Çelik Basınç Elemanı Hesabı — Burkulma Kontrolü ve Burkulma Eğrileri

1. Tanım ve İlke

1.1 Burkulma Nedir?

Burkulma (buckling), basınç altındaki bir elemanın yanal yönde ani deplasmanla kararsız hale gelmesi olayıdır. Teorik anlamda, basınç kuvveti belirli bir eşik değeri olan kritik yükü ($N_{cr}$) aştığında eleman dengesini kaybeder. İki temel burkulma modu vardır:

• Eğilme burkulması (flexural buckling): En yaygın mod; eleman kendi ekseninden bükülür. HEB, HEA ve IPE profillerinde hakim moddur.
• Burulma-eğilme burkulması (torsional-flexural buckling): Özellikle açık ince kesitlerde (L, Z, T profiller) görülür. ÇYTHYE Madde 8.4 ile düzenlenmektedir.

Saha Notu: Türkiye'deki çelik yapılarda en çok kullanılan HEB ve IPE profilleri sıcak haddelenmiş olduğundan artık gerilme dağılımları belirlidir. Kaynaklı (yapma) profillerde artık gerilmeler farklı bir dağılım göstererek daha elverişsiz burkulma eğrisi kullanımını zorunlu kılar.

Dikkat: Türkiye'de 75 il 1. ve 2. deprem bölgesinde yer almaktadır (TBDY 2018 / AFAD). Deprem bölgesindeki çelik yapılarda enkesit sınıfı ve narinlik kontrolleri hem ÇYTHYE hem de TBDY 2018 Bölüm 9 kapsamında yapılmalıdır.

1.2 Euler Burkulma Yükü

Euler kritik yükü elastik burkulma yükünü verir:

$$N_{cr} = \frac{\pi^2 E I}{(L_{cr})^2}$$

Tablo 1: Notasyon ve Semboller

Dikkat: Euler burkulma yükü, yalnızca elastik burkulma için geçerlidir. Gerçek çelik kolonlarda artık gerilmeler ve geometrik kusurlar nedeniyle gerçek taşıma kapasitesi Euler yükünün genellikle %50–80'i düzeyindedir.

Tablo 2: Euler Burkulma Yükü

2. Tasarım Yöntemi

2.1 TS EN 1993-1-1:2005 / ÇYTHYE Yöntemi (Birincil — Türkiye)

TS EN 1993-1-1:2005 (Türkiye'de TS EN 1993-1-1:2005 olarak yayımlanmıştır), ÇYTHYE ile birlikte uygulanmaktadır. Türkiye Ulusal Eki (NA) kapsamında $\gamma_{M1} = 1{,}0$ olarak belirlenmiştir.

Adım 1 — Enkesit Sınıfının Belirlenmesi

ÇYTHYE Madde 5.4 ve TS EN 1993-1-1 Tablo 5.2 kapsamında başlık ve gövde narin oranları kontrol edilir:

• Başlık (rijitleştirilmemiş parça): $c/t_f \leq 9\varepsilon$ → Sınıf 1 sınırı
• Gövde (rijitleştirilmiş parça): $d/t_w \leq 33\varepsilon$ → Sınıf 1 sınırı
• $\varepsilon = \sqrt{235/f_y}$

Sınıf 4 enkesitlerde brüt alan $A$ yerine efektif alan $A_{eff}$ kullanılması gerekir (TS EN 1993-1-5).

Adım 2 — Narinlik Kontrolü (ÇYTHYE Madde 8.1.1)

ÇYTHYE Madde 8.1.1 gereği basınç elemanlarının narinlik oranı $KL/r \leq 200$ olmalıdır:

$$\frac{KL}{r} \leq 200$$

Saha Notu: Türkiye şantiyelerinde özellikle konsol ve çerçeve kolonlarında bu sınır sık sık ihmal edilmektedir. $KL/r > 200$ durumunda yasal tasarım uyumsuzluğu oluşur; yapı denetim sürecinde proje müellifi sorumlu tutulur (4708 sayılı Yapı Denetimi Hakkında Kanun).

