eskişehir'de kar yükünden hasar gören uzay kafes yapılar oturum 4

7/30/2019 Eskiehir'de Kar Yknden Hasar Gren Uzay Kafes Yaplar Oturum 4

1/48

4. OTURUM


2/48

174

ESKEHRDE KAR YKNDEN HASAR GREN UZAY KAFES

SSTEMLER

Mizan DOAN, Eref NLOLU, Hasan GNEN

Eskiehir Osmangazi niversitesi, naat Mhendislii Blm, Eskiehir

Uygulama alan giderek artan uzay kafes sistemler, birbirlerine dmnoktalarndan bal basit ekmeye veya basnca alan dorusal ubuklar andankurulu dzenlerdir. Bu sistem, ubuklar dzeni olarak zerine etkiyen d ykleri ikidorultuda mesnetlere ileten ve boluun organize edilmesi ilkesine gre retilensistemlerdir. Uzay kafes sistemler en ok, sanayi yaplar, alveri merkezleri,showroom yaplar, gsteri ve fuar merkezleri ve spor komplekslerinde tercihedilmektedir. Bu almada uzay kafes sistemlerin genel yaps ve blgelere gre karyknn etkisi aratrldktan sonra Eskiehirde kar yknden dolay hasar grenuzay kafes sistemli yaplar incelenmitir. Bu incelemede, model olarak seilen bir

uzay kafes sistemin, hazr bir paket program ile kar yk farkl on deiik blgeetkileri altnda yaplan zmler sonucu bulunan deerler ile kyaslanmtr.

Anahtar kelimeler: uzay kafes sistem, kar yk, s etkisi

1. Giri

Yap teknolojilerinde hafif, hzl ve endstrilemi zmler aray uzaykafes sistemlerin domasna sebep olmutur. Bu sistemler yaplarda bykaklklarn kolonsuz ve hafif bir yap sistemi ile geilmesini salayarak ilevselolarak yaplarn daha esnek ve kullanl olmasn salamaktadr.

Uzay kafes sistemlerin tarihte ortaya k deniz kabuklusunun geometrikyapsna duyulan hayranlkla balar. ubuk ve dmlerden tasarlanarak gelitirilensistem; Dr. Max Mengeringhausenin deniz kabuklusunda hayran kald logaritmikheliks bymenin bir etkisi gibi yaplarda byk aklk geebilen sistemlerdir [1].

ekil 1. Dr. Max Mengeringhausen ve ilk uzay kafes sistem modeli (1903-1988) [1]


3/48

175

lk olarak Dr. Max Mengeringhausen uzay kafes sistemleri gelitirmi ve1940'l yllarda yaplarda kullanmtr. Mengeringhausen "Bauhaus" ekol ile ortayakan mimaride berraklk, gzellik ve ilevselliin en gzel rneini uzay kafessistemlerini gelitirerek ortaya koymutur. Bauhausun kurucusu olan Gropius,Mengeringhausennin gelitirdii ubuk/dm (uzay kafes) sistem ile ilk yaplar

1942 ylnda yaplmtr. ubuk/dm sistemler ksa zamanda byk programlariinde endstriyel ekilde retilen sistemler olmulardr. Uzay kafes taycsistemlerin birim eleman, alt ubuk ve drt dm noktasndan oluan birdrtyzldr. Byle bir drtyzl her biri ayn dzlem iinde bulunmayan ubukla kolaylkla bytlebilmektedir. ubuk birleimleri, montajda eitlikolaylklar salayan patentli dm noktas elemanlar ile yaplmaktadrlar.

Statik yararlar asndan, bu sistemler dier bir ok tayc sistemlere oranlaok daha hafiftirler. Sabit yklerin azl sadece atda deil, alt sistem eleri iletemellerde kendini gstermekte ve buna bal olarak maliyet nemli ldeazalmaktadr. Uzay kafes sistemler gnmzde byk aklkl sanayi ve spor

kompleksi yaplar ve uak hangarlarnn rtlmeleri konusunda olduka fazlauygulama alan bulmaktadr (ekil 2). Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte busistemlerle 150 mye kadar olan aklklar geilmektedir. Bu strktr sistemleriylekare, dikdrtgen, poligon ve daire eklindeki mekanlara uygun rt biimlerioluturularak mimari grnm kazandrmaktadr. Dzlem yzeyler ve bunun katlargelitirilebilecei gibi, ayrca kubbe ve tonozsal biimler ve bunlarn tekrar eklindede kurulabilmektedir. Ayrca Uzay kafes sistemlerde elektrik, shhi tesisat,havalandrma kanallar klima, iklimlendirme sistemleri gibi donatlar, bu sistemlerinoluum ilkesinden doan boluklarda kendilerine kolaylkla yerleim alan

bulabilmektedir. Uzay kafes sistemlerle geometrisi tanmlanan hemen her formzlebilir. Bu da mimari isteklere statik olarak cevap verebilmek demektir.


4/48

176

ekil 2. eitli uzay kafes sistemler [2]

Uzay kafes sistemleri gerekli tasarm ve mhendislik hesaplar yapldndaher yk tayabilir. ekil 3de grld gibi srekli ve hareketli yklerin olduukprde tayc sistem olarak uzay kafes seilmitir.

ekil 3. Hareketli yklere maruz uzay kafes sistem kpr rnei [1]


5/48

177

Bu almada son yllarda Eskiehirde kar yknden dolay hasar grenKurtulu Pazar, Eskiehir Osmangazi niversitesi Spor Salonu ve KloluAnadolu Lisesi uzay kafes sistem atlar incelenmitir (ekil 4). Ayrca bir sporsalonunun uzay ats rnek alnarak Trkiyenin deiik blgelerinde olmasdurumu iin kar ykleri altnda zmler yaplarak kesit tesirleri ve malzeme

asndan karlatrlmas yaplmtr.

ekil 4. Eskiehirde hasar gren uzay kafes sistem yaplar

2. at eklinin Kar Ykne Etkisi

Kar yknn yaplara etkisinde en nemli parametre atnn ekli ve cepherzgarnn yndr. Uzay kafes sistemler, genellikle spor salonu gibi geni alanlsistemlerin atlarnda kullanld iin kar yknn en etkili olduu yap sistemidir.Eer yapnn ats krk ve cephe rzgarna dik ynde ise tipi eklinde yaan kardan

dolay kar yk etkisi ar derecede artmaktadr (ekil 5).

Kurtulu Otopark ve Pazar

Klolu Anadolu Lisesi

ESOG Spor Salonu


6/48

178

ekil 5. at ekline gre kar yk dalm

Buna kar ayn at cephe rzgarna paralel ise o kadar etkili olmayabilir.Ancak krk atlarn yn cephe rzgarna paralel de olsa atya yaan normal karerimeye balaynca kayaraktan krk atnn deresini doldurarak bu blgedeki karykn artrmaktadr. Kurtulu pazarnn ats bu ekilde olduu iin at karyknden dolay byk hasar grmtr (ekil 6).

ekil 6. Kurtulu pazar hasar

Gizli at, cephe rzgar ynne bal olmakszn hem tipiden hem de normalyaan kardan dolay yukarda belirtildii gibi her zaman iin kar yknn artmasnazemin hazrlamaktadr. Bu atlarda dier bir problem giderlerin kardan tkanmassonucu gndz eriyen karn gece donmasndan dolay at ykn artrmakta ve bazelemanlarn hasar grmesine sebep olabilmektedir. niversite spor salonu ats busebepten dolay byk hasar grm ve binlerce burkulan eleman deitirilmitir. Bu

atlar yaplmas kanlmaz ise at altna bir stma sistemi yaplarak kar yadzaman altrlr ve karn en ksa srede eriyip gitmesi salanabilir.

