Kar yükü ve çöken çatılar - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

Transkript

Ahmet TOPÇU, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eylül 2006-2012, http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/
1
KAR YÜKÜ ve ÇÖKEN ÇATILAR
Ahmet TOPÇU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü
E-posta: [email protected]
ÖZET
Son iki yıl içinde, dünyada, çok sayıda çatı kar yükü altında çökmüş ve 200 civarında can
kaybına neden olmuştur. Çöken çatıların çoğunlukla büyük alanlı spor salonu, sergi salonu,
pazaryeri türü yapılar olması kayıpları artırmaktadır. Türkiye’de de çatılar çökmekte ancak, fazla
can kaybı olmadığından, yankı bulmamaktadır. Kar yükü ve çöken çatılar hakkında burada
verilen bilgi ile mühendislerin dikkatinin konuya yönelmesi amaçlanmaktadır.
1 GİRİŞ
1.1 Kar yoğunluğu:
Kar yoğunluğu çok değişkendir, tek değer vermek mümkün değildir: Normal kar yoğunluğu
100-300 kg/m3 arasındadır. Sulu kar 400-500 kg/m3 yoğunluğa varabilir. Buz 900-970 kg/m3
yoğunluğu ile sudan daha hafiftir ve suda yüzer. Eriyerek su halini aldığında 1000 kg/m3 olduğu
düşünülürse iyi bir karşılaştırma yapılabilir.
Hesap kar yoğunluğu ρ
ρ = 300-200 e-1.5 d
(1.1)
bağıntısından yaklaşık olarak belirlenebilir. Birimi kg/m3 tür. d(m)>0
kar kalınlığıdır. Bu bağıntıya göre 100≤ρ≤300 kg/m3 olmaktadır.
Çoğunlukla ortalama değer ρ ≈ 200 kg/m3 alınır.
1
2
1.2 Kar kalınlığı ölçümü:
Kar kalınlığı Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü’nün istasyonlarında ve zeminde ölçülür.
1968 yılından günümüze yıllık maksimum kar kalınlığı verileri ücret karşılığı alınabilmektedir.
1.3 Çatı kar kalınlığı:
Çatıdaki kar kalınlığı zemindeki kar kalınlığı ile aynı değildir. Düz bir çatıdaki kar kalınlığı
zemindeki kar kalınlığına yakın olmakla birlikte savrulma nedeniyle daha azdır. Çatıdaki kar
kalınlığı dç ve zemindeki kar kalınlığı dz olmak üzere
0.5 ≤
dç
dz
≤ 1.0
(1.2)
dir. dz arttıkça oran azalır. Uygulamada bu oran çoğu kez 0.8 alınır.
1.4 Çatı kar yükü:
Çatıdaki kar kütlesinin bir metrekarelik düzleme uyguladığı ağırlıktır. Birimi kN/m2 dir. Teorik
olarak
Pk0 = ρ dç g /1000
(1.3)
dir. Pk0 (kN/m2) kar yükü, dç (m) çatı kar kalınlığı ve g=9.8≈10 m/s2 yerçekimi ivmesidir. N
(Newton) birimini kN’a çevirmek için 1000 sabiti kullanılmıştır.
Uygulama söz konusu olduğunda, hesap bu kadar basit değildir. ρ çok değişkendir. “Yapının
ömrü boyunca güvenli olması için kar kalınlığı dç ne alınacaktır?” sorusu hesabı karmaşık hale
getirmektedir.
Kar rastgele bir doğa olayı olduğundan, kar yükünün belli bir güvenliği sağlayan, ancak az bir
miktar da risk içeren bir değer olarak alınması gerekmektedir. Bu tanıma uyan ve yapıya ömrü
boyunca en az bir kez etkiyeceği varsayılan kar yükü hesap değerine karakteristik kar yükü adı
verilmektedir. Karakteristik yük, az da olsa, aşılma olasılığı olan tahmini bir yüktür. Olasılık
genelde %2 ile %5 arasındadır.
Karakteristik kar yükünü belirlemek için 30, 50 hatta 100 yıllık maksimum zemin kar kalınlığı
ölçümleri veri olarak alınır ve istatistik analiz yöntemleri kullanılır. Maksimum kar
kalınlıklarının yıllara göre dağılımı uygun bir istatistik dağılım teorisi (Gauss, Gumbel,
