Çelik Bağlantılar — Bulonlu Bağlantı Hesabı
Bulonlu bağlantılar (bolted connections), çelik yapılarda en yaygın birleşim yöntemidir; fabrikasyon kolaylığı, sökülebilirlik ve kalite kontrolü açısından kaynaklı birleşimlere önemli avantajlar...
Büyük açıklıklı endüstriyel yapılarda kiriş-kolon birleşimleri, makas mesnetleri ve çapraz bağlantılarda bulonlu bağlantılar kullanılmaktadır.
Bağlantı kuvveti ve bulon sınıfından kesme/ezilme/çekme dayanımlarına, etkileşim ve yerleşim kontrolüne kadar tüm akış.
Bulon kesit, yerleşim planı (kenar mesafesi/aralık), kesme ve sürtünme (HSFG) bağlantı tipleri ve dayanım formülleri.
1. Bulon Kategorileri (EN 1993-1-8 / ÇYTHYE)
Bulonlu birleşimler, yük türüne ve delik–levha arayüz davranışına göre beş kategoriye ayrılmaktadır.
Tablo 1: Bulon Kategorileri (EN 1993-1-8 / ÇYTHYE)
| Kategori | Yük Türü | Açıklama | Bulon Sınıfı | Kontrol |
|---|---|---|---|---|
| A | Kayma (Ezilme) | Normal deliklerde kayma; delik–bulon temas basıncı aktif | 4.6 – 10.9 | Kayma + Yatak dayanımı |
| B | Kayma (Sürtünme, SLS) | Kullanılabilirlik sınır durumunda kayma yok; ULS'de ezilme | 8.8, 10.9 | SLS: Sürtünme; ULS: Kayma + Yatak |
| C | Kayma (Sürtünme, ULS) | ULS'de de kayma yok; net enkesit kırılması | 8.8, 10.9 | ULS: Sürtünme; net kesit |
| D | Çekme | Sadece çekme kuvveti; yorulma yükü yoksa | 4.6 – 10.9 | Çekme dayanımı |
| E | Çekme (Ön Gerilmeli) | Yüksek mukavemetli çekme; gevşeme riski | 8.8, 10.9 | Ön gerilmeli çekme |
Saha Notu: Türkiye şantiyelerinde endüstriyel çelik yapılarda (fabrika, depo, köprü) Kategori B ve C birleşimler sıklıkla kullanılmaktadır. TS EN 1090-2:2012 Yürütme Sınıfı EXC3 gerektiren yapılarda (TBDY 2018 kapsamında deprem bölgesi 1–2) ön gerilmeli bulon zorunlu tutulmaktadır.
Dikkat: Hangi kategorinin kullanılacağı proje başında belirlenmeli ve tüm hesaplar, imalat ve montaj dokümanlarında tutarlı biçimde yer almalıdır (TS EN 1090-2:2012 Madde 8.1).
2. Malzeme ve Bulon Özellikleri
2.1 Bulon Sınıfı ve Karakteristik Dayanımlar
Tablo 2: Bulon Sınıfı ve Karakteristik Dayanımlar
| Bulon Sınıfı | (N/mm²) | (N/mm²) |
|---|---|---|
| 4.6 | 240 | 400 |
| 4.8 | 320 | 400 |
| 5.6 | 300 | 500 |
| 5.8 | 400 | 500 |
| 6.8 | 480 | 600 |
| 8.8 | 640 | 800 |
| 10.9 | 900 | 1000 |
Saha Notu: Türkiye'de çelik yapı birleşimlerinde standart seçim 8.8 sınıfı bulondur. Deprem bölgelerinde (TBDY 2018 Bölüm 9) ve köprü gibi dinamik yüklü yapılarda 10.9 sınıfı ön gerilmeli bulon zorunludur. 4.6 sınıfı bulonlar yalnızca ikincil bağlantılarda kullanılmalıdır.
2.2 Bulon Enkesit Alanları ve Ön Germe Kuvvetleri
Tasarım ön germe kuvveti (TS EN 14399 / EN 1993-1-8 Madde 3.9.1):
Tablo 3: Bulon Enkesit Alanları ve Ön Germe Kuvvetleri
| Nominal Çap | (mm²) | Standart (mm) | — 8.8 (kN) | — 10.9 (kN) |
|---|---|---|---|---|
| M12 | 84,3 | 14 | 47 | 59 |
| M16 | 157 | 18 | 88 | 110 |
| M20 | 245 | 22 | 137 | 172 |
| M22 | 303 | 24 | 170 | 212 |
| M24 | 353 | 26 | 198 | 247 |
| M27 | 459 | 30 | 257 | 321 |
| M30 | 561 | 33 | 314 | 393 |
| M36 | 817 | 39 | 457 | 572 |
Dikkat: TS EN 14399-4 (HR sistemi) veya TS EN 14399-3 (HV sistemi) sertifikalı bulon takımları kullanılmalıdır. Piyasada sertifikasız "Grade 8.8" olarak satılan bulonlar, ön germe kontrolü yapılmadığında bu değerlerin altında kalabilir.
