Ana içeriğe geç

Prefabrik Yapılar Doğrulama Çalışmaları

Bu makale, prefabrik (önüretimli) betonarme yapı özelliklerinin doğrulama çalışmalarını ve sonuçlarını özetler. Referans örnek, Türkiye Prefabrik Birliği’nin “Önüretimli Betonarme Örnek Bir Sanayi Binasının TBDY-2018’e Göre Analiz ve Tasarımı” kitabındaki binadır (aşağıda “kitap”). Aynı binanın StatiCAD’de ekran görüntüleriyle adım adım çözümü için Örnek Çözüm: Prefabrik Sanayi Binası makalesine bakın.

1. Doğrulama yaklaşımı​

Doğrulama katmanlı yürütülmüştür; her katman bir üsttekinin girdisini güvenceye alır:

  • Eleman çekirdeği: Değişken kesitli eleman matematiğinin kapalı çözümler ve yüksek çözünürlüklü sayısal referanslarla birim testleri.
  • Kesit geometrisi: Prekast şablonlarının kesit özelliklerinin SAP2000’in kendi kesit hesabıyla kıyası.
  • Hesap çekirdekleri: Ek 8B, gezer vinç, farklı R–D, bağlantı, cephe paneli ve temel kayması hesaplarının kitaptaki sayısal örneklerle satır satır kıyası.
  • Bina ölçeği: Kitap binasının StatiCAD’de kurulup analiz edilmesi; deprem büyüklüklerinin, iç kuvvetlerin ve donatıların kitapla karşılaştırılması.
  • Bağımsız sonlu eleman kontrolü: Aynı sonlu eleman modelinin SAP2000 v27’de yeniden kurulup periyot, indirgenmiş rijitlik ve deplasmanların karşılaştırılması.

2. Değişken kesitli eleman​

Eleman matematiği 87 kontrollük test programlarıyla sınanmış, tümü başarılı olmuştur:

SınamaReferansSonuç
Sabit kesitte 12×12 rijitlik matrisiProgramın prizmatik Euler ve Timoshenko eleman matrisleri10⁻⁹ bağıl duyarlıkla eşit
Konik kesitte konsol esneklik integralleri400 000 noktalı sayısal integral ve analitik ortalamalar10⁻⁶ bağıl duyarlıkla eşit
Rijit cisim hareketleri ve simetriK·urijit = 0, K = KᵀSağlandı
Yayılı yük ankastrelik kuvvetleri, sabit kesitqL/2, qL²/1210⁻⁹ duyarlıkla eşit
Ankastrelik kuvvetleri, konik ve çok parçalı elemanKuvvet ve moment dengesiSağlandı
not

Prizmatik elemanların hesabı değişken kesit eklenmesinden etkilenmez.

3. Prekast kesit geometrisi​

Parametrik şablonlardan üretilen kesitlerin özellikleri, aynı parametrelerle SAP2000’de tanımlanan kesitlerin SAP2000 tarafından hesaplanan özellikleriyle karşılaştırılmıştır:

ŞablonAlan ve atalet farkıDeğerlendirme
Precast I, Precast Box, Trapezoidal, Box/Tube≤ %0,02Birebir
Precast TAnalitik (dikdörtgen parçaların toplamı)Kesin
Precast UÖrnek kesitte alan −%4,1Kanat–duvar birleşim ayrıntısı farkı

4. Hesap çekirdekleri: kitaptaki sayısal örnekler​

4.1 TBDY Ek 8B eşdeğer çapraz​

BüyüklükKitapStatiCAD
Eşdeğer eksenel rijitlik (EA)e727 960 N727 982 N
Çapraz kuvvet kapasitesi Fmaks10 628 N10 622 N
not

Küçük farklar kitaptaki π ve cos α yuvarlamalarından kaynaklanır.

4.2 Gezer vinç yükleri​

BüyüklükDeğer (kitap = StatiCAD)
Toplam tekerlek reaksiyonu366 kN
Köprü ağırlığı166 kN
Tekerlek başına kütle payı41,5 kN
Kren kirişi tasarım momenti Md692,8 kNm
Kren kirişi tasarım kesmesi Vd516 kN
Yatay tasarım momenti64,3 kNm
ipucu

Tüm değerler kitapla birebir aynıdır.

4.3 Üst ve alt bölümde farklı R ve D​

DurumBüyüklük (X / Y)KitapStatiCAD
A (νüst = 0,408 / 0,406)ν0,763 / 0,7620,763 / 0,762
(R̄a)alt3,932 / 3,9373,931 / 3,935
D̄alt1,805 / 1,8071,805 / 1,808
B (νüst = 0,320 / 0,261)(R̄a)alt4,121 / 4,2614,121 / 4,259
D̄alt1,929 / 2,021,929 / 2,018

4.4 TBDY Bölüm 8 bağlantıları​

ipucu

43 kontrolün tümü başarılı olmuştur; aşağıda belirtilen iki bilinçli fark dışında sonuçlar kitapla birebir aynıdır.