3. Uzay Kafes Sistem Faydalar

Uzay kafes sistemler geni aklklarn geilmesi iin en uygun sistemdir.Uzay kafes sistemler ile kazanlacak hacim ve tketilen yap malzemesi arasndakioran dier yap malzemelerinin tketim oranna gre olduka uygundur.Oluturulacak hacim bykl ile yap maliyeti ve geni aklklarn geilmesindedier yap elemanlarnn arl ve maliyeti ile ters orantldr. Bu sistemler, iskele

gereksinimini ortadan kaldrmak iin genellikle zemin kotunda kurulmakta ve eitliyntemler ile yerlerine monte edilmektedirler. Bu nitelikler uzay kafes sistemler ile

Kar yk

Kurtulu

Pazarats

Kar yk

2 yne eimli

Kar yk

Gizli at

ESOG SporSalonu ats


7/48

179

oluan yaplarn maliyetini ve yapm srecini azaltmaktadr. Uzay kafes sistemleridier yap sistemlerinden ayran en byk zellik montaj edilen yap bileenlerininsklerek baka bir yerde tekrar uygulanmaya imkan vermesidir. Byle bir ey

betonarme iin sz konusu deildir. Uzay kafes sistemler ise modler olan yapbileenleri ile rahatlkla sklp tanmakta ve baka bir yerde yeniden

kurulabilmektedir (ekil 7). Bu nedenle kalp ve iskele masraf ortadan kalkmakta,inaatn sratle bitirilmesi de ekonomi salamaktadr.

ekil 7. Uzay kafes sistem dmnde kullanlan elemanlar [2]

elikte de en hafif ve hiperstatik zm olan uzay kafes sistemlerdir. Uzaykafes sistemler yksek derecede hiperstatik sistemlerdir. Sistem elemanlarneilmeye zorlamad iin byk aklklarn geilmesinde yapsal gvensalanmaktadr. Uzay kafes sistemler dier yap sistemlerine oranla daha hafiftir.Yap sisteminden gelen sabit ve hareketli ykleri zemine ileten temel sistemleri deyapnn hafif olmas sebebi ile daha az yk tayacak ekilde ebatlar kkolmaktadr. Depremin etkisi yapnn arl ile dorusal orantl olarak artt iinuzay kafes sistemleri depremden daha az etkilenir. Betonarme yap sistemlerine gredaha elastik ve snektir [3].

elik yap malzemeleri; retimi, datm ve yap sistemlerinde kullanmyaygnlatka ucuzlam ve gnmzde dier yap malzemelerine gre dahaekonomik olarak kullanlabildii alanlar bulmutur. Yap iin gerekli akln

bykl arttka elik kullanmak daha ekonomik bir hale gelmektedir. Uzay kafessistemleri yapnn olduu yerde deil endstriyel olarak projesine gre fabrikadaretilmektedir. Bu da yap bileenlerinin endstrilemi bir seri retim ile hzl ve

ekonomik olarak elde edilmesi demektir. Uzun sre antiye kurma ve sabit giderlerinortaya kmasn bu endstrilemi yapm engellemektedir. Yapm yerinde sadecemontaj yaplmaktadr. Hzl yaplan montaj ok ksa srer, antiye ve antiyenin sabitgiderleri gibi masraflar ortadan kaldrr. Kurulum paralarn birbirine balanmas ve

bir somun anahtar ile sktrlmasndan ibarettir. Sanayi tesislerindeki retiminsreklilii ve srdrlebilirlii nemlidir. Ksa srede inaat bitirilebilen uzay kafessistemler retime uzun sre ara vermeden tesisini yenilemek zorunda olan iletmeleriinde hzl bir inaat yntemi olarak seilebilir.

4. Uzay Kafes Sistemlerin Projelendirme Esaslar

Uzay kafes sistemler, dm noktalar mafsal balantl kabul iletasarlanm, narin kesitli boru elemanlardan tekil edilmi yksek dereceden

DmKreler

Konik

Pim

Somun


8/48

180

hiperstatik sistemlerdir.Uzay kafes atlarn hesaplarnda ykler dmnoktalarndan aktarlr. Sadece eksenel yk alacak ekilde kesitler boyutlandrlr. Buyzden imalat ve montaj sonras da bu koul salanmal, gerek kaplama detaylargerekse aksesuar balantlar elemanlara dorudan veya kelepeler ile balanmal,tm bu ykler kre elemanlar zerinde braklm ve di ekilmi delikler yardm ile

sisteme aktarlmaldr. Statik hesaplar yaplrken, projenin uygulanaca lkenin veblgenin koullar esas alnmaldr. Seilecek standart, uluslararas alanda kabulgren ve yaygn olarak kullanlan bir standart olmaldr. Bu durumda hesaplarda birstandart btnl olmal, bir ka lke normu bir arada kullanlmamaldr.

Uzay kafes sistem elemanlarna gelecek kuvvetleri tayabilecek nitelikteseilmelidir. Her elemana gelen ekme ve basn yklerinin mutlak deerce en

byk olan boyutlamada esas alnmaldr (ekil 8). Bir elemann ekme tamakapasitesi, boru galvaniz delii en kesiti, kaynak, konik ve cvata ekmekapasitesinin en k olarak seilmelidir. Benzer ekilde bir borunun basntama kapasitesi, boru ortasnda burkulmal basn, galvaniz delii en kesitine

basn, kaynak, konik ve somun basn kapasitesinin en k olarak seilmelidir.

ekil 8. ekme ve basn ubuk balant detaylar

Statik hesaplar yaplrken, zme dahil edilen d yklerin toplam, mesnet

reaksiyonlarnn toplamn verir. Scak daldrma galvaniz ilerde, boru ekme vebasn tama kapasiteleri hesabnda, galvaniz delii nedeniyle olan kayplar hesabadahil edilmelidir. Bu ksmlar, gerilme ylmas yaratan blgelerdir. Net alankullanlarak azaltlan en kesitler dahi byk delik aplarnda problem yaratabilir.Konik et kalnlnda cvata kafasnn zmbalama tesiri nemlidir. Bu tesirinolumamas iin hem konik et kalnl yeterli olmal, hem de cvata kafas yeterliapta ve standartlara uygun seilmelidir. Scak daldrma galvanizli ilerde, cvatasonradan boru iine atldndan, galvaniz delikleri ap, cvatann sonradan ierigirmesine izin verecek byklkte olmaldr. Galvaniz delikleri kk yaplan

borularda muhtemelen bu delik cvata atm iin deil baka amalara ynelikolabilir. Bu tr projelerde, hazr galvanizli boru kullanmak gibi hatal uygulama

ekilleri kullanlm olabilir.

1013 12 11 89

1013 12 11 89

1 2 3 64 5 7

1 32 654 7

Basn

ekme

1-1.Cvata di dibi en kesitine gre ekme kapasitesi;

2-2.Cvata pim delii en kesitine gre ekme kapasitesi;

3-3.Cvata kafas, konik kalnlndan zmbalama tesiri ve kapasitesi;

4-4.Konik en kesitine, konik et kalnl iin ekme tama kapasitesi;

5-5.Konik boru kayna en kesitinde, kaynak tama kapasitesi;

6-6.Galvaniz delii en kesitinde, net en kesit alan gerilme ylmal ekme

kapasitesi;

7-7.Boru ortasnda boru en kesit iin boru ekme kapasitesi.

8-8.Somun oturma yzeyinde basn ve ezilme tama kapasitesi;

9-9.Somun pim delii en kesitinde basn tama kapasitesi;

10-10.Konik en kesitinde, konik et kalnl iin basn tama kapasitesi;

11-11.Konik-boru kayna en kesitinde, kaynak tama kapasitesi;

12-12.Galvaniz delii en kesitinde net en kesit alan gerilme ylmal basn


9/48

181

Statik hesaplarda proje ve szleme artlarna bal olarak gz nnealnabilecek balca yk kriterleri, zati arlklar, servis ykleri (aydnlatma,havalandrma, temizlik tehizat), deprem ykleri, rzgar ykleri ve scaklktesirleridir. Kaynaklarn emniyet gerilmeleri artnamelerde verilen limitlere uygunseilmelidir. Kaynak kalnl boru kalnlndan fazla olamaz. Kaynak kalnlnn

st siniri boru et kalnln gemeyecek ekilde standartlarda yer alan koullar ilesnrl tutulmaldr (rnein max. a


10/48

182

ekil 10. Kurtulu pazar uzay kafes sistem hasarlar

Uzay model geometrisi tasarlanrken modl geniliinin ykseklie oran 0.8sabitiyle pratik olarak hesaplanabilir [5]. Bu ekilde dm detaylarnda minimum

llerle geilmi olunur. Bunun dnda boru akslarnda dar alar brakmaktankanlmaldr. Aksi durumda somun yada cvata akmas sebebiyle byk aptakreler sistemde belirir. Montaj her zaman statik hesaplarn bir parasdr. Montajtasarmn en banda dikkate alnmal ve alnmas gereken nlemler tespitedilmelidir. rnein drt aklkl bir uzayn ilk akl komu aklklarnyardmyla hafifletilse bile, montaj aamasnda bu dengeleyici yerleimin olmamasilk aklkta sorun yaratabilir. Benzer bir ekilde vin ile kaldrlan uzaylarnkaldrma noktalarna yakn yerlerde veya farkl dier bilgilerde, dikkate alnmamashalinde elemanlar tehlike yaratabilir. Bu yzden montaj yntemi, mutlaka analizin

bir paras olarak dnlmeli ve paralel hazrlanmaldr.

