bölüm 3 - · pdf file1 İnşaat mühendisliğine giriş ders notları dr. dilek...

1 İnşaat Mühendisliğine Giriş Ders Notları

Dr. Dilek OKUYUCU

BÖLÜM 3

YAPI MEKANİĞİ ANABİLİM DALI

Yapı Mekaniği Anabilim Dalı, İnşaat Mühendisliği eğitiminde önemli pek çok mesleki dersi

veren öğretim elemanlarını bünyesinde bulunduran önemli bir anabilim dalıdır. Adından da

anlaşılacağı üzere yapıların mekanik davranışlarının deneysel ve matematiksel yöntemlerle

incelenmesi, yapısal tasarım ve analiz çalışmaları genel olarak Yapı Mekaniği Anabilim Dalı’

nın çalışma alanlarını oluşturmaktadır.

Pek çok inşaat mühendisliği bölümünde Yapı Anabilim Dalı adı altında yapı mekaniği ve yapı

malzemesi hatta deprem mühendisliği alanında çalışan akademisyenler bir arada

toplanmışlardır. Ancak, sıralanan alt disiplinlerin hepsi birbiriyle bağlantılı olmakla birlikte

genel olarak birbirinden bağımsız ve oldukça geniş alanlarda çalışmalarını sürdürürler. Bu

nedenledir ki; inşaat mühendisliği bölümü yapılanmalarında Yapı Mekaniği Anabilim Dalı,

Yapı Malzemesi Anabilim Dalı ve Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı gibi ayrı alanlar

açıldığı görülmektedir ki; bu uygulama doğru bir yaklaşım olarak yaygın kabul görmektedir.

Bu bölümde, öncelikli olarak Yapı Mekaniği Anabilim Dalı kapsamında yürütülen çalışmalar,

bu çalışmalarla ve inşaat mühendisliği eğitimi ile ilgili olarak verilen dersler ve Yapı

Mekaniği alanının genel mühendislik uygulamaları içerisindeki yeri hakkında genel bilgiler

sunulacaktır. Genç inşaat mühendisi adaylarının, teknik detaylara aşina olmamaları nedeniyle

mümkün olduğu kadar bilindik bir terminoloji kullanılmaya çalışılacaktır. Bir kez daha ifade

edilmelidir ki; inşaat mühendisliği eğitiminin genelinde olduğu gibi özel olarak yapı mekaniği

alanında da temel mekanik bilgisi ve mühendislik matematiği konularda öğrencilerin temel

bilgi düzeyinde olmaları gereklidir. Aksi durumda, nispeten zorlayıcı olduğu söylenebilecek

yapı mekaniği alanı derslerinin başarılması oldukça güç bir hal alabilecektir.

2008 Pekin Olimpiyat Stadyumu Yapısal Modeli, Simülasyonu ve Uygulaması

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=lhhqr4g4BNxxUM&tbnid=2wbu2PQk_yI_2M:&ved=&url=http://www.staad.eu/&ei=-dVqUdbZGKmL7AadhID4Aw&bvm=bv.45175338,d.ZGU&psig=AFQjCNFe9-F4BSSelOwsXVwtvq5dLrfyvg&ust=1366042490081085

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=e2QhWKAE59wc5M&tbnid=G7k2zLOjtOwrOM:&ved=&url=http://www.rviewer.com/Controlled_Remote_Viewing_Example.html&ei=d9ZqUa-GLaPo7Ab8_IHoAw&bvm=bv.45175338,d.ZGU&psig=AFQjCNE99fyg8rQt1EgdIhM3FRGp1obthQ&ust=1366042616147309


Dr. Dilek OKUYUCU

3.1. Yapı Mekaniği Anabilim Dalı Çalışma Alanları

Yapı Mekaniği Anabilim Dalı, genel olarak yapı türündeki her türlü inşaat mühendisliği ürünü

ile ilgilenir. Yapı denilince akla, konutlar, hastaneler, hava limanları, konser salonları,

stadyumlar, vb. mühendislik ürünleri gelir.

