TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 1.1 Tanım, Tarihsel Gelişme

Transkript

TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1
1.1
Tanım, Tarihsel Gelişme
TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI
Yapının taşıyıcı sistemini, üzerine etkiyen
yükleri uygun biçimde taşıyıp zemine
aktaran tüm taşıyıcı elemanlar oluşturur.
Yapı taşıyıcı sistemini:
 Temeller,
 Duvarlar ve kolonlar gibi düşey,
 Kirişler ve döşemeler gibi yatay
elemanlar oluşturur.
Bu taşıyıcı elemanlar, yapıyı
oluştururken çeşitli şekillerde düzenlenir.
YTÜ Mimarlık Fakültesi TSBD
2
1
TAŞIYICI SİSTEMLER:

ÇUBUK SİSTEMLER

Tek doğrultuda yük aktaran sistemler
•
•
•
•

İki doğrultuda yük aktaran sistemler
•

Kolonlar (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli)
Kirişler (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli)
Kemerler (dolu, boşluklu ve kafes gövdeli)
Kablolar
Uzay Kafesler
YÜZEYSEL TAŞIYICI SİSTEMLER

Düzlem Yüzeysel Taşıyıcı Sistemler
•
•
•

Plaklar
Perdeler
Katlanmış Plaklar
Eğrilikli Yüzeysel Taşıyıcı Sistemler
•
•
•
Kabuklar
Çadırlar
Şişme Sistemler
olarak sınıflandırılır.
3
Kaya
Taş
Tarih boyunca taşıyıcı sistemlerin gelişimi,
malzeme ve teknolojik bilginin sınırlılığı nedeniyle çok yavaş olmuştur.
4
2
Taşıyıcı sistem olarak 20.yy başlarına kadar
yörede bulunan taş ve ahşap gibi doğal
malzemeler kullanılmıştır.
5
YIĞMA YAPILAR
6
3
AHŞAP YAPILAR
Ahşap, tarih boyunca her kültür tarafından
oldukça fazla kullanılmış bir yapım
malzemesidir. Kolaylıkla ormandan elde
edilir ve üretilir.
7
AHŞAP YAPILAR
Son yıllarda yüksek kalite ve büyük enkesitli
ahşap elemanları elde etmek için lamine ahşap,
glulam ve ahşap panel şeklinde oluşturulan ahşap
kompozitlerle büyük açıklıklar geçilebilmektedir.
8
4
BETONARME YAPI
Panteon, Roma
Conrad Oteli, İstanbul
Başlangıcı Romalılara kadar giden betonun inşaat malzemesi olarak kullanılması,
bağlayıcı olarak Portland çimentosunun 1824’lerde bulunmasıyla mümkün olabilmiştir.
Betonarme ilk olarak Fransa’da 1849da kullanılmış, ilk patent 1857 de alınmıştır.
9
PREFABRİKE BETON YAPI
Prefabrike beton yapılar, genellikle öngerilmeli olarak fabrika koşullarında imal
edilmiş kiriş ve kolonların yada çerçevelerin birleştirilmesiyle oluşturulur.
10
5
Okul, İsviçre
Bank Lambert, Brüksel
Kütüphane, Bern
11
DEMİR YAPI
18.yy sonlarından itibaren “demir yapı”
köprülerde kullanılmaya başlamıştır. İlk
tamamen demir yapı, 1779 İngiltere’de Severn
Nehri üzerinde 31m. açıklıklı kemer şeklinde
inşa edilen Coalbrookdale karayolu köprüsüdür.
Bu köprü hala kullanılmaktadır.
Coalbrookdale köprüsü, 1779,
12
6
DEMİR YAPI
Crystal Palace, UK, 1851
Dökme demir kolonlar üzerinde dökme ve dövme demir kafesler
1851 de Londra Uluslararası sergi pavyonu olarak yapılan
Crystal Palas’da ilk kez demir çerçeve kullanılması bu
malzemenin binalarda da kullanımını gündeme getirmiştir.
13
DEMİR YAPI
Fortbridge,UK
Gardener Dükkanı, Glasgow, UK
Çikolata Fabrikası, Fransa
Green Park People House, Glaskow, UK
14
7
ÇELİK YAPI
Relience Building, Chicago, 1894
Chedanne Baro Binası, Paris, 1904
1860 larda geliştirilen bir ekonomik çelik elde etme yöntemi ile çelik iskeletli
yüksek yapılar yapılmaya başlamıştır.
15
ÇELİK YAPI
Woolworth Binası, 1913 52 katlı
Chicago Tribunal Kulesi, 1922
16
8
ÇELİK YAPI
K-Building, Osaka
Sergi Merkezi, Aomori
Portopia Oteli, Kobe
17
