Prefabrik Yapıların Modellenmesi

StatiCAD, prefabrik (önüretimli) betonarme sanayi yapıları için modelleme, analiz ve bağlantı tasarımı araçları sunar: değişken kesitli (nonprismatic) çubuklar ve prekast parametrik kesitler, mafsallı bağlantı ataması, çatı diyaframı eşdeğer çaprazları (TBDY 2018 Ek 8B), cephe paneli ve kren kütleleri, gezer vinç yükleri, üst ve alt bölümde farklı R ve D (TBDY 4.3.6), TBDY Bölüm 8 bağlantı tasarımı, cephe paneli deprem yükü, temelde kayma ve poligon/değişken kesitli kirişlerin donatı tasarımı.

Bu özellikler, Türkiye Prefabrik Birliği’nin “Önüretimli Betonarme Örnek Bir Sanayi Binasının TBDY-2018’e Göre Analiz ve Tasarımı” kitabındaki örnek bina (40×75 m, iki açıklıklı, ara katlı, 200 kN gezer vinçli) üzerinde geliştirilmiş ve karşılaştırılmıştır (bkz. Prefabrik Yapılar Doğrulama Çalışmaları). Kitap binasının ekran görüntüleriyle adım adım çözümü için Örnek Çözüm: Prefabrik Sanayi Binası makalesine bakın.

bilgi

Hangi sürümlerde? Prefabrik araçları (Betonarme Prefabrik bina tipi, Makrolar menüsündeki prefabrik komutları, Precast kesit şablonları, bağlantı tasarımı penceresi, kolon bazlı göreli öteleme seçeneği ve rapordaki bağlantı sayfası) StatiCAD Ultimate sürümünde bulunur. Ultimate’te hazırlanmış bir projenin prefabrik verileri dosyada korunur; proje başka bir sürümde açıldığında analiz aynı verilerle çalışır. Değişken kesit (Nonprismatic) tanımı tüm sürümlerde vardır.

1. Genel akış

1. Proje Genel Ayarları’nda bina tipi olarak Betonarme Prefabrik’i (Betonarme Bina ile aynı çözüm tipini kullanır; ayrıca yarı rijit diyaframda kolon bazlı kat ötelemesini açar) ya da Betonarme Binayı seçin; malzemeyi ve deprem parametrelerini girin. Ara katlı binalarda R ve D kutularına üst bölümün katsayılarını yazın.
2. Kesitleri tanımlayın: kolonlar dikdörtgen; eğik çatı kirişleri için değişken kesit ya da prekast şablonları (Bölüm 2 ve 3).
3. Kolon ve kirişleri çizin. Çatı kirişi, aşık ve oluk gibi pimli bağlanan kirişleri seçip Makrolar → Seçili kirişlerin uçlarını mafsallı yap (M2+M3) komutunu çalıştırın (Bölüm 4).
4. Çatı diyaframını belirleyin: rijit diyafram (varsayılan) ya da Ek 8B eşdeğer çaprazları (Bölüm 5).
5. Cephe paneli ve kren köprüsü kütlelerini deprem ek kütlesi olarak, gezer vinç yüklerini kren penceresiyle girin; üst ve alt bölümü farklı taşıyıcı sistemli binalarda farklı R–D ayarını yapın (bkz. Gezer Vinç Yükleri, Deprem Ek Kütleleri ve Farklı R–D).
6. Analiz seçeneklerini kontrol edip analizi çalıştırın. Poligon ve değişken kesitli betonarme kirişlerin donatısı analizde otomatik hesaplanır.
7. Bağlantıları Makrolar → Prefabrik bağlantı tasarımı (TBDY Bölüm 8)... penceresinde tasarlayın ve rapora ekleyin (bkz. Prefabrik Bağlantı Tasarımı).

not

Prefabrik komutlarının tamamı ana menüdeki Makrolar menüsünün sonundadır. Çapraz, kren ve bağlantı pencereleri kalıcı değildir: pencere açıkken modelde eleman seçmeye devam edebilirsiniz.