Muhtelif Yapı Örnekleri

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=VBQx3wdFESdyqM&tbnid=aDhX7HI5v4nzZM:&ved=&url=http://www.photo-dictionary.com/phrase/880/stone-bridge.html&ei=29tqUe71ENOu7AbLq4HoAw&bvm=bv.45175338,d.bGE&psig=AFQjCNFsef_YUpdXWlvPUIPkiJ2hm4ftGg&ust=1366043995660475

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=TDo2zEs4JRgV1M&tbnid=0qj_6I_I1BV3nM:&ved=&url=http://www.definegizemi.com/sanat-tarihi/selcuklularda-turbe-sanati&ei=XdxqUYX7OoK7hAey34HAAg&bvm=bv.45175338,d.bGE&psig=AFQjCNFtF5UyqVXGmtlIKkLT9ClZ83GEeg&ust=1366044126444160

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=WRbfWNLrfJopPM&tbnid=m-AY6umxybWiDM:&ved=&url=http://en.wikipedia.org/wiki/Pagoda&ei=GdxqUcHjOoi3hAfpk4DYBg&bvm=bv.45175338,d.bGE&psig=AFQjCNFnfPvuFuNTKVpgzrqDsTKlbZqCig&ust=1366044058403421


Dr. Dilek OKUYUCU

Yapı Mekaniği çalışmaları deneysel ve analitik (matematiksel) çalışmalar olmak üzere iki

grupta gerçekleştirilmektedir. Yapı mekaniği alanında deneysel çalışmalar yürütmek büyük

hacimli laboratuvarlar ve büyük bütçeler gerektirmektedir. Bu nedenledir ki; son dönemlerde

bilgisayar teknolojilerinin de gelişimi ile birlikte hesaplamalı mühendislik uygulamaları yapı

mekaniği alanında deney yapmanın zor olduğu konularda sıklıkla yapı mekaniği

araştırmacıları tarafından tercih edilir bir duruma gelmiştir. Yapı Mekaniği Anabilim Dalı

genel olarak aşağıdaki alanlarda çalışmalar yürütür. Bu alanlarda genel olarak gerçekleştirilen

çalışmalarla birlikte, inşaat mühendisliği eğitimi kapsamında verilen ilgili dersler hakkında

genel bilgiler aşağıda sunulmaktadır.

1. Yapısal Analiz Çalışmaları

2. Yapısal Tasarım Çalışmaları

3. Mevcut Yapıların Statik ve Dinamik Performanslarını Değerlendirme Çalışmaları

4. Mevcut Yapıların Güvenle Yıkılması Çalışmaları

5. Mevcut Yapıların Güvenle Taşınması Çalışmaları

İnşaat mühendisliği eğitimi kapsamında yapısal analiz çalışmaları ile ilgili olarak Yapı Statiği,

Yapı Dinamiği, Matris Yöntemlerle Yapısal Analiz, İleri Yapısal Analiz, Yüksek Yapıların

Yapısal Analizi, Tarihi Yapıların Yapısal Analizi, vb. zorunlu ve seçmeli dersler

okutulmaktadır.

5.2. Yapısal Analiz Çalışmaları

İnşaat mühendisliği alanında yapısal analiz çalışmaları çok önemli bir yer tutmaktadır.

Yapısal analiz çalışmalarında esas olan, yapıya etki edebilecek statik ve dinamik nitelikli dış

kuvvetler altında yapı taşıyıcı sisteminde oluşacak iç kuvvetlerin hesaplanmasıdır.

Hesaplanan bu iç kuvvetler, yapısal tasarım aşamasında söz konusu yükleri güvenle taşıyacak

yapısal eleman boyutlarının belirlenmesinde ya da en uygun yapısal eleman türünün

belirlenmesinde kullanılır. Yapısal analiz çalışmalarını gerçekleştirebilmek için öncelikle yapı

taşıyıcı sistemi, yük, iç tesirler gibi temel kavramlarının bilinmesi gerekmektedir.


Dr. Dilek OKUYUCU

Aya Sofya ve Yapısal Modeli (minareler hariç)

Yapı taşıyıcı sistemi; kolon, kiriş, perde duvar, döşeme, kemer, tonoz, kubbe, gergi askı,

çubuk elemanlar, kablolar gibi yük taşıyabilen yapısal elemanların bir araya getirilmesi ile

oluşturulan ve tasarlanan yapıya etki eden tüm yükleri güvenle taşıyarak temel yapısına

aktaran yapısal elemanlar bütünüdür.

