Örnek Çözüm: Çaprazlı Hafif Çelik Panel
1. Bu makale hakkında
Bu makale, StatiCAD hafif çelik modülünde çaprazlı panel sistemlerinin (TBDY 2018 10.4.2, 10.4.3) nasıl tanımlandığını, çapraz bağlantısının nasıl tahkik edildiğini ve uyarılara bakarak tasarımın nasıl iyileştirildiğini adım adım anlatır. Başlangıç modeli, ayrıntıları Örnek Çözüm: İki Katlı Hafif Çelik Bina makalesinde anlatılan iki katlı konuttur; burada o binanın bazı duvarları kaplamalı panel yerine şerit çaprazlı panel yapılır. Proje ayarları, döşemeler, lentolar ve kaplamalı paneller önceki örnekteki gibidir; yalnız çaprazlı panele özgü adımlar anlatılır.
Girdiler arayüzden (Duvar Özellikleri, çoklu seçim) girildi; makaledeki bütün sayılar programın bu örnekte verdiği sonuçlardır. Bir duvarın (WZ12) bütün çapraz ve bağlantı tahkikleri Bölüm 8'de elle yeniden hesaplanmıştır.
Teorik arka plan ve seçeneklerin ayrıntısı için Hafif Çelik Panel ve Dikme Tasarımı, Hafif Çelik Tasarımın Teorik Esasları ve Hafif Çelik Doğrulama Çalışmaları makalelerindeki çaprazlı panel bölümlerine bakın.
Model dosyalarını buradan indirebilirsiniz (ZIP): OrnekHafifCelikCapraz_ilk.sy4 (ilk tasarım) ve OrnekHafifCelikCapraz.sy4 (son tasarım).
2. Örnek bina ve çaprazlı duvarlar
Bina 10 × 6 m, iki katlı (kat yüksekliği 2,80 m), 24 hafif çelik panel duvarlıdır (C100×50×15 dikmeler, 600 mm aralık, iki yüz OSB). Deprem: SS = 0,50, S1 = 0,14, ZC, eşdeğer deprem yükü yöntemi, R = 3, D = 2 (HCBTİE Tablo 1.2 sınırlı süneklik). Taban kesme kuvveti her iki doğrultuda Vt = 70,0 kN'dur ve çaprazlı panel girilmesiyle değişmez (periyot ampirik).
Tablo 1 – Çaprazlı yapılan duvarlar (diğer 18 duvar kaplamalı kalır)
| Kat | Duvar | Doğrultu | Duvar boyu L | Konum |
|---|---|---|---|---|
| Zemin | WZ02 | X | 3,65 m | y = 0, x = 2,93–6,58 m (cephe ortası) |
| Zemin | WZ05 | X | 3,65 m | y = 6 m, x = 2,93–6,58 m |
| Zemin | WZ12 | Y | 4,15 m | x = 5 m iç duvar |
| 1. kat | W102, W105, W112 | aynı | aynı | zemin kattakilerin üstü |
Şekil 1 – Zemin kat planında seçilen üç duvar (kahverengi): WZ02, WZ05, WZ12
Karışık sistem ve deprem yükü dağılımı: Aynı katta kaplamalı ve çaprazlı panel bulunduğunda TBDY 10.2.6.1 deprem yükünün panellerin yatay yük taşıma kapasitelerine göre dağıtılmasını ister. Programın varsayılan "Kapasite" rijitlik tipi bunu yapar: her panelin FEM rijitliği kapasitesiyle orantılanır (çaprazlı panelde Vc/0,6, kaplamalıda Vn ölçeğinde). "Klasik" tip ile karşılaştırma Bölüm 9'dadır.
Süneklik düzeyi: Binada çaprazlı panel varsa taşıyıcı sistem TBDY 10.2.1.2 gereği Süneklik Düzeyi Sınırlı sayılır. Bu örnekte proje zaten sınırlı süneklikle (R = 3, D = 2) tanımlıdır. Proje ayarlarında yüksek süneklik seçili olsaydı analiz "Hata: TBDY 10.2.1.2 (çaprazlı panel sünekliği)" satırı verir ve R ile yükseklik sınırlarını sınırlı sünekliğe göre denetlerdi.