2. Prekast parametrik kesit şablonları

Çubuk Eleman Kesit Özellikleri penceresinin şablon türü listesinde aşağıdaki şablonlar bulunur. Şablon seçildiğinde Kesit Parametreleri tablosu ölçüleri (cm) ve açıklamalarını gösterir; önizlemede kesit ölçü etiketleriyle anında çizilir.

Şablon	Kullanım
Precast I	Prekast I veya ampul başlıklı (bulb tee) kiriş; başlık genişlikleri, yükseklikler, pah ve gövde kalınlıkları
Precast T	Tek üst başlıklı, pahlı kat kirişi (üstü dökülen kompozit kirişin prekast parçası)
Precast U	U kesitli prekast kiriş veya oluk
Precast Box, Box/Tube	Kutu kesitler: dış ölçüler, duvar ve döşeme kalınlıkları
Trapezoidal	Yamuk kesit: üst ve alt genişlik, yükseklik

Kesit, programda poligon kesit olarak saklanır; alan, atalet ve ağırlık merkezi poligondan otomatik hesaplanır. Parametreler de saklandığından kesit yeniden açıldığında parametrik modda gelir. Donatı düzeni poligon editöründen verilebilir ya da boş bırakılırsa kiriş tasarımında otomatik üretilir. SAP2000’e aktarımda şablonlar SAP2000’in kendi prekast kesit tanımlarıyla gönderilir.

3. Değişken kesitli (nonprismatic) kirişler

Çatı makas kirişi gibi boyu boyunca yüksekliği değişen elemanlar tek bir çubuk olarak modellenir; rijitlik, kesitin gerçek değişimine göre hesaplanır. Tanım, Çubuk Eleman Kesit Özellikleri penceresinde şablon türü Nonprismatic seçilerek açılan Değişken Kesit Tanımı penceresinde yapılır:

Sütun	Açıklama
Start Section / End Section	Parçanın başındaki ve sonundaki kesit (daha önce tanımlanmış prizmatik kesitlerden; ör. uçta 40×26, ortada 40×140 dikdörtgen ya da iki farklı Precast I)
Length / Length Type	Absolute: parça boyu cm olarak. Variable: oransal ağırlık; eleman boyundan Absolute parçalar düşüldükten sonra kalan boy Variable parçalara bu oranla dağıtılır.
EI33 / EI22 variation	Eğilme rijitliğinin değişim biçimi: Linear (EI doğrusal), Parabolic (√EI doğrusal; başlığı hakim I kesitte yükseklik değişiyorsa), Cubic (∛EI doğrusal; genişliği sabit, yüksekliği doğrusal değişen dikdörtgen)

Çift eğimli (beşik) çatı kirişi iki parçayla tanımlanır: uç kesiti → orta kesit → uç kesiti. Alan, burulma sabiti ve kayma alanları parça içinde doğrusal değişir. Kesit adını kirişin kesiti olarak seçmeniz yeterlidir; analiz, SAP2000 aktarımı (tüm parçalarıyla) ve donatı tasarımı değişken kesiti kendiliğinden kullanır.

bilgi

Nasıl hesaplanır? Elemanın rijitlik matrisi, boy boyunca değişen kesit özelliklerinin esneklik integrasyonuyla (kayma şekildeğiştirmesi dahil) kurulur; sabit kesitte bu matris prizmatik elemanınkiyle sayısal duyarlıkla aynıdır. Yayılı yük ankastrelik kuvvetleri de değişken kesite göre hesaplanır; kalın uç daha büyük ankastrelik momenti alır. Kütle ve öz ağırlık boy boyunca ortalama alanla dağıtılır (toplam hacim doğrudur).

not

Değişken kesit yalnız kirişlerde hesaba katılır; kolona atanması desteklenmez.