Çeşitli Kolon Örnekleri

Çeşitli Kiriş Örnekleri


Dr. Dilek OKUYUCU

Çeşitli Kemer Örnekleri

Çeşitli Kubbe Örnekleri

Çelik Taşıyıcı Sistem Yığma Taş Taşıyıcı Sistem

Betonarme Bina Taşıyıcı Sistem Betonarme Bina İnşaat Sonrası Görünüm


Dr. Dilek OKUYUCU

Yapılara etkiyen yükler; yapının ekonomik ömrü boyunca taşıması planlanan yüklerdir.

Yapısal analiz yapılırken, öncelikle tek tek ilgili yükler ve miktarları belirlenir. Analiz

esnasında bu yüklerin belli kombinasyonlar halinde yapıya etki ettiği durumlar dikkate alınır.

Yapıya etki eden yüklerden en önemlileri olarak; yapının kendi ağırlığı (ölü yük), yapı

içerisindeki eşya ve canlıların ağırlıkları (hareketli yük), deprem yükleri (dinamik yükler), kar

ve rüzgar yükleri (yapının yapıldığı alanda oluşabilecek en şiddetli rüzgar ve yağabilecek

maksimum kar miktarının optimize edilmiş değerleri), sıcak – soğuk etkisi, vb. etkiler

sıralanabilir.

Yük kombinasyonlarında ise, yapıya aynı anda birden fazla yük etki etmesi durumu göz

önünde bulundurulur. Konuyla ilgili olarak aşağıdaki örnek sunulabilir:

Fabrika Binası + Çatısında Kar Var + Yeni Makinalar Alındı + Deprem Oldu

=

Ölü Yük + Kar Yükü + Hareketli Yük + Deprem Yükü

Ölü Yükler; yapının kendi ağırlığından kaynaklanan yüklerdir.

Yapıda Ölü Yükler

Hareketli Yükler; binadaki ekipman, eşya, ağırlıklarından kaynaklanan yüklerdir.

Yapılarda Hareketli Yükler

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=hi_xb3lYyq_FtM&tbnid=vEUoExOq-md8mM:&ved=&url=http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OzoneWeBreathe/&ei=cfBqUZWzDurX4ATlo4DQBQ&psig=AFQjCNGPlS9487lP6Wwlxw51GEMfZfXl_g&ust=1366049265599714

http://www.google.com.tr/imgres?hl=en&biw=1438&bih=708&tbm=isch&tbnid=wHdpHzMGusQhqM:&imgrefurl=http://www.z-mation.com/phpbb/viewtopic.php?t=837&sid=ff8d8da1232f94258b934550b258dcab&docid=tuk2EdxYB2RaxM&imgurl=http://www.z-mation.com/phpbb/files/ny_yankees_stadium_crowds_01_357.jpg&w=480&h=360&ei=svBqUaH_O4X54QT95IGYDQ&zoom=1&ved=1t:3588,r:52,s:0,i:240&iact=rc&dur=277&page=3&tbnh=179&tbnw=257&start=35&ndsp=20&tx=116.2105712890625&ty=77.52633666992187


Dr. Dilek OKUYUCU

Kar ve Rüzgar Yükleri; kar ve rüzgar etkisi ile yapıda oluşan dış yüklerdir.

Kar Yükü Rüzgar Yükü

Deprem Yükleri; yer kabuğunda oluşan depremler nedeniyle yapıda oluşan yatay doğrultulu

dinamik yüklerdir.

Deprem Yüklerinin Oluşumu ve Merkez Üssüne Bağlı olarak Yapılara Etkisi

Oturma yükleri; genelde bir zemin problemi olarak ele alınan bu durumda yapının temelinin

oturduğu zemin yapının belirli bir bölgesinde daha fazla çöker ve buda yapıya oturma yükü

adı verilen ek yükler getirir.

Pisa Kulesi ve Oluşan Oturma Yükleri – İtalya

http://www.google.com.tr/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=UDHgKFr5REqvqM&tbnid=7DklvNA69u_uUM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://www.britannica.com/blogs/2011/01/the-leaning-tower-of-pisa%E2%80%94and-beyond/&ei=bPNqUcuvNeyB7Qbs3IHoAw&psig=AFQjCNEO4AJdeuQ3_ho53S5PdCZ1UTZ8ZA&ust=1366050028985895

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=JSNsG9Hntjsv5M&tbnid=Zf2wyRCVSx-PvM:&ved=&url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169131798000556&ei=nfNqUeuDD5HY4QSb1YCQBw&bvm=bv.45175338,d.bGE&psig=AFQjCNENMiAhSVROVfHRrdToB7CzOan4BQ&ust=1366050077379072


Dr. Dilek OKUYUCU

İç tesirler; yapının taşımak durumunda kaldığı dış yüklerin yapı taşıyıcı sistemini oluşturan

yapısal elemanlar tarafından paylaşılması neticesinde her bir taşıyıcı elemanda eksenel yük,

kesme kuvveti ve eğilme momenti (alan elemanlarda gerilmeler) olarak ortaya çıkan

etkilerdir. Yapısal elemanlar, bu etkileri güvenle taşıyabilecek şekilde boyutlandırılırlar.

