Çelik Yapı Elemanı Tasarım Akış Şeması
Bu makale, Türkiye mevzuatı çerçevesinde (ÇYTHYE 2016, TBDY 2018, TS EN 1993 serisi) çelik yapı elemanlarının tasarım sürecini kapsamlı bir akış şeması ve adım adım hesap prosedürüyle açıklamaktadır....
Etiketler (6)
1. Tasarım Standartları ve Mevzuat Çerçevesi
Eleman tipi seçiminden kesit sınıfı tespitine, kapasite ve burkulma kontrolünden bağlantı ve deprem detaylandırmaya kadar tüm hesap akışı.
IPE, HEA, HEB ve RHS (kutu) profillerinin geometrisi; kesit sınıfı sınırları ve plastik moment formülleri; alın levhası kolon-kiriş bağlantı detayı (EN 1993 / ÇYTHYE 2018).
1.1 Birincil Türk Standartları
Tablo 1: Birincil Türk Standartları
| Standart / Yönetmelik | Kapsam | Türkiye'deki Yürürlük |
|---|---|---|
| ÇYTHYE 2016 | Çelik yapıların tasarım, hesap ve yapım esasları | R.G. 04.02.2016 / 29614 |
| TS EN 1993-1-1:2005 | Genel tasarım kuralları ve binalar (Eurocode 3) | TSE kabulü: 02.01.2014 |
| TS EN 1993-1-5:2007 | Plak elemanların tasarımı (Sınıf 4 kesitler) | TSE |
| TS EN 1993-1-8:2005 | Birleşimlerin tasarımı (kaynak, bulon) | TSE |
| TS EN 10025-2:2019 | Sıcak haddelenmiş yapısal çelik (S235/S275/S355) | TSE |
| TBDY 2018 Bölüm 9 | Çelik binalara deprem özel kuralları | R.G. 18.03.2018 |
| TS 498:2021 | Yapı elemanları için hesap yük değerleri | TSE |
Saha Notu: Eski TS 648 "Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları" standardı pratikte artık kullanılmamakta; ÇYTHYE 2016 ve TS EN 1993 serisi geçerlidir.
Dikkat: ÇYTHYE 2016 ile TS EN 1993-1-1 çoğunlukla aynı sonuçları verse de bazı yük katsayıları ve kombinasyonlar farklılık göstermektedir. Projede yalnızca bir yönetmelik esas alınmalı ve tutarlı biçimde uygulanmalıdır.
1.2 Çelik Malzeme Sınıfları (TS EN 10025-2)
Tablo 2: Çelik Malzeme Sınıfları (TS EN 10025-2)
| Sınıf | Eski İşaret | f_y (N/mm²) | f_u (N/mm²) | Kullanım Alanı |
|---|---|---|---|---|
| S235 | ST37 | 235 | 360–510 | Hafif konstrüksiyon, sekonder elemanlar |
| S275 | ST44 | 275 | 430–580 | Genel yapısal kullanım |
| S355 | ST52 | 355 | 470–630 | Taşıyıcı sistem, depremli yapılar |
| S460 | — | 460 | 550–720 | Köprü, ağır sanayi (özel uygulamalar) |
Dikkat: Depremli tasarımda TBDY 2018 Madde 9.2.4'e göre S235 sınıfı çelik, süneklik düzeyi yüksek (SDY) sistemlerde kullanılmamalıdır; minimum S275 gereklidir.
2. Tasarım Akış Şeması
Büyük açıklıklı çelik çerçeve depo/fabrika yapısında vinçlerle kiriş yerleştirme; tasarım akışının sahaya yansımasını gösteren uygulama fotoğrafı.
(Bkz. AS-004_akis.png — ÇYTHYE 2016 / TS EN 1993-1-1 / TBDY 2018 çelik yapı elemanı tasarım akışı)
3. ⓪ Girdi ve Malzeme Seçimi
EN 1993-1-1 Şekil 6.4: a0, a, b, c, d burkulma eğrileri; narinlik oranı λ arttıkça küçültme katsayısı χ'nin azaldığı ve kesit sınıfına göre kullanılacak eğrinin seçimi.