Uzay kafes sistemlerde mesnet balantlar sistemin scak ve souktan dolayhareketine imkan verecek ekilde dzenlenmesi sistemin salkl ilevini yapmas

bakmndan nemlidir. Ayrca sistemin mesnetleri balant noktalarna tam aksndayaplmaldr. Aksi halde eitli sebeplerden dolay hasarlar kanlmaz olmaktadr(ekil 11).


11/48

183

ekil 11. Mesnet balant hasarlar

Uzay kafes sistemlerin kar yknn dier dey yklerden daha fazla etkiliolduu grlmtr. Dnyada her k birok at kar yk altnda kmekte; can vemal kaybna neden olmaktadr (ekil 12). zellikle byk alanlar kaplayan spor,sergi, kongre salonu, sper market, pazaryeri ve hangar tr yaplarn elik yadaahap taycl atlar kmektedir. kme nedeni ilk bakta kar yk gibigrnmekle birlikte bu doru deildir. ken atlarn hemen hepsi de proje, inaatve bakm hatalar iermektedir. Kar yk sadece kmeyi tetiklemektedir.

ekil 12. Kar yknden dolay hasar gren uzay ve kafes yaplar [4]

Basmanny kapal pazaryeri atselik kafes (2000 m2)/ Moskova-2006

Hartford Civic Center (Hartford belediye spor salonu) atsuzay kafes (91.44x109.73=10034 m2) /ABD1978

Klolu Anadolu Lisesi

Kurtulu Pazar


12/48

184

S a b i t

m e s n e t y

x

y - y n n d e

kay c

m e s n e t

x - y n n d e

k a y c m e s n e t

x v e

y - y n n d e

kay c

m e s n e t

ISI GENLEMEYN

Bad Reichenhall/Almanya spor salonunun kmesi sonras Alman TeknikDenetim Kurumu (TV) geni kapsaml bir inceleme balatm, 200den ok sporsalonunda yapt incelemede atlarn %24'nde proje ve hesap hatas, %29'undamalzeme ve inaat hatas ve %37'sinde bakm hatalar belirlemitir. Kar yk

nedeniyle ken at sadece %16dr [4]. Dou Karadeniz blgesinde yaplanaratrmada kar verilerinin yk deerleri istatiksel olarak incelenmi; gnmzartlarndaki deerlerin zamann imkanlaryla hazrlanm TS498dekideerlerden daha byk olduu grlmektedir.

5. Deiik at Tipine Gre zlen Model

elik yaplarda atnn ekli ve eimi yapnn arlnda ve dolaysylamaliyetinde ok etkili bir parametredir. Bu nedenle bu blmde 3 deiik at ekliiin ayn yap zlerek, deiim bir grafikte gsterilmitir. zel ilavelerin haricindestandart modle sahip ana blm uzay atnn zm aada balklar halinde

verilmitir.

Betonarme kolon sistemi zerine oturtulan 43.2x43.2 m2 kare geometriye sahipolup 7.2 m kolon aralklarna sahiptir. Yap ykseklii 15 m ve kaplama as 8 uzaydiyagonal as 63dir. Mesnetler s yklerini sistem dna atacak ekilde mesnetdzenlemesi yaplmtr. Is, ykleme durumlar (zati, hareketli...), yklemekombinasyonlar, mesnet artlar ynetmelik kriterlerince alnmtr. Bu zmde 42adet kombinasyon bulunmaktadr. Burada baz kombinasyonlar devre dkalmaktadr. Hangi kombinasyonun nerede lzumlu nerede lzumsuz muhakemesiniyapmak tamamen zaman kaybdr. Sistem otomatik olarak devre d brakr. zlen

sistemde 761 adet dm noktas, 2888 adet ubuk, 10 eit yk, E=21000000kg/m2, 22.3 kg/m2 zati yk, 105 kg/m2 l yk ve 80 kg/m2 rzgar ykbulunmaktadr (ekil 13) [6].


13/48

185

ekil 13. zlen at tipleri

Alnan model deiik durum iin zlmtr. Birinci durum at dzlemolarak ve mesnet dzenlerinin s yklerini snmleyici ekilde ak mesnet tipindezmdr. at kaplamas eimi ak sistemiyle %14 eim verilerek yaplmtr(ekil 13A). Bu zm sonucu bulunan kafes sistem eleman arlklar Tablo 1deverilmitir.

Tablo 1. zm-1 Uzay Kafes Sistem zet Deerleri

Toplam yap arl [kg] 55723.9Uzay kafes sistemin arl [kg] 45723.9

Ak sistem arl [kg] 10000

En byk boru ap [inc] 6

En byk kre ap [cm] 160

En byk mesnet kuvveti [kg] X = 4.559 Y = 0.000 Z = 19.451

Dey ynde max. deplasman [m] -0.102077

malat boru tip says [adet] 109

malat kre tip says [adet] 155

z

y

x

at kap lamas +A k % 1 4 E im

A

B C


14/48

186

55723,9

50824

45301,1

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

zm 1 zm 2 zm 3

kinci durumda at ortadan iki yne %14 eimle krlma as verilerek, krkat tipinde zm yaplmtr (ekil 13B). Bu durumda mesnet dzenlemesi birincidurumdaki gibi alnmtr. nc durumda ise ikinci durumdan farkl olarakmesnetler x-ynnde kapal, y-ynnde ak olarak zlmtr (ekil 13C). Bu das fark yknn y-ynnde dar atlmas, x-ynnde sistem iinde

snmlenmesidir. Bu durumda yaplan zmler sonucunda at arl deiimiekil 14de verilmitir.

ekil 14. Sistem Arl Deiim Grafii

ekil 14n incelenmesinden de grlebilecei gibi tm yaplarda zellikle deuzay kafes sistem ile yaplan yaplarda sistem seimi ok nemlidir. Gnmzde tmhesaplamalarn bilgisayarla yapld dnlrse mhendisliin iin iine girdii tekyerin sistem seimi olduunu sylemek hi de zor deildir.

6. Farkl Blge Koullarnda zm ve Deerlendirme

Bu ksmda kar yknn blgelere gre deiiminin etkisinin, uzay kafessistemler zerine etkisinin incelenmesi yaplmtr. ekil 13deki B modeli atsistemi model kabul edilerek Trkiyenin farkl blgelerindeki davran kar yk vedeprem kuvvetleri altnda incelenmitir (ekil 15).

ekil 15. Trkiye kar ya ykseklii haritas [7]


15/48

187

48,57950,824

48,57950,824

48,579 48,579

58,733

72,123 72,123

48,579

0

10

20

30

40

50

60

70

80

stanb

ul

Eskiehir

zmir

Kastam

onu

Ordu

Antalya

Adana

Malatya

Kars

Hakkari

ZatiArlk(t)

Burada esas olan ykler kar ykleri TS498 [5], deprem ykleri de Deprem

Ynetmelii kriterlerine gre belirlenmitir (Tablo 2) [8].

Tablo 2. Her lin Kendi Blge artlarna Gre Hesaplanm Sonu Deerleri

BlgeNo

ller leler Dep.Blgesi

Depremkuvveti

(kgf)

Rakm

(m)

Kar yk(kg/m2)[TS498]

Zatiarlk(kg)

Max.yatay

dep.(m)

Max.dey

dep.(m)

1 stanbul skdar 2 34,16 200 75 48,579 0,0449 0,0982

2 Eskiehir Seyitgazi 2 26,85 800 85 50,824 0,0456 0,1004

3 zmir eme 1 34,16 200 75 48,579 0,0449 0,0982

4 Kastamonu atalzeyti 3 34,16 400 75 48,579 0,0449 0,0982

5 Ordu Perembe 3 17,9 600 85 50,824 0,0448 0,0994

6 Antalya Alanya 1 25,62 200 75 48,579 0,0441 0,09747 Adana Osmaniye 3 17,08 300 75 48,579 0,0434 0,0965

8 Malatya Akada 3 42,35 900 125 58,733 0,0508 0,1127

9 Kars Sarkam 4 39,02 1800 184 72,123 0,0529 0,1194

10 Hakkari Yksekov 4 52,02 1800 184 72,123 0,0533 0,1200

Tablo 2de Eskiehir deprem blgesi koullar baz alnarak yalnzca karyknn her ilenin kendi blge artlarndaki deeri alnmtr. Bylece kar ykdeikeninin zati yke ve deplasmana etkisi incelenmitir (ekil 16)

ekil 16. Sabit blgede deiken kar yknn zati arla etki grafii

ekil 16da deprem yk Eskiehir blgesi deeri ve kar yk her ileninkendi deerleri alnarak zm yaplm ve yap arl hesaplanmtr. Bylelikleyalnzca (salt) kar yknn uzay kafes sistemlere etkisi incelenmitir. Tm blgedeerleri incelendiinde zati arlklar deprem yknn sabit alndnda binde

mertebesinde fark gstererek zati arln kar yklerine bal olduunugstermektedir.


