Betonarme Taşıyıcı Elemanların Konstrüktif Esasları, Yüksek Betonarme Yapıların Tasarımı Ve Enine Donatılarda Kancaların Bilgisayar Programında Modellenmesi

Abstract

Günümüzde nüfusun ve kırsal bölgelerden şehirlere göçün hızla artması insanları yüksek katlı, büyük açıklıklı yapılar yapmaya zorlamıştır. Ayrıca, teknolojinin gelişmesi insanlara özel yapılar yapma imkanı da sunmuştur. Tezimizde, nüfusun hızla artmasıyla yapılmasına gereksinim duyulan özel yapılarla birlikte bu yapıların yapımı esnasında meydana gelen olumsuz durumlardan bahsedilmektedir. Konuyu daha iyi irdelemek için yüksek yapılarda en uygun taşıyıcı sistemin perde duvarlı sistem olduğunu, perde duvarlı sistemlerin dizayn edilirken ne tür esaslara dikkat edilmesi gerektiği üzerinde durulmuştur. Betonarme perde duvarların deprem kuvvetlerine karşı daha rijit bir davranış sergilediği yapılan deneyler, teorik hesaplar ve deneyimlerle görülmüştür. Bu yüzden tezimizin büyük bir kısmında perdeler üzerinde durulmuştur. Yüksek katlı yapılar yapılırken eskiden beri büyük problemlerle karşılaşılmış ve hala da karşılaşılmaktadır. Ülkemizde de giderek yüksek katlı yapılar yapma eğilimi artmakta ve çeşitli problemlerle karşılaşılmaktadır. Bununla birlikte yüksek katlı yapıların yapımında göz ardı edilen bir çok detay olduğunu söylemek hiç de yanlış olmaz. Bu sorunları aşağıdaki gibi sıralayacak olursak; - Yüksek katlı yapılar yapılırken güvenlik önlemleri tam olarak alınmaması ve şantiyelerde iş güvenliği uzmanları çalıştırılmaması. - İşçilerin iş güvenliği konusunda bilgisiz kalması ve çok durumda iş güvenliğinin göz ardı edilmesi. - Yüksek katlı yapılarda hava şartlarından dolayı beton dökülmesinin zorlaşması ve betona kimyasallar katılarak yüksek katlara beton pompalanırken akışkanlığın tam olarak sağlanmasının amaçlanması. - Projelendirme yapılırken, proje mühendisinin şantiye tecrübesi olmamasından dolayı şantiye de çıkan zorluklar. - Taşıyıcı sistem yerleştirilmesinde rijitlik ve deprem etkilerinin göz ardı edilmesi. - Yüksek katlardan dolayı gelen düşey yüklerin artması ve bazı birleşim bölgelerinde donatı yoğunluğu artması ve bu durumda betonun yerleştirilmesinin zorlaşması. - Donatı yoğunluğundan dolayı, donatıda ki bazı konstrüktif esaslara uyulmaması. - Şantiye mühendislerinin ve işçilerin donatıdaki konstrüktif esasları görmezlikten gelmesi ve beton dökümünden sonra bu kusurun tamamen gözden kaybolması. - Özellikle enine donatıların uygulanmasında sıkıntılar yaşanması. - Rüzgar ve yangın hesaplarının yetersiz kalması ve bunun için hala ülkemizde genel bir yönetmeliğin bulunmaması. - Betonarme perdelerin yanı sıra istinat duvarlarının da donatı düzenlerinde yetersiz kalınması ve bazı istinat duvarlarına su drenlerinin konulmaması. Tüm yukarıda saydığımız olumsuzluklara değindiğimiz bu tezde ilk olarak perde ve perde çerçeveli sistemlerin davranışlarını inceledik. Daha sonra enine ve boyuna donatıların kancasız yapıldığı bazı durumların ne tür sakıncalarının olduğunu daha iyi anlatabilmek, donatı ve beton arasındaki aderansın, kenetlenmenin önemi, donatıların eklenmesi ve eklenme çeşitlerinin nasıl yapılabileceği hakkında bilgi verip betonarme taşıyıcı elemanlarda donatı yerleştirilmesi üzerinde durduk. Tezimizin son kısmında ise, yüksek yapıların şantiyelerini dolaşarak buralarda enine donatıların özellikle perde duvalarda tevzi donatıların kancalarının yapılmadığını ve düz olarak bağlandığını gözlemledik. Bu durumun ne kadar sağlıksız bir sonuç doğurabileceğini LVDT hassas ölçerler kullanılarak yapılan deneylerden de yararlanarak teorik olarak bilgisayar