Lognormal, Weibull dağılımı gibi) kullanılarak analiz edilir ve karakteristik kar yüksekliği
belirlenir. Yönetmeliklerde verilen kar yüklerinin arkasında daima istatistik analiz vardır.
1.5 TS 498-1997’ye göre kar yükü tanımı:
Kar, çatıya etkiyen hareketli yük tipidir. Hesap değeri
•
•
•
Yapının yapılacağı yere (binanın yapılacağı il, ilçe, …)
İnşaat alanının deniz seviyesinden yüksekliğine
Çatı eğimine (çatının yatayla yaptığı açı-derece cinsinden)
bağlıdır. Hesaplarda dikkate alınacak kar yükü Pk ile gösterilir. Pk çatı izdüşüm alanına düzgün
yayılı etkir, birimi kN/m2 dir.
2
3
TS 498-1997 yönetmeliğinin3 kar yükü ile ilgili kısmı Alman DIN 1055-1971
yönetmeliğinden2,11 alınmış ve Türkiye koşullarına uyarlanmıştır. Analiz için Gumbel ekstrem
değerler tip I dağılımı kullanılmıştır. Hesaplanan kar yükünün aşılma olasılığı %5 dir.
1.6 Kar yükünün çatı planında dağılımı
Kar çatının her yerinde
olabilir
Rüzgâr ve/veya güneşin
etkisiyle kar çatının bir
tarafında hiç olmayabilir,
diğer tarafında da birikebilir.
Farklı eğim nedeniyle kar
yükü aynı çatıda bölgesel
olarak farklı olur.
Çok dik (büyük eğimli)
çatılarda kar tutunamaz,
rüzgâr ile savrulur veya
kayar. Çatıda kar olmaz.
3
4
Çatıda yer yer kar
yığılması olabilir.
Saçaklarda buz yükü
oluşur. Büyük saçaklı
(konsollu) çatılarda saçak
kenarları boyunca ayrıca
çizgisel buz yükü dikkate
alınır. Buz birim hacim
ağırlığı 7 kN/m3 tür (TS
498-1997).
4
5
2 KAR YÜKÜ HESABI
Türkiye’de kar yükünün nasıl hesaplanacağı TS 498-1997 de belirtilmiştir. Çatının eğimini de
dikkate alan Pk kar yükü bu yönetmeliğe göre hesaplanır. Yönetmelikte verilen değerler
minimum değerlerdir. Mühendis yapının önemine, yerine ve çatının tipine bağlı olarak
yönetmelikte verilen değerleri artırmak zorundadır.
2.1 Kar haritası ve kar bölgeleri
Türkiye dört kar bölgesine ayrılmıştır. I. bölge en az, IV bölge en çok kar yağan bölgedir.
Yönetmelikte kar bölgesi haritası ve ayrıca her il ve ilçenin kar bölge numarasını içeren çizelge
vardır.
5
6
2.2 Kar yükünün TS 498-1997 ile hesaplanması
TS 498-1997’e göre Pk kar yükü aşağıdaki bağıntılardan hesaplanır:
Pk = m Pk 0
α − 300
40 0
0 ≤ m ≤1
m = 1−
(2.1)
Burada
Pk : Kar yükü hesap değeri(kN/m2)
Pk 0 : Zati kar yükü (kN/m2)
m : Kar yükü azaltma değeri
α : Çatı örtüsünün eğimi (derece)
dir.
Pk0 değeri, yapının deniz seviyesinden yüksekliğine ve kar bölgesi numarasına bağlı olarak TS 498-1997
Çizelge 4 den alınır.
Hiç kar yağmayan bölgelerde veya çatı altı sıcaklığı sürekli 120 C derecenin üstünde olan çatılarda Pk0 = 0
alınabilir. 00≤ α≤900 geçerlidir. α≤300 durumunda m=1, α≥700 durumunda m=0 alınır.
Örnek: Eskişehir (merkez)’in denizden yüksekliği yaklaşık 800 m, Kars (merkez)’in, denizden
yüksekliği yaklaşık 1800 m dir. Her iki şehirde çatı eğimi 330 olan bir yapı yapılacaktır. Çatı kar yükünün
belirlenmesi istenmektedir.
6
7
2.3 TS 498-1997 kar yüklerinin yeterliliği
Doğu Karadeniz il ve ilçelerinin zemin kar yüklerinin belirlenmesi ile ilgili bir çalışmada hesaplanan kar
yükü değerleri TS 498-1997 değerleri ile karşılaştırılmıştır1. Bu çalışmadan alınan aşağıdaki grafikte Pko
TS 498-1997 Çizelge 4 değerlerini, SL50 aynı yöre için çalışmada hesaplanan değerleri göstermektedir.
