Kompozit ve betonarme prefabrik karkas bir endüstri yapısının maliyet karşılaştırılması

Abstract

Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmada, bir sanayi yapısı tipinin, çelik- beton kompozit ve prefabrik betonarme elemanlı taşıyıcı sistem çözümlerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Sistem, enine doğrultuda 2 açıklıklı mafsallı çerçeve olarak düzenlenerek 48 m, boyuna doğrultuda ise 5 açıklıklı mafsallı çerçeve olarak düzenlenerek 60 m aşmaktadır. Yapı iki katlıdır ve kat yükseklikleri 5m ve 4 m'dir. Yapı, II derece deprem bölgesindedir, zemin Z2 sınıfıdır. Kompozit çözümde, yapının yatay yükler altındaki stabilitesi, kolonlarla birlikte enine ve boyuna doğrultuda düzenlenen düşey kafes kararlılık sistemleriyle sağlanmıştır. Kompozit döşeme, asma katta 9.5 cm kalınlığında kullanılmış olup, malzeme beton BS30'dur. Genelde malzeme olarak: çelik hasır, çelik St37, kirişlerde beton BS30, kolonlarda beton BS25 seçilmiştir. Çelik enkesitleri olarak, çatı ve arakat kirişlerinde yapma I profili, kolonlarda yapma I ve NPI profilleri, oluk kirişlerinde NPU profili, aşıklar St33 malzeme boru profil, kararlılık bağlan diyagonallerinde ise NPU ve kutu profiller seçilmiştir. Çözümde plastik hesap yöntemi kullanıldığı için düşey yükler TS4561'de verilen 1.7 değerinde yük güvenlik katsayısı ile çarpılarak, arttırılmıştır. Kirişlerin boyutlandınlmasında, taşıma kapasitelerinin aşılmaması ve şekil değiştirmelerin, standartlarca belirli sınırlar içinde kalması esas alınmıştır. Prefabrik betonarme elemanlı yapının yatay yükler altındaki stabilitesi ve yanal haraketin kontrolü ise yalnız tabanda ankastre kolonlar tarafından sağlanmıştır. Betonarme arakatta, gerek 30 cm kalınlığında öngermeli boşluklu plaklar ve gerekse 5 cm kalınlığında topping betonu beton BS30 'dur. Öngermeli aşık ve oluk kirişinde de beton BS30, öngerme teli ve çelik hasır kullanılmıştır. Çatı ve arakat kirişlerinde beton BS40, Vz inç öngerme demeti ve BÇin donatı kullanılmıştır. Prefabrik betonarme elemanlı çözümde, taşıma gücü yöntemi kullanıldığı için, sabit yükler için 1.4, hareketli yükler için ise 1.6 değerinde TS500'de verilen yük güvenlik katsayıları ile çarpılarak, artırılmıştır. Öngermeli kirişlerin boyutlandınlmasında, transfer durumu ve servis durumu için kiriş boyunca gerilme tahkiki, teçhizatlandınlan kirişlerin moment ve kesme kuvveti taşıma kapasitelerin kontrolü ve şekildeğiştirmelerin, standardlarca belirli sınırlar içinde kalması esas alınmıştır. Kolonlarda ise her iki eksen için burkulma kontrolü yapılmıştır. Deprem ve rüzgar kuvvetleri çeşitli yük katsayılan ile çarpılarak düşey yükler ile superpqze edilmiş ve en olumsuz sonuçlan veren durum, hesaplarda gözönüne alınmıştır. Birinci bölüm giriş olup, ikinci bölümde çelik-beton kompozit çözüm hesaplan, üçüncü bölümde prefabrik betonarme çözüm hesaplan gösterilmiştir. Dördüncü bölümde ise, her iki çözüm için döşeme, kiriş, kolon ve diyagonallerin metraj ve kesifi gösterilmiş, maliyet ve ağırlık bakımından sonuçlann karşılaştınlması yapılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda maliyet bakımından, çelik-beton kompozit taşıyıcı sistemli çözümün prefabrik betonarme taşıyıcı sistemli çözüme nazaran %27 oranında ekonomi sağladığı, aynca ağırlık bakımından çelik-beton kompozit taşıyıcı sistemli çözümün prefabrik betonarme taşıyıcı sistemli çözüme nazaran %60 oranında hafif olduğu görülmüştür.