3. Duvarların seçimi ve "Hafif Çelik Çapraz" sekmesi
- Planda ilk duvara tıklayın, diğerlerini Shift basılıyken tıklayarak seçime ekleyin (seçili duvarlar kahverengi görünür).
- Seçili duvarlardan birine sağ tıklayıp Seçili Duvarların Özelliklerini Değiştir'i seçin.
- Hafif Çelik Çapraz sekmesinde Panel sistemi = Çaprazlı (TBDY 10.4.2). Çaprazlı seçilince duvarın kesme kapasitesi yalnız çaprazlardan hesaplanır; kaplama yalnız dikme burkulmasını tutmaya devam eder.
- Çapraz türü = Şerit (yalnız çekme), şerit genişliği 100 mm, kalınlık 1,2 mm, malzeme = dikme malzemesi (S350GD), çaprazlı yüz sayısı 2, bölme sayısı 1.
Şekil 2 – Çoklu seçimde "Hafif Çelik Çapraz" sekmesi
Ondalık ayırıcı: Bu alanlarda ondalık ayırıcı noktadır: 1.2 yazın (1,2 değil).
Çoklu seçim: Çoklu seçimde, seçili duvarlarda farklı olan alanlar boş (ya da açılır listede seçimsiz) gelir; Tamam'da yalnız belirli alanlar uygulanır.
4. Bağlantı sekmesi: ilk girdiler
Hafif Çelik Çapraz Bağlantısı sekmesinin üst grubunda ilk tasarım için yalnız temel girdiler verildi: vida çapı 4,8 mm, çapraz ucu başına vida 12, net kesitte ilk sıradaki delik 2, köşe levhası t = 0 (levha yok: şerit doğrudan dikme ve başlığa vidalı). Alttaki "Desen, köşe levhası …" grubu boş bırakıldı; program vida adedinden en küçük izinli aralıklarla varsayılan desen kurar (burada 6 sıra × 2 sütun, p1 = p2 = e1 = 15 mm, e2 = 42,5 mm) ve bunu bilgi satırıyla bildirir.
Şekil 3 – İlk tasarımda bağlantı sekmesi
5. İlk analiz ve uyarılar
Analiz penceresinde Analize Başla. İlk tasarım 51 satır verdi; çaprazlı panele ilişkin olanlar aşağıda gruplanmıştır (sayılar zemin kat WZ02 içindir; diğer duvarlarda benzer).
Şekil 4 – İlk analizin uyarı listesi (başı)
Tablo 2 – İlk tasarımın çaprazlı panel uyarıları
| Uyarı | Değer | Neden | Çözüm (Bölüm 6) |
|---|---|---|---|
| Net enkesit (TBDY Denk. 10.23) | AnetFu = 45,56 kN < 1,20·AgFy = 50,40 kN (0,90) | S350GD'de Fu/Fy = 1,20: delik açılan şerit akmadan kopar | şerit ucu takviyesi |
| Çapraz ucu kopması (blok kırılma) | Rn = 43,61 kN < 50,40 kN (1.16) | kısa ve sık desen (15 mm aralık) | uzun desen, uç takviyesi |
| Bağlantı çaprazdan zayıf | 12·Ps = 30,48 kN < Td = 37,80 kN | levhasız: vida 1,2 mm dikmeye giriyor | köşe levhası |
| Kuşak yok (10.4.3(d)) | — | çaprazlı panelde en az bir sıra kuşak zorunlu | Başlık sekmesi: 1 sıra |
| Alt / üst başlık yetersiz | WZ12 alt başlık N = 59,15 kN, oran 1,48 (U100×53×1,5) | çaprazın yatay bileşeni köşede tek noktadan başlığa girer: N = D·V/nb | U100×54×2,5 başlık |
| W112 çekme ankrajı | oran 1,02 (cihaz 35 kN) | çaprazlı duvar daha çok kesme çeker | HD 45 kN |
| Çatı diyaframı x = 500 hattı | v = 9,08 > 0,6·15 = 9,00 kN/m (1.01) | W112'nin çektiği kuvvet diyaframdan gelir | vn 15 → 17 kN/m |
Neden başlık bu kadar zorlanıyor?: Kaplamalı panelde kesme kuvveti başlığa boyunca düzgün yayılı aktarılır (testere dişi model); çaprazlı panelde ise çaprazın kuvveti bölme köşesinde tek noktadan başlığa girer ve oradan kesme ankrajlarına taşınır. Bu nedenle çaprazlı panelin başlığı daha büyük eksenel kuvvet taşır (TBDY 10.4.2.1(a): başlıklar D ile büyütülmüş çapraz kuvvetiyle).