16/48

188

48,74350,824

48,74450,752

48,566 48,512

58,958

72,227 72,421

48,744

0

10

20

30

40

50

60

70

80

stanb

ul

Eski

ehir

zmir

Kastam

onu

Ordu

Antalya

Adan

a

Malatya

Kars

Hakk

ari

ZatiArlk(t)

Tablo 3. Her ilin kendi blge artlarna gre hesaplanm sonu deerleri

BlgeNo

ller lelerDep.

Blgesi

Depremkuvveti

(kgf)

Rakm

(m)

Kar yk(kg/m2)

[TS498]

Zatiarlk

(kg)

Max.yatay

dep.(m)

Max.dey

dep. (m)1 stanbul skdar 2 26,85 200 75 48,579 0,0443 0,0976

2 Eskiehir Seyitgazi 2 26,85 800 85 50,824 0,0456 0,1004

3 zmir eme 1 26,85 200 75 48,579 0,0443 0,0976

4 Kastamon atalzeyti 3 26,85 400 75 48,579 0,0443 0,0976

5 Ordu Perembe 3 26,85 600 85 50,824 0,0456 0,1004

6 Antalya Alanya 1 26,85 200 75 48,579 0,0443 0,0976

7 Adana Osmaniye 3 26,85 300 75 48,579 0,0443 0,0976

8 Malatya Akada 3 26,85 900 125 58,733 0,0498 0,1114

9 Kars Sarkam 4 26,85 1800 184 72,123 0,0521 0,1185

10 Hakkari Yksekov 4 26,85 1800 184 72,123 0,0521 0,1185

Tablo 3de Eskiehir deprem blgesi koullar baz alnarak yalnzca karyknn her ilin kendi blge artlarndaki deeri alnmtr. Bylece kar ykdeikeninin zati yke ve deplasmana etkisi incelenmitir (ekil 17).

ekil 17. Blgelere gre zati arlk deiim grafii

ekil 17de seilen on ilin ilelerinde kendi deprem blge ve kar yk etkilerihesaba katlarak ayr ayr zm yaplm ve yap arl hesaplanmtr. Malatyadadierlerinin ortalamasna gre %20 artma, Kars ve Hakkaride art %50civarndadr. Bu nemli art kar yknn ve dolaysyla da deprem yknn bu son blgede artyla orantldr. rnein Orduda eit kar ykne sahipken deprem

yk Eskiehire oranla %30 daha azken zati arlktaki azalmann %1lerin altnda


17/48

189

kald grlmektedir. Bu da kar yknn uzay kafes sistemlerdeki etkisinin ne denlinemli olduunu gstermektedir.

7. Sonu ve neriler

Uzay kafes sistemlerde bir proje, ayn ykler altnda, ayn aklkta, kolon dzenive at eimi sabit tutularak yaplan dzenlemelerle yap zati arlnn ve yapmaliyetlerinin %20lere kadar azald grlmtr. at tiplerinin kar yklerizerinde byk bir etkisi olduu incelenen yaplarda aka grlmektedir.zmlerden de grlebilecei gibi tip proje uygulamasndan kesinlikle vazgeilipher blgenin kendi artlarna gre yaplar yaplmaldr. Depremleri hasarlarndanrenildii gibi kar yknn oluturduu hasarlar da ken uzay kafes sistemlerdenrenmemek iin projelendirme, baz dnemlerde ynetmelikte belirtilenden dahafazla kar olabilecei dikkate alnarak yaplmaldr.

Eskiehirde hasar gren uzay kafes sistemli yaplardan,- Kurtulu Pazar, at tipinden dolay kar ylmasnn oluturduu yk

sistem tayamad iin hasar grmtr. Bu pazar yerinin yaklak %25ininhasar grmesi bu ksmdaki dm ve mesnet noktalarndaki hatalardanoluabileceini gstermektedir.

- ESOG spor salonun hasar grmesi gizli at yaplmasndan ve bu yerinkarla dolmas sonucu sistem hasar grmtr. Yaklak 3000 elemandan 900tanesi hasar grm ve bu elemanlar deitirilmitir.

- Klolu Anadolu Lisesi spor salonunun hasar grmesi ise uzay kafes sistemelemanlarnn, dm ve mesnetlerinin uzay kafes sistemin gerektirdiimalzeme ve uygulama kriterlere gre yaplmamasndan kaynaklanmaktadr.

KAYNAKLAR DZN

[1] http://www.db.bauzeitung.de/sixcms/media.php/273/db1004_mengering.pdf[2] Ayhn E., Uzay Kafes Sistemlerin Farkl Blge Koullarnda Davrannn

ncelenmesi ve Karlatrmal Proje zmleri, Yksek Lisans Tezi, 2006[3] ztrk A. Z., (2002), elik Yaplar, Birsen Yaynevi

[4] Topu A., Kar yk ve ken atlar, Eskiehir Orta Dou Teknik niversitesi-Eskiehir Osmangazi niversitesi Yap Mekanii Semineri-2006[5] TS 498, Yap Elemanlarnn Boyutlandrlmasnda Alnacak Hesap Deerleri,

1997[6] Kartal M., FrameCAD Space Frame Editor Uyarlama 3.6 Kullanm Kitab[7] TS 648, elik Yaplarn Yapm ve Hesap Kurallar, 1998[8] ABYYHY, (1998), Afet Blgelerinde Yaplacak Yaplar Hakknda Ynetmelik


18/48

190

SSMK YALITIMLI YKSELTLM ELK SIVI TANKLARININDAVRANII

Erdal Cokun, Gkhan Yazc

stanbul Kltr niversitesi, Mhendislik ve Mimarlk Fakltesi, naat Mhendislii Blm, KAtaky Kamps Bakrky / stanbul

zet

elik sv tanklar, yakt, endstriyel kimyasallar, kullanma ve yangnsndrme suyu depolamakta yararlanlan mhendislik yaplardr. Depremlerde hasargrmeleri durumunda ise byk maddi ve evresel hasarlar ortaya kabilmektedir.Bu nedenle, depremlerde sv depolarnda oluan hasar tiplerini ve bu hasarlaraneden olan etmenleri belirlemek amacyla eitli aratrmaclar tarafndan saha

almalar yaplmtr. Sz konusu saha aratrmalarnd,a sv depolarnndepremlerde olduka kt performans sergiledikleri ve deprem dayanmlarnnarttrlmas iin yeni yntemlerin gelitirilmesinin gereklilii ortaya kmtr. Svtanklarn depremin ykc etkilerinden korumay hedefleyen yeni tekniklerden biri desismik yaltmdr. Sismik yaltm sistemleri kullanlarak sv tanklarnn snmkapasitelerinin arttrlmas ve tanka etkiyen hidrodinamik etkilerin azaltlmasamalanmaktadr. Sismik yaltm sistemlerinin dier bir stnlde hasarnkolaylkla deitirilebilecek elemanlarda younlamasdr. Bu almann, birinciaamasnda kuvvetli yer hareketine maruz kalan sv tanklarnda oluan hidrodinamiketkilerin zaman ierisinde deiimini veren ifadeler zetlenmitir. Bunu takibensrtnmeli sarka mesnetleri zerine oturan ykseltilmi bir elik sv deposunun

hareket denklemleri karlmtr. Srtnmeli sarka mesnetlerinin histeretikdavran Bouc-Wen plastisite modeli kullanlarak modellenmitir. kinci aamada,sismik yaltm sistemi ve tank parametrelerinin dinamik davrana etkisininincelenebilmesi iin bir parametrik alma yaplmtr. Bu alma sonucunda tanktaoluan hidrodinamik basn ile tank destekleyen yap sistemine etkiyen kesmekuvveti ve moment deerlerinin azald, buna karn sv yzeyi hareketinde kk

bir art meydana geldii grlmtr. Parametrik analizin sonular ve sismikyaltml ykseltilmi elik sv tanklarnn tasarmnda dikkat edilmesi gerekenhususlar sonular blmnde zetlenmitir.

