Modüler kabuk yapıları sisteminin uygulanabilirliğinin araştırılması

Abstract

MODÜLER KABUK YAPILARI SİSTEMİNİNUYGULANABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASIZeynep YILMAZÖZETBu yüksek lisans tez araştırması, kabuk yapı formlarında kullanılacakmalzemenin hafifliği, yeterli yük dayanımına sahip olması ve bir yapı sistemidahilinde kolay uygulanabilmesi gereksinimine bir çözüm sunmak amacıyla,tarafımızdan geliştirilmiş bir kabuk yapı sistemi olan, Modüler Kabuk Yapıları(MKY) sistemini tanıtarak, bu çok kapsamlı sistemin inşaat mühendisliğinekazandırılması için gerekli ilk aşama detay bilgilerini içermektedir. MKY sistemindeileri polimer kimyası teknolojisindeki reçine gelişmelerinden yararlanılarak, ve öndöküm tekniği kullanılarak önceden imal edilmiş, belli geometrideki modüllerinbirbirine geçmesi yoluyla, parçacıklı kabuk yapı, değişken pek çok yüzeysel formasahip olacak tarzda oluşturulabilir. Günümüzde monolitik ve yerinde yapılan (in-situ)kabuk yapılarda kullanılan, betonarme, çelik ve elyaf takviyeli polimerlersistemlerinden pek çok açıdan daha üstün bir yapı sistemi olduğu düşünülen MKYsistemi, genel anlamıyla, uygulamada pratik ve yapıyı hızlı inşa edebilme özelliğininyanında, malzeme ve yapı sistemi olarak da pek çok teknolojik ilerlemeyibünyesinde barındırmaktadır.Bu araştırmayla tanıtılan MKY sisteminde kendi içerisinde bireysel davrananmodüller, tüm strüktür göz önünde bulundurulduğunda, bağlantı (geçme)noktalarındaki yük iletimi sayesinde (interlock), tek bir yapı gibi, kabuk yapının şekilfonksiyonunu oluşturur. Modüllerin birbirine geçmedeki (bağlantı detaylarındaki)toleransları sayesinde, her modül, komşu modülle bir açısal bağlantı yapar. Butolerans, global strüktürün oluşmasını sağlamaktadır. Bu araştırmayla modüllerinkomşu modülle nasıl bir bağlantı yapması gerektiği tartışılarak, conta detayları ve butoleranslar hakkında bilgiler verilmektedir. Sızdırmazlık contalarının şekil vepozisyonunun detayları, optimum modül kalınlığının tespiti gibi başlıklarda buaraştırmada tartışılmaktadır. Yapılan maket ve prototip çalışmaları tanıtılmaktadır.Bu araştırma aynı zamanda, bu yeni yapı sisteminin yapı mühendisliği açısındantemel alt yapısının nasıl oluşturulabileceğini açıklamakta ve temel tasarımkriterlerinin nasıl belirlenebileceği konusunda detaylar içermektedir. Sistemin birbütün olarak yük iletme mekanizmasının teorik olarak nasıl olduğu standart kabukyapıları tasarım prosedürleriyle karşılaştırılarak bu sistem için en uygun çözümünnasıl olacağı detaylarıyla araştırılmıştır.Tipik yüklemeler altında örnek çözümler verilerek, sistem standart teorikmodellerle karşılaştırılmıştır. Katlanmış plaklar ve silindirik kabukların membran veeğilme teorileri ve diğer mevcut kabuk yapılarının teorik detayları irdelenerek, busistemin hangi tasarım prensibine daha yakın olduğu ve muhtemel yapısal analizyönteminin nasıl olabileceği araştırılarak, bu sistemin temel tasarım prensiplerineyaklaşmaya çalışılmıştır. Ayrıca polimer veya değişik malzemelerin (beton gibi) bellibir şekle sahip olacak tarzda kalıplanması yoluyla prefabrik olarak üretilebilecekolan bu yapı parçaları (modülleri) için gerekli olan muhtemel boyutsal ve şekilseltasarımları da yapılmıştır. Bu araştırmada hafifliği ve yüksek dayanımından dolayıelyaf takviyeli oligamer malzemeler temel modül üretiminde kullanılacağı kabülüyle,bu malzemelerin mühendislik özellikleri, muhtemel prefabrik üretim yöntemlerindenpolimer enjeksiyonlama sisteminın temel detayları da bu çalışmayla sunulmuştur. Ekolarak, bu tez çalışmasıyla önerilen sistemin uygulamaya geçirilebilmesi için gerekliolduğu düşünülen tüm detaylar ve yapı parçalarının bir bütün olarak davranabilmesiiçin nasıl bir bağlantı yapması gerektiği, enjeksiyonlama üretim için en basit veekonomik kalıp tasarımının göz önünde bulundurulması yoluyla bu bağlantılarınnasıl olması gerektiği de araştırılmıştır.Bununla birlikte tasarım parametrelerinin hangi uluslararası standartlarauyması gerektiği de tartışılmaktadır. Bu sistem için uygun malzeme çeşitleri veüretim metotları konusunda da detaylı bilgi verilmektedir. Bu yeni yapı sisteminin,uygulanabilmesi, tasarım kriterlerinin ve yapısal tasarım metodunungeliştirilebilmesi için gerekli temel parametrelerinin belirlenmesi, bu yayındaaçıklanan bağlantı detaylarıyla ancak mümkün olabilecektir. Bu yolla, mevcut kabukyapı sistemlerindeki malzeme ve yapım aşamalarına, teknolojik anlamda modernalternatifler sunularak uygulamada pratiklik kazandırılması hedeflenmektedir.Sonuç olarak parçacıklı olarak kabuk yapılarının oluşturulmasının, mevcutmalzeme teknolojisiyle rahatlıkla mümkün olduğu anlaşılmış olup, bu sisteminyapısal tasarım prensibi için de mevcut teorik altyapının yeterli olduğu bu tezleanlatılmış, muhtemel teorik yaklaşımlar verilmiş ve tasarım örneklemeleriyapılmıştır.