6. Tasarımın iyileştirilmesi
Üç duvar yeniden seçilip çoklu özellik formunda aşağıdakiler girildi (1. kattaki üç duvara da aynı değerler):
Tablo 3 – İyileştirme adımları
| Adım | Sekme / alan | Değer | Etki |
|---|---|---|---|
| 1. Şerit ucu takviyesi | Bağlantı: şerit ucu toplam t | 2,4 mm (bağlantı bölgesinde çift kat şerit) | net kesit 0,90 → 1,81 (Anet = (100 − 2·4,8)·2,4 = 216,96 mm²) |
| 2. Uzun desen | Bağlantı: nr × nc, p1, p2, e1 | 6 × 2, 20 / 40 / 30 mm | blok kırılma Rn 43,6 → 160,8 kN (oran 0,31) |
| 3. Köşe levhası | Bağlantı: köşe levhası = Var, t | 2 mm (dikme malzemesi S350GD) | vida Ps 2,54 → 5,44 kN, bağlayıcı grubu 65,3 kN ≥ Td 37,8 kN (sünek) |
| 4. Levha vidaları | Bağlantı: levha → kenar dikme / başlık | 8 / 6 vida (program gerekli adedi 6 / 4 ve 6 / 6 verdi) | C1 ≤ 0,74, C2 ≤ 0,92 |
| 5. Kuşak ve başlık | Başlık: kuşak sırası, alt / üst başlık | 1 sıra; U100×54×2,5 | kuşak ve başlık hataları kalkar |
| 6. Ankraj, diyafram | Ankraj (W112); çatı döşemesi Hafif Çelik sekmesi | HD = 45 kN, kat bağlantısı 45 kN; vn = 17 kN/m | ankraj 1,02 → < 1, diyafram 1,01 → 0,89 |
Önce desen, sonra levha: Vidalı ince şeritte iki sınır durum hemen hemen her zaman belirleyicidir: net kesit (10.23) ve çapraz ucunda blok kırılma. İkisi de çaprazın kendi ucunun kopmasıdır ve D ile değil, 10.23 biçiminde Rn ≥ 1,20·AgFy ile denetlenir: çapraz akmadan ucu kopmamalıdır. Uç takviyesi ve az sütunlu, çok sıralı, büyük e1'li desen ikisini birlikte çözer. Bağlantı elemanları (vida grubu, köşe levhası, levha vidaları) ise D ile büyütülmüş çapraz kuvvetiyle denetlenir.
Uç takviyesinin uygulanması: "Şerit ucu toplam t" girdisi, bağlantı bölgesinde şeridin kalınlığının artırıldığını (ör. aynı şeritten ikinci kat) kabul eder. Takviye, bağlantının bütün vidalarını kapsayacak boyda olmalı ve iki kat birbirine bağlanmalıdır; vidanın her iki kattan geçtiği kabul edilir (t1 = 2,4 mm).
7. Son analiz ve sonuçlar
İkinci analizde hata satırı kalmadı; liste yalnız bilgi satırlarından oluşur (turuncu rüzgâr satırı önceki örnekte de bulunan bir bilgilendirmedir: modelde rüzgâr yükü tanımlı değildir).
