Çelik Kiriş ve Kolon Tasarımı
Bu makale, StatiCAD’in çelik kiriş ve çelik kolon tasarım modülünün kullanımını anlatır. Hesaplar TBDY 2018 ve ÇYTHYE’ye (Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esasları — YDKT yaklaşımı) göre yapılır: kirişlerde eğilme (yanal burulmalı burkulma dahil), kesme, bileşik etki ve sehim; kolonlarda eksenel basınç burkulması ve eksenel kuvvet + iki eksenli eğilme bileşik etkisi. Kesit tesirleri programın kendi sonlu eleman çözümünden, zarf değerleri ve ait oldukları yük birleşimleriyle birlikte alınır. Bağıntılar için Çelik Tasarımın Teorik Esasları, el hesabı karşılaştırmaları için Çelik Yapılar Doğrulama Çalışmaları makalelerine bakabilirsiniz.
Hangi sürümlerde? Çelik yapı hesapları StatiCAD Ultimate sürümünde bulunur.
Kapsam: Taşıma gücü hesabı sıcak haddelenmiş I/H profiller (IPE, IPN, HEA/HEB/HEM, HD/HL/HP) için yapılır. U, L, T, kutu ve boru profiller atanabilir; modelde ve 3 boyutlu görünümde yer alır. Soğuk şekillendirilmiş (C, Z, Sigma vb.) profillerin hesabı Hafif Çelik Yapılar modülünde yapılır.
1. Genel akış
- Binayı normal şekilde modelleyin (kirişler yatay hatıl, kolonlar düşey hatıl olarak).
- Çelik olacak elemanın Özellikler penceresini açın ve Kesit Seç düğmesiyle Fabrikasyon Kesit Seç formundan profili atayın (Bölüm 2). Profil atanınca çelik malzemesi (S235 vb.) de kesitle birlikte elemana işlenir.
- Aynı pencerede elemanın tasarım tipini “Çelik” olarak işaretleyin (Bölüm 3) ve Tamam’a basın.
- Analizi çalıştırın. Çelik tasarım denetimleri analizin sonunda otomatik yapılır.
- Rapor seçim ağacında Çelik Eleman Raporları grubunu işaretleyerek raporu alın (Bölüm 6).
Tasarım tipi “Çelik” işaretlenmeyen bir elemana profil atanmışsa eleman modelde çelik kesitiyle yer alır (ağırlık, rijitlik, 3 boyutlu görünüm) ama çelik tasarım denetimine girmez.
2. Fabrikasyon profil kütüphanesi ve kesit atama
Fabrikasyon Kesit Seç formu, kiriş (Hatıl Özellikleri) ve kolon (Düşey Hatıl Özellikleri) pencerelerindeki Kesit Seç düğmesinden açılır.
| Form alanı | İşlevi |
|---|---|
| Üretim Tipi | Hadde (varsayılan): sıcak haddelenmiş profiller. Cold Formed: soğuk şekillendirilmiş profiller (hafif çelik modülü). |
| Kategori | Hadde modunda: Tümü / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| Arama kutusu | Ada göre süzer (örn. “IPE 3”). |
| Önizleme | Seçilen profilin kesiti gerçek geometrisiyle çizilir; temel ölçü ve kesit özellikleri listelenir. |
| Malzeme... | Çelik sınıfı seçimi (S235, S275, S355 vb.). Seçilmezse varsayılan çelik sınıfı kullanılır. Malzeme kesitle birlikte elemana atanır. |
| Ata | Profili ve malzemeyi açık olan eleman penceresine yazar; kesit, proje kesit kütüphanesine de eklenir ve kesit görseli raporlar için üretilir. |
| Kullanıcı Tanımlı Kesit... | Fabrikasyon kütüphane yerine kullanıcı tanımlı kesit yoluna geçer. |
Aynı form hem kirişten hem kolondan açılır; atama, hangi pencereden açıldıysa o elemana yapılır. Atanan profil proje kütüphanesinde saklanır ve dosyayla birlikte taşınır.
3. Tasarım tipinin seçilmesi
| Eleman | Pencere | Seçenek |
|---|---|---|
| Kiriş | Hatıl Özellikleri → tasarım tipi grubu | Çelik (Betonarme / Yığma / Ahşap seçeneklerinin yanında) |
| Kolon | Düşey Hatıl Özellikleri → tasarım tipi grubu | Çelik |
Seçenek işaretlenip Tamam’a basıldığında elemanın tasarım tipi çelik olarak kaydedilir; analiz sonunda bu elemanlar çelik tasarım denetimine girer ve rapor ağacında Çelik Eleman Raporları grubu görünür olur.