, , 6 × M24 10.9 bulon, S235 levha; bulon grubu, levha kalınlığı ve minimum mesafeler bütünleşik değerlendirilmelidir.
3. Tasarım Formülleri
3.1 Kesme Dayanımı (Shear Resistance)
Her bir kesme düzlemi için tasarım kayma dayanımı (TS EN 1993-1-8:2009 Madde 3.6.1):
Tablo 4: Kesme Dayanımı (Shear Resistance)
| Kesme Düzlemi | Kullanılan Alan | |
|---|---|---|
| Vidalı gövdede (diş açılmış bölge) | 0,6 | (gerilme alanı) |
| Vidasız gövdede — sınıf 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8 | 0,6 | (brüt alan) |
| Vidasız gövdede — sınıf 8.8, 10.9 | 0,5 | (brüt alan) |
(Türkiye Ulusal Eki — TS EN 1993-1-8 NA TR)
Saha Notu: Türkiye'deki uygulamaların büyük çoğunluğunda kesme düzlemi diş açılmış gövdeyi geçmektedir. Proje detayında "kesme düzlemi konumu" açıkça belirtilmeli; aksi durumda daha güvenli yaklaşım (, ) esas alınmalıdır.
3.2 Yatak Dayanımı (Bearing Resistance)
katsayısı — en küçük değer alınır:
katsayısı (kenar bulonu için):
İç bulonlar için:
Tablo 5: Notasyon ve Semboller
| Sembol | Açıklama | Birim |
|---|---|---|
| Kuvvet yönünde kenar mesafesi | mm | |
| Kuvvete dik kenar mesafesi | mm | |
| Kuvvet yönünde bulon adımı | mm | |
| Kuvvete dik bulon adımı | mm | |
| Bulon delik çapı | mm | |
| Bulon nominal çapı | mm | |
| En ince tabla kalınlığı | mm | |
| Bağlanan elemanın çekme dayanımı (S355: 490 N/mm²) | N/mm² |
Dikkat: Kenar ve iç bulonlar için ve hesabı ayrı ayrı yapılmalıdır.
3.3 Minimum Mesafe Gereksinimleri
Tablo 6: Minimum Mesafe Gereksinimleri
| Parametre | Minimum | Maksimum (iç ortam) |
|---|---|---|
Saha Notu — Türkiye Saha Pratiği: ÇYTHYE Madde 13.3.6'ya göre minimum bulon aralığı 2,67d olarak da ifade edilmektedir. Türkiye'deki piyasa pratiğinde ve alınması standart bir yaklaşım olarak yaygındır.
3.4 Çekme Dayanımı (Tension Resistance)
Burada (somunlu bulon için). Çekme + Kayma kombinasyonu:
Referans: TS EN 1993-1-8:2009 Madde 3.6.1, Denklem 3.19.
3.5 Ön Gerilmeli Bulon Kayma Dayanımı (Sürtünme Tipi — Kategori B/C)
Tablo 7: Ön Gerilmeli Bulon Kayma Dayanımı (Sürtünme Tipi — Kategori B/C)
| Sınıf | Yüzey Durumu | (slip factor) |
|---|---|---|
| A | Bilyalı / kum püskürtme + sıcak daldırma galvaniz | 0,50 |
| B | Tel fırçalama veya alev temizleme (oksit giderilmiş) | 0,40 |
| C | Galvanizli, işlenmemiş (dokunulmamış) | 0,30 |
| D | Merdane boya — sertleştirilmiş alkid boya | 0,20 |
Tablo 8: Ön Gerilmeli Bulon Kayma Dayanımı (Sürtünme Tipi — Kategori B/C)
| Delik Tipi | |
|---|---|
| Normal dairesel delik | 1,00 |
| Geniş dairesel veya kısa oval (yük yönüne dik) | 0,85 |
| Kısa oval (yük yönünde) | 0,70 |
| Uzun oval (yük yönüne dik) | 0,70 |
: SLS = 1,10; ULS = 1,25 (Türkiye NA)
3.6 Blok Kesme (Block Shear)
Bağlantı bölgesinde bir "blok"un birleşik kayma ve çekme yenilmesiyle kopması durumudur (TS EN 1993-1-8:2009 Madde 3.10.2).