Şekil 7 – Son analizin uyarı listesi (başı)
Tablo 4 – Çaprazlı duvarların son sonuçları (YDKT)
| Duvar | θ | V (kN) | D | F (kN) | F/Td | Net kesit | Bağlantı oranı (belirleyici) | Sünek |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WZ02 | 35,5° | 20,86 | 1,98 | 12,81 | 0,34 | 1,81 | 0,73 (C1 dikme vidaları) | evet |
| WZ05 | 35,5° | 21,22 | 1,98 | 13,03 | 0,34 | 1,81 | 0,74 (C1) | evet |
| WZ12 | 32,1° | 32,18 | 1,84 | 18,99 | 0,50 | 1,81 | 0,91 (C2 başlık vidaları) | evet |
| W102 | 35,5° | 13,72 | 1,98 | 8,42 | 0,22 | 1,81 | 0,48 (C1) | evet |
| W105 | 35,5° | 13,89 | 1,95 | 8,53 | 0,23 | 1,81 | 0,48 (C1) | evet |
| W112 | 32,1° | 37,12 | 1,63 | 21,90 | 0,58 | 1,81 | 0,92 (C2) | evet |
V: duvarın D'siz deprem kesmesi; D = Vd/V (kapasite payı tabanı ve kat bazında D ile); F = V/(nb·ny·cos θ); Td = 0,90·AgFy = 37,80 kN. Panel kesme kapasitesi Vc = 2·37,80·cos θ = 61,58 kN (L = 3,65 m) / 64,07 kN (L = 4,15 m). θ = atan(h/L), h = dikme boyu 2,60 m.
8. WZ12 için elle doğrulama
WZ12: L = 4,15 m, h = 2,60 m (panel yüksekliği = dikme boyu: kat yüksekliği 2,80 m − duvar üstü hatıl 0,20 m; çapraz alt ve üst başlık arasındaki çerçevenin köşegenidir), tek bölme, iki yüz şerit 100×1,2 mm S350GD (Fy = 350, Fu = 420 MPa), uç takviyesi tuç = 2,4 mm, köşe levhası 2 mm S350GD, vida 4,8 mm, desen 6×2 (p1 = 20, p2 = 40, e1 = 30, e2 = (100 − 40)/2 = 30 mm), dikme t = 1,5 mm, başlık t = 2,5 mm.
Tablo 5 – WZ12 el hesabı (program aynı değerleri verir)
| Büyüklük | Hesap | Sonuç |
|---|---|---|
| Açı | θ = atan(2,60/4,15) | 32,07°, cos θ = 0,84742, sin θ = 0,53092 |
| Çapraz dayanımı (10.21b) | Td = 0,90·120·350 | 37,80 kN |
| Panel kapasitesi | Vc = 1·2·37,80·0,84742 | 64,07 kN |
| Çapraz kuvveti | F = 32,18/(2·0,84742) | 18,99 kN → F/Td = 0,50 |
| Bağlantı talebi (10.4.2.1(a)) | D·F = 1,838·18,99 | 34,90 kN |
| Net kesit (10,23, uç takviyeli) | AnetFu = (100 − 2·4,8)·2,4·420 = 91,12 kN ≥ 1,20·120·350 = 50,40 kN | oran 1,81 (sağlar) |
| A1 vida grubu | t2/t1 = 2,0/2,4 < 1: Pns = min(4,2√(2³·4,8)·420; 2,7·2,4·4,8·420; 2,7·2,0·4,8·420) = min(10932; 13064; 10886) = 10886 N; Ps = 0,5·10886 = 5443 N; 12·5,443 | 65,32 kN → 34,90/65,32 = 0,53 |
| A4 blok kırılma, çapraz ucu (ÇYTHYE 13.19) | Lgv = 30 + 5·20 = 130 mm; Agv = 2·130·2,4 = 624; Anv = 2·(130 − 5,5·4,8)·2,4 = 497,28; Ant = (40 − 4,8)·2,4 = 84,48 mm² (kenara yırtılma 2·(30 − 2,4)·2,4 = 132,48, büyük); Rn = min(0,6·420·497,28 + 420·84,48; 0,6·350·624 + 420·84,48) = min(160,80; 166,52) | Rn = 160,80 kN ≥ 50,40 kN → 0,31 |
| B2 köşe levhası Whitmore | lw = 40 + 2·100·tan30° = 155,47 mm; akma 0,9·350·155,47·2 = 97,95 kN; kopma 0,5·420·(155,47 − 2·4,8)·2 = 61,27 kN | 0,36 / 0,57 |
| B3 blok kırılma, levha | aynı yüzeyler t = 2: Rn = min(0,6·420·414,4 + 420·70,4; 0,6·350·520 + 420·70,4) = 134,00 kN; φ = 0,5 | 67,00 kN → 0,52 |
| C1 levha → dikme | D·F·sin θ = 18,53 kN; Pns(t1 = 2, t2 = 1,5) = min(4,2√(1,5³·4,8)·420; 10886; 8165) = 7100 N, Ps = 3550 N; 8 vida = 28,40 kN | 0,65 |
| C2 levha → başlık | D·F·cos θ = 29,57 kN; t2/t1 = 1,25 (enterpolasyon) Pns = 10886 N, Ps = 5443 N; 6 vida = 32,66 kN | 0,91 (belirleyici) |
| Süneklik | en zayıf bağlantı elemanı min(65,32; 97,95; 61,27; 67,00) = 61,27 kN ≥ Td = 37,80 kN | sünek |
Katsayılar: İnce sac (t < 4 mm) kırılma ve blok kırılmasında HCBTİE 8.4 katsayıları: vidalı φ = 0,5, bulonlu 0,75. Vida kesmesinde TBDY 10.12 φ = 0,5. Whitmore genişliği (30° yayılma) yorumdur; ÇYTHYE 13.4.1 "levha içindeki gerilme yayılışı uygun şekilde göz önüne alınarak" der.
