AISC 360 ve TBDY 2018 Esaslarına Göre Çelik Birleşim Tasarımında Yapılan Top 5 Hata

Çelik yapılarda taşıyıcı sistemin güvenliği yalnızca profil seçimlerine değil, çelik birleşim tasarımının doğruluğuna da bağlıdır. Birleşim bölgelerinde yapılan küçük tasarım hataları bile yapının deprem performansını, dayanımını ve servis ömrünü doğrudan etkileyebilir.

Özellikle TBDY 2018’in deprem etkisi altındaki çelik taşıyıcı sistemlere ilişkin hükümleri ile AISC 360’ın genel çelik birleşim tasarım esasları birlikte değerlendirildiğinde, birçok projede benzer tasarım hatalarının tekrarlandığı görülmektedir. AISC esaslı sismik tasarımlarda ise AISC 341 ve gerekli durumlarda AISC 358 hükümlerinin de ayrıca dikkate alınması gerekir. 

1. Birleşimin Rijit veya Mafsallı Olduğunun Yanlış Kabul Edilmesi

Birleşimin davranışı, taşıyıcı sistem analizinin en önemli girdilerinden biridir. Projelerde bazen yalnızca hesap kolaylığı nedeniyle birleşimler;

• Tam rijit,

• Mafsallı,

• Yarı rijit

olarak varsayılmaktadır. Ancak gerçek davranış her zaman bu kabullerle örtüşmeyebilir.

Örneğin moment aktarması beklenen bir birleşim yeterli dönme rijitliğine sahip değilse;

• İç kuvvet dağılımı değişebilir,

• Kolon momentleri artabilir,

• Deprem performansı olumsuz etkilenebilir.

Bu nedenle özellikle moment aktaran birleşimlerde, birleşimin moment–dönme davranışı ile global analizde yapılan rijitlik kabulünün birbiriyle uyumlu olması gerekir. 

2. Bulon Gruplarında Sadece Dayanım Kontrolü Yapılması

Birçok projede yalnızca bulon kesme dayanımı kontrol edilmekte, diğer limit durumlar göz ardı edilmektedir.                                                                                             Oysa AISC 360 birleşim hesabı kapsamında bulonlar için;

• Bulonların kesme dayanımı,

• Bulonların çekme dayanımı,

• Çekme ve kesmenin birleşik etkisi,

• Gerekli durumlarda kaymaya karşı kritik birleşim kontrolleri,

• Bulon deliği çevresinde ezilme ve yırtılma,

• Minimum ve maksimum bulon aralıkları,

• Kenar mesafeleri,

• Bağlanan elemanlarda net kesit kopması,

• Blok kesme göçmesi

gibi kontroller birlikte değerlendirilmelidir.

Özellikle kayma birleşimi tasarımı yapılırken yalnızca bulon kapasitesine odaklanmak, plaka göçmesine neden olabilecek kritik durumların gözden kaçmasına yol açabilir.

3. Kaynak Hesaplarında Gerçek Gerilme Dağılımının Dikkate Alınmaması

Kaynaklar çoğu zaman birleşimin en kritik bileşenidir.                                                      Ancak uygulamada;

• Kaynak boyunun gereğinden kısa seçilmesi,

• Kaynak kalınlığının ezbere belirlenmesi,

• Gerilme yoğunlaşmalarının dikkate alınmaması

sık görülen hatalar arasındadır.

Sonlu eleman tabanlı analizlerde birleşim bileşenlerindeki gerilme dağılımları her zaman uniform değildir. 

Özellikle karmaşık birleşimlerde;

• Kaynak kuvvetleri ve kullanım oranları,

• Kaynak grubundaki kuvvet dağılımı,

• Birleşim plakalarındaki plastik şekil değiştirmeler,

• Kritik gerilme ve şekil değiştirme bölgeleri

birlikte değerlendirilmelidir.

4. TBDY 2018 Deprem Kurallarının Yeterince Uygulanmaması

Deprem etkisi altında tasarlanan çelik binalarda yalnızca genel çelik eleman ve birleşim dayanım kontrollerinin sağlanması yeterli değildir. TBDY 2018 Bölüm 9 kapsamında, seçilen taşıyıcı sistemin süneklik düzeyine ve davranışına bağlı özel deprem tasarım kurallarının da yerine getirilmesi gerekir. 