4. Çelik kiriş hesabı
| Denetim | Yönetmelik | Açıklama |
|---|---|---|
| Eğilme | ÇYTHYE Bölüm 9 | Akma, inelastik ve elastik yanal burulmalı burkulma; Lp ve Lr sınırları hesaplanıp raporda gösterilir. Belirleyici sınır durum raporda yazılır. |
| Kesme | Bölüm 10 | Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv |
| Bileşik etki | Bölüm 11 | Eğilme, eksenel kuvvet ve kesme etkileşim denetimi |
| Sehim | Kullanılabilirlik | f ≤ L/K denetimi; raporda “Sehim f = ... ≤ L/K = ...” satırıyla gösterilir. |
Yanal destek boyu Lb: Elemanın özellik penceresindeki yanal destek (Le) alanları otomatik bırakılırsa kiriş boyu L (uç düğümleri arası) esas alınır; elle değer girilirse o kullanılır. Kirişin ara noktalarında yanal tutulma varsa (örneğin saplanan ikincil kiriş veya çapraz), en büyük desteksiz boyu Le alanına girin.
Moment düzeltme katsayısı Cb: Cb (ÇYTHYE Denk. 9.1), her yük birleşiminin sonlu eleman moment diyagramından ayrı ayrı hesaplanır. Cb birleşime göre değiştiği için belirleyici birleşim, en büyük momenti veren değil, talep/kapasite oranı en büyük olan birleşimdir; raporda tasarım momenti, birleşim adı ve Cb bu birleşime aittir.
- Konsol kirişlerde (bir ucu kolona, duvara ya da başka bir kirişe bağlı olmayan) Cb = 1,0 alınır (ÇYTHYE 9.1(e)).
- Le alanına kiriş boyundan kısa bir boy girildiğinde Cb = 1,0 alınır (güvenli taraf).
- Ana kirişe saplanan ikincil kirişin ucu mesnet sayılır; Cb moment diyagramından hesaplanır.
Sehim sınırı K: Eleman bazında, ahşap kirişlerdeki sehim K seçimiyle aynı yerden belirlenir (varsayılan K = 300; seçime göre 200 / 150 / elle girilen değer). Sehim, servis (katsayısız G+Q veya G+S) momentinden hesaplanır; konsol kirişte uç yükü eşdeğeri kullanılır.
5. Çelik kolon hesabı
| Denetim | Yönetmelik | Açıklama |
|---|---|---|
| Eksenel basınç | Bölüm 8 | x ve y eksenlerinde eğilmeli burkulma ve çift simetrik kesitte burulmalı burkulma; belirleyici elastik burkulma gerilmesi üzerinden Fcr ve φcPn (φc = 0,90). Belirleyici burkulma modu raporda yazılır. |
| Enkesit narinliği | Tablo 5.1A | Başlık b/2tf ve gövde hw/tw sınırları denetlenir. Narin enkesitli eleman raporda açıkça “narin enkesit” olarak işaretlenir ve yetersiz sayılır. |
| Narinlik oranı | ÇYTHYE önerisi | KL/r > 200 ise raporda kırmızı “KL/r>200!” uyarısı gösterilir. |
| Bileşik etki | Bölüm 11.3 | Eksenel basınç + iki eksenli eğilme: Denk. 11.3a (Pr/Pc ≥ 0,2) veya 11.3b; kullanılan denklem raporda belirtilir. |
Etkin burkulma boyu KL: Varsayılan olarak kolonun kat içindeki boyu (kat yüksekliği ve alt/üst kot farkları) alınır ve K = 1,0 kabul edilir. Düşey Hatıl Özellikleri penceresindeki Le alanlarına elle değer girilerek her eksen için burkulma boyu ayrı ayrı tanımlanabilir.
6. Yük birleşimleri
Hesap yaklaşımı YDKT’dir (φb = φc = φv = 0,90). Talepler, ÇYTHYE YDKT birleşimlerinin (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; rüzgâr varsa 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W ve 0,9G + 1,6W) ve programın deprem birleşimlerinin (depremde 1,2G, Q en az 1,0) zarfından alınır. Bu birleşimler projedeki yük birleşimi listesini değiştirmez; yalnız çelik tasarımında kullanılır. Zarfı veren birleşimin adı raporda talebin yanında gösterilir.
