Çelik Yapılar Tasarım Kuralları ve Uygulama Örnekleri

Yapıların analiz, tasarım ve yapım aşamalarında mekaniğin temel teorik kuralları ve deneysel yöntemler ile elde edilen bilgi birikimlerinden hangilerinin ne ölçekte kullanılacağına dair esasların önceden belirlenmesi yapı mühendisliğinde önem arzeden başlıca konulardan biridir. Bir tasarımcının tasarımını yapacağı yapı ile ilgili vereceği kararların tümüne, kendi mühendislik formasyonunu kullanarak, sağlıklı çözümler getirebilmesi mümkün değildir. Bu aşamada yapı yönetmelikleri uygulamaya konulur, bu durum zorunlu ve vazgeçilemez bir konudur. Yönetmeliklerin sadece kural getiren, uygulamacıyı kısıtlayan düzenlemeler olarak görülmesi doğru değildir; bunlar aynı zamanda yönlendirici özelliklere de sahip olmalıdırlar. Yanı sıra gelişen analiz yöntemleri ve teknolojideki ilerlemeler yönetmeliklerin zaman içerisinde sürekli güncellenmelerini zorunlu kılmaktadır. Kitabın ilk baskısı yapılırken Türkiye’de 1980 yılında yürürlüğe giren TS 648 Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları Yönetmeliği yukarıda özetlenen gereksinimleri hiçbir şekilde karşılama özelliğine sahip değil idi. Bu bakımdan adı geçen yönetmeliğe kitapta yer verilmesinden kaçınıldı. Birinci baskıda uluslararası düzeyde en güncel ve geçerliliği kanıtlanmış EC3 EN 1993-1-1 Avrupa yönetmeliği ve AISC 360-10 ABD yönetmeliği esas alındı. Geçen sürede önemli bir gelişme meydana geldi ve 4 Şubat 2016 tarihinde Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları (Çelik Yapılar Hakkında Yönetmelik-ÇYHY 2016) yönetmeliği yayımlandı. Yönetmelik AISC 360-16 taslak metnin geniş ölçekte yansıtılmasından oluşturulmuştur. Böyle bir yolun seçilmiş olması bize göre isabetlidir, zira bunlar olabildiğince geniş katılımlı heyetler tarafından gerçekleştirilen, uygulamaları zaman süzgecinden geçmiş, başarısı kanıtlanmış, yerleşik yönetmeliklerdir; sürekli güncellenmesi gereğinden dolayı da dinamik yönetmeliklerdir; bu nedenle güncellenmeleri bir önceki versiyonlarına göre bizde olduğu gibi adeta devrim sayılabilecek değişiklikler içermezler. Bu bağlamda AISC 360-10 ve 16 yönetmelikleri konusunun çekirdeğine ilişkin önemli değişiklikleri içermez. Bu özellik uygulamacıların aniden konuya yabancı bir konuma düşmelerini önlemesi bakımından da oldukça önemlidir. 2018 yılında da Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinin (TBDY 2018) yeni versiyonu yayımlandı. Açıklanan bu gelişmeler doğrultusunda sonraki baskılarda ÇYHY 2016 ve TBDY 2018’e göre güncellemeler ve gözden geçirmeler yapıldı. ÇYHY 2016’nın önemine ve gerekliliğine dair görüşlerimizi yukarıda açıkladık, buna rağmen bizce önemli olan bazı değerlendirmelerimize de burada yer vermek istiyoruz. Yapı mühendisliği ve buna ilişkin yönetmelikler çelik yapılar ile sınırlı değildir. 2016 yılında betonarme yapılar ve bunlarla ilgili yönetmelikler çağdaş bilimsel ve teknolojik düzeye daha yatkın idi. Yeni çelik yapı yönetmeliğinin mevcut TS 500 ile uyumlu olması isabetli bir yaklaşım olabilirdi. Buradaki başlıca ayrılık hesap yöntemlerinin tanımlanmasında ortaya çıkmaktadır. TS 500’de önerilen hesap yöntemi uygulamada taşıma gücü olarak adlandırılmakta ve her hangi bir kavram karmaşasına neden olmaksızın uygulanmaktadır. ÇYHY 2016’da YDKT kısaltması ile verilen Yük ve Dayanım Katsayıları ile Tasarım yöntemi TS 500 de tanımlanan taşıma gücü yöntemi ile nerede ise birebir örtüşmektedir, bu nedenle yeni bir tanım yerine taşıma gücü terimi kullanılması daha isabetli olur idi, kanımızca. Kitapta taşıma gücü teriminin kullanılması tercih edilmiştir. Burada konuyu biraz daha genişletmek ve önemli olması nedeni ile de yapı mühendisliğinin analiz ve tasarımla ilgili temel kurallarına değinmek istiyoruz. Bu konu kitap içinde etraflıca açıklanmakla beraber önsözde de yer almasına gerek gördük. Yapı mühendisliği başlıca iki ana kural ile ilgilenir: bunlar gerilme kuralı ve şekil değiştirmeye karşı direnç (rijitlik) kuralıdır. Gerilme kuralı yapı elemanının dayanımının yapı sisteminin verilen yükler altında analizi sonucu hesaplanan iç kuvvetlere eşit ya da büyük olmasını ifade eder. Yapı elemanının dayanımı onlara etki eden parametrelerin kontrol olanaklarının