Adım 3 — Göçme Yükü ve Bağıl Narinlik (TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1.2)

Plastik eksenel direnç:

$$N_{pl,Rd} = \frac{A \cdot f_y}{\gamma_{M0}}$$

Bağıl narinlik (non-dimensional slenderness):

$$\bar{\lambda} = \sqrt{\frac{A \cdot f_y}{N_{cr}}} = \frac{L_{cr}}{i \cdot \lambda_1}$$

Burada:

$$\lambda_1 = \pi \sqrt{\frac{E}{f_y}} = 93{,}9\varepsilon \quad \text{ve} \quad \varepsilon = \sqrt{\frac{235}{f_y \,[\text{N/mm}^2]}}$$

Tablo 3: Adım 3 — Göçme Yükü ve Bağıl Narinlik (TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1.2)

Adım 4 — Çarpım Faktörü $\Phi$

$$\Phi = 0{,}5 \left[1 + \alpha(\bar{\lambda} - 0{,}2) + \bar{\lambda}^2\right]$$

Burada $\alpha$ = kusur faktörü (burkulma eğrisine göre, bkz. Tablo 4).

Adım 5 — Azaltma Faktörü $\chi$

$$\chi = \frac{1}{\Phi + \sqrt{\Phi^2 - \bar{\lambda}^2}} \leq 1{,}0$$

Adım 6 — Tasarım Burkulma Dayanımı (TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1.1)

$$N_{b,Rd} = \frac{\chi \cdot A \cdot f_y}{\gamma_{M1}}$$

Kontrol koşulu: $N_{Ed} \leq N_{b,Rd}$

Önemli: ÇYTHYE ve TS EN 1993-1-1 Türkiye Ulusal Eki'ne (NA) göre $\gamma_{M1} = 1{,}0$'dir. Bu değer bazı Avrupa ülkelerinde farklı uygulanmaktadır.

2.2 ÇYTHYE 2016 / 2018 Yöntemi (YDKT ve GKT)

ÇYTHYE, hem Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım (YDKT) hem de Güvenlik Katsayıları ile Tasarım (GKT) yaklaşımlarını içerir.

YDKT (Madde 5.3.1): Tasarım dayanımı $\geq$ Gerekli dayanım koşulu:

$$\phi_c \cdot P_n \geq P_u$$

$\phi_c = 0{,}90$ (basınç için dayanım katsayısı)

GKT (Madde 5.3.2): Güvenli dayanım $\geq$ Gerekli dayanım koşulu:

$$P_n / \Omega_c \geq P_a$$

$\Omega_c = 1{,}67$ (güvenlik katsayısı)

YDKT Yük Birleşimleri (ÇYTHYE Denklem 5.3.1 — Madde 5.3.1):

• $1{,}2G + 1{,}6Q + 0{,}5(S)$ — Hakim birleşim
• $1{,}2G + 1{,}0Q + 1{,}0E$ — Deprem içeren birleşim (TBDY 2018 ile birlikte)

Saha Notu: Türkiye'de çelik endüstri ve depo binalarında YDKT yaklaşımı tercih edilmektedir. YDKT, tasarım güvenlik seviyesi açısından GKT ile eşdeğerdir; hesaplama sürecinde ise daha şeffaf bir güvenlik analizine imkân tanır.