3.1 ε Katsayısı Hesabı
ε = √(235/f_y)
Tablo 3: ε Katsayısı Hesabı
| Çelik Sınıfı | f_y (N/mm²) | ε Değeri |
|---|---|---|
| S235 | 235 | 1,00 |
| S275 | 275 | 0,924 |
| S355 | 355 | 0,814 |
| S460 | 460 | 0,714 |
3.2 Deprem Tasarımı: TBDY 2018 Bölüm 9
Tablo 4: Deprem Tasarımı: TBDY 2018 Bölüm 9
| Sistem Tipi | Süneklik Düzeyi | R Katsayısı |
|---|---|---|
| SDY Moment Aktaran Çerçeve | Yüksek | 8 |
| SDS Moment Aktaran Çerçeve | Sınırlı | 4 |
| SDY Merkezi Çaprazlı Çerçeve | Yüksek | 6 |
| SDY Dışmerkez Çaprazlı Çerçeve | Yüksek | 8 |
4. ① Yük ve İç Kuvvetler
Mesnetlenmemiş uzunluğa (Unbraced Length) göre eğilme dayanımının değişimi; Lpd ve Lp'ye kadar tam plastik moment Mp, Lp–Lr arasında inelastik LTB azalması, Lr ötesinde elastik LTB bölgesi.
Temel YDKT Kombinasyonları:
- 1,4G + 1,6Q (Deprem yok)
- 1,2G + 1,0Q ± 1,0E_H ± 0,3E_Z (TBDY 2018 Denk. 4.11)
- 0,9G ± 1,0E_H ± 0,3E_Z (Hafif ölü yük + deprem)
Tablo 5: ① Yük ve İç Kuvvetler
| Yük Türü | Sembol | Tipik Değer |
|---|---|---|
| Döşeme ölü yük | G | 3,0–5,0 kN/m² |
| Ofis hareketli yük | Q | 3,0 kN/m² |
| Konut hareketli yük | Q | 2,0 kN/m² |
Dikkat: Çelik yapılarda YDKT yöntemi kullanılırken deprem kombinasyonunda 1,2G yerine 1,2×1,2G = 1,44G alınması gerekmektedir (ÇYTHYE 2016 Madde 4.4.4.2a).
5. ② Profil Seçimi ve Kesit Sınıflandırması
Çelik I kolon ile I kirişin alın levhası ve cıvata grubu aracılığıyla bağlandığı rijit birleşim detayı; tasarım akışının birleşim boyutlandırma adımına karşılık gelen 3D model görünümü.
5.1 Türkiye'de Kullanılan Profil Tipleri
Tablo 6: Türkiye'de Kullanılan Profil Tipleri
| Profil | Boy Aralığı | Tipik Kullanım |
|---|---|---|
| IPE 80–600 | h=80–600 mm | Kirişler, hafif kolonlar |
| HEA 100–1000 | h=96–990 mm | Kirişler, orta kolonlar |
| HEB 100–1000 | h=100–1000 mm | Ağır kolonlar, kirişler |
| CHS Ø48–610 | d=48–610 mm | Çaprazlar, kafes çubukları |
Saha Notu: TBDY 2018 Tablo 9.3 enkesit koşulları incelendiğinde HEA profillerinin büyük çoğunluğunun SDY koşullarını SAĞLAMAYACAĞI görülmektedir. Depremli tasarımda HEA yerine HEB veya HEM profiller tercih edilmelidir.
5.2 Kesit Sınıflandırması (TS EN 1993-1-1 Tablo 5.2)
Tablo 7: Kesit Sınıflandırması (TS EN 1993-1-1 Tablo 5.2)
| Sınıf | Tanım | Başlık c/t_f | Gövde c/t_w |
|---|---|---|---|
| 1 | Plastik | ≤ 9ε | ≤ 72ε |
| 2 | Kompakt | ≤ 10ε | ≤ 83ε |
| 3 | Yarı kompakt | ≤ 14ε | ≤ 124ε |
| 4 | Narin | > 14ε | > 124ε |
5.3 TBDY 2018 Enkesit Koşulları (Depremli Tasarım)
Tablo 8: TBDY 2018 Enkesit Koşulları (Depremli Tasarım)
| Enkesit Parçası | SDY (λ_hd) | SDS (λ_md) |
|---|---|---|
| I-Enkesit Başlığı (b/t_f) | ≈ 7,22ε | ≈ 9,15ε |
| I-Enkesit Gövdesi (h/t_w) | ≈ 59,0ε | ≈ 90,5ε |
6–9. Dayanım Kontrolleri
Çelik kolona mavi yatay kiriş ve yeşil çapraz elemanların turuncu bağlantı levhalarıyla birleştiği karmaşık düğüm noktası; çelik çatı sistemlerinde tipik çapraz-kiriş-kolon bağlantı detayı.