9. Rijitlik tipi: "Kapasite" ve "Klasik"
Proje Genel Ayarları'ndaki hafif çelik panel rijitlik tipi "Klasik" seçilip aynı model çözüldüğünde çaprazlar sonlu eleman modeline açık köşegen çubuklar olarak girer (her duvarda iki köşegen, Am = (k/2)·Lm/(E cos²θm); WZ12'de hedef yanal rijitlik k = 7144 kN/m, köşegen alanı 128,0 mm²) ve duvarların kesme payı elastik rijitliklere göre dağılır.
Tablo 6 – Rijitlik tipine göre çaprazlı duvarların D'siz deprem kesmesi
| Duvar | Kapasite (V, kN) | Klasik (V, kN) |
|---|---|---|
| WZ02 | 20,86 | 19,17 |
| WZ12 | 32,18 | 23,84 |
| W102 | 13,72 | 12,53 |
| W112 | 37,12 | 17,19 |
Klasik tipte çaprazlı duvarlar daha az kesme alır; kesme, elastik olarak daha rijit kaplamalı panellere kayar ve bu modelde 15 duvarın (13'ü kaplamalı) çekme ankrajı yetersiz kalır. TBDY 10.2.6.1 karışık sistemde dağılımın panel kapasitelerine göre yapılmasını istediğinden varsayılan "Kapasite" tipi önerilir; "Klasik" tip karşılaştırma ve öteleme kontrolü içindir.
10. Hesap raporu
Rapor Seçimi'nde "Hafif Çelik Dikme Tasarımı (EGM)" raporunda her çaprazlı duvarın panel kesmesi satırı ÇAPRAZLI PANEL başlığıyla çapraz, net kesit, bağlantı deseni, köşe levhası, her bağlantı halkasının dayanımı / oranı ve sünek davranış durumunu yazar. Proje Hata Kontrolleri sayfasında çaprazlı panellerin kabulleri bilgi satırı olarak yer alır.
11. Plan ve görünüş çizimi
Çizim Seçimi'nde duvar planı ve Açılımlar → Kesit / Yan Görünüş Çiz (aks görünüşleri) çaprazlı duvarları ayrıca gösterir. Çizimler analiz sonucunu kullanır: önce analiz yapılmalıdır. Şekiller son tasarımın (ve karşılaştırma için ilk tasarımın) programdaki çizim penceresinden alınmıştır.
11.1 Duvar planı
Çaprazlı duvarda, çaprazlı her yüzde dikme flanşının 1 cm dışında yeşil bir çapraz çizgisi (iki yüzlü panelde iki çizgi) ve her bölmenin ortasında duvar kalınlığı boyunca bir X simgesi bulunur. Çapraz yazısı (yüz sayısı, şerit b×t, malzeme, bölme sayısı, uç takviyesi) duvarın üst yanında dikme ve kesme ankrajı yazılarının üstündedir. Pafta altındaki açıklama satırı simgeleri tanımlar.
