüzde oldukça önemlidir.

Var olan sistemde bu zıtlıklar ne yazık ki sorun olarak görülmekte, tek çözüm yolunun  ‘’aynılaştırma, aynı yaklaşımı kullanma’’ olduğu yaklaşımı hakim olmaktadır. Düzendeki çatışmaların net tanımlanmaması veya görmezden gelinmesi, kargaşa durumunun ortaya çıkmasındaki en büyük nedendir. Tasarımımızda; afet sonrası geçici konut üniteleri "önceden" ve "o anda" kurulan sistemler ikileminde ele alınmış,  bu çatışmaya özel yaklaşımlar sergilenmiştir. Zıtlıkların kucaklaşmasının çevre üretkenliğinde kullanılması, temel tasarım fikrimizdir.

Günümüzde  - deprem konut alanları belirli olmasına rağmen-  önceden hazırlık gerektiren alt yapı, temel, arazi düzenlemesi gibi işlemler deprem olduktan sonra yapılması, hem gecikmelerin yaşanmasına hem de maliyetlerin bir anda artmasına neden olmaktadır. Deprem sonrası için ayrılan alanların şehir dışında olması ve bunun sonucu olarak yapılacak yatırımların kente bir katkıda bulunmayacağının varsayılması, hazırlık yapılmamasında baş faktördür. Bu nedenle; geçici afet konutlarını istenilen peyzaj ve alt yapının hazırlanmasına olanak veren kentteki açık alanlara ve park alanlarına kurmak, kurarken de kente katkı sağlayacak biçimde düzenlemek akılcı bir çözümdür.

Tasarımımızda; kentin uygun olan önemli noktalarına çatışmanın ilk elemanı olan kalıcı çelik simgeler önerilmiştir. Bunlar; bulunduğu alana göre değişik fonksiyonlar üstlenebileceklerdir. Buluşma, manzara izleme ve/veya kablosuz internete erişebilme gibi amaçlarla kullanılabilecek bu yapıların fonksiyonları; kentteki insanların yaklaşımlarıyla şekillenebilmektedir. Bu bağımsız kent elemanları, şehir içindeki cazibe noktalarını oluşturup, parkların yaşamasına katkı sağlarken; deprem sonrasında takılacak olan modüllerin merdiven kovalarını ve tesisat borularını taşımaktadır. Önceden döşenen tesisat sayesinde parkın sulanması, aydınlatılması konularına da öneri getirilmiştir.

Noktasallık ve toplayıcılık niteliğine uygun olarak, düşeyde yükselmek uygun görülmüştür. Böylece kentteki her türlü dokuya, istenilen şemaya uyum sağlayabilen bir sistem elde edilirken; aynı taban alanında daha fazla konutun çözülmesiyle yeşil alanlara saygılı olma felsefesi vurgulanmıştır.

Takılan yaşam modülleri ise gerilimin ikinci adımını oluşturmaktadır. Fonksiyonellik, standardizasyon, hızlı kurulum ve tekrar tekrar kullanılabilme özelliklerine göre tasarım yapılmıştır. Bu modüller, aile bireyi sayısına göre iki veya üç üniteden oluşmaktadır. Günümüzdeki konteyner ev sistemlerin en büyük dezavantajı olan boş hacim yüzünden alan kaybı sorununa çözüm olarak ise birbiri içine kayabilen üniteler önerilmiştir. Bu ünitelerden ıslak mekanları (tuvalet, mutfak) taşıyan en içe yerleştirilerek çoğu prefabrik kentte sorun yaratan ve hijyen açısından önemli olan bu mekanlara en büyük özen gösterilmiştir. Böylece; hem  afetzedeler için nitelikli ıslak mekanlar yaratılmış, hem de nakliyat sırasında taşınacak olan modülün hacmi ıslak mekana indirgenerek taşınan boş hacim minimize edilmiştir. Birbiri içine kayan konut modülleri için tabanlara raylar yerleştirilmiştir. Burada yatay ve dikey doğrultuda hareket eden tekerlekler, her iki doğrultuda da mesafeyi koruma ve düzgün hareket etme prensibine göre çalışmaktadır.