2.3 AISC 360-16 Yöntemi (İkincil — TS karşılığı olmayan durumlarda)

Kritik Gerilme

Elastik olmayan burkulma ($KL/r \leq 4{,}71\sqrt{E/F_y}$):

$$F_{cr} = \left[0{,}658^{F_y/F_e}\right] F_y$$

Elastik burkulma ($KL/r > 4{,}71\sqrt{E/F_y}$):

$$F_{cr} = 0{,}877 \cdot F_e$$

Euler gerilmesi:

$$F_e = \frac{\pi^2 E}{(KL/r)^2}$$

Nominal basınç dayanımı:

$$P_n = F_{cr} \cdot A_g$$

LRFD: $\phi_c P_n \geq P_u$ ($\phi_c = 0{,}90$) ASD: $P_n/\Omega_c \geq P_a$ ($\Omega_c = 1{,}67$)

Referans: AISC 360-16 Bölüm E3.

Dikkat: AISC 360-16, Türkiye mevzuatında birincil standart değildir. ÇYTHYE eksikliklerinin tamamlanması amacıyla kullanılabilir (ÇYTHYE Madde 1.3). Ancak yük kombinasyonlarında YDKT/GKT yerine ÇYTHYE'nin öngördüğü kombinasyonlar esas alınmalıdır.

3. Burkulma Eğrileri

3.1 Kusur Faktörleri ve Eğri Seçimi

Burkulma eğrileri, artık gerilmeleri ve geometrik kusurları istatistiksel olarak hesaba katan ampirik eğrilerdir. ECCS (1976) deneysel çalışmalarına dayanan bu eğriler, TS EN 1993-1-1 Tablo 6.2'de verilmektedir.

Tablo 4: Kusur Faktörleri ve Eğri Seçimi

Tablo 5: Kusur Faktörleri ve Eğri Seçimi

Saha Notu: Türkiye piyasasında en çok kullanılan HEB 120–600 serisinde h/b = 1,0 olduğundan (kare kesit), kuvvetli eksen (y-y) için Eğri a, zayıf eksen (z-z) için Eğri b uygulanır. IPE serisinde h/b > 1,2 olduğundan her iki eksen için daha elverişsiz eğriler devreye girer.

4. Narinlik Sınırları

Tablo 6: Narinlik Sınırları

Dikkat: ÇYTHYE Madde 8.1.1, narinlik oranı sınırını $KL/r \leq 200$ olarak açıkça belirtmektedir. Bu sınırın aşılması durumunda, söz konusu eleman taşıyıcı sistem eleman olarak kabul edilemez; ya enkesit büyütülmeli ya da ara destek eklenerek serbest boy azaltılmalıdır. Türkiye sahası için ısıl köprü oluşturmamak ve korozyon önlemi açısından $KL/r \leq 150$ uygulama üst sınırı olarak benimsenmesi önerilir.

5. Parametreler

Tablo 7: Notasyon ve Semboller

6. Tasarım Örneği

Veri

• Profil: HEB 200, S355 çeliği
• Serbest boy: $L = 4{,}0\text{ m}$
• Mesnet koşulu: her iki uçta mafsallı ($K = 1{,}0$)
• Tasarım eksenel yükü: $N_{Ed} = 800\text{ kN}$
• Zayıf eksen kontrolü (z-z)

HEB 200 Özellikleri

• $A = 7808\text{ mm}^2$; $i_z = 52{,}2\text{ mm}$; $h/b = 1{,}0$; $t_f = 15\text{ mm}$

Çözüm (TS EN 1993-1-1 / ÇYTHYE)

1. Narinlik kontrolü (ÇYTHYE Madde 8.1.1):

$$\frac{KL}{r_z} = \frac{1{,}0 \times 4000}{52{,}2} = 76{,}6 \leq 200 \quad \checkmark$$

2. Burkulma boyu:

$$L_{cr} = K \cdot L = 1{,}0 \times 4000 = 4000\text{ mm}$$

3. Narinlik:

$$\lambda_z = \frac{L_{cr}}{i_z} = \frac{4000}{52{,}2} = 76{,}6$$

4. $\lambda_1$:

$$\varepsilon = \sqrt{235/355} = 0{,}814$$ $$\lambda_1 = 93{,}9 \times 0{,}814 = 76{,}4$$