Tasarımda esas olarak bu iç kuvvetler kullanılacağı için, güvenli bir yapı tasarımı öncesi

yapılacak olan yapısal analizin doğru olması çok önemlidir.

Basit

Basit Mesnetli Bir Kirişte Kesme Kuvveti ve Eğilme Momenti Diyagramları

Yapısal analiz çalışmasında en önemli unsurlardan birisi de yapının matematiksel modelinin

kurulmasıdır. Bu, gerçekte 3 boyutlu olan yapısal elemanların basit bir şekilde

incelenebilmesi için idealize edilmiş yapısal modellerden yararlanılır.

İdealize Edilmiş Yapısal Sistem Örneği

kesme kuvveti

eğilme momenti


Dr. Dilek OKUYUCU

İdealize Edilmiş Yapısal Sistem Örneği

Deney Modeli Yapısal Analiz Sonucu Elde Edilen Şekil Değiştirme


Dr. Dilek OKUYUCU

NOT: Yapısal analiz çalışmalarında sadece yapının tamamlandıktan sonraki haliyle taşıyacağı

yükler için analiz yapılmamalıdır. Analizi yapan mühendisin özellikle ağır döşemeye sahip

yapılarda yapım esnasında oluşacak yükler altında da yapının analizlerini yapıp, inşaat

esnasında yapım güvenliğini sağlayacak şekilde tasarım yapabilmesi için gerekli iç kuvvet

verilerini sağlaması gerekir!

Sıklıkla Yaşanan İnşaat Esnasında Çöken Bina Haberi


Dr. Dilek OKUYUCU

5.3. Yapısal Tasarım Çalışmaları: Yapı Mekaniği alanında gerçekleştirilen önemli

çalışmaların ikincisi yapısal tasarım çalışmalarıdır. Tasarım, yapısal analizden elde edilen en

kritik iç tesirlere dayanabilecek güçte yapısal eleman şekil ve boyutlarının belirlenmesidir.

Örneğin, analiz sonucunda maksimum 300 ton eksenel yüke maruz kalması öngörülen

betonarme bir kolonun içine yerleştirilecek çelik donatı miktarı (halk arasında demir

denmektedir) ve kolonun kesit boyutlarının belirlenmesi bir yapısal tasarımdır. Hesaplanan

betonarme çeliğinin kesit içerisine yerleştirilmesi de detaylandırma adını alır ki; yapının

yükler altındaki davranışı üzerine özellikle çelik donatı bağlantılarının önemli etkileri vardır.

Betonarme Bir Kolonun Yapısal Analizi, Donatı Tasarımı ve Donatı Detayı

İnşaat mühendisliği eğitimi süresince; betonarme, özel betonarme yapıların tasarımı, çelik

yapıların tasarımı, ahşap ve çubuk yapıların tasarımı, köprü ve viyadük tasarımı, depolama

yapılarının tasarımı, yüksek yapıların tasarımı,depreme dayanıklı tasarım ilkeleri, öngermeli

beton tasarımı, yapıların onarım ve güçlendirilmesi, vb. isimler altında çok sayıda yapısal

tasarım dersi okutulmaktadır.

NOT: Yapıların tasarımının yanısıra, ekonomik ömrünü tamamlamış olan yapıların kontrollü

bir biçimde yıkılması çalışmaları da yapı mekaniği çalışma alanının konularından birisidir.