Yaşam modüllerinin ölçüsü, nakliyatta standart olarak kabul edilen konteynerden alınmaktadır. İki modül yan yana taşındığında ‘’bir konteyner’’ ölçüsünü vermektedir. Bu da en az üç kata varan verim anlamına gelmektedir.

Sonuç olarak; önceden hazırlık gerektiren kalıcı strüktür ve alt yapı tasarımının yanında, fonksiyonellik ve standardizasyon ihtiyacının öne çıktığı yaşam modüllerinde farklı çözümlere gidilerek tasarımımız gerçekleştirilmiştir. Yaratılan çatışma ortamı üretkenliği arttırmış ve kent sakinleriyle afetzedelere nitelikli çevre sunma konusunda hizmet vermiştir.

PROSTEEL 2014 STATİK RAPORU

Giriş

Çelik malzemesi gerek yüksek dayanımı gerek yüksek sünekliğinden dolayı yapılarda çeşitli mertebelerde kullanılmaktadır. Günümüzde çoğunlukla betonarme yapılarda destek malzemesi olarak kullanılan çeliğin kullanımının yaygınlaştırılması hem mimari hem mühendislik perspektifinden bakıldığında elzemdir. Bu zorunluluk çeliğin sahip olduğu üstün özelliklerin sonucudur.

Amaç ve Kapsam  

Günümüz mimarisinde giderek yaygınlaşmakta olan ve avantajları oldukça fazla olan çelik malzemesinin kullanımının teşviği hem estetiği geliştirme hem de yapıların çeşitli koşullara karşı dayanımını arttırmada oldukça önemlidir. Bu rapor çelik yapıların yaygınlaşması anlamında yarışma düzenleyerek önemli bir teşvik sağlayan Prosteel’in 2014 Çelik Yapı Tasarımı Öğrenci Yarışması için hazırlanmıştır. Bu raporda mimari projesi hazırlanan projemizin statik anlamda uygulanabilir olduğu, yarışmanın istediği kriterleri karşıladığı çeşitli hesaplara dayanarak gösterilmiştir. Tasarlanan yapının deprem, rüzgar, kar ve hareketli yükler gibi çeşitli yükler altında nasıl davrandığını ve bu yükler sonucu yapıda herhangi bir göçmenin olup olmadığı incelenmiştir.

Projenin uygulanacağı yerin konumu ve kabul edilen yapısal parametreler;

Projenin uygulanacağı il: İzmir

Bulunduğu deprem bölgesi: 1 ( DYBYH 2007’e göre )

Proje alanının denizden yüksekliği: 9 metre

Zemin Sınıfı: Z1

Kat Sayısı: 3

Kat Yüksekliği: 3 metre

Bu raporda, mimari projede bulunan 3 benzer strüktürden sadece bir tanesi modellenip incelenmiştir. Diğer iki modelde gözlemlenecek etkilerin hemen hemen aynı olduğu düşünülmektedir.


Hesaplamalar

Yükler

Rüzgar Yükü

 

Projenin uygulandığı alanın spesifik olarak çok fazla ya da çok az rüzgar alan bir alan olup olmadığı belirlenememiştir. Bundan dolayı rüzgar yükü hesaplarında TS 498’de belirtilen limitler içersinde hesaplamalar yapılacaktır. 



Resim 2: TS 498'e göre Rüzgar Yükü için kullanılacak değerler

Resim 3: TS 498 C Katsayısı ve Rüzgar Yükünün Yapının Etkilenen Yüzeyinin Birim Alanına Göre Dağılımı

 

TS498 Çizelge 5’te de görüldüğü üzere, 3*3= 9 metre’lik yapı için verilen emme 0.8’dir.

Bir konutun rüzgara açık yüzey alanı; 3.75*3= 11.25 m2,

Üst üste üç konutun  rüzgara açık yüzey alanı= 3*11.25= 33.75 m2. 

TS 498’de Rüzgar yönüne dikey yüzeyler için alınacak C değeri Resim 2’ de görüldüğü üzere 1.2’dir. Dolayısıyla bu paramatreler ışığında hesaplanaan rüzgar yükü W= 0.96 kN/m2 dir.