Görüldüğü gibi, ilçelerin hemen tümünde, TS 498-1997 değerleri SL50 değerlerinin oldukça altındadır.
Araştırmacılara göre, “Bunun nedeni olarak, TS 498’in önerdiği zemin kar yükü haritasının yeterince
gerçekçi olmaması gösterilebilir.”1
TS 498 ilk kez 1987 yılında yürürlüğe girmiştir. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü veri
bankasında 1968 den günümüze kar ölçümleri olduğuna göre, TS 498-1987 hazırlanırken o yıllarda
yeterle veri yoktu. Adı geçen çalışma ile TS 498-1997 arasındaki fark kanımızca bundan
kaynaklanmaktadır.
TS 498-1997 de ayrıca şu ifade yer almaktadır: “… Çizelge 4 de verilen değerler, varsa meteorolojik
ölçmelerden de faydalanarak artırılmalıdır”3. Yönetmelik bu ifade ile proje mühendisinden güncel
ölçümleri dikkate almasını istemekte, ancak “meteorolojik ölçmelerden” nasıl faydalanacağının ipucunu
vermemektedir.
TS 498-1997 yönetmeliğinin kar yükü ile ilgili kısmı Alman DIN 1055-1971 yönetmeliğinden alınmış
olmakla birlikte, DIN 1055 de verilmiş ipucu yansıtılmamıştır. DIN 1055’e göre kar yükü basitçe
Pk0 = 3.2 dzmax
(2.2)
bağıntısından belirlenebilir. Burada dzmax n (örneğin n=30) yıllık maksimum kar kalınlıklarının
ortalamasıdır ve yapının inşa edileceği yere en yakın ölçüm istasyonundan alınacaktır. dzmax metre, Pko
kN/m2 birimindedir. Çatı kar yükü hesap değeri çatı eğimi de dikkate alınarak (2.1) bağıntılarından
hesaplanır.
Alman DIN 1055 yönetmeliğindeki açıklamadan alınan Pk0 = 3.2 dzmax bağıntısı Gumbel tip I dağılımı, %
5 olasılık ve %45 varyasyon katsayısını içerir. Ayrıca, bu bağıntıda çatıdaki kar kalınlığının zemindeki
kar kalınlığına oranı dç/dz=0.8, kar birim hacim ağırlığı 2.15 kN/m3 varsayılmıştır. dç/dz=1.0 alınması ve
Pk0 = 4 dzmax
(2.3)
bağıntısının kullanılması önerilecektir. Ancak, bu bağıntıdan bulunan Pko değerinin TS498-1997 Çizelge
4 de verilenden küçük olması durumunda Çizelge 4 değerinin kullanılması gerekir.
7
8
3 ÇÖKEN ÇATILAR
2004-2006 yıllarında dünyada 100 civarında çatı kar yükü altında çökmüş, çoğu Almanya,
Polonya, Rusya’da olmak üzere 195 can kaybı olmuştur. Dünyada ve Türkiye’de çöken çatılara
ait örnekler ve öz bilgiler aşağıda sunulmuştur.
40 m
4
287 cm
4
a
a
3.1 Dünyada çöken çatılar
Kalınlık
6.5 cm
7.5 m ara ile konulmuş ahşap kirişlerin
ölçüleri
20x20
a-a
8
9
9
Ahmet TOPÇU, Eskişehir
ehir Osmangazi Üniversitesi, Eylül 2006-2012, http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/
10
ehir Osmangazi Üniversitesi, Eylül 2006-2012,
2006
http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/
10
ehir Osmangazi Üniversitesi, Eylül 2006-2012, http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/
11
ehir Osmangazi Üniversitesi, Eylül 2006-2012,
2006
http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/
11
12
3.2 Tarihte çatı hasarları
12
13
13
14
3.3 Türkiye’de çöken çatılar
14
15
15
16
Zonguldak, Soğuksu, 18.01.2012, Pazaryeri uzay çatısı: 2 can kaybı, 20 yaralı:
4 SONUÇ
Dünyada her kış yüzlerce çatı kar yükü altında çökmekte can ve mal kaybına neden olmaktadır.
Özellikle büyük alanları kaplayan spor, sergi, kongre salonu, süper market pazaryeri ve hangar