ÇELİK YAPI
St Jordi Kültür Sarayı, Barcelona
L=128m, h= 45m
Bugün, yüksek kaliteli yapı çeliklerinin
üretilmesi ve kaynak tekniğinin gelişmesi ile
birlikte gökdelenler ve büyük açıklıklı
yapılar yapılabilmektedir.
Amoco Bldg, Chicago
82kat
18
9
Bir yapının fonksiyonu ne olursa olsun, daha ön proje aşamasında
yapım sisteminin (taşıyıcı sistem malzemesinin) seçimi gerekir.
Yapı fonksiyonu,
Kullanma süresi,
Yapım için ayrılan para,
İnşaat süresi,
Zemin durumu,
İklim koşulları,
Ulaşım olanakları,
Yapı malzemesi fiyatları
gibi konular inşaat malzemesi seçiminde önemli etkenlerdir.
Seçimin uygun bir biçimde yapılabilmesi için seçimi yapan teknik
elemanın inşaat malzemesinin üstün ve zayıf yanlarını bilmesi gerekir.
19
Yapı Malzemeleri
EĞİLME DENEYİ
Yapı malzemelerinin özellikleri,
laboratuar deneyleri sonucu saptanır.
BASINÇ DENEYİ
20
10
Yapı Malzemeleri
Eğilme deneyi
Çekme deneyi
Sertlik deneyi
21
Yapı Malzemeleri
Malzemelerin σ-normal ve  -kayma gerilmeleri ile E -elastisite modülü
gibi taşıma kapasiteleri, bir çekme deneyi ile belirlenir.
Çekme deneyi
Bu deneyde çubuk başka hiç bir etki olmaksızın yavaş yavaş
artırılan P=σ.Fo çekme kuvveti ile kopma sınırına kadar zorlanır.
Deney sonucu bir gerilme-uzama diyagramı ile gösterilir.
22
11
Yapı Malzemeleri
Deney sırasında P çekme kuvveti
σoorantılı sınır gerilmesine ulaşıncaya kadar
artırıldığında, malzemenin lineer elastik
bir karakter gösterdiği görülür. Bu
bölgede uzama kuvvetle orantılıdır, yani
gerilmenin deformasyona oranı sabittir.
Yük kaldırıldığında deformasyon da
kalkar. Hooke kanunu geçerlidir.
σ < σF – Hooke bölgesi
σa – Akma sınırı
σe - Kritik sınır
σB – Kırılma sınırı
Diyagramda başlangıç teğetinin eğimi
E-elastisite modülünü verir. Çeliğin
elastisite modülü : E=tgα=0.21 kN/mm2dir.
Yük, gerilme akma sınırı σa‘ ya ulaşıncaya kadar artırıldığında büyük bir plastik
deformasyon oluşur. Burada gerilme artmasa da uzama devam eder ve kuvvet σkkırılma gerilmesine kadar artırıldığında hızlı bir kesit incelmesiyle çubuk kopar.
23
YIĞMA KAGİR YAPILAR
Kerpiç ev
Yığma kagir yapıları oluşturan doğal taş,
kumtaşı, tuğla, kerpiç, briket, beton,
gazbeton vb. bloklar basınca dayanımlı,
çekmeye karşı ise çok zayıf malzemelerdir.
Yığma kagir yapıları oluşturan bloklar
sünekliği az ve gevrektir (kırılgan).
Süneklik (düktilite), akma sınırının ötesinde
gerili bir malzemenin uzama kabiliyetidir.
Aachen Şapeli, tuğla
24
12
AHŞAP YAPILAR
Ahşap hafiftir, hem çekmeye
hem de basınca dayanımlıdır.
Ahşap, doğal bir malzemedir. İçindeki
delikler, çentikler ve bölgesel korozyon
(çürükler), dayanımını etkiler.
25
AHŞAP YAPILAR
Ahşap kompozitlerin iki doğrultuda da çekme ve basınç
dayanımları aynıdır. I-kiriş, lamine ahşap, glulam ve ahşap
panel şeklinde oluşturulan bu kompozitlerle masif ahşapta
karşılaşılan şişme, büzülme, çatlama gibi olumsuzluklar
azaltılmıştır.
26
13
ÇELİK YAPI
Çelik, mekanik olarak işlenebilen, dövülerek preslenerek
haddeden geçirilerek şekillendirilen bir demir alaşımıdır.
Yapısında demirden başka
%0,3-1,7 arasında karbon (C) ile
toplamı %1’ i geçmeyen fosfor (P),
kükürt (S),
nitrojen (N) gibi kirli,
manganez (Mn)
silisyum (Si) gibi
yararlı
maddeler vardır.
Bu maddelerin ayarlanması ve alaşıma
başka yararlı maddelerin uygun eklenmesi
ile çeşitli özellikte çelik elde edilebilir.
Çelik, hem basınca hem de çekmeye dayanımlı bir malzemedir.