Patlayıcı Madde İle Kontrollü Bir Biçimde Yüksek Baca Yıkımı – Frankfurt /Almanya


Dr. Dilek OKUYUCU

5.4. Mevcut Yapıların Statik ve Dinamik Performanslarını Değerlendirme Çalışmaları

Yapı mekaniği alanı, sadece yeni yapı tasarımı ile değil mevcut yapıların çeşitli amaçlar için

yapısal performanslarının belirlenmesi çalışmalarını da yürüten bir disiplindir. Bu çalışmalara

örnek olarak, mevcut yapıların deprem performanslarının belirlenmesi çalışmaları örnek

gösterilebilir. Genellikle betonarme konut türü yapıların olası bir depreme dayanıp

dayanamayacakları konusunda rapor düzenlenebilmesi için uzman inşaat mühendisleri

tarafından analiz çalışmaları yaparak yapının detaylı bir biçimde incelenmesi gerekmektedir.

Ülkemizin bir deprem ülkesi olması nedeniyle yakın zamanda yapılan yasal değişikle birlikte,

deprem riski olan bölgelerdeki tüm yapılar için sismik performans incelemesi yaptırılması

yasal bir zorunluluk haline gelmiştir. Sağlıklı bir kentsel dönüşüm için gerekli olan bu

raporlama çalışmalarını gerçekleştiren inşaat mühendislerinin yapı mekaniği alanında uzman

teknik kişiler olmasına çok dikkat edilmelidir. Sismik risk raporlarının düzenlenmesi

çalışmalarında öncelikle yapının yerinde incelendiği ve malzeme örneklerinin alındığı saha

çalışması, daha sonra malzeme örneklerinin incelendiği laboratuvar çalışmaları ve nihai

olarak da bilgisayar ortamında yapısal analiz ve performans değerlendirme çalışmaları

gerçekleştirilir.

Yine son yıllarda tarihi yapıların geleceğe güvenle devredilebilmesi konusunda teknik

çalışmalar yoğunlaşmış ve tarihi yapıların sismik performanslarının belirlenmesi ve deprem

dayanımlarının artırılması çalışmaları önem kazanmıştır. Bu çalışmalar oldukça zor yapı

mekaniği araştırmalarıdır.

Yapısal Model ve Deprem Tasarım Spektrumu

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=oPW2YKiyMHqPXM&tbnid=KnhD0hi5iTT5JM:&ved=&url=http://www.intechopen.com/books/earthquake-engineering/seismic-performance-evaluation-of-corroded-reinforced-concrete-structures-by-using-default-and-user-&ei=qgdrUeG3IeaG4gS23oCgCA&psig=AFQjCNHiXidXq-_A-8Gpr75wHycpsdsOjw&ust=1366055211052419

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=ZXlR3QkxEN4sSM&tbnid=9Kljk-bRsQ7B5M:&ved=&url=http://www.intechopen.com/books/earthquake-engineering/seismic-performance-of-historical-and-monumental-structures&ei=qgdrUeG3IeaG4gS23oCgCA&psig=AFQjCNHiXidXq-_A-8Gpr75wHycpsdsOjw&ust=1366055211052419


Dr. Dilek OKUYUCU

3 Boyutlu Yapısal Model Üzerinde Tarihi Bir Yapının Sismik Performans Analiz Çalışması

Mevcut yapılara yeni yapısal eleman eklenmesi, ya da bir kısmının yıkılması gibi uygulamalar

gündeme geldiğinde, devreye yine yapı mekaniği alanında uzman inşaat mühendisleri

girmektedirler. Yapılacak ekleme, çıkarma ya da yeni düzenlemelerle birlikte oluşacak yeni

sistemin yapısal güvenliğinin incelenmesi gerekmektedir. Bu durumda hem mevcut sistemin

analizi hem de eklenecekse eğer yeni yapısal elemanların tasarımı gibi birden fazla çalışmanın

aynı anda yürütülmesi gerekebilmektedir.

İnşaat mühendisliği bölümlerinde yapısal performans belirleme konusunda; tarihi yapıların

analizi, betonarme yapıların deprem performanslarının belirlenmesi, depreme dayanıklı yapı

tasarımı, vb. dersler okutulmaktadır.

Yararlanılan Bazı Kaynaklar

https://en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia

Sanal kaynaklardan görsel materyal temini

http://www.google.com.tr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=V1eKH0Esun4nGM&tbnid=_lh532ztP_bVnM:&ved=&url=http://blogs.getty.edu/iris/a-project-of-seismic-proportions/&ei=tQRrUZ7HF-q47Abd6oHoAw&psig=AFQjCNEBJUKGCoHpXq1BRFrdQVqqgISypQ&ust=1366054453936255

bölüm 3 - · pdf file1 İnşaat mühendisliğine giriş ders notları dr. dilek...

Documents