In these study which is prepared as a thesis for master of science,the cost and the weight of a typical industrial building which is built first using steel-concrete composite members and in a second case by precast reinforced concrete members, are examined and compared. The system of this typical industrial building consists of 2 spanned hinge frames with 48m total length in the transverse direction and 5 spanned hinge frames with 60m total length in the longitudinal direction. The height of the first storey is 5m, and the height of the second storey is 4m. The stucture is constructed in a second degree earthquake zone. The soil of the structure consists of hard clay. The stability of the steel-concrete composite structure under horizontal loads is provided both by columns fixed to the foundation and also by a vertical bracing sistem which is consructed in the longitudinal and transverse directions. While using plastic computation method, vertical loads are multiplied by 1.7 load coefficient according to TS4561. In designing the bracing systems, earthquake and wind effects are multiplied by multiple load coefficients in order to compute the horizontal loads which are used together with the vertical loads, also according to the new earthquake code and Eurocode 3. From the load combinations shown above, for the case of earthquake, the one which gives the worst actions are taken into account. Characteristic values of steel yield stress and concrete strength are used, after division by 1.15 and 1.5 safety coefficients respectively. In the design of composite columns, both axes are taken into account in the buckling control. As told before, the horizontal displacements of the building are limited by the bracing system and the slabs are considered as rigid, the buckling lenghts of xu mmm raıa a ; jy. ^ sjüüa *dx columns are determined by the design charts of orthogonal frames with sidesway prevented, given by the Turkish Standard 648. In the design stage of the columns which are also working as the elements of the vertical bracing truss system, the axial forces from the vertical and the horizontal loads are taken into consideration. The tensile forces act on composite members, induced by the horizontal loads applied from both directions, will be handled only by the steel profile. IP steel profiles are selected for the composite columns. The design of the horizontal load bearing vertical truss systems (bracings) are realized for the case of loads applied from the two opposite directions while the diagonals will not bear any axial compression load due to the buckling phenomena. NPU profiles are selected for these diagonals. In the design of composite beams in the positive moment zone, the effective slab width was taken into consideration. If the neutral axis is in the concrete slab, then the compression component of bending moment, is carried only by the concrete slab. On the other hand, if the neutral axis appears to be in the steel profile, the compression component is carried both by the steel profile and the concrete slab. In the serviceability control of the composite beams, the concrete cross section is divided by 2n and thus an effective steel cross section is calculated which is equivalent to the composite cross section (n=Ea/Eb). The limit value of the deformation is 1/360 of the beam span. Shear elements have been used in order to prevent the displacements (or slip) between the concrete and the steel parts of the composite beams. In this study, studs have been used in order to prevent above mentioned displacements. Ultimate strength of the each shear element depends on the shape of the concrete pressure surface, the shear and the bending strength of the element and the shear strength of the concrete which covers the elements. In the positive moment zone, the shear force which exists in the shear zone, is equal to the minimum of the Z tensile force which the steel profile carries and the Db pressure force which the concrete slab carries. Under the action of to the lateral loads, the stability and horizontal drift of building which has precast reinforced concrete members are only performed by columns. While using plastic computation method, vertical dead loads are multiplied by 1.4 load coefficient, vertical live loads are multiplied by 1.6 load coefficient according to TS500. In designing the columns, earthquake and wind effects are multiplied by multiple load coefficients in order to compute the horizontal loads which are used together with the vertical loads. 1.4G+1.6Q 1.0G+1.0Q+1.0E, 0.9G±1.0E 1.0G+1.3Q+1.3W G Q E W Vertical dead loads Vertical live loads Earthquake loads Wind loads XUl From the loading cases shown above, in the case of earthquake, the one which gives the worst results have been taken into account. Steel yield stress and concrete strength are used after division by 1.15 and 1.3 safety coefficients respectively. BS30 concrete class is used at the reinforced intermediate floor, was used pretension. BS40 concrete is used for the roof and intermediate floor beams as well as, V2n pretension strands and BÇDI reinforcements. In the design of pretensioned reinforced concrete girders, the stresses were acounted for transfer and service phase, and then the moment and shearing force bearing capacity and deflection value were controlled according to specifications. Preface was written in the first chapter, steel-concrete composite calculations was indicated in the second chapter and in the third chapter were indicated precast solutions. In fourth chapter material quantity and its cost and weight are calculated and comparison in between both solutions. As a result of comparison it was seem that the steel-concrete composite system is %27 cheaper than the precast reinforced concrete solution. However, in spite of the two bearing system have the same constriction height, the steel-concrete composite bearing system is %60 lighter than precast reinforced concrete system, and this is quite important in earthquake zone.