Hafif Çelik Kiriş ve Kolon Tasarımı

Panel dikmelerinden bağımsız olarak, modeldeki bir hatıl (kiriş) ya da düşey hatıl (kolon) hafif çelik kesitle tasarlanabilir. Hesap, elemanın sonlu eleman zarf kuvvetleriyle (M3, V2, N; kolonda ayrıca M2) etkin genişlik yöntemi (EGM) üzerinden yapılır — çelik kiriş ve kolon akışının hafif çelik karşılığıdır. Panel tasarımı için Hafif Çelik Panel ve Dikme Tasarımı makalesine bakın.

bilgi

Hangi sürümlerde? Hafif çelik hesapları StatiCAD Ultimate sürümünde bulunur.

1. Kesit atama

1. Hatıl (Düşey Hatıl) Özellikleri penceresinde Eleman Tipi kutusundan “Hafif Çelik” seçeneğini işaretleyin (ahşap ve çelik seçeneklerinin yanında).
2. Kesit için Fabrikasyon Profil penceresini açın, Cold Formed altında C, Z, U, C+, Sigma veya Sigma+ kategorisini seçin. Öntanımlı tablolardaki 527 profil “CC C200x80x16x2”, “ZZ Z200x60x15x2”, “UU U200x94x4”, “CPLUS C+200-89x25x15x4”, “SIGMA S200-50x67x16x2”, “SIGMAPLUS S+200-55x95x25x15x4” biçiminde listelenir.
3. Profili seçip Ata deyin; kesit çizimi (gerçek dış hat), brüt özellikler (katalog A, Ix, Iy) ve burulma büyüklükleri otomatik gelir. Malzeme olarak çelik sınıfı (ör. S235, S355) atanır; Fy ve E bu malzemeden okunur.
4. Analizi çalıştırın; sonuçlar analiz uyarı listesinde ve raporda görünür.

2. Yük birleşimleri

Talepler programın birleşimlerine ek olarak HCBTİE 4.3.1 birleşimleriyle alınır — YDKT: 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; GKT: karşılık gelen ASCE 7 birleşimleri. Böylece projedeki düşey birleşim katsayıları (varsayılan 1,0G + 1,0Q) hafif çelik elemanlarda yetersiz kalmaz. Raporda belirleyici birleşimin adı yazılır; “[1.2G+1.0Q]” ya da “[GKT]” işareti, program birleşiminin katsayılarının yönteme göre dönüştürüldüğünü gösterir.

not

TBDY birleşim listesinde rüzgâr yük durumu yoktur: rüzgârın kiriş ve kolon tasarımına girmesi için tanımlı yük durumları ve birleşimleri seçilmelidir (aksi hâlde uyarı verilir). Kiriş sehimi katsayısız servis birleşimlerinden (G + Q, G + S) hesaplanır. Tasarım yöntemi (YDKT/GKT) panel dikmeleriyle aynı proje ayarından gelir.

3. Denetimler

Eleman	Talepler (analiz zarfı)	Burkulma boyları	Denetimler
Kiriş	M3, V2, N	Lx = açıklık; yanal tutulmasız boy moment işaretine göre: Lb+ = eleman boyu ya da kullanıcı Le (üst başlık kaplamaya bağlıysa pozitif momentte yanal burulmalı burkulma yok), Lb− = alt başlık tutulma aralığı (girdi yoksa Lb+); Cb moment diyagramından (konsolda ve Lb < L iken 1)	İşaretli M+/Md+ ve M−/Md−, V/Vd, P/Pd + M/Md (Denk. 4.8.4), eş zamanlı eğilme + kesme (Denk. 4.8.5/4.8.6, paydada Mdlo), mesnette gövde buruşması (4.8.3), 7.4 rijitleştirici gerekliliği, sehim L/K ve yalnız hareketli yük L/250 (Tablo 7.1), titreşim (7.5)
Kolon	N, M3, M2, V2	KLx = KLy = kat yüksekliği (K = 1) ya da kullanıcı girişi	N/Pd, P/Pd + Mx/Md,x + My/Md,y (Denk. 4.8.4), V/Vd, KL/r > 200 uyarısı; çekme alan kolonda T/Td (Denk. 4.8.1/4.8.2)