Anahtar Kelimeler: Ykseltilmi Sv Tanklar, Sismik Yaltm

1. Giri

Sv tanklar, yakt, endstriyel kimyasallar, kullanma ve yangn sndrmesuyu depolamakta yararlanlan kritik nemde mhendislik yaplardr. Depremsonrasnda etkilenen blgenin kullanma suyu ihtiyacnn karlanmas ve kanyangnlar sndrlmesi iin gereken suyun temin edilebilmesi iin su tanklarnnhizmette kalmalar gerekmektedir. San Francisco (1906) ve Byk Kanto (1923)depremlerinde ortaya kan yangnlar, su temin edilemedii iin kontrolden kmve oluan kayplarn daha da artmasna neden olmutur [1]. Benzer ekilde, yakt vekimyasal tanklarnn hasar grmeleri durumunda dorudan veya dolayl olarak

nemli maddi ve evresel hasarlar ortaya kabilmektedir. Yakt ve kimyasaltanklarnda oluan hasarlar 1933 Long Beach, 1960 ili, 1964 Alaska, 1978 Miyagi


19/48

191

ve 1999 Kocaeli depremlerinde nemli ekonomik kayplara ve evresel zararlara yolamtr.

Bu nedenlerden dolay, depremlerde sv depolarnda oluan hasar tiplerini vebu hasarlara neden olan etmenleri belirlemek amacyla eitli aratrmaclar

tarafndan saha almalar yaplmtr [2-11]. Sz konusu saha aratrmalarnda,tank-sv-zemin etkileiminin dinamik davran olduka etkiledii ve sv tanklarnnenerji snmleme kapasitelerinin geleneksel yap sistemlerine gre daha dkolduu vurgulanmtr [12].

Tank-sv-zemin etkileimi zerine yaplan almalarn sonucu olarakmekanik benzer sistemler gelitirilmitir. Mekanik benzer sistemler, srekli svktlesinin hareketini ve tank duvaryla etkileimini temsil etmekte kullanlan analitikmodellerdir. Bu modellerin ilki ve en ok kullanlan Housner tarafndan rijit zemineoturan rijit duvarl silindirik ve dikdrtgen tanklar iin gelitirilen modeldir [13]. Bumodelde, srekli sv ktlesinin tabana yakn olan ksmnn tankla beraber hareket

ettii ve serbest yzeye yakn ksmnn ise uzun periyotlu bir alkalanma hareketiyapt kabul edilmitir. Bu kabul dorultusunda srekli sv ktlesi, impulsif ktleve konvektif ktle olmak zere birbirinden ayrk iki tek serbestlik dereceli sistem iletemsil edilmitir. mpulsif ktle tank duvarna rijit olarak, konvektif ktle ise yaylarlatank duvarna balanmtr. Haroun ve Housner, tank duvarlarnn esnek olmasdurumunu aratrm ve rijit zemine oturan elik silindirik tanklarda srekli svktlesini birbirinden ayrk 3 tek serbestlik dereceli sistem ile temsil eden bir mekanik

benzer sistem gelitirmitir [14]. Veletsos, rijit zemine oturan tanklarda rijit ve esnekduvarl tanklar iin gelitirilen mekanik benzer modellerin teorik altyapsn veuygulamada dikkat edilmesi gereken hususlar rnekler ile aklamtr [15]. Veletsosve Tang, tankn oturduu zeminin de esnekliini gz nne alan bir mekanik benzersistem gelitirmitir [16]. Zemin koullar ile tank duvarnn esnekliini gz nnealan bu model Eurocode 8de (Blm 4: Silolar, tanklar ve boru hatlar)kullanlmaktadr [17]. Malhotra ve Veletsos, yere ankrajlanmam silindirik tanklariin bir model gelitirmitir [18]. Veletsos ve Younan, radyoaktif atk depolamasndakullanlan rijit ve esnek duvarl silindirik tanklarda hidrodinamik etkilerinin

belirlenebilmesi iin bir mekanik benzer sistem gelitirmitir [19,20]. Deiikgeometrilerde olan tanklarda alkalanma etkilerinin analizi ayrntl olarak [21]kaynanda ele alnmtr.

Sv tanklarnn depreme kar dayanmlarnn arttrlmas iin yeni

yaklamlar denenmektedir. Bu yaklamlardan biri de sismik yaltmdr. Sismikyaltm ynteminde yapnn periyodunun uzatlmas yoluyla rezonans etkilerininazaltlmas ve yap sisteminin enerji snmleme kapasitesinin arttrlmasamalanmaktadr. Gnmzde kullanlan sismik yaltm sistemleri ve bunlarnalma prensipleri ile ilgili ayrntl bilgi [22-24] kaynaklarndan elde edilebilir.Chalhoub ve Kelly, sismik yaltml tanklarn davrann deneysel olarakincelemitir [25]. Sarsma tablasnda gerekletirilen deneyler sonucunda tankduvarna etkiyen hidrodinamik basnlarn nemli lde azald buna karnalkalanma yksekliinde bir miktar art olduu gzlenmitir. Zayas ve Low,srtnmeli sarka mesnetlerinin kullanld endstriyel tank proje uygulamalarn[26] kaynanda sunmutur. Sz konusu makalede, Pittsburg, Kaliforniyada

bulunan Dow Chemicals tesisinde yangn sndrme amacyla 1930 ylnda yaplanbir ykseltilmi su tanknn sismik yaltm sistemi ile 1988 ylnda takviye edildiini


20/48

192

ve 1989 Loma Prieta depreminde iyi performans gsterdiini belirtilmitir. Szkonusu su tanknn altna yerletirilen srtnmeli sarka mesnetlerinin yerleimiekil 1de grlmektedir. Malhotra, silindir tanklarn korunmas iin eitli sismikyaltm ve enerji snmleme uygulamalar nermitir [27-29]. Shenton ve Hamptondepremlerde ykseltilmi sv tanklarnda oluan hidrodinamik kuvvetlerin pratik

olarak hesaplanabilmesi iin bir modal analiz yntemi nermitir [30]. Shirmali veJangid, Haroun tarafndan gelitirilen mekanik benzer sistemi kullanarak srtnmelisarka ve kurun ekirdekli elastomer mesnetler zerine oturan ykseltilmi svtanklarnn zaman artm yntemiyle analizi iin pratik bir yntem gelitirmitir [31-33].

ekil 1.Srtnmeli sarka mesnetlerinin zerine oturan amonyak tank [26]

2. Ykseltilmi Sv Tanknn Modeli

Sv tanklar dorudan zemine oturan ve ykseltilmi tanklar olarak iki anagrupta incelenebilir. Ykseltilmi tanklarda sv haznesi betonarme veya elik biryap sistemi zerine oturtulmaktadr. Bu tanklar genellikle kullanma ve yangnsndrme sistemlerinde kullanlmaktadr. Gnmzde kullanlan ykseltilmi svtanklarnn depolama kapasiteleri tipik olarak 300 ile 45.000 m3 arasndadeimektedir [30]. En yaygn kullanlan tank geometrileri ise silindirik, kresel,

prizmatik ve koniktir. Bu almada, silindirik bir sv tank iin hidrodinamiketkileri veren ifadeler [15] kaynandan yararlanlarak sunulmutur. ekil 2deykseltilmi bir sv tanknn 3 konvektif (alkalanma) modunu gz nne alan

modeli verilmitir. Dier tank geometrileri iin hidrodinamik etkiler [21]kaynandan elde edilebilir.


21/48

193

ekil 2.Ykseltilmi Sv Tanknn Dinamik Modeli

Bu modelde, m0 impulsif ktleyi temsil etmektedir ve (1) ifadesiyle hesaplanabilir.

=

=

11

1

330

2)12(

2)12(

)12(

116

n

l

H

RnI

H

RnI

nR

Hmm

(1)

Bu ifadede, ml toplam sv ktlesini, H sv yksekliini, R tank yarapntemsil etmektedir. I1 ve I1 ise srasyla birinci derece ve birinci mertebeden ModifiyeBessel fonksiyonunu ve onun birinci trevini temsil etmektedir [15].

Modelde, m1, m2 ve m3 ile gsterilen ktleler konvektif bileenin ilk 3moduna ait ktleleri temsil etmektedir. Srekli sv ktlesinin sonsuz tane alkalanmamodu vardr ancak 3 alkalanma modu kullanlarak hidrodinamik etkiler yeterlihassasiyetle elde edilebilmektedir. Sistemin j. alkalanma moduna karlk gelenktleyi temsil eden mj (2) ifadesiyle elde edilebilir. Bu ifadede j, J1() = 0ifadesinin j. kkdr. J1, 1. derece ve 1.mertebeden Bessel fonksiyonunun birincitrevidir.

lj

jj

j mR

H

H

Rm

=

tanh

1

22

(2)

Konvektif bileenlerin k1,k2 ve k3 ile gsterilen rijitlikleri ve titreimfrekanslar (3) ve (4) ifadelerinin yardmyla hesaplanabilir. (4) ifadesinde g, yerekimi ivmesini temsil etmektedir.