türü yapıların çelik ya da ahşap taşıyıcılı çatıları çökmektedir. Çökme nedeni ilk bakışta kar yükü
16
17
gibi görünmekle birlikte bu doğru değildir. Çöken çatıların hemen hepsi de proje, inşaat ve
bakım hataları içermektedir. Kar yükü sadece çökmeyi tetiklemektedir.
Bad Reichenhall/Almanya spor salonunun çökmesi sonrası Alman Teknik Denetim Kurumu
(TÜV) geniş kapsamlı bir incele başlatmış, 200 den çok spor salonunda yaptığı incelemede
çatıların %24’ünde proje ve hesap hatası, %29’ünde malzeme ve inşaat hatası ve %37’sine
bakım hataları belirlemiştir. Kar yükü nedeniyle çöken çatı sadece %16 dır4,5.
Türkiye’de; nerede, kaç çatı çöktü ve neden? Kaçı tuzakta bekliyor? Bilmiyoruz. Eskişehir’deki
spor salonunun çökme nedenleri Almanya’dakilerden hiç farklı değildir.
Son olarak şunları da eklemekte yarar vardır:
1. Türkiye’deki tüm büyük açıklıklı (spor, sergi, kongre salonu, süper market pazaryeri ve
benzeri) çatıların durumunun belirlenmesi, olası faciaları önlemek açısından, gereklidir.
2. Adı geçen yapı türlerinin kar temizliği önceden planlanmalı, düzenli olarak yapılmalıdır.
Kar yüksekliği 10-20 cm yüksekliğe erişince mutlaka temizlenmelidir.
3. İlgili kar yükü yönetmeliği ivedilikle güncellenmelidir.
4. Mühendisler bu tür yapıların kar ve rüzgâr açısından çok kritik yapılar olduğunun,
yönetmeliklerin sadece minimum sınırları önerdiğinin bilincinde olmalıdırlar. Salt
malzeme tasarrufu düşüncesi ile kolayca burkulabilen narin elemanlardan kaçınmalı,
bilgisayar yazılımlarına aşırı güven duymamalı, teknisyenlik değil mühendislik görevini
yerine getirmelidirler.
KAYNAKLAR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
DURMAZ M., DALOĞLU, A. Kar Verilerinin İstatistiksel Analizi ve Doğu Karadeniz Bölgesinin Zemin
Kar Yükü Haritasının Oluşturulması, İMO Teknik dergi, 2005, 3619-3642, Ankara, 2005.
(http://www.imo.org.tr/Yayinlar/td/GSayilar/05Temmuz/4Mustafa%20Durmaz.pdf )
Beton Kalender, Wilhelm Ernst&Sohn, München, 1983.
TS 498, Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri, Türk Standartları
Enstitüsü, Ankara, 1997.
http://www.heute.de/ZDFheute/inhalt/4/0,3672,3932772,00.html
http://www.tuev-sued.de/press_center/news/critical_defects_revealed_in_50_per_cent_of_inspected_halls
http://www.eng.uab.edu/cee/faculty/ndelatte/case_studies_project/Hartford Civic Center/hartford.htm
http://www.photolib.noaa.gov/historic/nws/wea01913.htm
http://www.weatherbook.com/knickerbocker.html
http://fcgov.com/storm-gallery.php
http://www.cnn.com/2004/WORLD/europe/02/15/russia.roof.collapse/
http://www.bauregeln.de/pub/demo/1055.5/19750600/d0002669.003.htm#d0002669:sub-3
http://www.mapreport.com/subtopics/d/roof.collapse.html
17

Kar yükü ve çöken çatılar - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

Transkript

Benzer belgeler

Anlatımlı Resim Galerisi - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

TST 9 kolonlar

Zafer ÇINAR 2. Doğum tarihi - İstanbul Arel Üniversitesi

Ünlü Bilim İnsanları - Eskişehir Osmangazi Üniversitesi

Patlama hasarlarını azaltıcı önlemler

Basic Words / Nouns – 3 YDS

Basic Words / Nouns – 6 YDS

Win95/98/ME/NT/2000: TweakUI

Visual Basic 6 Görsel Programlama Dili