27
ALUMİNYUM YAPI
Uçak sanayisindeki gelişme ile yüksek dayanımlı alüminyum üretilmeye başlanmıştır.
Alüminyum, 1970 lerden beri yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır.
Alüminyumun sertliğini içindeki silis oranı belirler.
Alüminyum, hem çekmeye hem de basınca dayanımlıdır.
28
14
BETONARME YAPI
Beton; çimento, agrega ve suyun uygun oranlarda karıştırılmasıyla elde edilir.
Beton; ağır, gevrek, basınç mukavemeti yüksek, kayma mukavemeti
küçük ve çekme mukavemeti ise yok denecek kadar az bir malzemedir.
Bu nedenle yapıda çelik ile birlikte kullanılır. Beton ve
çeliğin birlikte kullanımı, Betonarme yapıyı oluşturur.
29
BETONARME YAPI
Betonarme, basınç kuvvetlerinin beton, çekme kuvvetlerinin çelik donatı ile
taşındığı bileşik bir yapı malzemesidir. Beton ve çeliğin ısı genleşme katsayısı ~ aynı
olduğu için iki malzeme birlikte çalışır. Ayrıca beton çeliği pastan korur.
30
15
Prefabrike beton yapı elemanları yüksek nitelikli malzeme,
işçilik ve kontrol ile üretildikleri için yüksek dayanımlıdır.
31
KABLOLU YAPI
Kablolu sistemler, asma ve germe sistemleri oluşturur. Burada kablo olarak sentetik,
organik yada çelik halatlar gibi zincirler ve hadde mamulü profiller de kullanılabilir.
Kablolar sadece çekme dayanımlıdır.
Kablolu Sistemler, kabloların yalnızca çekme etkisinde olmaları ve eğri biçimlerinin
yarattığı taşıyıcılık üstünlüğü ile büyük açıklıkların geçilmesine olanak verir.
32
16
TEKSTİL VE PLASTİK ÖRTÜLER
Plastik ve tekstil dokumaların taşıyıcı örtü
olarak kullanılması 1950 lerde başlamıştır.
Taşıyıcı örtü olarak kullanılan plastik ve tekstil dokumaların
kendi rijitlikleri yoktur, sadece çekme dayanımlıdır.
33
TEKSTİL VE PLASTİK ÖRTÜLER
Tribün, Bourges, Fr
Nihon Üniversitesi Spor Merkezi, Tokyo
Amfitiyatro, EXPO 85
Suntory Pavyonu, EXPO 85
34
17
YENİ SİSTEMLER
Expo-İsviçre
Şişme çatılar
Günümüzde gelişen teknoloji sayesinde
malzemelerin üstün niteliklerinden
yararlanarak çok çeşitli yeni malzemeler
üretilmekte, pek çok yüksek yapı ve büyük
açıklıklı yeni sistemler geliştirilmektedir.
Petronas Kuleleri, Malezya
35
YÜKSEK YAPI SİSTEMLERİ
Çerçeve Sistem
Hilton Oteli, İzmir
NEC Super Tower, Tokyo
Singapur Oteli, Singapur
36
18
Çerçeve + Çekirdek Sistem
Rainer Bank Kulesi Washington,
Lake Point Tower, Chicago
Tokyo Belediye Binası
37
Çaprazlamalı Çerçeve + Perdeli Sistem
IBM Building, Pittsburg
Alcoa Building, S.Francisco
John Hancock Center, Chicago
38
19
Tüp Sistem
One Shell Plaza, Houston
Oklahoma Bankası
OUB Center, Singapur
39
Asma Sistemler
BMW Binası, Münih
Shanghai Bank, Hongkong
40
20
Diğer Sistemler
Bishopgate, Londra
(köprü tipi)
Nagakin Capsule, Tokyo
(Hücre sistem)
Çin Bankası, Hongkong
(Uzay kafes)
41
BÜYÜK AÇIKLIKLI SİSTEMLER
Çubuk Sistemler: Uzay Kafes
42
21
Katlanmış Plak Sistemler
Shizioka Spor Merkezi
43
Kabuklar - Betonarme
St.Mary Kilisesi, Tokyo
Sidney Opera Binası
Basel Benzin İstasyonu
44
22
Kabuklar - Betonarme
Bahai House, Y.Delhi
45
Kabuklar - Çelik
Glaskow Botanik Bahçesi
Geod Sinema Salonu, Paris
Namihaya Dome, Osaka
46
23
Kabuklar - Ahşap
Silk Road Sergi Pavyonu, Nara
Kilise, Oslo
Sergi Salonu, Sidney
47
Asma Germe Sistemler: Çadırlar
48
24
Asma Germe Sistemler: Kablo Kirişli
Tek eğrilikli asma sistem
Çift eğrilikli asma sistem
49
Asma Germe Sistemler: Kablo Ağı
Kongre Sarayı, Berlin
Kapalı Buz Hokeyi Salonu, Jp
Giorgia Dome, USA