2jjj mk = (3)

)tanh(2

R

H

R

gj

j

j

= (4)

mpulsif ktlenin ykseklii h0 , (5) ve (6) ifadelerinden elde edilebilir.

mm

m

m

u

u

uk /

k /

k /

k / k /

m

m

h

h h h

h

c

u

u

gu&&


22/48

194

=

=

+

=

1

1

1

0

)12(

)1(21

n

n

n

n

n

nHh

(5)

=

H

RnI

H

RnI

nR

Hn

2)12(

2)12(

)12(

116

1

1

33

(6)

Konvektif ktlelerin tank tabanndan ykseklikleri hj, (7) ifadesiyle elde edilebilir.

HR

H

H

Rh

j

j

j

=

2tanh1

(7)

Tank duvarna herhangibir t annda etkiyen taban kesme kuvveti impulsif vekonvektif bileenlerin toplam olarak (8) ifadesinde verilmitir.

( )

=

+=1

0 )()(j

jjs tAmtxmtQ && (8)

Aj(t), j. konvektif ktlesine etkiyen ivmenin zaman ierisindeki deiiminivermektedir (9).

[ ] =t

jsjj dtxtA0

)(sin)()( && (9)

Taban kesme kuvvetinin maksimum deeri impulsif taban kesme kuvvetininmaksimum deeriyle konvektif modlarn maksimumlarnn karelerinin toplamnnkarekknn toplanmasyla bulunabilir (10). Bu ifadede max,sx&& , tank tabanna etkiyen

maksimum ivmeyi ve Aj ise Aj(t)nin maksimum deerini temsil etmektedir.

[ ]2

1max,0max

=

+=j

jjs AmxmQ && (10)

Tank duvarna herhangibir t annda etkiyen moment, impulsif ve konvektifbileenlerin toplam olarak (11) ifadesinde verilmitir.

( ) =

+=1

00 )()(j

jjjs tAhmtxhmtM && (11)

Tank duvarna ve temeline etkiyen maksimum moment deeri (12) ifadesiylehesaplanabilir.

=

+=1

2max,00max )(

j

jjjs AhmxhmM && (12)

Tank ierisinde muhafaza edilen svnn alkalanma nedeniyle dar tamasn

engellemek amacyla serbest sv yzeyi ile tank duvarnn en yksek noktas


23/48

195

arasnda bir emniyet pay braklmaktadr. Bu emniyet pay (13) ifadesiylehesaplanabilir.

=

=

1

2

2max 1

2

j

j

j g

ARd

(13)

3. Srtnmeli Sarka Sistemi

Srtnmeli sarka mesnetleri, kresel elik bir yzey zerinde hareket edenmafsall bir kaycdan olumaktadr (ekil 3). Mafsall kayc, kresel yzey zerindehareket ettike tanan ktle ykselmekte ve yerekiminin etkisiyle geri gelmektedir.Mafsall kaycnn altnda bulunan PTFE tabaka ile paslanmaz elik ibkey yzeyarasnda oluan srtnme sayesinde yapya iletilen enerjinin bir ksmsnmlenmektedir.

ekil 3. Srtnmeli Sarka Mesnetinin Kesiti

Srtnmeli sarka mesnetlerinde oluan geri-dndrc kuvvet (14) ifadesiylehesaplanabilir.

WZxR

WF b

fps

fps += (14)

Yukardaki ifadede, Rfps srtnmeli sarka mesnetlerinin erilik yarapn, xbmesnetin yatay deplasmann, W mesnede etkiyen dey kuvveti ve ise PTFEkompozit ile elik kayma yzeyi arasndaki srtnme katsaysdr. Z boyutsuzhisteretik deikeninin deeri (15)de verilen Bouc-Wen modeli [33] ile eldeedilebilir.

01 =++ uAZuZZuZY &&&& (15)

Bouc-Wen ifadesinde ,,A ve boyutsuz katsaylardr ve histeretik evrimin eklinitanmlamakta kullanlmaktadr. Y ise bir deplasman bykldr. A = 1 ve +=1olduunda Y mesnedin akma ekil deitirmesini gstermektedir. =2, A = 1 ve+=1 (=0.9, =0.1) olmas durumunda, deneysel sonulara yakn histeretikevrimlerinin elde edildii grlmtr [34].

PTFE

MafsallKresel Kayma Yzeyi


24/48

196

4. Sismik Yaltml Ykseltilmi Sv Tanknn Hareket fadeleri

Sabit tabanl ykseltilmi sv tanknn hareket denklemi bal yerdeitirmeler cinsinden (16) ifadesinde verilmitir [31].

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } gurmxkxcxm &&&&& =++ (16)

Bu hareket ifadesinde, ktle snm ve rijitlik matrisleri (17)de, bal yerdeitirmeler ve etki vektr (21)de verilmitir.

[ ]

+

=

smMmmm

mm

mm

mm

m

123

11

22

33

00

00

00

[ ]

=

sc

c

000

0000

0000

0000

[ ]

=

sk

k

k

k

k

000

000

000

000

1

2

3

(17)

Yukardaki ifadede, M toplam sv ktlesini (18) temsil etmektedir. Tank tayanyapnn rijitlii ve snm srasyla ks (19) ve cs (20) ile gsterilmektedir.

M = m0+m1+m2+m3 (18)

( )ss

s mMT

k +

=

22

(19)

( ) ssss mMc += 2 (20)

Sistemin bal yer deitirme ve etki matrisleri (21)de verilmitir.

{ }

=

gs

s

s

s

uu

uu

uu

uu

x1

2

3

{ }

=

1

0

0

0

r (21)

Sismik yaltml ykseltilmi sv tanknn hareket denklemi bal yer deitirmelercinsinden (20) ifadesinde verilmitir [32]. Sisteme ait ktle, snm ve rijitlikmatrisleri srasyla (21), (22) ve (23) ifadeleriyle verilmitir. Srtnmeli sarkamesnetlerinin toplam rijitlii kb, (24) ifadesiyle verilmitir. Srtnmeli sarka

mesnetlerinde oluan toplam geri dndrc kuvvetin histeretik bileeni ise F (25)ifadesinde verilmitir. Sistemin bal yer deitirme ve etki matrisleri srasyla (26)ve (27) ifadeleriyle verilmitir.

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } { } [ ]{ } gurmFxkxcxm &&&&& =+++ (20)

[ ]

+++ ++

=

bss

ss

mmMmMmmmmMmMmmm

mmm

mmm

mmm

m

123

123

111

222

333

00

00

00

(21)


25/48

197

[ ]

=

b

s

c

c

c

0000

0000

00000

00000

00000

(22)

[ ]

=

b

s

k

k

k

k

k

k

0000

0000

0000

0000

0000

1

2

3

(23)

R

Wkb = (24)

{ }

=

WZ

F

0

0

0

0

(25)

{ }

=

gb

bs

s

s

s

uu

uu

uu

uu

uu

x 1

2

3

(26)

[ ]

=

1

0

0

0

0

r (27)

5. Saysal Uygulama

Saysal uygulama olarak ap 6 m ve sv ykseklii 6 m olan bir ykseltilmisu deposu sabit tabanl ve sismik yaltml olarak analiz edilmitir. Analizde El-Centro 1940 Kuzey-Gney ivme kayd kullanlmtr. Sismik yaltm sistemindekullanlan srtnmeli sarka mesnetlerinin periyodu 3s ve srtnme katsays 0.05olarak alnmtr. Ykseltilmi sv tankn tayan yap sisteminin yanal rijitlii (19)ifadesiyle hesaplanmtr. Titreim periyodunun deeri tipik tank tasarmlarincelenerek 1 s olarak kabul edilmitir [30,32]. Yap sisteminin snm oran ise %2olarak alnmtr. Ayn incelemede yap sisteminin ktlesinin sv ktlesinin yaklak

%10u kadar olduu ve sismik yaltm sistemi zerinde bulunan mb ktlesinin svktlesinin yaklak %15i kadar olduu kabul edilmitir. Analizde tank tayan


26/48

198

yapnn ktlesinin ve %75i xs ve geri kalan %25i ise xb serbestlik derecesinedatlmtr [30].