Strüktüre altıgenin bir kenarından bir konuta etkiyen rüzgar yükü ( Resim 1) ; 

W= 0.96*33.75 = 32.4 kN

Toplam Rüzgar yükü;

32.4*6= 195 kN/m2 

Kar Yükü

Projenin uygulanacağı ilin İzmir olduğu ve modelde uzay çatı sistemi olmadığı göz önünde bulundurulduğunda kar yükünün çok küçük bir etkisi olduğu rahatlıkla görülebilir. Fakat yine de bu değerin hesaplanmasında fayda vardır.

Resim 4 TS 498 Kar Yükü Hesabı için kullanılacak paramatreler ve değerleri

Resim 4’te  görüldüğü üzere ( TS 498 Çizelge-4) yapının denizden yüksekliği ve bölgesi göz önünde bulundurulduğunda zati kar yükünün yukarda belirtildiği gibi çok küçük bir değer olan 0.75 kN/m2 olduğu anlaşılmaktadır. Yine Resim 4’te görüldüğü üzere ( TS 498 Çizelge-3)  çatı eğimi 0 olduğu için azaltma değeri 1 olarak alınacaktır.

Bir modülün dışa bakan tavan yüzey alanı = 2.4*2.7+2.4*3.1+3.74*3.5 = 27 m2  ( Resim 1)

Bir modül için kar yükü= 27*0.75=  20.3 kN

En üst kotta toplam 6 modül olduğu göz önünde bulundurulduğunda toplam alan;

6*27= 162 m2 ( Resim 1) 

Toplam Kar yükü= 0.75*162= 121.5 kN

Hareketli Yük

Hareketli yük belirlenmesinde diğer yüklerde olduğu gibi TS 498 ‘den yararlanılmıştır. TS 498 Çizelge-7’ye göre konut tipi yapılarda hesaba katılması gereken hareketli yük 5 kN/m2 dir.

   Resim 5: TS 498 Düzgün Yayılı Düşey Hareketli Yük Hesap Değerleri

Rüzgar ve Kar Yükü hesaplarında olduğu gibi hareketli yük hesabında da toplam alan hesaplanıp bu hesaplanan alana gore yük kN cinsinden hesaplanmıştır.

Bir konutun taban alanı; 2.4*2.7+2.4*3.1+3.74*3.5= 27m2

Altı konutun toplam alanı= 27*6= 162 m2

Üçüncü kat dairesel alan = π*(4.22-2.12) = 41.6 m2

Birinci ve İkinci Kat dairesel alan= π*(32-2.12)= 14.4 m2

Birinci ve İkinci Kat Toplam Alan= 162+14.4 = 176 m2

Üçüncü Kat Toplam Alan= 162+ 41.6 = 204 m2 . 

Birinci ve İkinci Kat Toplam Hareketli Yük= 176*5 = 880 kN

Üçüncü Kat Toplam Hareketli Yük= 1020 kN


 

Deprem Yükü

Tasarlanan yapı bir deprem konutu olup 1.derece deprem bölgesine hemen deprem sonrası inşaa edildiğinden olası artçı sarsıntılardan en az hasarı alacak şekilde tasarlanmalı ve tahkikler bu olası depremlere gore yapılmalıdır. Deprem yüklerinin hesaplanmasında, periyotların belirlenmesinde, bina öncelik katsayısı belirlenmesi gibi depremle ilgili çeşitli parametrelerin belirlenmesinde  2007 yılında yayınlanan Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik’ten yararlanılmıştır.

Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkkında Yönetmelik’ten İzmir’de (1. Derece deprem bölgesi) Z1 türü Zemin ve bina türüne göre tanımlanmış olan parametreler alınmıştır. Bu parametrelerin değerleri ve alındığı çizelgeler aşağıda gösterilmiştir.

Resim 7: Tablo 2.2 Bina Yer İvmesi Katsayısı ve Tablo 2.3 Bina Önem Katsayısı

 

Resim 7’ den görüldüğü üzere 1.Derece deprem bölgesi için etkin yer ivmesi katsayısı 0.4, bina önem katsayısı 1.5 olarak alınmıştır. Bu değerler aşağıdaki formüle yerleştirildiğinde;

Scale factor=0.4*1.5*9.81= 5.89 olarak bulunur.