Şekil 10 – Zemin kat duvar planı: WZ02 ile WZ12 birleşimi (yeşil yüz çizgileri, X simgesi, çapraz yazısı)
11.2 Aks görünüşü
Görünüşte her bölmede panel köşesinden karşı köşeye iki çapraz, şerit genişliğinde bant olarak çizilir. Köşe levhası tanımlıysa dört köşede dik üçgen levha, çapraz uçlarında nr × nc vida deseni (p1, p2, e1) ve levhayı kenar dikmeye ve başlığa bağlayan vidalar görünür. Yazı bloğu X kesişiminden uzakta, ölçü zincirinin altında iki çaprazın arasındaki üst üçgendedir: önce çapraz ve uç bağlantısı satırları, sonra dikme, başlık ve ankraj satırları.
Şekil 11 – Son tasarım, W105 (1. kat) ve altında WZ05: X çaprazlar, köşe levhaları, yazı bloğu
Şekil 12 – W105 sol alt köşe: 2 mm köşe levhası, 6×2 vida deseni, levhada dikmeye 8 ve başlığa 6 vida; HD levhanın arkasında (kesik)
HD ve köşe levhası: Çekme ankrajı (HD) kenar dikmeye bağlıdır; köşe levhasıyla örtüştüğü için levhanın arkasında kalan parça olarak kesik çizgiyle çizilir, “HD” yazısı levhanın üstündedir. Levha boyutu ve desenin yerleşimi çizim kabulüdür (levha bacağı deseni ve levha uç mesafesini kapsar, bölmenin %45’inden büyük değildir); uygulama detayını sorumlu mühendis belirler.
11.3 Yetersiz tasarımın görünüşü
Son analizde çapraz kuvveti / net kesit koşulu ya da bir bağlantı halkası yetersizse ya da bağlantı çaprazdan zayıfsa ilgili çapraz, desen ve yazı satırları HafifCelikYetersiz (kırmızı) katmanına çizilir. İlk tasarımda (levhasız, 6×2 desen, p = e1 = 15 mm; net kesit ve blok kırılma yetersiz, Bölüm 5) çaprazlar ve bağlantı kırmızıdır; alt ve üst başlık da (köşe kuvveti D·V/nb) kırmızıdır.
Şekil 13 – İlk tasarım, W105: yetersiz çapraz, bağlantı ve başlıklar kırmızı katmanda
Tablo 7 – Çizim katmanları
| Katman | Renk | İçerik |
|---|---|---|
| HafifCelikCapraz | yeşil | çapraz bandı, plandaki yüz çizgisi ve X, çapraz yazısı |
| HafifCelikBaglanti | macenta | köşe levhası, uç deseni, levha vidaları, HD, kesme ankrajları, bağlantı yazısı |
| HafifCelikDikme | mavi | dikmeler, başlıklar, kuşak, ölçü zinciri |
| HafifCelikYetersiz | kırmızı | son analizde yetersiz çıkan öğeler |
12. Dikkat edilecekler ve bilinen sınırlar
- Panel yüksekliği: çapraz geometrisinde h = dikme boyu (kat yüksekliği − duvar üstü hatıl yüksekliği; bu örnekte 2,80 − 0,20 = 2,60 m) alınır; aks görünüşünde çizilen çerçeve yüksekliğiyle aynıdır. Kaplamalı panellerin h/l koşulu kat yüksekliğiyle denetlenir.
- Gergin bağlantı (TBDY 10.4.3(b)) ve şerit ön germesi programca denetlenemez; şantiye ayrıntısında sağlanmalıdır.
- Kaynaklı bağlantı hesaplanmaz (HCBTİE Bölüm 8 vidalı / bulonlu birleşimleri kapsar).
- Köşe levhası basıncı (ÇYTHYE 13.4.4) yalnız profil çaprazda denetlenir; levhanın serbest basınç boyu girilmezse 50 mm alınır.
- Alt ve üst köşe aynı detay kabul edilir. Levha kuvveti dikmeye D·F·sin θ, başlığa D·F·cos θ olarak ayrıştırılır (çalışma noktası köşede).
- Tek yüzde şerit kullanılırsa kenar dikmeye T·e dış merkezlik momenti eklenir (TBDY 10.4.3(a)); bu örnekte iki yüz kullanıldı.
- Kuşak ayrıntı girdileri (kuşak t, vida) girilmezse kuşak bağlantısı denetlenmez; bilgi satırı verilir.