50
25
Asma Germe Sistemler: Kablo Askılı
Renault Show Room, Swindon, UK
Spor Salonu, Jp
Expo 87, Montreal
Hokey Sahası Tribünü, Sidney
51
Şişme - Pnömatik Sistemler
Tiyatro – EXPO85
Kumamoto Dome – Kültür Merkezi
Tokyo Big Egg – Baseball Sahası
52
26
Montaj
Atölyelerde hazırlanan Prefabrike beton,
Çelik ve Alüminyum yapı elemanları,
şantiyeye nakledilebilecek boyutlarda
hazırlanır.
53
Montaj
Prefabrike beton ve çelik yapılarda montaj;
eleman yöntemi,
blok yöntemi ve
kaldırma yöntemi
olarak üç şekilde yapılır.
54
27
Montaj
Eleman yöntemi: yapıyı oluşturan elemanlar
tek tek ve doğrudan yerinde birleştirilir.
Yüksekte çalışılması gerektiği için iş verimi
düşer, inşaat süresi uzar ve masraflar artar.
55
Montaj
Blok yöntemi: atölyede yada şantiyede yerde,
yapı elemanları kolay taşınabilir boyutta
çerçeve blokları haline getirildikten sonra
yerine kaldırılıp birleştirilir. Bu şekilde
yerinde birleşecek parça sayısı eleman
yönteminden daha az olacağından inşaat
süresi daha kısadır ve maliyet daha az olur.
56
28
Montaj
Kaldırma yöntemi: tüm kaplama, elektrik
ve mekanik donanımları ile yerde
tamamlanan çatı yada ara kat döşemesi
vinçler ve krikolar yardımıyla tasarım
yüksekliğine kaldırılıp tespit edilir.
Bu yöntemde iskele ortadan kaldırıldığı
için yüksekte yapılacak işler azdır ve
inşaat süresi kısadır. Kaldırma işi yukarı
çekme yada yukarı itme yoluyla yapılır.
57
Montaj
Montaj yöntemi; montaj sırasında
*elemanın kaldırılma noktasının yerine,
*elemanın kaldırılma noktası sayısına ve
*kaldırılma noktasında reaksiyon kuvvetinin
karşılanma şekline
bağlı olarak seçilir ve tasarımı büyük ölçüde
yönlendirir.
58
29
Tasarımda:
 Mal sahibi
Mimar
Mühendisler
Uygulayıcı
ortak çalışır ve her eleman yapı tasarımı için
gerekli bilgi ve deneyimini ortaya koyar.
Bu grubun lideri Mimardır.
59
Tasarımda:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
İhtiyaç programının çıkarılması
Yapının yer alacağı zeminin incelenmesi
Yapının arsa üzerindeki yerinin seçilmesi
Taşıyıcı sistem malzemesinin seçilmesi
Taşıyıcı sistem türüne karar verilmesi
Yapı fonksiyon ilişkilerinin saptanması
Sistemin geçeceği açıklıklara karar verilmesi
Taşıyıcı sisteme ön boyut verilmesi
Sistemin yatay kuvvetlere karşı rijitleştirilmesi
Temel tipi ve derinliğinin saptanması
Sistemin statik hesaplarının yapılması
Taşıyıcı sistemin maliyet yönünden incelenmesi
ortak çalışma sonucunda oluşturulur.
60
30
Bir yapının tasarımında mimar
• Öncelikle zemin koşulları, yapı fonksiyonu ve yüksekliğine bağlı olarak taşıyıcı
sistem seçimini yapar.
• Sonra taşıyıcı sistem için seçilen malzeme özelliklerine ve yapı fonksiyonuna
bağlı olarak bir yada iki doğrultuda modülasyon ızgarası düzenler.
61
Yapı, insana benzer.
Kemikleri kolon, kiriş, duvar ve döşeme
gibi taşıyıcı sistem elemanlarını,
iskeleti taşıyıcı sistemini
Damarları, tesisat, havalandırma,
ısıtma, aydınlatma sistemlerini
oluşturur.
Gücü, tüm sistem elemanlarının sağlam
olmasına ve bağlantılarının iyi ve
düzgün yapılmasına bağlıdır.
62
31
Yapı elemanlarının üzerine etkiyen yükleri taşıyabilmesi için
her eleman yer çekimi kurallarına uygun düzenlenmeli ve
birbirine yeterli sağlamlıkta bağlanmalıdır.
63
32

TAŞIYICI SİSTEM TASARIMI 1 1.1 Tanım, Tarihsel Gelişme

Transkript

Benzer belgeler

Köprü Mühendisliğinin Gelişimi ve Sanatsal

Tanklar

Çelik ile Sürdürülebilirlik Daha Kolay