5. Bağıl narinlik:

$$\bar{\lambda} = \frac{76{,}6}{76{,}4} = 1{,}003$$

6. Burkulma eğrisi: HEB 200, $h/b = 1{,}0 < 1{,}2$, $t_f = 15\text{ mm} < 40\text{ mm}$ → z-z ekseni → Eğri b → $\alpha = 0{,}34$

7. $\Phi$ faktörü:

$$\Phi = 0{,}5[1 + 0{,}34(1{,}003 - 0{,}2) + 1{,}003^2] = 0{,}5[1 + 0{,}273 + 1{,}006] = 1{,}140$$

8. Azaltma faktörü:

$$\chi = \frac{1}{1{,}140 + \sqrt{1{,}140^2 - 1{,}003^2}} = \frac{1}{1{,}140 + \sqrt{1{,}300 - 1{,}006}} = \frac{1}{1{,}140 + 0{,}542} = 0{,}594$$

9. Burkulma dayanımı:

$$N_{b,Rd} = \frac{0{,}594 \times 7808 \times 355}{1{,}0 \times 10^3} = \frac{1\,645\,630}{1000} = 1646\text{ kN}$$

10. Kontrol:

$$N_{Ed} = 800\text{ kN} < N_{b,Rd} = 1646\text{ kN} \quad \Rightarrow \quad \textbf{UYGUN} \checkmark$$

Kullanım oranı: $800/1646 = 0{,}49$ (%49)

7. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Profil: IPE 300, çelik sınıfı S275
• Serbest boy: $L = 3{,}0\text{ m}$
• Mesnet koşulu: her iki uçta mafsallı ($K = 1{,}0$)
• Tasarım eksenel yükü: $N_{Ed} = 350\text{ kN}$
• Kontrol ekseni: z-z (zayıf eksen)

IPE 300 Özellikleri (TS EN 10034):

• $A = 5381\text{ mm}^2$; $I_z = 603\text{ cm}^4$; $i_z = 33{,}5\text{ mm}$; $h/b = 300/150 = 2{,}0$; $t_f = 10{,}7\text{ mm}$

İstenen: Burkulma dayanımını hesapla ve kontrol et.

Çözüm:

Adım 1 — Narinlik kontrolü:

$$\frac{KL}{r_z} = \frac{1{,}0 \times 3000}{33{,}5} = 89{,}6 \leq 200 \quad \checkmark$$

Adım 2 — $\varepsilon$ ve $\lambda_1$:

$$\varepsilon = \sqrt{235/275} = 0{,}924$$ $$\lambda_1 = 93{,}9 \times 0{,}924 = 86{,}8$$

Adım 3 — Bağıl narinlik:

$$\bar{\lambda}_z = \frac{89{,}6}{86{,}8} = 1{,}032$$

Adım 4 — Burkulma eğrisi: IPE 300: $h/b = 2{,}0 > 1{,}2$, $t_f = 10{,}7\text{ mm} < 40\text{ mm}$ → z-z ekseni → Eğri c → $\alpha = 0{,}49$

Adım 5 — $\Phi$ faktörü:

$$\Phi = 0{,}5[1 + 0{,}49(1{,}032 - 0{,}2) + 1{,}032^2] = 0{,}5[1 + 0{,}407 + 1{,}065] = 1{,}236$$

Adım 6 — Azaltma faktörü:

$$\chi = \frac{1}{1{,}236 + \sqrt{1{,}236^2 - 1{,}032^2}} = \frac{1}{1{,}236 + \sqrt{1{,}528 - 1{,}065}} = \frac{1}{1{,}236 + 0{,}680} = 0{,}521$$

Adım 7 — Burkulma dayanımı:

$$N_{b,Rd} = \frac{0{,}521 \times 5381 \times 275}{1{,}0 \times 10^3} = \frac{770{,}4 \times 10^3}{10^3} = 770\text{ kN}$$

Sonuç: $N_{Ed} = 350\text{ kN} < N_{b,Rd} = 770\text{ kN}$ → UYGUN

Kullanım oranı: $350/770 = 0{,}45$ (%45)

Kontrol: $\bar{\lambda}_z = 1{,}032 > 0{,}2$ olduğundan azaltma uygulanması doğrudur. $KL/r = 89{,}6 < 200$ koşulu sağlanmaktadır.