Ele alnan tank tipi ve deprem kayd iin sismik yaltclarn yerdeitirmelerinin 4 cm ierisinde kald ekil 4de grlmektedir. Sismik yaltm

dzleminde ortaya kabilecek byk yer deitirmeler srtnme arttrlarak veyasisteme viskoz snmleyiciler ekleyerek snrlandrlabilir.

ekil 4. Sismik Yaltm Sisteminin Kuvvet-Yer Deitirme Grafii

Burada baka bir nemli nokta da yer deitirmelerin sismik yaltmdzleminde younlatdr. Tank tayan yapda oluan bal teleme ve kuvvet

deerlerinin maksimumlarnn yaklak 4 misli azald srasyla ekil 5 ve ekil6da grlmektedir.

ekil 5. Bal Yap telemesi (us-ub)


27/48

199

ekil 6. Tank Tayan Yapya Etkiyen Kuvvet

Tank ierisinde oluan hidrodinamik basn, tank duvarnda burkulmalarnolumasna yol aabilmektedir. Taban hareketi sonucu tank duvarna etkiyenhidrodinamik basncn da sismik yaltm uygulamasyla yaklak 3 misli azaldekil 7de grlmektedir.

ekil 7. Tank Duvarnda Oluan Maksimum Hidrodinamik Basn Dalm

Tank tasarmnda bir baka nemli parametre de alkalanma yksekliidir.Ele alnan tank tipinde alkalanma yksekliinde nemli bir deiim gzlenmemitir(ekil 8).


28/48

200

ekil 8. alkalanma Yksekliinin Zamana Gre Deiimi

Sonular

Bu almada sismik yaltm sisteminin ykseltilmi sv tanklarna etkiyenyklerin azaltlmasnda kullanlabilecei grlmektedir. Ancak burada dikkatedilmesi gereken birka faktr bulunmaktadr. Bunlardan birincisi, sismik yaltmdzleminde oluan yer deitirmelere adapte olabilecek esnek boru balantlarn

tekil edilmesidir. Dier bir konu da sismik yaltm sistemi tasarmnda ele alnansrtnme katsaysnn kirlenme ve korozyon gibi nedenlerden dolay zamanlaartabilecei gz nnde bulundurulmasdr. Tasarmda gz nne alnacakhidrodinamik etkiler srtnme katsaysnn maksimum ve minimum deerlerihesaplanmaldr. Tayc sistem yksekliinin taban aklna olan orannn yksekolmas durumunda, sismik yaltclarn yerinden kalkma durumu detayl olarakincelenmeli ve gerekli nlemler alnmaldr. Yine bu tip tanklarda devrilme momentietkisiyle sismik yaltm sistemi elemanlarna gelen ek ykler hesaplanmal vegerekiyorsa srtnme katsaysnn dey ykteki arta bal olarak deiimi modeleeklenmelidir.

Kaynaklar

[1] Liu, H., Schubert, D.H., Yang, Z., and Lang, R., Comparative study of linear-elastic and nonlinear-inelastic seismic responses of fluid-tank systems, 13thWorld Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada, August 1-6, 1996.

[2] Steinbrugge, K.V., and Rodrigo, F.A., The Chilean Earthquakes of May 1960:A Structural Engineering Viewpoint, Bulletin of the Seismological Society ofAmerica, 53, 225307, 1963.

[3] Hanson, R. D., Behavior of liquid-storage tanks, the Great Alaska Earthquake

of 1964. National Academy of Science, Washington, D. C., 7, 331-339, 1973.


29/48

201

[4] Niwa, A., and Clough, R.W., Buckling of Cylindrical Liquid Storage TanksUnder Earthquake Loading, Earthquake Engineering and Structural Dynamics,10, 107122, 1982.

[5] Haroun, M.A., Behavior of Unanchored Oil Storage Tanks: Imperial ValleyEarthquake, Journal of Technical Councils of ASCE, 109(1), 23-40, 1983.

[6] Manos, G.C., and Clough, R.W., Tank Damage During the 1983 CoalingaEarthquake, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 13, 449466,1985.

[7] Nielsen, R., and Kiremidjian, A.S., Damage to Oil Refineries from MajorEarthquakes, Journal of Structural Engineering, ASCE, 112, 1481-1491, 1986.

[8] Wyllie, L.A., Bolt, B., Durkin, M.E., Gates, J.H., McCormick, D., Smith, P.D.,Abrahamson, N., Castro, G., Escalante, L., Luft, R., Olson, R.S. and Vallenas,J., The Chile Earthquake of March 3, 1985, Earthquake Spectra,.2(2), Chapter5, pp. 373-409, 1986.

[9] Manos, G.C., Evaluation of the Earthquake Performance of Anchored Wine

Tanks During the San Juan Argentina 1977 Earthquake, EarthquakeEngineering and Structural Dynamics, 20, 1099-1114, 1991.

[10] Hamada, M., The 1999 Kocaeli earthquake, Turkey: investigation into damageto civil engineering structures, Reconnaissance Team Report, Japanese Societyof Civil Engineers, 1999.

[11] Sezen, H., and Whittaker, A.S., Seismic Performance of Industrial FacilitiesAffected by 1999 Turkey Earthquake, Journal of Performance of ConstructedFacilities , 20(1), 2836, 2006.

[12] Jaiswal, O.R., Rai, D.C., and Jain, S.K., Review of code provisions on designseismic forces for liquid storage tanks, Report No. IITK-GSDMA-EQ-01-V1.0,Indian Institute of Technology Kanpur, India, 2004.

[13] Housner, G.W., The dynamic behavior of water tanks, Bulletin of SeismologicalSociety of America, 53, 381-387, 1963.

[14] Haroun, M.A, and Housner, G.W., Seismic design of liquid-storage tanks,Journal of Technical Councils, ASCE, 107, 191-207, 1981.

[15] Veletsos, A.S., 1984. Seismic response and design of liquid storage tanks,Proceedings of Technical Council on Lifeline Earthquake EngineeringGuidelines for the Seismic Design of Oil and Gas Pipeline Systems, ASCE,

New York, 255-370 and 443-461.[16] Veletsos, A.S., and Tang, Y., 1992. Dynamic response of flexibily supported

liquid storage tanks, Journal of Structural Engineering, ASCE, 118, 264-283.

[17] Eurocode 8, Design provisions of earthquake resistance of structures, Part 4:Silos, tanks and pipelines. European Committee for Standardization, Brussels,1998.

[18] Malhotra, P.K., and Veletsos, A.S., Uplifting response of unanchored liquidstorage tanks, Journal of Structural Engineering, ASCE, 120, Issue 12, pp.3525-3547, 1994.

[19] Veletsos, A.S. and Younan, A.H., Dynamics of Solid-Containing Tanks. I:Flexible Tanks, ASCE J. Struct. Engrg., Volume 124, Issue 1, pp. 52-61, 1998.

[20] Veletsos, A.S. and Younan, A.H., Dynamics of Solid-Containing Tanks. II:Flexible Tanks, ASCE J. Struct. Engrg., Volume 124, Issue 1, pp. 62-70, 1998.

[21] Ibrahim, R.A., Liquid Sloshing Dynamics: Theory and Applications, Cambridge

University Press, 970 pp, 2005.


30/48

202

[22] Kelly, J.M., Base Isolation: Origins and Development. National InformationService for Earthquake Engineering (NISEE) Website. 25 March, 2004.

[23] Naeim, F., and Kelly, J.M., Design of seismic isolated structures: From theoryto practice, Wiley, New York, 1999.

[24] Skinner, R.I., Robinson, W.H., and McVerry, G.H., An introduction to seismic

isolation, Wiley, Chichester, England, 1993.[25] Chalhoub, M.S., and Kelly, J.M., Shake table test of cylindrical water tanks inbase isolated structures, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 116, 1451-1472, 1990.

[26] Zayas, V.A., and Low, D.S., Application of seismic isolation to industrial tanks,Proceedings of the ASME/JSME Pressure Vessels and Piping Conference,Honolulu, Hawaii, USA, July 23-27, 273-284, 1995.

[27] Malhotra, P.K., Method for seismic base isolation of liquid storage tanks,Journal of Structural Engineering, ASCE, 123, 113-116, 1997a.

[28] Malhotra, P.K., New method for seismic isolation of liquid storage tanks,Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 26, 839-847, 1997b.

[29] Malhotra, P.K., Seismic strengthening of liquid storage tanks with energy-dissipating anchors, Journal of Structural Engineering, ASCE, 124, 405-414,1998.

[30] Shenton, H.W., and Hampton, H.P., Seismic Response of Isolated ElevatedWater Tanks, Journal of Structural Engineering, Journal of StructuralEngineering,ASCE, 125, 965-976, 1999.

[31] Shirmali, M.K., and Jangid, R.S., Earthquake response of isolated elevatedliquid storage steel tanks, Journal of Constructional Steel Research, 59(10),1267-1288, 2003.