Analiz uyarılarında “Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok” satırı, projede rüzgâr yük durumu tanımlı olmadığını bildirir. Varsayılan (TBDY) birleşim listesinde rüzgâr yoktur; rüzgârın hesaba girmesi için Yük Kombinasyonları sekmesinde tanımlı yük durumlarını ve birleşimlerini seçin.
7. Raporlar
Analizden sonra rapor seçim ağacında Çelik Eleman Raporları grubu belirir:
| Rapor | İçerik |
|---|---|
| Çelik Kiriş hesapları | Kat kat, kiriş başına bir blok: kesit adı; malzeme (Fy); kesit özellikleri (A, Ix, Wel, Wpl, ry); Lb, Cb, Lp, Lr; tasarım momenti (zarfı veren yük birleşimiyle), Mn, oran ve belirleyici sınır durum; tasarım kesmesi, Vn ve oran; bileşik etki; sehim satırı; Sonuç: Yeterli / Yetersiz |
| Çelik Kolon hesapları | Kesit özellikleri (A, Ix, Iy, rx, ry); KLx, KLy, en büyük KL/r (gerekirse uyarı); eksenel kuvvet (birleşimiyle), φcPn, oran ve belirleyici burkulma modu; iki eksende momentler ve kapasiteleri; etkileşim denklemi ve değeri; Sonuç |
Sağlanan denetimler yeşil UYGUN, sağlanmayanlar kırmızı X ile işaretlenir. Raporlar program dili Türkçe iken Türkçe, diğer dillerde İngilizce üretilir.
8. 3 boyutlu görünüm
Profil atanmış kiriş ve kolonlar 3 boyutlu pencerede gerçek kesit geometrisiyle (I/H gövde–başlık, kutu, boru, soğuk şekillendirilmiş dış hat) çizilir. Profil atanmamış elemanlar dikdörtgen prizma olarak görünür. Kesit görselleri raporlardaki kesit tablolarına da eklenir.
9. Önemli notlar
- Narin enkesitli kolonlarda etkin alan yöntemi bu sürümde uygulanmaz; program kapasite üretmez ve elemanı açıkça işaretler. Sonuç hiçbir zaman sessizce “güvenli” gösterilmez.
- Kiriş hesabında Cb her birleşimin moment diyagramından hesaplanır; konsolda ve Le alanına elle girilen kısa Lb’de 1,0 alınır (bkz. Bölüm 4).
- Kolon burkulma boyunda K = 1,0 varsayılır; farklı mesnet koşulları için Le alanlarına K·L değerini elle girin.
- Çelik malzemenin elastisite modülü malzeme kütüphanesinden okunur; kg/cm² veya MPa cinsinden tanımlı olması fark etmez (birim otomatik tanınır).
- TBDY Bölüm 9’un deprem süneklik enkesit koşulları, kolon–kiriş kapasite oranı ve çapraz elemanlar bu sürümün kapsamında değildir.
10. Sık sorulanlar
Rapor ağacında “Çelik Eleman Raporları” görünmüyor. Grup, projede tasarım tipi Çelik işaretli en az bir kiriş veya kolon varsa ve analizden sonra görünür. Elemanın özellik penceresinde “Çelik” seçeneğinin işaretli olduğundan ve analizin yeniden yapıldığından emin olun.
Raporda “Profil katalogda bulunamadı” yazıyor. Elemana atanmış kesit adı fabrikasyon profil kütüphanesinde birebir bulunamadı (örneğin elle değiştirilmiş kesit adı). Kesiti Fabrikasyon Kesit Seç formundan yeniden atayın.
Kapasiteler beklediğimden çok düşük veya yüksek çıktı. Önce raporun kesit özellikleri satırını (A, Ix, Wpl) profil tablosuyla karşılaştırın; sonra Lb, Cb ve KL değerlerine bakın — yanal destek veya burkulma boyu elle girilmiş olabilir. Kiriş sınır durumunun (akma / inelastik / elastik yanal burulmalı burkulma) Lp ve Lr ile tutarlılığı raporda görülebilir.
Çelik kiriş veya kolon 3 boyutlu görünümde dikdörtgen görünüyor. Elemana profil atanmamıştır. Bölüm 2’deki adımlarla profil atayın.
Aynı elemanda hem çelik hem betonarme denetimi olur mu? Hayır; tasarım tipi tek seçimlidir. Eleman hangi tipte işaretliyse o modülün denetimine girer.