programlarında da olumlu sonuç elde edip edemeyeceğimizi araştırdık. Ayrıca ülkemizde fazla önem verilmeyen ve statik hesaplarda genelde göz ardı edilen yangın hesabı üzerinde durduk. Avrupa ülkeleri, yangın çıkma olasılığının deprem olma olasılığından daha fazla olduğunu ve yangında can ve mal kaybının da çok fazla olacağını öngörmüşler ve Eurocod’da ve her ülke kendi yönetmeliğinde yangın için özel hesap yöntemleri geliştirmişlerdir. Eğer yangın için yapı içerisinde gerekli önlemler alınmamışsa, yangın çıktığı anda can ve mal kayıpları çok büyük olabilmektedir. Bu yüzden tezimizde statik hesaplarda yangın hesabının da ön planda tutulması gerektiğini ve her bir yapı malzemesinin, evlerde, otellerde, okullarda, hastahanelerde v.s. kullanılan eşyaların yangın sınıfının bilinmesi ve yangına dayanıksız yapı malzemelerinin yapılarda kullanılmaması gerektiği üzerinde durduk. Statik olarak nasıl yangın hesabı yapabilceğimizi ve donatının yangından korunması için ortalama paspaylarının nasıl verilmesi gerektiği ile ilgili bir örnekle açıklamaya çalıştık. Yüksek katlı betonarme yapılarda, özellikle taşıyıcı elemanların bazı bölgelerde donatı yığılması olabilmekte ve bu durum olumsuz sonuçlar doğurmaktadır. İşçilerin işi daha kolay yapabilmek adına enine donatılarda kanca yapmaktan kaçındıkları, mütahitlerin ise işi hızlı bitirmek amacıyla bu duruma göz yumabildikleri görülmüştür. Fakat bu durum bazen de tam tersi durum doğurmuş kanca yapmanın imkansız olduğu durumlarda insanlara alternatif seçenekler bulmaya zorlamıştır. Yukarıda sözünü ettiğimiz durumu teorik olarak inceleyebilmek için iki ayrı programda bu sorunun nasıl modelelenebileceğini anlatmaya çalıştık. Birincisi Alman yazılımı olan Rstab (Dlubal) programı, ikincisi ise Ansys Workbench programıdır. İlk olarak Rstab programında iki ayrı örnek kullanılmış ve bir basit kiriş modellenmiştir. İki örnek kiriş arasındaki tek fark ise etriyelerin birinci kirişte kancalı, ikinci kirişte ise kancasız yapılmasıdır. Bilgisayar programında yazılımcılar kanca ile donatı arasındaki bağı kendi yazılımında tanımlamış ve donatı ile beton arasında aderansı tam sağlamaya çalışmışlardır. Bizde programın bu özelliğinden yararlanarak kiriş örneklerimizi modelleyip iki örnek arasındaki farkları karşılaştırdık ve çözüm önerileri getirdik. İkinci olarak modellemeyi anlattığımız program ise Ansys Workbench programıdır. Bu program X-Steel ve Solidworks programları ile birlikte kullanılmıştır. X-Steel programında modellediğimiz ankastre perdeyi, Solidworks programına oradan da Ansys Workbench programına aktarıp çözümleme yapmaya çalışılmıştır. Buradaki amacımız programda kancaları tanımlayıp kancalı ve kancasız yaptığımız enine donatıların sonuçlarını incelemek olacaktır. Ansys Workbench programına aktardığımız model perde de tek tek tüm elemanları ve elemanlar arasındaki bağıntıları tanımladık. Örneğin etriye, boyuna donatı, çiroz ve beton arasındaki bağlantı tek tek tanımlanmıştır. Fakat programda çözüm yapılırken sonlu elemanlar yöntemi kullanılmış ve program parçaları sonlu elemanlara bölerken kancaların büküm noktasını eşit parçalara bölememiş ve kancaların ya düz ya da çok keskin şekilde yapılmasını öngörmüştür. Başka bir sıkıntılı durum ise kanca boylarını tanımlamamıza rağmen program kanca boylarını algılamamış, kanca boylarının kısa olması donatı ile beton arasındaki aderansı tam gerçekleştirememiş ve program da sonuçlara bu durumu yansıtmamıştır. Sonuç olarak kancalı ve kancasız model yapılması, Ansys programın gerçekleştirilememiş ve nedenleri üzerinde durulmuş ve öneriler getirilmiştir.