Üstte bulonlu uç bağlantı, altta kaynaklı bağlantı; her iki durumda da "cope" bölgesinde kayma + çekme yenilmesi birlikte oluşmaktadır.
Simetrik çekme durumu:
Dengesiz çekme durumu (tek köşebent vb.):
Tablo 9: Notasyon ve Semboller
| Sembol | Açıklama | Hesap |
|---|---|---|
| Net çekme alanı | ||
| Net kayma alanı |
; (Türkiye NA)
Dikkat: Blok kesme, özellikle köşebent (L profil) bağlantılarında ve dar kenarlı levhalarda kritik sınır durumu olabilir. Çekme kuvveti taşıyan her bulonlu birleşimde mutlaka kontrol edilmelidir (ÇYTHYE Madde 13.4.3).
3.7 AISC 360-16 Karşılaştırması
Tablo 10: AISC 360-16 Karşılaştırması
| Dayanım Türü | TS EN 1993-1-8:2009 | ÇYTHYE (Bölüm 13) | AISC 360-16 |
|---|---|---|---|
| Kayma dayanımı | (J3-1) | ||
| Yatak dayanımı | (J3-6a) | ||
| Çekme dayanımı | (J3-1) | ||
| Sürtünme dayanımı | |||
| Blok kesme | Madde 3.10.2 | Madde 13.4.3 | Madde J4.3 |
4. Bulon Grubu Hesabı
Eksantrik yüklü bulon gruplarında (kayma kuvveti + moment), en kritik bulondaki bileşik kuvvet elastik yöntemle belirlenir.
4.1 Elastik Yöntem
Koordinat başlangıcı bulon grubunun ağırlık merkezi alınarak:
Moment bileşeni nedeniyle . bulona gelen kuvvet:
x ve y bileşenleri:
Doğrudan yük bileşenleri ( adet bulon):
En kritik bulondaki bileşik kuvvet:
Saha Notu: Düzlem dışı dışmerkezlik durumunda (kiriş mesnet bağlantıları, konsol plakalar) moment hem çekme hem kesme üretir; bu durumda ve kombinasyon koşulu (Madde 3.6.1 Denklem 3.19) uygulanmalıdır.
Takviye levhaları, başlık levhası ve kayma levhasının birlikte oluşturduğu birleşimde bulon grupları farklı yük bileşenlerini (kayma, çekme, moment) taşır; her grup ayrı ayrı hesaplanmalıdır.
5. Ön Gerilmeli Bulon Montaj Yöntemleri (TS EN 1090-2:2012)
Tablo 11: Ön Gerilmeli Bulon Montaj Yöntemleri (TS EN 1090-2:2012)
| Yöntem | Standart Madde | 1. Adım | 2. Adım | Doğrulama |
|---|---|---|---|---|
| Tork yöntemi | 8.5.3 | tork | tork | Tork anahtarı ±%4 hassasiyet |
| Kombine yöntem | 8.5.4 | tork | Belirli açı dönmesi | Açı doğrulama |
| DTI yöntemi | 8.5.6 | Snug-tight | Gösterge sıkışana dek | Feler mastarı |
| TCB (HRC) yöntemi | 8.5.5 | Kesme anahtarı | Spline ucu kırılana dek | Görsel |
Tablo 12: Ön Gerilmeli Bulon Montaj Yöntemleri (TS EN 1090-2:2012)
| Bulon | 8.8 (Nm) | 10.9 (Nm) |
|---|---|---|
| M16 | ≈ 211 | ≈ 299 |
| M20 | ≈ 412 | ≈ 579 |
| M24 | ≈ 711 | ≈ 1000 |
| M27 | ≈ 1049 | ≈ 1481 |
| M30 | ≈ 1422 | ≈ 2010 |
Saha Notu: Tablo 12'deki değerler yalnızca ön tasarım amaçlı referanstır; resmi hesapta EN 14399 beyan edilen k-faktörü ve değeri kullanılmalıdır.
TS EN 1090-2:2012 Madde 8.5.3 tork yöntemi: önce tork, ardından tork uygulanır; tork anahtarı ±%4 doğruluk gerektirir.