[32] Shirmali, M.K., and Jangid, R.S., The seismic response of elevated liquidstorage tanks isolated by lead-rubber bearings, Bulletin of the New ZealandSociety for Earthquake Engineering, 36(3), 141-164, 2003.

[33] Wen, Y.K., Method of random vibration of hysteretic system, Journal ofEngineering Mechanics, ASCE, 102, 249-263, 1976.

[34] Constantinou, M.C., Mokha, A., and Reinhorn, A.M., Teflon bearings in baseisolation II: Modelling. Journal of Structural Engineering, ASCE, 116, 455474, 1990.


31/48

203

DZLEM ELK EREVELERN DORUSAL OLMAYAN DNAMKANALZ

M. Aydn Kmr, Mustafa Snmez

Aksaray niversitesi, naat Mh. Bl., 68100, Aksaray

zet

Bu almada, dzlem elik ereve sistemlerin dorusal olmayan zaman tanmalannda analizleri yaplarak performanslar deerlendirilmitir. Bu amala 3 katl- 4aklkl ve 9 katl4 aklkl olarak tasarlanm olan iki ereve sistemkullanlmtr. Marmara ve dzce depremlerinin dou-bat ve kuzey-gney

bileenleri olmak zere toplam 4 ivme kaydndan yararlanlmtr. AnalizlerRuaumoko bilgisayar program yardmyla gerekletirilmitir. Sonular FEMA 356

da katlar aras greli yerdeitirme oranlarna gre tanmlanan performans seviyeleriile karlatrlmtr.

Anahtar Kelimeler: Dorusal Olmayan Davran, Dinamik Analiz, GreliYerdeitirme Oran, Performans Seviyesi

1. Giri

Bugn inaat mhendisliinde kullanlan birden fazla yapm sistemi vardr. Busistemlerin hangisinin kullanlacanda ekonomi, malzeme ve eitim gibi faktrleretkili olmaktadr. lkemiz tasarmclar alkanlklarnda etkisinde kalarak seim

yapmakta ve daha ok deneyime ve bilgiye sahip olduklarn dndkleri betonarmeiskeletli sisteme ynelmektedirler. Yzlmnn byk bir ksm deprem tehdidialtnda bulunan Trkiyede 1999 ylnda iki byk deprem meydana gelmitir. 17austos ve 12 kasmda meydana gelen bu depremlerden edinilen ac tecrbelernda elik tayc sistemin kullanm gndeme gelmi ve betonarmeye alternatif

bir sistem olarak lkemiz koullarndaki kullanm sorgulanmaya balamtr [1].

elik retiminde Trkiye dnyada n sralarda yerini almasna ramen, buretim potansiyeli inaat sektrne ayn dzeyde yansmamaktadr [2]. lkemizdekielik naat n toplam inaat yzlm iindeki pay, yaklak olarak %5civarndadr. Bu orann byk blmn endstri yaplar, byk aklkl atlar vekprler oluturmaktadr. ok katl elik yap uygulamalar ise yok denecek kadarazdr. Uygulamadaki bu durum, ou kez elik iskeletli yaplarn betonarme iskeletliyaplara gre daha pahal bir maliyette olmalar ile aklanmaya allr. Bu gereke,sradan betonarme yaplar iin kabul edilebilirse de, zellikle depreme dayanklolarak projelendirilen ve her bakmdan ok sk bir denetim ile projesine uygunolarak ina edilen betonarme bir yapnn da, elik bir yap kadar maliyetli olduunuunutmamak gerekir[3].

Bu almada literatrden alnm iki farkl dzlem elik ereve sistemin,lkemizde 1999 ylnda meydana gelmi bulunan iki byk depremdeki davranlar

incelenmitir. Yap davrannn belirlenmesinde; dorusal olmayan zaman tanm


32/48

204

alannda hesap ynteminden yararlanlmtr. ereve sistemlerin analizleriRuaumoko[4]program ile gerekletirilmitir.

2. Dorusal Olmayan Zaman Tanm Alannda Hesap Yntemi

Bu hesap ynteminde tayc sistemin deprem ykleri altndaki dinamik hareketiincelenir. Yntemle, tayc sistemdeki dorusal olmayan davran gznnealnarak sistemin hareket denklemi artmsal olarak entegre edilir ve her bir zamanartmnda sistemde meydana gelen yerdeitirme, plastik ekildeitirme ve ikuvvetler ile bu byklklerin deprem talebine kar gelen maksimum deerlerihesaplanr. Sz konusu yntemde, daha nce kaydedilen veya yapay yollarla retilen

benzetirilmi deprem yer hareketleri kullanlr.

Dorusal olmayan zaman tanm alannda hesap yntemi yap davrann engereki ekilde belirleyebilen bir yntem olup her trl yapya uygulanabilmektedir.

Bu yntem daha ok akademik dzeyde alma yapanlar tarafndan tercihedilmektedir. Pratikte alan mhendisler szkonusu yntemi karmakl ve pratiktasarm uygulamalarna uygun olmamas gibi sebeplerden dolayuygulamamaktadrlar.

3. ereve Sistemlerin Tanmlanmas

Bu almada, daha nce baz aratrmaclar [5-6] tarafndan allan 3 katl4aklkl ve 9 katl-5 aklkl elik ereve sistemler dikkate alnmtr (ekil 1-2).Sz konusu sistemler Uniform Building Code[7] a gre tasarlanmtr.

Btn kolonlar 50 ksi (345 MPa) elii ve kirilerde ise 36 ksi (248 MPa) eliiolarak tanmlanmtr. Kolonlarda beklenen akma gerilmesi 57,6 ksi (397 MPa) vekirilerde ise 49,2

4@30' ([email protected] m)

3@13'([email protected])

1.974 kip/ft (28.73 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

W24x68

W30x116

W33x118

W14x257

W14x257

W14x257

W14x311

W14x311

W14x311

W14x311

W14x311

W14x311

ekil 1. almaya konu olan 3 katl elik ereve sistem.


33/48

205

1.974 kip/ft (28.73 kN/m)

5@30' ([email protected] m)

18'(5.4

9m)

8@13'([email protected]

6m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

2.208 kip/ft (32.09 kN/m)

W24x68

W27x87

W30x99

W36x135

W36x135

W36x135

W36x135

W36x160

W36x160

W14x370

W14x370

W14x370

W14x283

W14x283

W14x257

W14x257

W14x233

W14x233

W14x500

W14x455

W14x455

W14

x370

W14x283

W14x283

W14x257

W14x257

W14x370

ekil 2. almaya konu olan 9 katl elik ereve sistem

ksi (339 MPa) olarak dikkate alnmtr. ereve sistemlerde btn kolonlar gleksenleri etrafnda eilmektedirler.

ereve sistemlerin dorusal olmayan dinamik analizleri Ruaumoko programile gerekletirilmitir. Modellemede dm noktalarnn rijit davrand kabuledilmitir. ereve sistemlerin her bir kat rijit diyagram olarak modellenmitir.Bylece her bir kattaki dm noktalarnn ayn yatay yerdeitirmeyi yapt kabul

edilmitir. Dinamik analizde ktle matrisi olarak younlatrlm ktle matrisimodeli, snm olarak da Rayleigh snm kullanlmtr. Zaman adm integrasyonuNewmark n sabit ortalama ivme metodu kullanlarak gerekletirilmitir.

Kiriler, Gibersonun tek bileenli kiri modeli kullanlarak modellenmitir. Bumodelde dorusal olmayan davran eleman u ksmlarndaki dnel yaylarlasalanmaktadr. Elemann dier ksmlar elastik kabul edilmektedir. Yani elemanularnda plastik mafsallar olumaktadr. Mafsal rijitlii ise elasto-plastik histeresiskural ile temsil edilmektedir. Modellemede eleman ularnda rijit blgeler veeksenel deformasyonlar dikkate alnmamtr.

Kolonlar Ruaumoko da tanmlanan kiri-kolon elemanlar kullanlarakmodellenmitir. Bu elemanlarn kirilerde olduu gibi elasto-plastik davrandklar


34/48

206

varsaylmtr. Kolonlarn dorusal olmayan zellikleri iin exsenel kuvvet-momentkarlkl etki diyagramndan yararlanlmtr. Bu diyagram her iki eksene gresimetriktir. Karlkl etki diyagram iin AISC-LRFD [8] de verilen denklemlerkullanlmtr.

198 +

py MM

PP 2.00

yPP

12

1+

py M

M

P

P12.0

eskişehir'de kar yükünden hasar gören uzay kafes yapılar oturum 4

Documents