6. ③ Çekme Elemanı
N_t,Rd,1 = A · f_y / γ_M0 (γ_M0 = 1,0 — akma) N_t,Rd,2 = 0,9 · A_net · f_u / γ_M2 (γ_M2 = 1,25 — kopma) N_t,Rd = min(N_t,Rd,1; N_t,Rd,2)
7. ④ Basınç + Burkulma
λ̄ = (L_cr/i) / (π√(E/f_y)) φ = 0,5[1 + α(λ̄ - 0,2) + λ̄²] χ = 1 / (φ + √(φ² - λ̄²)) ≤ 1,0 N_b,Rd = χ · A · f_y / γ_M1 (γ_M1 = 1,0) Narinlik sınırı: λ̄_max ≤ 200 (statik); ≤ 120 (depremli)
8. ⑤ Eğilme + LTB
M_b,Rd = χ_LT · W_pl,y · f_y / γ_M1 (λ̄_LT > 0,4 ise) Kesme: V_pl,Rd = A_vz · f_y / (√3 · γ_M0) Kesme–eğilme etkileşimi: V_Ed > 0,5 V_pl,Rd → azaltılmış M kullan
9. ⑥ Birleşik Etki
n = N_Ed / N_pl,Rd > 0,15 → M_N,y,Rd = M_pl,y,Rd · (1-n)/(1-0,5a) Sehim: δ ≤ L/300 (hareketli yük)
10. Birleşim Tasarımı
Büyük açıklıklı yapıda çift eğimli çelik çatı makasları ile soğuk şekilli Z/C profil zımbalamalar; çatı alanında rüzgar ve kar yükü dağılımının tasarıma yansıması.
Tablo 9: Birleşim Tasarımı
| Birleşim Türü | Kullanım | Standart |
|---|---|---|
| Alın levhalı moment birleşimi | SDY çerçeveler | TS EN 1993-1-8 Md. 6 |
| Kaynaklı moment birleşimi | Ağır çerçeveler | TS EN 1993-1-8 Md. 4 |
| Tam ön çekmeli bulon | Depremli sistemler | TS EN 14399 / TBDY 2018 Md. 9 |
Dikkat: Depiem etkisi altındaki yapılarda TBDY 2018 Madde 9.1'e göre 8.8 veya 10.9 kalitesinde tam önçekme verilerek HR tipi bulon kullanılması zorunludur.
(Bkz. AS-004_kesit.svg — IPE 300–HEB 300 alın levhalı moment birleşimi teknik kesiti)
11. Türkiye Saha Koşulları
Tablo 10: Türkiye Saha Koşulları
| Poz No | İş Tanımı | Birim |
|---|---|---|
| 16.029 | Çelik konstrüksiyon profil montajı | Ton |
| 16.030 | Çelik kirişlerin kaynaklı imalatı | Ton |
| 16.034 | Bulonlu birleşim bağlantı elemanları | Ton |
| 16.035 | Çelik yapılarda antipas boya | m² |
12. Örnek Problemler
Problem 1 — Kolay 🟢
IPE 240 çekme elemanı, S355, A=39,12 cm², N_Ed=350 kN N_t,Rd,1 = 3912 × 355 / 1,0 = 1388,8 kN N_t,Rd,2 = 0,9 × 3912 × 510 / 1,25 = 1435,7 kN N_t,Rd = 1388,8 kN > N_Ed = 350 kN (oran: 0,25)
Problem 2 — Orta 🟡
HEB 200 kolon burkulma, S355, A=78,08 cm², L=4,0 m (mafsallı-mafsallı) i_z = 4,99 cm → λ̄_z = 1,045 → eğri c → χ_z = 0,483 N_b,Rd,z = 0,483 × 7808 × 355 / 1,0 = 1338,8 kN > N_Ed = 900 kN (oran: 0,67)
Problem 3 — Zor
HEB 300 kolon SDY sistemi, S355, N_Ed=1800 kN, M_y=200 kNm, M_z=50 kNm, L_cr=4,5 m
- TBDY 2018 Tablo 9.3 enkesit koşulu: başlık c/t_f = 5,55 ≤ 5,87 , gövde d/t_w = 18,9 ≤ 48,0
- χ_z = 0,679 → N_b,Rd = 3591,7 kN
- n = 0,340 → M_N,y,Rd = 494,3 kNm
- 200/494,3 + 50/309,0 = 0,567 ≤ 1,0 (oran: 0,57)
14. Sık Yapılan Hatalar
- Kesit sınıfı belirlenmeden plastik moment kullanılması
- Burkulma boyu katsayısı k = 1,0 yanlış varsayılması
- Yanal burkulmanın (LTB) ihmal edilmesi
- N–M etkileşiminin atlanması (n > 0,15 kontrolü)
- HV tipi bulon depremli birleşimlerde kullanılması (HR olmalı)
- TBDY 2018 Tablo 9.3 koşullarının ihmal edilmesi
- Sehim hesabında ölü ve hareketli yük birlikte alınması
- ÇYTHYE 2016 ile TS EN 1993 gerekliliklerinin karıştırılması
Kaynakça
- İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
- TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
- İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar
Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.
Kaynaklar
- TS 500:2000 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
- TS EN 1992-1-1:2012 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
- Tasarım Akış Şemaları.
İlgili Hesaplama Araçları
Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:
Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.