BağlantıBüyüklükSonuçDeğerlendirme
MFB (çatı kirişi)Yatay kuvvet, moment, pim kesme dayanımı (2Ø36)88,6 kN; 65,77 kNm; 173,3 kNBirebir
MFBFiliz çekme kuvveti358 kN (kitap 253,5 kN)Program TBDY Şekil 8.1’deki kolu uygular; güvenli taraf
MAB3 (E aksı)Yatay kuvvetler (−/+/D’li −/D’li +)440 / 335 / 1017 / 912 kNBirebir
MAB3 (E aksı)Üst/alt donatı, kaynak alanı1355 / 1032 mm², 5381 mm²Birebir
MAB3 (E aksı)Moment kapasiteleri MRd− / MRd+286,5 / 409 kNmBirebir
MAB3 (B aksı)Yatay kayma filizi5512 mm²Birebir
MAB3 (B aksı)Üst donatı3339 mm² (kitap 3630 mm²)Kitabın B aksı hesabında formüle farklı büyüklük girilmiştir; E aksı düzeni esas alınmıştır
AşıkPim kesme, kaynak ve burkulma kapasiteleri114,6 / 113,4 / 347 kNBirebir

4.5 Cephe paneli ve temelde kayma​

HesapSonuç
Cephe paneli (10,1 t, R/I = 3, Tp = 0,787 s)Eşdeğer deprem yükü 102,3 kN, alt sınır 41,1 kN — birebir
Temelde kayma (E aksı)Rth = 107,5 kN ≥ Vth = 103 kN — birebir

5. Bina ölçeğinde karşılaştırma​

Kitap binası (40×75 m plan, 10 m yükseklik, A–C arasında +5,00 kotunda ara kat, C–E arasında 200 kN gezer vinç; çatı kirişleri kolonlara pimli, kat kirişleri moment aktaran; alt bölümde farklı R–D) StatiCAD’de kurulmuştur.

BüyüklükKitapStatiCADDeğerlendirme
SDS / SD11,384 / 0,4771,3836 / 0,477Birebir
Eşdeğer yöntemde Tp0,787 s0,787 sBirebir
Toplam kütle3243 t3165 t−%2,4 (model ayrıntısı)
Kat kuvveti payları0,576 / 0,4240,576 / 0,424Birebir
ν, (R̄a)alt, D̄altBölüm 4.3Bölüm 4.3Birebir
Kat 1 göreli ötelemesi (Y)0,0110,0109Birebir
Kat kirişi mesnet momenti (B aksı)−988 kNm−1021 kNm+%3
Hakim periyot Tx / Ty (modal)1,107 / 1,042 s0,806 / 0,830 s (rijit çatı)Bkz. aşağısı
bilgi

Periyot farkı: Kitap hakim periyotları tek bir modda verir; kitabın modelinde çatı Ek 8B eşdeğer çaprazlarıyla yarı rijittir. StatiCAD’de rijit çatı kabulüyle ara katlı çerçeveler ile konsol kolon dizisi ayrı alt sistemler gibi titreşmektedir. Aynı model SAP2000 v27’de bağımsız kurulduğunda StatiCAD periyotları %1 içinde yeniden üretilmiştir (Bölüm 6). Dolayısıyla fark sonlu eleman çözümünden değil, çatı diyaframı ve çerçeve idealleştirmesinden kaynaklanır.

6. SAP2000 v27 ile bağımsız sonlu eleman karşılaştırması​

Programın kurduğu sonlu eleman modeli (düğümler, çubuklar, etkin kesit çarpanları, mafsallar, rijit uçlar, kat kütleleri) SAP2000’de aynı kabullerle yeniden kurulmuş; modal analize ek olarak kat ana düğümlerine birim yükler uygulanarak indirgenmiş rijitlik matrisi terim terim karşılaştırılmıştır.

ModelBüyüklükStatiCADSAP2000Fark
Kare 3×3 aks, 2 katTx / Ty0,6192 / 0,6192 s0,6240 / 0,6240 s%0,8
Dikdörtgen 5×2 aks, 2 katTx / Ty0,5677 / 0,6362 s0,5677 / 0,6316 s%0,0 / %0,7
Kitap binası, çaprazsızTx / Ty0,8135 / 0,8965 s0,8194 / 0,9005 s%0,7 / %0,4
Kitap binası, Ek 8B çaprazlı ve aşıklıTx / Ty0,8314 / 0,9166 s0,8383 / 0,9209 s%0,8 / %0,5

İndirgenmiş rijitlik matrisinin köşegen terimleri %2,5 içinde örtüşmüş, kütle matrisleri özdeş bulunmuştur. Kitap binasının çatı kirişleri, kren kirişleri veya oluklar çıkarılmış türevlerinde de iki program %1 içinde örtüşmüştür.

7. Genel değerlendirme​

ipucu
  • Değişken kesitli eleman ve prekast kesitler kapalı çözümler ve SAP2000 ile doğrulanmıştır.
  • Ek 8B, gezer vinç, farklı R–D, bağlantı, cephe paneli ve temel kayması hesapları kitaptaki sayısal örneklerle, programın yönetmeliği güvenli tarafta uyguladığı noktalar dışında birebir örtüşür.
  • Sonlu eleman çözümü, SAP2000 v27 ile kurulan bağımsız modelle periyotlarda %1 içinde örtüşür.
not

Yazılımla üretilen tüm sonuçların sorumlu mühendis tarafından kontrol edilmesi esastır.