• Eğilme dayanımı genel (yanal burulmalı), yerel ve distorsiyonel burkulma satırlarının en küçüğüdür; basınç dayanımı da aynı biçimde belirlenir.
• Kolonda zayıf eksen eğilme kapasitesi etkin kesitten iki yön için ayrı hesaplanır.
• Kenar rijitleştirici (tırnak) yeterliliği HCBTİE 4.9.3’e göre denetlenir; azaltma varsa raporun dipnotunda yazılır.
• HCBTİE Bölüm 3 enkesit koşullarını sağlamayan kesitler (ör. tırnak/başlık oranı < 0,20 olan kesitlerde tırnak yok sayılır) raporun dipnotunda belirtilir.
• Döşeme kirişine özgü girdiler (kaplama bağlantısı, alt başlık tutulma aralığı, mesnet biçimi, oturma boyu, rijitleştirici, köprüleme) ve tahkiklerin ayrıntısı için Hafif Çelik Döşeme: Döşeme Kirişleri ve Diyafram makalesine bakın.
• Z kesit gövdeye dik eksen etrafında eğilen aşık/kiriş olarak hesaplanır; U kesitte tırnak olmadığından başlıklar rijitleştirilmemiş parça olarak alınır ve distorsiyonel satır oluşmaz; C+ ve Sigma+ kesitlerde tırnak ucundaki geri kıvrım kenar rijitleştiricinin parçası olarak hesaba katılır.

4. Kaplamanın dönme tutulumu

Kiriş ve kolonlarda da kaplamanın başlığa sağladığı dönme tutulumu (kφ) hesaba katılabilir: eleman özelliklerinde (kirişte Ahşap2, kolonda Ahşap sekmesi) “Hafif Çelik: kaplama dönme tutulumu” kutusuna kaplama türü, eleman aralığı, levha eğilme rijitliği, vida aralığı ve gerekirse kullanıcı kφ değeri girilir.

• Girilen kaplamanın her iki başlıkta bulunduğu kabul edilir; yalnız bir başlığı kaplı elemanlarda “Tanımsız” bırakın.
• Levhanın elemanın yalnız bir yanında olduğu kenar elemanlarda (ör. kenar döşeme kirişi) levha eğilme rijitliğinin yarısını girin.
• Koşullar: vida aralığı ≤ 305 mm ve eleman aralığı ≤ 625 mm; aksi hâlde kφ = 0 alınır ve raporda nedeni yazılır.

5. Raporlar

Projede hafif çelik kiriş veya kolon varsa Hafif Çelik Eleman Raporları grubunda Hafif Çelik Kiriş Tasarımı (EGM) ve Hafif Çelik Kolon Tasarımı (EGM) sayfaları görünür: eleman adı ve kesit, geometri (L, Lb / KL, narinlik, A, I), yöntem ve malzeme, talepler ve belirleyici birleşimler, eğilme (genel / yerel / distorsiyonel → Md; kirişte pozitif ve negatif moment ayrı), kesme, eksenel + eğilme etkileşimi, kirişte sehim, gövde buruşması, gövde rijitleştiricisi ve titreşim satırları, kolonda basınç satırları ve varsayım notu.

6. Öntanımlı hafif çelik profil kütüphanesi

Profiller kurulum klasöründeki HafifCelikProfil.txt dosyasından okunur. Tablo, 527 öntanımlı hafif çelik kesiti içerir: C (89), Z (90), U (88), C+ (87), Sigma (90), Sigma+ (83); yükseklik 100–400 mm, et kalınlığı 1,0–4,0 mm.