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Profil: HEB 240, çelik sınıfı S355
• Serbest boy: $L = 5{,}0\text{ m}$
• Mesnet koşulu: zemin katta ankastre-mafsallı ($K = 0{,}7$)
• Tasarım eksenel yükü: $N_{Ed} = 1200\text{ kN}$
• Her iki eksen için kontrol yapılacak

HEB 240 Özellikleri (TS EN 10034):

• $A = 10\,600\text{ mm}^2$; $I_y = 11\,260\text{ cm}^4$; $I_z = 3923\text{ cm}^4$
• $i_y = 103\text{ mm}$; $i_z = 60{,}8\text{ mm}$; $h/b = 1{,}0$; $t_f = 17\text{ mm}$

İstenen: Her iki eksen için burkulma dayanımını hesapla; belirleyici ekseni bul.

Çözüm:

y-y ekseni (kuvvetli eksen):

Adım 1 — Burkulma boyu: $L_{cr,y} = 0{,}7 \times 5000 = 3500\text{ mm}$

Adım 2 — Narinlik: $\lambda_y = 3500/103 = 34{,}0 \leq 200$ ✓

Adım 3 — Bağıl narinlik ($\lambda_1 = 76{,}4$ for S355):

$$\bar{\lambda}_y = 34{,}0/76{,}4 = 0{,}445$$

Adım 4 — Burkulma eğrisi: $h/b = 1{,}0$, $t_f = 17\text{ mm}$ → y-y → Eğri a → $\alpha = 0{,}21$

Adım 5:

$$\Phi_y = 0{,}5[1 + 0{,}21(0{,}445-0{,}2) + 0{,}445^2] = 0{,}5[1 + 0{,}051 + 0{,}198] = 0{,}625$$ $$\chi_y = \frac{1}{0{,}625 + \sqrt{0{,}625^2 - 0{,}445^2}} = \frac{1}{0{,}625 + \sqrt{0{,}391 - 0{,}198}} = \frac{1}{0{,}625 + 0{,}439} = 0{,}939$$ $$N_{b,Rd,y} = \frac{0{,}939 \times 10600 \times 355}{10^3} = 3536\text{ kN}$$

z-z ekseni (zayıf eksen):

Adım 1 — Burkulma boyu: $L_{cr,z} = 0{,}7 \times 5000 = 3500\text{ mm}$ (aynı K değeri)

Adım 2 — Narinlik: $\lambda_z = 3500/60{,}8 = 57{,}6 \leq 200$ ✓

Adım 3 — Bağıl narinlik:

$$\bar{\lambda}_z = 57{,}6/76{,}4 = 0{,}754$$

Adım 4 — Burkulma eğrisi: $h/b = 1{,}0$, $t_f = 17\text{ mm}$ → z-z → Eğri b → $\alpha = 0{,}34$

Adım 5:

$$\Phi_z = 0{,}5[1 + 0{,}34(0{,}754-0{,}2) + 0{,}754^2] = 0{,}5[1 + 0{,}188 + 0{,}568] = 0{,}878$$ $$\chi_z = \frac{1}{0{,}878 + \sqrt{0{,}878^2 - 0{,}754^2}} = \frac{1}{0{,}878 + \sqrt{0{,}771 - 0{,}568}} = \frac{1}{0{,}878 + 0{,}451} = 0{,}752$$ $$N_{b,Rd,z} = \frac{0{,}752 \times 10600 \times 355}{10^3} = 2831\text{ kN}$$