Nowadays, because of growing population and increasing migration from rural areas to cities, high rise building have been built by engineers. Development of technology has provided to construction of special structures. Furthermore, rapidly increase population, people have needed high- rise building, but during the construction of these structures are mistaken by engineers and workers. We try to explain and examine this issue in this thesis. In addition shear wall system is the best for high rise buildings. For this reason, we focus on how shear wall should be designed. Experiencing, theoretical calculations and experiments shows that behavior of reinforced concrete shear wall exhibits a more rigid against the forces of an earthquake. Therefore, these issue is examined in a large part of this thesis. While designing high rise buildings, engineers and workers encountered with major problems. High rise buildings are gradually increasing in our country. However, it is not hard to say that many details are ignored during the contruction of high rise buildings. These problems can be listed as follows: - While designing high rise buildings, security measures is not enough or is not taken sufficiently. Moreover, security experts is not worked in construction site. - Workers have not informed about construction site security and they ignore this condition. - Due to weather condition, concrete’s Design is very hard and chemicals meterial which is added in the concrete so that concrete can be pumped for high rise buildings. - Having done project, owing to inexperienced project engineer, construction site is getting hard. Namely application of construction site can be very hard. - While designing structural system, stiffness and effects of earthquake are ignored. - Because of higher story, vertical load increase as well as some of the junction parts of reinforcement increase its thickness and in this case placement of reinforcement is getting diffucult. - Due to the thickness of reinforcement, the reinforcement of some constructive principles that is non-compliance. - Construction engineers and workers ignore the principles of reinforcement, which is very big problem after designing concrete. - Especially, during designing link is very hard, and so it is often made mistake. Because, higher story is designed - Wind and fire accounts are insufficient, and for this case, it is still a general lack of regulation in our country. - Along with concrete shear wall, construction of retaining wall is known not very well by engineers and workers. Some of the retaining wall has not water drain, which is very big problem for settlements and where it is built. After all the detailed description of this problem. Firstly, all the above negative mentioned in this thesis, we try to examine behavior of the shear wall and shear-framed wall systems. After that we try to explain whether link and reinforcement is designed hook or without designing with hook. Furthermore explaining of adherence between the reinforcement and concerete and what kind of additional system and these condition is to stay. In the last part of this thesis, construction of high rise buildings where they were made in construction site were examined. Designed these buildings, especially designing links without hook and it is designed as a simple system. These situation is very big problem and we try to explanin by means of using LVDT device which is precision measuring device. Moreover, we investigated whether using computer programs achieve positive results or not. Also calculation of fire is explained, because it can be ignored our country and it is not involved within static calculations. Calculation fire is very important for Europen Country and each country has a regulations which has involved calculation of fire. In this case shows that it is very importance for European Countries and our country should calculation abaout this issue to avoid big losses. If engineer necessary measures haven’t been taken to fire, the time of occurance of fire, can be lost very large of life and property. Therefore ,in this thesis, calculation of fire should be done and involved static calculations. Resistance fire of meterial should be known that using in the buildings such as hotels, schools, hospitals, etc. We try to explain how calculation of fire is designed as static calculation. Reinforcement should protect for fire, awerage of concrete cover how it should be designed. High-rise concrete buildings, particulary some part of these buildings where it has a lot of reinforcement which can be problem for designing in the construction site. As a matter of fact that workers avoid designing links which has hook for finishing easily their job, engineers also ignored this conditions for carring out fastly their job. However, sometimes this conditions can be positive effect in case people can find what can be done in case of designing without hook links. Because of fact that all this above explained can be proved in theoretical, we used two computer program and we try to explain without hook links how it can be designed. First, the German software Rstab (Dlubal) program, and the latter program was used Ansys Workbench. Example of two different programs were used and a simple beam modeled on the Rstab program. The only difference between the two beams in the sample is stirrups are hooked on the first beam and hookless on the second beam. Bond between the equipment and hook a computer program with its own software-defined, tried to makea complete adherence between reinforcementand concrete.We are also taking advantage of this featureof the programfor modeling.We have compared the differences between the two samples and made solutions and recommendations. When materials like concrete and steel reach their yielding or fructure strengths, their stress-strain relationsships loose modeling such meterial behavior through nonlinear finite element models become populer after the latest advancements incompuer techology. For the modeling purposes, Ansys finite elemnt software which has a type of elemnt that assumes full bond between steel and concrete and ca model failure in tri-axial stress state, has been used. From the analyses done during the modeling of the force displacement time history of structural members under reversed cycling loading, when the analysis gets closer to the maximum problems and stop the analysis, however, the obtained analysis results before the analysis stops are fairly in accordance with the experimential ones. All the elements and the relationships between elements were described one by one on the load-bearing wall which was transferred to Ansys Workbench program. For example, the connection between stirrups, longitudinal reinforcement, crosstiesand concrete was identified. However, when the solution of finite element method was used in the program and the program track spoint bending finite elements while dividing into equal parts hook sand flat or too sharp division to be made as envisaged. Despite the adversity, the hook lengths define another program does not detect the height hook, the hook is shorter in lengt hand have not done a full program adherence between the reinforcement and the concretedid not show thec onsequences of this situation. In conclusion, Ansys program have not realized the making hooked and without designing hook links model and we focus on the causes, also made recommendations for further study.