Her satırda tip kodu (1 = C, 2 = Z, 3 = U, 5 = Sigma, 8 = C+, 9 = Sigma+), tam geometri (H, A, B, C1, C2, D geri kıvrım, E, F, G, T, R) ve katalog kesit özellikleri (ağırlık, A, Ix, Wx, ix, Iy, Wy, iy, ex, ey) bulunur. Panel dikmesi listesinde yalnız C, C+, Sigma ve Sigma+ kesitler sunulur. Tasarımda brüt A, Ix, Iy katalog sütunlarından alınır; geometri sütunları etkin genişlik, burulma ve distorsiyonel burkulma hesabında kullanılır.

bilgi

Kendi profillerinizi ekleme: Dosya basit metin biçimindedir; # ile başlayan satırlar açıklamadır. Kendi profillerinizi aynı sütun düzeniyle ekleyebilirsiniz (geometri mm, kesit özellikleri cm birimlerinde, ondalık ayırıcı nokta). Katalog sütunları boş veya 0 bırakılırsa özellikler geometriden (keskin köşeli model, birkaç yüzde yüksek) hesaplanır.

# Tip|Ad|H|A|B|C1|C2|D|E|F|G|T|R|Agirlik_kgm|Alan_cm2|Ix_cm4|Wx_cm3|ix_cm|Iy_cm4|Wy_cm3|iy_cm|ex_cm|ey_cm
1|C200x80x16x2|200|80|80|16|16|0|0|0|0|2|3|5.9|7.51|471.93|47.19|7.91|60.29|10.51|2.83|2.26|0
5|S200-50x67x16x2|200|67|67|16|16|0|50|15|25|2|3|5.89|7.5|430.94|43.09|7.55|32.56|7.46|2.08|2.34|0

7. Kapsam ve kabuller

• Yalnız öntanımlı profil tablosundaki (HafifCelikProfil.txt) kesitler hesaplanır; kütüphanede bulunmayan bir kesit atanırsa hesap “kütüphanede yok” notuyla yetersiz işaretlenir.
• Kiriş hesabı, yükün kesme merkezinden geçtiği veya burulmanın bağlantılarla sınırlandığı kabulüne dayanır (HCBTİE Bölüm 5). C, U ve C+ kirişlerde iki başlık kaplamaya etkili bağlı değilse ek burulma bağlantısı düzenlenmelidir.
• Z kesit yalnız gövdeye dik eksen etrafında eğilme için hesaplanır; asal eksen etrafında eğilme ve yanal tutulumsuz iki eksenli davranış modellenmez.
• Kolonda çekme için net alan brüt alana eşit alınır; vida ve bulon delikleri ile birleşim dayanımı ayrıca kontrol edilmelidir.
• Kiriş ekseni ofseti ve rijit diyaframın birlikte ürettiği yapay (kompozit) eksenel kuvvet, hafif çelik kiriş tasarımında eksenel kuvvetten düşülür (bkz. Hafif Çelik Döşeme: Döşeme Kirişleri ve Diyafram).

8. Sık sorulanlar

“… hafif çelik kiriş/kolon hesabı yapılamadı: kesit kütüphanede yok” uyarısı alıyorum. Elemana öntanımlı profil tablosu dışında bir kesit atanmış. Fabrikasyon Profil → Cold Formed altında C, Z, U, C+, Sigma ya da Sigma+ kategorisinden bir kesit seçin.

“… hafif çelik kiriş yetersiz (M/Md=… V/Vd=… sehim=…)” uyarısı alıyorum. Kesiti büyütün ya da yanal tutma (Le) girişlerini gözden geçirin. Döşeme kirişinde üst başlık kaplamaya sürekli bağlıysa Hafif Çelik sekmesinde bunu işaretleyin; pozitif momentte yanal burulmalı burkulma ortadan kalkar.

U profil raporunda distorsiyonel satırlar “yok” yazıyor. Tırnaksız U kesitte distorsiyonel burkulma satırı uygulanmaz; bu satırlar kenar rijitleştiricili başlıklar içindir.

Kolonda “Çekme” satırı çıkıyor. Kolon en az bir birleşimde çekme alıyor. Çekme dayanımı net alan = brüt alan kabulüyle hesaplanır; delikler ve birleşim dayanımı ayrıca kontrol edilmelidir.