Bu denklemde scale factor ölçek,   etkin yer ivmesi katsayısı,   bina önem katsayısı, g ise yerçekimi ivmesidir.

DYBYH-2007’den Zemin türüne gore Tablo 2.4’ten karşılık gelen süreler ve Şekil 2.5’teki grafiğe gore periyotlar ve bunlara karşılık gelen S(T) değerleri hesaplanmıştır.

Resim 8: Tablo 2.4 Spekttrum Karakteristik Periyotları ve Tablo 2.5 Özel Tasarım İvme Spektrumları

Bu değerler göz önüne alındığında SAP2000’de girilen Response Spectrum Graph aşağıdaki gibidir;



Deprem hesapları görüldüğü üzere “ Çok Modlu Spektral Analiz Metodu “ ile dinamik analiz yapılarak hesaplanacaktır.

Sıcaklık Yüklemesi (T): Sıcaklık değişimi genleşmeye ve buna bağlı olarak streslere yol açtığı için çelik yapılar için kritiktir. Yapılan araştırmalar sonucunda bu tarz yapılar için 300C civarında sıcaklık değişiminden kaynaklanan sıcaklık yüklemesi gerektiği sonucuna ulaşılmıştır.Sıcaklık yüklemesi sisteme tanımlanmıştır. Kar yükü kritik olan yük kombinasyonlarında sıcaklık değişimi negatif olarak alınmıştır.

Kullanılan Yük Kombinasyonları: TS 648’e gore belirlenmiştir.

a) D (EY) 

b) D + L + (Lr veya S) (EY) 

c) D + L + (Lr veya S) + T (EİY) 

d) D + L + S + W/2 (EİY) 

e) D + L + S/2 + W (EİY) 

f) 0,9D ± E/1,4 (EİY)*

g) D + L + S + E/1,4 (EİY)*

h) D + (W veya E/1,4) (EİY) veya (EİY)*

i) D + L + (W veya E/1,4) (EİY) veya (EİY)*

j) D + L + (W veya E/1,4) + T (EİY) veya (EİY)*

Bu yük kombinasyonlarında; 

D : ölü yükler, kren yükü ve makinelerin kütle kuvvetleri 

L : hareketli yükler 

Lr : çatılarda hesaba katılacak hareketli yükler ve su birikmesi nedeniyle oluşan etkiler 

S : kar yükü 

W : rüzgar yükü 

E : deprem yükü 

T : sıcaklık değişimi ve mesnet çökmesi nedeni ile oluşan etkiler, krenlerde fren ve yanal çarpma 

kuvvetleri 

 (EİY) halinde kombinasyonda deprem yükü yoktur. EY haline ait emniyet gerilmeleri 1,15 ile çarpılarak 

büyütülecektir. 

(EİY)*  halinde kombinasyonda deprem yükü vardır. EY haline ait emniyet gerilmeleri 1,33 ile çarpılarak büyütülecektir.  

Zemin Yükü

Zemin TS 498 Çizelge-1’e göre kohesyonsuz az siltli kum olarak belirlenip sıkılık derecesi orta sıkı olarak belirlenmiştir. Buna gore;

Kayma Açısı, φ= 32.5 derece, Doygun birim hacim ağırlık γ=20 kN/m3 dir. Gereklşi hesaplamalar bu değerlere gore yapılmıştır.

Çelik Profil Tiplerinin ve Çelik Türünün Belirlenmesi 

Yukarda bahsi geçen yükler ve koşullar göz önüne alındığında bir ön boyutlandırma yapılıp daha sonra bunun uygun olup olmadığı araştırılmıştır. Bu kısımda karar verilmiş olan profillerin bilgileri paylaşılacaktır. Tüm yapıda çeşitli mertebelerde %100 oranında Borusan-Pro ürünleri kullanılmıştır.