Belirleyici eksen: z-z zayıf ekseni → $N_{b,Rd} = 2831\text{ kN}$

Kontrol: $N_{Ed} = 1200\text{ kN} < N_{b,Rd} = 2831\text{ kN}$ → UYGUN

Kullanım oranı: $1200/2831 = 0{,}42$ (%42)

Not: Her iki eksen için burkulma boyu aynı ($K = 0{,}7$) alındığında, zayıf eksen her zaman belirleyicidir çünkü atalet yarıçapı $i_z < i_y$'dir. Çerçeve tasarımında iki yön için K değerleri farklı olabilir.

Problem 3 — Zor

Senaryo: İstanbul (1. deprem bölgesi) endüstri binası çerçeve kolonu, enkesit sınıfı ve hem EN hem ÇYTHYE kontrolleri dahil.

Veriler:

• Profil: HEB 300, çelik sınıfı S275 (TS EN 10025-2:2019, $f_y = 275\text{ N/mm}^2$, t ≤ 40 mm)
• Toplam serbest boy: $L = 6{,}0\text{ m}$ (zemin kat)
• Mesnet koşulu: alt uçta ankastre (kolon ayağı rijit bağlantılı), üst uçta mafsallı (kiriş-kolon birleşimi moment aktarmıyor, yanlara öteleme var)
• ÇYTHYE Madde 6.4.3 uyarınca: ötelemenin önlenmediği çerçeve için $K = 1{,}5$ (muhafazakar kabul)
• YDKT tasarım eksenel yükü: $N_{u} = 1{,}2G + 1{,}6Q = 1{,}2 \times 300 + 1{,}6 \times 500 = 1160\text{ kN}$
• Kontrol: z-z zayıf ekseni (bina düzlemine dik yön)
• Türkiye koşulu: TBDY 2018 Madde 9.2.6 — moment aktaran çerçeve olmadığı için ek deprem kontrolü gerekmiyor; bina yüksekliği < 10 m (BYS ≥ 8).

HEB 300 Özellikleri (TS EN 10034):

• $A = 14\,900\text{ mm}^2$; $I_z = 8563\text{ cm}^4$; $i_z = 75{,}8\text{ mm}$; $h/b = 1{,}0$; $t_f = 19\text{ mm}$; $t_w = 11\text{ mm}$; $d = 248\text{ mm}$

İstenen: (a) Enkesit sınıfını belirle, (b) Narinlik kontrolü yap, (c) Burkulma dayanımını hesapla, (d) Kullanım oranını ver.

Çözüm:

a) Enkesit Sınıfı Kontrolü (ÇYTHYE §5.4, TS EN 1993-1-1 Tablo 5.2):

$\varepsilon = \sqrt{235/275} = 0{,}924$

Başlık (rijitleştirilmemiş): $c = (b - t_w - 2r) / 2 = (300 - 11 - 2 \times 27) / 2 = 117{,}5\text{ mm}$

$$c/t_f = 117{,}5/19 = 6{,}2 \leq 9\varepsilon = 9 \times 0{,}924 = 8{,}3 \quad \Rightarrow \text{Sınıf 1}$$

Gövde (rijitleştirilmiş): $d = 248\text{ mm}$

$$d/t_w = 248/11 = 22{,}5 \leq 33\varepsilon = 33 \times 0{,}924 = 30{,}5 \quad \Rightarrow \text{Sınıf 1}$$

Enkesit Sınıfı: 1 → Brüt alan $A$ kullanılır.

b) Narinlik Kontrolü (ÇYTHYE Madde 8.1.1):

$$L_{cr,z} = K \cdot L = 1{,}5 \times 6000 = 9000\text{ mm}$$ $$\frac{KL}{r_z} = \frac{9000}{75{,}8} = 118{,}7 \leq 200 \quad \checkmark$$

c) Burkulma Dayanımı Hesabı (TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1.2–6.3.1.3):