RESEARCH INTO THE APPLICABILIYY OFMODULAR SHELL STRUCTURAL SYSTEMZeynep YILMAZSUMMARYThe main objective of this research is to identify the design criteria,fundamental design parameters and structural design theories of the proposedstructural system designated as Modular Shell Structures (MSS). The MSS system isinspired from the connection details of human and animal tissue cells. When thetissue cells are considered as segments that are connected together and as they areassumed to be joined together with a suitable geometry and connection, the surface ofthis structural form appears seemingly a shell structure that is enveloped by theindependent modules. This system is named as modular shell structures owing to thissimilarity.This new shell structural technique having potential to be alternative to overallshell structural systems, in principal, it has in fact better features such as itspracticality in application and rapid construction, as well as providing new structuraland architectural design alternatives as a structural material and system as a whole. Inaddition, it introduces the functionality concept to the overall shell structures. MSSwith various surface forms can be constructed by connecting the pre-moulded andpre-fabricated modules having certain geometrical shapes. The oligamer resins inadvanced chemistry that are widely used in production of FRC (Fibber ReinforcedComposite) and PMC (Polymer Matrix Composites) will be utilised as a mainmaterial in the module production. MSS can provide the load distribution throughoutthe whole surface of structure as it is described for the general shell structures and if itis required, it provides space for trespassing daylights as it is to be in truss systems.The proposed system offers many new structural and architectural advantages.The research focuses on covering the following research areas in order toinvestigating MSS for industrial development in practice as well as it aims to build upthe fundamental information required for the structural design and the technology thatwill be developed for this new system. The content of research program includes:designing the moulds required in the pre-moulding process in which the shapes ofcertain modules are to be formed, determining the suitable geometrical shapes anddimensions, designing the joint connection details of modules, identifying the loadcarrying capacity in the module connection, determining the structural limits,investigating the load carrying capacity of MSS that will be constructed in thecomputer environments and investigating the shape geometry of modules undertypical structural loads.