TBDY 2018 kapsamında, taşıyıcı sistem tipine bağlı olarak;

• Süneklik düzeyi koşulları,

• Kapasite tasarımı ilkeleri,

• Beklenen plastikleşme bölgeleri,

• Moment aktaran çerçevelerde güçlü kolon–zayıf kiriş koşulu,

• Birleşimlerin gerekli dayanım ve dönme kapasitesi,

• Çaprazlı sistemlerde birleşimlerin beklenen çapraz kuvvetlerine göre tasarımı

gibi ilave koşulların değerlendirilmesi gerekebilir.

Özellikle süneklik düzeyi yüksek taşıyıcı sistemlerde, birleşimlerin öngörülen sünek davranış mekanizmasıyla uyumlu olması; gerekli dayanım, dönme kapasitesi ve deformasyon taleplerini gevrek göçme oluşmadan karşılayabilmesi gerekir. Bu nedenle deprem tasarımında yalnızca dayanım değil, birleşimin beklenen davranış biçimi de değerlendirilmelidir. 

5. Yönetmelik Kontrollerinin Yazılım Sonuçlarına Körü Körüne Güvenilmesi

Analiz yazılımları mühendislik kararının yerine geçmez.                                                     Bazı projelerde kullanıcılar yalnızca "PASS" sonucunu görerek birleşimi onaylamaktadır.

Oysa mutlaka incelenmesi gereken noktalar şunlardır:

• Kullanım oranları

• Kritik göçme modu

• Kaynak kuvvetleri ve kullanım oranları 

• Bulon kuvvetleri

• Plakalardaki plastik şekil değiştirme bölgeleri 

• Rijitlik davranışı

• Yük kombinasyonları

Özellikle IDEA StatiCa yönetmelik kontrolü raporlarında bu veriler ayrıntılı olarak incelenmeli ve mühendislik yorumu ile birlikte değerlendirilmelidir.

Bu Hatalar Nasıl Önlenebilir?

Başarılı bir birleşim tasarımı için şu adımlar önerilir:

• Birleşim davranışını doğru tanımlayın.

• Genel çelik tasarım hükümleri ile TBDY 2018’in taşıyıcı sisteme özgü deprem tasarım hükümlerini birlikte değerlendirin; AISC esaslı sismik tasarımlarda gerekli olduğunda AISC 341 ve AISC 358 hükümlerini de dikkate alın. 

• Bulon, kaynak ve plaka kontrollerini eksiksiz yapın.

• Kritik birleşimlerde sonlu eleman analizlerinden yararlanın.

• Yazılım çıktılarının mühendislik açısından yorumunu mutlaka yapın.

• Hesap raporlarını yönetmelik maddeleriyle destekleyin.

Sonuç

Çelik birleşim tasarımında yapılan hatalar yalnızca birleşim bölgesini değil, tüm taşıyıcı sistemin güvenliğini, dayanımını ve deprem performansını doğrudan etkileyebilir. Özellikle AISC 360'ın genel çelik birleşim tasarım esasları ile TBDY 2018'in deprem etkisi altındaki çelik taşıyıcı sistemlere ilişkin özel hükümleri birlikte değerlendirildiğinde; birleşimin rijitlik davranışı, moment aktaran birleşimler, kayma birleşimi tasarımı, bulon ve kaynak kontrolleri, plaka dayanımı ile kapasite tasarımı prensiplerinin birbirini tamamlayan unsurlar olduğu görülmektedir.

Modern analiz yazılımları birçok dayanım ve şekil değiştirme kontrolünün gerçekleştirilmesini kolaylaştırsa da, doğru modelleme kabulleri ve mühendislik yorumu her zaman tasarımın temelini oluşturur. Özellikle kritik birleşimlerde sonlu eleman analizleri, kullanım oranları, göçme modları ve plastik deformasyon bölgeleri mühendislik bakış açısıyla değerlendirilmeli; tasarım kararları yalnızca otomatik yazılım sonuçlarına göre verilmemelidir. Güvenli, ekonomik ve yönetmeliklere uygun bir çelik birleşim tasarımı için hesap, analiz ve mühendislik yorumunun birlikte ele alınması gerekir.

Yönetmelik sınırlamalarını projelerinizde doğru uygulamak ve onay süreçlerinde takılmamak için uygulamalı IDEA StatiCa eğitimimizdeki vaka analizlerini inceleyin.