4. Mafsallı (pimli) bağlantılar

Prefabrik binalarda çatı kirişleri, aşıklar ve oluklar kolonlara genellikle pimli mafsallı bağlanır. Tek adımda atamak için ilgili kirişleri (tüm katlarda) seçip Makrolar → Seçili kirişlerin uçlarını mafsallı yap (M2+M3) komutunu çalıştırın. Komut, seçili her kirişin iki ucunda iki eğilme momentini (M2, M3) serbest bırakır, mafsal yayı katsayılarını sıfırlar ve mafsalı tüm yüklemelerde etkin yapar; sonunda kaç kirişin işlendiğini bildirir. Tek bir uç için mafsal, kirişin özellik penceresindeki mafsal tablosundan da girilebilir.

Kirişlerde eksen ofseti (kirişin düğüm çizgisinin altında durması) açık olsa bile mafsal düğüm tarafında uygulanır; pimli kiriş gerçek basit mesnet gibi davranır. Rijit diyafram ve eksen ofsetinin birlikte ürettiği kompozit eksenel kuvvet, kirişin eksenel yük değerlendirmesinden ayıklanır.

5. Çatı diyaframı: rijit diyafram ya da Ek 8B eşdeğer çaprazları

Varsayılan kabul, her kat (çatı dahil) için rijit diyaframdır (Proje Genel Ayarları → Eleman Kuvvetleri → Tam rijit diyafram). Binlerce düğümün diyaframa bağlandığı aşıklı ve çapraz bölmeli çatılarda rijit diyafram kesin ana–bağımlı dönüşümüyle çözülür; kullanıcı ayarı gerekmez.

Trapez sac veya sandviç panel örtülü çatılarda TBDY Ek 8B, çatı düzleminin kayma rijitliğini iki ucu mafsallı eşdeğer çapraz çiftleriyle temsil etmeye izin verir. Bunun için Makrolar → Prefabrik çatı diyaframı eşdeğer çaprazları (TBDY Ek 8B) penceresini kullanın:

Giriş	Açıklama	Varsayılan
Trifon vida çapı D (mm)	Sacı aşığa bağlayan vidanın çapı	4
Üst sac kalınlığı t1 (mm)	Trapez sacta levha kalınlığı; sandviç panelde üst sac	0,5
Alt sac t2 (mm)	Sandviç panelde alt sac; trapez sacta 0	0,4
Birim boyda vida n (adet/m)	Aşık boyunca metredeki vida sayısı	5,5
Sac akma dayanımı fy (MPa)		255
Güvenlik katsayısı γ		0,67
Bölme sayısı	İki kiriş arasının, kiriş boyu yönünde kaç hücreye bölüneceği	4
Çapraz malzemesi E (MPa)	Eşdeğer çubuğun elastisite modülü	33227

1. Hesapla: Eşdeğer eksenel rijitlik (EA)e, bir çaprazın taşıyabileceği en büyük kuvvet, TBDY Denk. 8B.1 karşılaştırması, eşdeğer çubuk kesiti ve Ek 8B uygulanabilirlik koşulları (aşık aralığı ≤ 2,0 m, çapraz açısı ≈ 45°) gösterilir.
2. Modelde çaprazların kurulacağı iki paralel kirişi (ör. komşu iki çatı kirişi) seçin ve Seçili 2 kiriş arasına çapraz üret düğmesine basın. İki kiriş arası seçilen sayıda hücreye bölünür ve her hücreye bir X çifti yerleştirilir. Çaprazlar iki ucu mafsallı, kütlesiz ve yüksüz sanal elemanlardır; betonarme tasarıma ve metraja girmez.
3. Üretilen çaprazlar ve kaynak kirişler seçili bırakılır. Makrolar → Tüm katlarda kesişen seçilen kirişleri böl komutunu çalıştırarak çapraz uçlarının aşık ve kirişlerle ortak düğümde birleşmesini sağlayın.

not

Ek 8B çaprazlı çatıyla çalışırken Proje Genel Ayarları → Eleman Kuvvetleri → Yarı rijit diyafram seçilmeli ve kat ötelemesi için aynı sekmedeki kolon bazlı seçenek açılmalıdır (Bölüm 6). Tasarım referansı olarak rijit diyafram çözümünü de çalıştırmanız önerilir.