$\lambda_1 = 93{,}9 \times 0{,}924 = 86{,}8$

$$\bar{\lambda}_z = \frac{118{,}7}{86{,}8} = 1{,}368$$

Burkulma eğrisi: HEB 300, $h/b = 1{,}0$, $t_f = 19\text{ mm} \leq 40\text{ mm}$ → z-z → Eğri b → $\alpha = 0{,}34$

$$\Phi = 0{,}5[1 + 0{,}34(1{,}368 - 0{,}2) + 1{,}368^2] = 0{,}5[1 + 0{,}397 + 1{,}871] = 1{,}634$$ $$\chi = \frac{1}{1{,}634 + \sqrt{1{,}634^2 - 1{,}368^2}} = \frac{1}{1{,}634 + \sqrt{2{,}670 - 1{,}871}} = \frac{1}{1{,}634 + 0{,}894} = 0{,}395$$ $$N_{b,Rd} = \frac{0{,}395 \times 14900 \times 275}{1{,}0 \times 10^3} = \frac{1{,}620 \times 10^6}{10^3} = 1619\text{ kN}$$

d) Kontrol ve Kullanım Oranı:

$$N_{u} = 1160\text{ kN} \leq N_{b,Rd} = 1619\text{ kN} \quad \Rightarrow \quad \textbf{UYGUN} \checkmark$$

Kullanım oranı: $1160/1619 = 0{,}72$ (%72)

Kontrol: Çerçeve kolonu $K = 1{,}5$ ile %72 kullanım oranı elde etmektedir. Bu oran piyasada kabul edilen tasarım sınırı (%80–85) altındadır; ancak $\bar{\lambda} = 1{,}368 > 1{,}0$ burkulmanın belirleyici olduğunu göstermektedir. Bina deprem koşulu: İstanbul için AFAD haritasından alınan $S_S = 1{,}1$ ile $S_1 = 0{,}35$ değerleri kullanılarak TBDY 2018 Madde 3.1 kapsamında deprem yükü hesabı ve ÇYTHYE Madde 9 kombinasyonları ayrıca yapılmalıdır.

8. Türkiye'ye Özgü Koşullar

8.1 Deprem Bölgesi ve TBDY 2018

Türkiye, dünyada en yoğun sismik aktiviteye sahip bölgelerden biri üzerinde konumlanmaktadır. AFAD'ın 18 Mart 2018 tarih ve 30364 sayılı Resmî Gazete'de yayımladığı Türkiye Deprem Tehlike Haritası'na göre (TBDY 2018 kapsamında 1 Ocak 2019'da yürürlüğe girmiştir):

Tablo 8: Deprem Bölgesi ve TBDY 2018

TBDY 2018 Bölüm 9, moment aktaran çelik çerçevelerde ek narinlik ve süneklik koşulları öngörmektedir:

• TBDY 2018 Madde 9.3.1.1: Süneklik düzeyi yüksek (SDY) çerçevelerde başlık $b/2t_f$ ve gövde $h/t_w$ sınır değerleri (Tablo 9.3)
• TBDY 2018 Madde 9.2.6: Kolon eksenel kuvveti kontrolü → $P_u \leq 0{,}75 \phi A_g F_y$

8.2 Türkiye İklim Koşulları ve Don Derinliği

Çelik yapı kolonlarının temel bağlantılarında ve zemin temas bölgelerinde don derinliği belirleyicidir. KGM'nin Türkiye Don İndeksi Haritası'na göre:

Tablo 9: Türkiye İklim Koşulları ve Don Derinliği

Saha Notu: Türkiye'de kolon ayakları (base plate) ve ankraj bulonlarının gömülme derinlikleri don sınırının en az 10–20 cm altında olmalıdır. Kütahya ve İç Anadolu bölgelerinde temel derinliği minimum 100 cm alınması pratik bir güvence sağlar. Don kaynaklı kabarma (frost heave) çelik kolon temel levhalarında dönme ve deplasmanlarına yol açabilir.