Dikkat — Deprem Bölgesi Koşulları (TBDY 2018): TBDY 2018 Madde 9.2.4 kapsamında, yüksek süneklik düzeyli çerçevelerde (YSÇ) bağlantı elemanlarının tasarımda beklenen akma dayanımı dikkate alınmalı, bulon birleşimleri süneklik sağlayacak biçimde tasarlanmalıdır. Ön gerilmeli bulon kullanımı bu yapı sistemlerinde zorunludur.
6. Hesap Örneği
Veri
- Bağlantı: İki çift köşebent ile gövde bağlantısı
- Kayma kuvveti:
- Bulon: M20 – 8.8 (; ; ; )
- Bağlanan eleman: S355, , ,
- , , , ; tek kesme düzlemi
Çözüm
1. Kayma dayanımı (tek bulon) [TS EN 1993-1-8:2009 Madde 3.6.1]:
2. hesabı:
3. hesabı (kenar bulon):
4. Yatak dayanımı (tek bulon):
5. Belirleyici dayanım:
6. Gerekli bulon sayısı:
7. Kontrol: ✓
7. Örnek Problemler
Problem 1 — Kolay
Veriler:
- Bulon: M16 – 8.8; ; ;
- Çekme kuvveti: (HEB 140 profil üzerindeki flanş plakası bağlantısı)
- Bağlantıda 4 adet bulon; tek kesme düzlemi
İstenen: Güvenli çekme kuvveti dayanımını hesaplayınız.
Çözüm:
Adım 1 — Tek bulon çekme dayanımı (TS EN 1993-1-8:2009 Madde 3.6.1(4)):
Adım 2 — Birleşim toplam çekme dayanımı:
Adım 3 — Kontrol:
Kontrol (ÇYTHYE Madde 13.3.9): → (brüt alan, konservatif)
Problem 2 — Orta
Veriler:
- Birleşim: UPE 180 kiriş — diyagonal levha bağlantısı
- Kayma kuvveti:
- Bulon: 5 × M16 – 8.8; (A sınıfı yüzey);
- Çelik sınıfı: S275; ; ;
İstenen: a) Ezilme etkili birleşimde güvenli kesme dayanımı; b) Sürtünme etkili birleşimde (Kategori B) SLS kayma dayanımı.
Çözüm:
a) Ezilme Etkili (Kategori A):
Adım 1 — Kayma dayanımı ():
Adım 2 — (UPE180 gövdesi , , , , S275):
Adım 3 — ():
Adım 4 — Yatak dayanımı (, ince eleman belirleyici):
Belirleyici:
Toplam dayanım: ✓
b) Sürtünme Etkili (Kategori B — SLS):
Toplam: → Yetersiz.
Sonuç: Ezilme etkili tasarım 5 bulon ile yeterli; sürtünme etkili tasarımda 7 adet M16-8.8 veya 5 adet M20-8.8 gereklidir.
Problem 3 — Zor
Veriler:
- Bağlantı: HEB 140 flanşına vida levhası bağlantısı
- Yük: (dışmerkezlik — hem kesme hem çekme)
- Bulon: 4 × M20 – 8.8; ;
- Çelik: S275; ; ; ;
- ; ;
İstenen: Birleşimin a) ezilme etkili (çekme + kayma kombinasyonu), b) blok kesme yeterliliğini kontrol ediniz.
Çözüm:
a) Çekme + Kayma Kombinasyonu:
Dışmerkezlik momentinden çekme kuvveti:
y koordinatları (üst iki bulon kritik): ,
Tek bulon çekme dayanımı:
Kayma kuvveti per bulon:
Kayma dayanımı:
Kombinasyon kontrolü (TS EN 1993-1-8 Denklem 3.19):
b) Blok Kesme Kontrolü (TS EN 1993-1-8:2009 Madde 3.10.2):
Net çekme alanı:
Net kayma alanı:
Blok kesme dayanımı:
Kontrol: → Blok kesme de yetersiz.
Sonuç: Birleşim hem kombinasyon hem blok kesme açısından yetersizdir. Çözüm: (1) Bulon çapını M24'e yükselt, (2) Bulon sayısını 6'ya çıkar, (3) Levha kalınlığını 16 mm'ye artır.
Yeşil antikorozyon boyalı kirişin etek plakası aracılığıyla kolona bulonlu bağlantısı; Kategori A (ezilme tipi) birleşim örneği.