6. Analiz seçenekleri

Seçenek	Yeri	Açıklama
Tam rijit / Yarı rijit diyafram	Proje Genel Ayarları → Eleman Kuvvetleri	Ek 8B çaprazlı çatıda yarı rijit seçilir; aksi hâlde rijit diyafram önerilir.
Yarı rijit diyaframda kat ötelenmesi kolon bazlı (üst-alt düğüm)	Proje Genel Ayarları → Eleman Kuvvetleri (sekmenin altında)	Yarı rijit diyaframda göreli kat ötelemesi, katın en büyük ve en küçük düğüm deplasmanları farkı yerine aynı kolonun üst ve alt düğümleri farkıyla hesaplanır; çatının esnek bölgesindeki aşık ve çapraz düğümleri ile kalkan kolonları sonucu yanıltmaz. Bina tipi Betonarme Prefabrik seçildiğinde kendiliğinden işaretlenir; projeyle kaydedilir.
Modal analizde rijit diyafram ataması	Proje Genel Ayarları → Deprem Kuvvetleri	“Yapılsın” seçeneğinde kat başına üç serbestlikli (UX, UY, RZ) indirgenmiş model; kat kotunda (±2 cm) olan düğümler kata bağlanır.
Rijit diyaframlı modal analizde döşemeleri dikkate al	Proje Genel Ayarları → Deprem Kuvvetleri	Döşeme kabuklarının rijitliğe katkısı statik çözümde vardır, rijit diyaframlı modal analizde varsayılan olarak yoktur; bu yüzden modal periyotlar biraz uzun, statik ötelemeler biraz küçük çıkar (%2–5). İki çözümü eşitlemek için küçük modellerde açılabilir; aşıklı ve çapraz bölmeli büyük çatılarda bellek gereksinimi nedeniyle önerilmez.
Kiriş ara düğümlerini rijit diyaframa bağlama	Proje Genel Ayarları → Deprem Kuvvetleri	Kiriş eksenleri düğüm çizgisinin altında modellendiğinde kirişin bölme düğümleri rijit diyaframa bağlı olduğu için kirişler kompozit rijitleşir. Seçenek açıldığında yalnız bölme düğümleri diyafram dışında kalır; kolon, perde ve kiriş kesişim düğümleri bağlı kalır. Varsayılan olarak kapalıdır ve projeyle kaydedilir.

7. Kapsam sınırları

• Değişken kesit yalnız kirişlerde hesaba katılır; öngermeli kesit hesabı kapsam dışıdır.
• Kısa konsol (guse) ve kren konsolu tahkiki, soketli (yuvalı) temel tahkiki ve montaj aşaması tahkikleri bu sürümde yoktur.
• Ek 8B çaprazlı yarı rijit çatının kayma rijitliği, rijit diyafram çözümüyle birlikte değerlendirilmelidir.
• Precast U şablonunun kanat–duvar birleşim ayrıntısında SAP2000’e göre küçük bir alan farkı vardır (örnek kesitte −%4).

8. Sık karşılaşılan durumlar

Belirti	Çözüm
Makrolar menüsünde prefabrik komutları yok; kesit listesinde Precast şablonları görünmüyor.	Prefabrik araçları Ultimate sürümünde açıktır.
Üretilen çaprazlar aşıklarla birleşmiyor.	Makrolar → Tüm katlarda kesişen seçilen kirişleri böl komutunu çaprazlar ve kirişler seçiliyken çalıştırın.
Yarı rijit çatıda göreli kat ötelemesi çok büyük.	Esnek çatı düğümleri ve kalkan kolonları “en büyük − en küçük” yönteminde değeri büyütür. Proje Genel Ayarları → Eleman Kuvvetleri’ndeki kolon bazlı öteleme seçeneğini açın (Bölüm 6); tasarım referansı olarak rijit diyafram çözümünü de çalıştırın.
Hakim periyot beklenenden kısa.	Rijit çatı diyaframı kabulünün sonucudur; açıklaması doğrulama makalesindedir.