Modüllerin kolon ve kirişleri Borusan-Pro kataloğun Dikdörtgen Profiller kısmından seçilmiştir. Ana taşıyıcı için dairesel kesitler seçilmiş olup bunlar da aynı şekilde Borusan-Pro kataloğunun Borular kısmından seçilmiştir. Kullanılan profiler aşağıdaki gibidir;

Kolon ve kirişler için; 80x140x8 mm dikdörtgen kesitler;

Dairesel kesitler için; 165.1x10 mm boru profiler. 

Seçilen profiler katalogdan aşağıdaki gibi görülebilir.

Resim 11: Silindirik profiller için kullanılan Borusan-Pro profile
 
Kullanılan çeliğin türü yine Borusan-Pro kataloğunda belirtilen S355JRH olmuştur. Bu çeliğin mekanik özellikleri Resim 12’de gösterilmiştir.



Resim 12: Kullanılan çeliğin türü ve mekanik özellikleri
 
Görüldüğü üzere S355JRH çeliğinin özellikleri şu şekildedir;
Minimum Akma Dayanımı= 355 MPa
Çekme Mukavemeti= 490-630 MPA
Minimum Uzama Miktarı= 20mm
Analizden Hemen Önce SAP2000 modeli Resim-13 de görüldüğü gibidir;

 
Model Analiz Sonuçları

Çeşitli yük kombinasyonlarını, deprem için response spectrum’u rüzgar yükünü, kar ve yayılı yükünü tanımladıktan ve profil tiplerini belirleyip SAP2000’e atadıktan sonra modelin analiz kısmına geçilmiştir. SAP2000 programında “ run analysis cases “ butonunda bastıktan sonra program otomatik olarak her eleman üzerindeki yükleri ve deplasmanları hesaplamıştır. Bu değerlerin Excel’den alınmış tabloları raporun sonunda verilecektir. Daha sonra yine SAP2000 programında “ Steel Design “ kısmında TS648’e en benzer kod olan AISC-ASD89’a gore dizayn yapılmıştır. Modelin analizden sonra görünümü Resim 14 teki gibidir.

Resim 14: Analizden Sonra Modelin x-y Kesit ve 3 Boyutlu Görünümü
 
Resim 14 ten görüldüğü üzere analizden sonra yapının hemen hemen hepsi güvendedir. Öyle ki elemanlardaki stresler 0.5 bandına ancak yaklaşmaktadır. Resimde gösterildiği gibi sadece bir elemanda göçme tahlikesi gözlenmiştir, bu eleman için kesit arttırımı yapılabilir. Analiz sonuçları yorumlandığında modelin static anlamda stabil olduğu ve herhangi bir göçme riski taşımadığı gözlenmektedir.
 
Modelin Deprem Yükü Altındaki Periyot Bilgileri
Modelin periyot bilgileri SAP2000 programından EXCEL kitapçığına aktarılmıştır. Bu bilgiler aşağıdaki şekildedir;



Tablo 2: Modelin Periyot ve Frekans Bilgileri
 
Görüldüğü üzere modelin her mod için periyot bilgileri kabul edilebilir düzeylerdedir. Deprem yönetmeliğine gore modelin sadece ilk iki modda çalıştırılması dahi yeterli olacaktır. ( DYBYH 2007). Tüm yüklerden sonra modelin deforme olmuş şekli Resim 15’te gösterildiği gibidir.  

Resim 15: Modelin deforme olmuş hali 
 
Deforme olmuş model ve periyot bilgileri de incelendiğinde yapının deprem yükü altında da stabil olduğunu ve statik anlamda başarılı olduğu görülmektedir. Modele ait deformasyon ve elemanlardaki kuvvetler aşağıda gösterilmiştir;



 
Görüldüğü üzere deformasyonlar kodlarda verilen limitler içersindedir. (çok fazla nokta olduğundan raporu kalabalıklaştırmamak adına temsili deformasyonlar gösterilmiştir)
Bazı elemanlardaki kuvvetler aşağıda listelendiği gibidir; (çok fazla eleman olduğundan raporu kalabalıklaştırmamak adına maksimum kuvvete sahip olanlar gösterilmiştir)

 



© 2014 - Türk Yapısal Çelik Derneği