8. Yönetmelik Referansları
Tablo 13: Yönetmelik Referansları
| Konu | TS EN 1993-1-8:2009 | ÇYTHYE (Bölüm 13) | AISC 360-16 |
|---|---|---|---|
| Genel bulon tasarımı | Madde 3.4–3.6 | Madde 13.3.1–13.3.4 | Bölüm J3 |
| Bulon sınıfları ve dayanım | Tablo 3.1 | Tablo 13.1 | Tablo J3.2 |
| Minimum mesafeler | Tablo 3.3 | Madde 13.3.6–13.3.8 | Tablo J3.4 |
| Kayma dayanımı | Madde 3.6.1(1) | Madde 13.3.9 | J3.6 |
| Yatak dayanımı | Tablo 3.4 | Madde 13.3.13 | J3.6 |
| Çekme dayanımı | Madde 3.6.1(4) | Madde 13.3.9 | J3.6 |
| Çekme + Kayma | Denklem 3.19 | Madde 13.3.10 | J3.7 |
| Blok kesme | Madde 3.10.2 | Madde 13.4.3 | J4.3 |
| Ön gerilmeli bulon | Madde 3.9 | Madde 13.3.11 | J3.8 |
| Sürtünme tipi (SLS) | Madde 3.9.1 | Madde 13.3.11 | J3.8 |
| Delik boyutları | Tablo 3.2 | Madde 13.3.5 | Tablo J3.3 |
Ek Mevzuat:
- TS EN 14399-3, 14399-4: Yüksek dayanımlı yapısal bulon takımları (HV ve HR sistemleri)
- TS EN 1090-2:2012: Çelik yapılar için uygulama standardı — bulon montaj, kalite kontrol
- TS EN 10025-2:2004: Yapısal çelik malzeme (S235, S275, S355 vb.)
- TBDY 2018 Madde 9.2: Deprem bölgelerinde çelik yapı özel koşulları
- 3194 Sayılı İmar Kanunu ve 4708 Sayılı Yapı Denetimi Kanunu: Proje onayı ve denetim zorunlulukları
9. Kritik Noktalar
KP-1: Kayma kuvveti kesme eksenini geçmiyorsa eksantrik etki hesaba katılmalıdır (Bölüm 4).
KP-2: Delik tipi (normal, geniş, uzun) katsayısını doğrudan değiştirir; kısa uzun delikte , uzun delikte alınır (TS EN 1993-1-8 Tablo 3.6).
KP-3: Blok kesme kontrolü, özellikle köşebent bağlantılarında çekme yükünde kritik olabilir; ÇYTHYE Madde 13.4.3 kapsamında mutlaka yapılmalıdır.
KP-4: ve Türkiye Ulusal Eki (NA TR) değerleridir; diğer ülkelerin NA değerleriyle karıştırılmamalıdır.
KP-5: Sürtünme tipi bağlantılarda yüzey işlemi (kumlama, galvaniz, boya) değerini doğrudan etkiler; standart A sınıfı yüzey için (TS EN 1090-2 Tablo 18).
KP-6 — TBDY 2018: Sismik dayanım sisteminin parçası olan bağlantılarda (kiriş-kolon, çapraz-düğüm noktası) TBDY 2018 Madde 9.2 koşulları karşılanmalı; birleşim dayanımı bağlantılı elemanın beklenen akma dayanımından büyük olmalıdır.
10. Sık Yapılan Hatalar
Tablo 14: Sık Yapılan Hatalar
| Hata | Doğrusu |
|---|---|
| Brüt alan yerine kullanmak (veya tersi) | Kesme düzlemi konumuna göre veya seçilmeli |
| Blok kesme kontrolünü atlamak | Çekme ve kayma beraber olduğunda MUTLAKA kontrol edilmeli (ÇYTHYE 13.4.3) |
| Tüm bulonlar için ve 'i aynı almak | Kenar ve ara bulonlar için farklı hesap yapılmalı |
| Çekme-kayma kombinasyonunu ihmal etmek | Denklem 3.19 uygulanmalı |
| Sürtünme katsayısını () rastgele seçmek | TS EN 1090-2 Tablo 18'e göre yüzey sınıfı belirlenmeli |
| Ön germe kuvvetini tork tablosundan almak | formülüyle hesaplanmalı |
| yerine 1,0 veya 1,10 kullanmak | Türkiye NA'ya göre zorunludur |
| Delik boyutunu sabit saymak | için (TS EN 1993-1-8 Tablo 3.2) |
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 EN 1993-1-1:2005 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
- TS EN 1993-1-8:2009 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
- ÇYTHYE Bölüm 13 — T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr
- TS EN 1090-2:2012 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
- TS EN 14399 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
- AISC 360-16 — American Institute of Steel Construction (AISC). https://www.aisc.org
- TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
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
- Kaynak Boyu 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.