daha fazla olması nedeni ile büyük oranda gerçeğe yakın büyüklüklerde hesaplanabilir. Bu nedenle seçilecek güvenlik katsayılarının hesaplanan değeri fazla miktarda azaltmamasına özen gösterilmesi uygun olur. Yüklere gelince bunlar daha belirsizdir; yönetmeliklerde sabit ve hareketli yükler temel yük birleşimi olarak alınır, diğer birleşimler ise başlıca deprem olmak üzere kar, rüzgar vb. olağanüstü hallere aittirler. Deprem yüklerinin Türkiye için önemine bir vurgu yaparak konuya devam ediyoruz. Kesit taşıma gücü büyük güvenlik katsayıları ile azaltılırsa yük katsayıları göreli olarak küçük seçilmek zorunda kalacaktır. Bu ise yapı elemanındaki olağanüstü yüklerin etkisi altındaki kullanılabilir taşıma gücünün mertebesi hakkında tasarımcının bir fikir edinmesini imkansızlaştırır. ÇYHY 2016 da LRFD (load and resistance factor design) ve ASD (allowable strength design) olarak adlandırılan yöntemler YDTK (yük ve dayanım katsayıları ile tasarım) ve GKT (güvenlik katsayıları ile tasarım) olarak yer almaktadır. Biz kitapta sadece YDKT (LRFD) yöntemini kullandık. Bu tercih yukarıda açıklanan nedenlerle yapıldı. Bir başka deyişle GKT yönteminin yönetmelikte yer almasını doğru bulmuyoruz. Her ne kadar iki yönteme göre de hesaplanan değerler farklı olmayacak şekilde malzeme ve yük katsayıları düzenlenmiş olsa da; özellikle konuya ilk kez katılacak öğrencilerde istenmeyen kavram kargaşalarından sakınılması yararlı olurdu. Diğer değerlendirmelerimiz ise şöyledir: Türkiye’de ve Avrupa’da sadece mühendislik alanlarında değil matematiksel ve diğer uygulama alanlarında da boyuna eksen x sembolü ile gösterilir, yönetmelikte ise boyuna eksen z ile gösterilmektedir. Bu farklılık önemlidir, tasarımcıları kavram kargaşasına sürükleyebilir, özellikle profil tablolarının kullanılmasında hatalı değerlerin seçilmesine neden olabilir, bu sakıncaları ortadan kaldırabilmek amacı ile kitapta boyuna eksen x, güçlü eksen y, zayıf eksen z sembolü ile gösterilmiştir, ayrıca önemli olduğu bazı yerlerde bölüm başlarında uyarıda bulunulmuştur. Eksen tanımlaması yapılırken yönetmelikteki kuvvetli eksen yerine kitapta güçlü eksen tanımı kullanıldığını da belirtmek isteriz, zira mekaniksel olarak zayıf eksene göre etkisinin fazla olduğunu ifade etmesi bakımından daha uygun olduğu kanısındayız. Bu bağlamda rijitleştirilmiş ve rijitleştirilmemiş enkesit parçası terimleri yerine iç ve uç elemanlar tanımlamasının kullanılması kitapta tercih edilmiştir. Bu gereklilik açıktır, zira bir enkesitte rijitleştirilmemiş (rijit olmayan) bir elemanının olamayacağı mühendisliğin temel kuralıdır. Terimler konusunda bir başka önerimiz de küt kaynak tanımına ait olacaktır. Küt kelimesi günlük kullanımda olumsuz bir anlam ifade eder, bu olumsuzluk kaynakta da belirginleşmektedir, küt kaynak köşe kaynağa göre daha değersiz bir birleşim aracı gibi düşünülebilmektedir. Bu ayırımın önlenmesi amacı ile yönetmeliğin ileriki versiyonlarında küt kaynak yerine dolgu kaynağı veya oyuk kaynağı terimlerinden birinin kullanılmasını öneriyoruz. Kitapta küt kaynak terimi aynen alınmakla beraber penetrasyon yerine de tüm levha kalınlığında olan veya olmayan ifadeleri kullanılmıştır. Son sözler olarak mühendislere ve özellikle öğrencilerimize iyi bir çelik yapı tasarımı için bir kaç tavsiyede bulunmak istiyoruz. Malzeme kalitesinde ulaşılan gelişmeler narin yapılara ilgiyi arttırmıştır. Bu ise rijitlik ve stabilite sorunlarının daha ön plana gelmesine neden olmaktadır. Şekil değiştirmenin şekil değiştirmeye etkisi olan ikinci mertebe etkiler ve yerel burkulma sorunları bu gruba aittirler. Bu hususlara ait teorik bilgiler her bölümün başında verilmiştir. Kullanıcıdan talep edilen bu bilgileri iyice kavraması hatta gerek görürse ilave bilgiler edinmeye gayret göstermesi ve verilen kuralları bilinçli olarak uygulamasıdır. Kitabı, çelik yapıların ülkemizde gelişimine katkıda bulunması dileği ile elinizdeki baskısını sunmaktayız. Bu katkının daha fazla olabilmesi için meslektaşlarımızın bize ulaştıracağı görüş ve düşünceleri bizim için çok önemlidir, bu konudaki iletilerinizi her zaman saygı ve dikkatle karşılayacağımızı bildiririz. Prof. M. Ruhi AYDIN Dr. Ayten GÜNAYDIN Eskişehir, 2023