Tek tabakalı kubbelerin taşıyıcı sistemlerinin yönetmelikler açısından değerlendirilmesi

Abstract

Geniş açıklıkları geçmeyi sağlayacak daha iyi yapısal form arayışında, uzay kafes sistemler; hafiflik, ekonomiklik ve hız avantajı sağlamasıyla en uygun çözüm olmuştur. Düğüm noktası tasarımlarının geliştirilmesine paralel olarak, 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren geniş açıklıklı sistemlerde kullanım alanı bulan tek tabakalı uzay kafes sistemlerin en yaygın kullanılan formu; minimum yüzeyde maksimum hacim ve ekonomik malzeme kullanımı sağlayan kubbelerdir. Geometrik yapılarına göre kubbeler; Radyal, Schwedler, Lamella (Kavisli ve Diamatik) ve Jeodezik olarak sınıflandırılabilir. Kullanılacak malzeme türü ve detayları, birleşim şekilleri, açıklık ve basıklık oranı kubbelerin tasarımlarında belirleyici rol oynar.Yapının mimari modellemesi Grasshopper adlı algoritmik modelleme aracı ile Rhinoceros programında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada 40 ve 70 metre çaplarında, basıklık oranı 1/3 ve 1/6 olan diamatik ve jeodezik toplam sekiz kubbe SAP2000 programında gerekli düzenlemeler yapılarak modellenmiştir. Modellerin analizinde; TBDY-2018, TÇYY-2016, TS EN 1991-1-3: 2009, TS EN 1991-1-4:2005, ANSI-AISC 341-16, ANSI-AISC 360-16 ve ASCE-7-16 Yönetmeliklerinden faydalanılmıştır.Çalışmanın Birinci Bölümünde tezin amacı ile birlikte tez kapsamında literatürde yer alan önemli bilgilere ve bulgulara değinilmiştir.İkinci Bölümde, tek tabakalı uzay kafes sistemlerin tarihsel gelişimi ve sınıflandırılmasına yer verilmiş; her bir kubbe türünün yapısal özelliklerine, güncel örneklerine, avantaj ve limitlerine dair detaylı açıklamalar yapılmıştır.Üçüncü Bölümde, tek tabakalı uzay kafes sistemlerde kullanılan birleşim tiplerinin detayları açıklanmış; burkulma analizi ve vurgu stabilitesi ile ilgili tanımlamalara ve açıklamalara yer verilmiştir. Literatürde yer alan, tek tabakalı uzay kafes sistemler üzerine deneysel çalışmalar ve stabilite incelenmiştir.Dördüncü Bölümde; yapıya etki eden sabit yükler, kaplama yükü, servis yükü, deprem, kar, rüzgar yükleri ve sıcaklık değişiminden kaynaklanan yüklerin; TS EN 1-3, TS-EN1-4, TBDY, ASCE 7-16 şartnamelerine göre modellere tanımlanmış, AISC VE TÇYY esaslarına göre taşıyıcı sistem elemanlarının boyutlandırılması, stabilite tahkikleri ve maliyet analizleri yapılmıştır.Modellerden çıkan; yapı elemanlarının tahkik sonuçlarına, burkulma analizi sonuçlarına, modellerin metraj hesabına, düşey yer değiştirme sonuçlarına ve yapılarda oluşan kesit tesirlerine yer verilmiştir.Beşinci Bölümde analiz sonuçlarının ışığında diamatik ve jeodezik kubbelerin geometrik özelliklerine göre etkinlikleri karşılaştırılmış, sonuçlara varılmıştır. Ekler kısmında, örtü malzemelerinin detayları, rüzgar ve kar yükleri ile ilgili bazı çizelge ve tablolara ve çelik malzeme ile ilgili bilgilere yer verilmiştir.

In the seek of a better structural form to construct on wide spans, space frame structures are the best choice due to their lightweight, economical and speed advantages. Since the second half of the 20th century, along with the development of node designs; the most common forms of single layer space structures are domes which provide maximum volume on minimum surface with economical material usage. According to their geometries, domes can be classified as Radial, Schwedler, Lamella (Curved and Diamatic) and Geodesic. Material type and details, connection type, span (diameter) and kurtosis ratio play decisive role on structural design of domes.Architectural modelling of the structure is realised by Rhinoceros and Grasshoper program. In this study, eight geodesic and diamatic domes in total, with diameter of 40 meters and 70 meters, having 1/3 and 1/6 kurtosis ratio, modeled in SAP2000 program after necessary adjustments and additions. TBDY – 2018, TCY - 2016, TS EN 1991-1-3: 2009, TS EN 1991-1-4: 2005, ANSI-AISC 341-16, ANSI-AISC 360-16 and ASCE-7-16 spesifications are used.The First Section of the study consists of the purpose of the thesis, important informations from literature related to thesis subject and findings.In the Second Section, the historical development and classification of single layer space truss systems are given. Structural features, current examples, advantages and limitations of each dome type are mentioned. In the Third Section, details of connection types used in single layer structures are explained. Definitons and explanations related to buckling analysis, snap-through and stability take place. Besides, some important experimental studies and information related to stability of single-layer frame systems are given.In the Fourth Section, dead load, service load, wind load, seismic load, snow load and loads due to temperature changes are calculated according to the specifications TS EN 1-3, TS-EN1-4, TBDY, ASCE 7-16 and integrated to the current model. Besides, dimensioning of structural system elements, stability analyses and cost calculations are done according to AISC and Steel Structures Specifications for Turkey. The results of the analysis of the structural elements, buckling analysis results, quantitative calculations, deflection results and cross-section effects of the structures are explained. In the Fifth and the final Section, in consequence of analysis results, performances of geodesic and diamatic domes according to their geometric features are compared, recommendations are given.In appendix, cover material details, some charts and figures about wind load and snow load and informations about structural steel are given.