8.3 Türkiye Piyasasında Yaygın Çelik Profiller ve Çelik Sınıfları

Türkiye'de çelik yapılar için TS EN 10025-2:2019 kapsamında S235, S275 ve S355 sınıfı çelikler kullanılmaktadır. Yerli üretimde başlıca tedarikçiler (Kroman Çelik, Erdemir, Çelsantaş) bu standarda uygun sertifika belgesi sunmaktadır. S355 sınıfı giderek yaygınlaşmakta olup özellikle yüksek yapılarda, geniş açıklıklı endüstri binalarında ve deprem bölgelerinde tercih edilmektedir.

Tablo 10: Türkiye Piyasasında Yaygın Çelik Profiller ve Çelik Sınıfları

8.4 İlgili Yasal Mevzuat

• 3194 sayılı İmar Kanunu: Yapı ruhsatı ve proje onay süreci
• 4708 sayılı Yapı Denetimi Hakkında Kanun: Çelik yapı projelerinde denetim zorunluluğu; proje müellifi ve yapı denetim kuruluşu sorumluluğu
• 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu: Çelik montaj çalışmalarında işçi güvenliği; yüksekte çalışma (> 3 m) için özel önlemler zorunludur.

9. Yönetmelik Referansları

Tablo 11: Yönetmelik Referansları

10. Kritik Noktalar

KP-1: TS EN 1993-1-1, z-z (zayıf) ekseni için genellikle daha elverişsiz burkulma eğrisi atar. Her iki eksen için ayrı ayrı kontrol yapılması zorunludur (TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1.3).

KP-2: Burkulma boyu ($L_{cr} = K \cdot L$) gerçek mesnet koşullarına göre belirlenmeli; rijit çerçevelerde $K > 1{,}0$ olabilir. Ötelemenin serbest olduğu çerçevelerde nomogram kullanımı önerilir (TS EN 1993-1-1 Ek E).

KP-3: $\bar{\lambda} < 0{,}2$ (veya $\bar{\lambda}^2 < 0{,}04$) ise burkulma azaltması uygulanmaz; eleman doğrudan enkesit dayanımına göre kontrol edilir (TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1.2(4)).

KP-4: Kaynaklı I profillerde artık gerilme dağılımı haddelenmiş profillerden farklıdır; bu nedenle daha elverişsiz burkulma eğrisi (b veya c) kullanılır (TS EN 1993-1-1 Tablo 6.2 dipnot).

KP-5: AISC ve EN arasındaki fark: AISC elastik ve elastik olmayan bölgeyi $KL/r = 4{,}71\sqrt{E/F_y}$ ile ayırırken, EN bağıl narinlik $\bar{\lambda}$ kullanır.

KP-6: Sınıf 4 (Class 4) enkesitlerde brüt alan $A$ yerine efektif alan $A_{eff}$ kullanılmalıdır (TS EN 1993-1-5).

KP-7 (Türkiye'ye Özgü): TBDY 2018 Madde 9.2.6, moment aktaran çerçevelerde kolon eksenel kuvvetini $P_u \leq 0{,}75 \phi A_g F_y$ ile sınırlamaktadır. Bu sınır aşıldığında güçlü-zayıf eksen koşulu (Madde 9.3.2.1) otomatik sağlanmış sayılır.

11. Sık Yapılan Hatalar

Tablo 12: Sık Yapılan Hatalar

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TS EN 1993-1-1:2005 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
2. ÇYTHYE 2016/2018 — T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr
3. AISC 360-16 — American Institute of Steel Construction (AISC). https://www.aisc.org
4. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
5. TS EN 10025-2 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Çelik Kolon Burkulma Hesaplama
• Çelik Kiriş Sehim Hesaplama
• Çelik Profil Ağırlığı Hesaplama

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.