Çelik Yapılar için Statik Hesaplama Metodolojileri

Statik hesaplama çelik yapıların daha güvenilir ve profesyonel olması için önemlidir. Bu yazıda çelik yapıların statik hesaplama metodolojisi hakkında bilgiler yer alacaktır.

Statik Hesaplama Temelleri

Taşıyıcı ve mekanik sistemlerle ile ilgili projedir. Yapının betonarme, yığma ya da çelik olma durumuna göre binanın taşıyıcı sistemlerinin ne şekilde yapılacağını gösteren, bodrum kat da dahil tüm kat ve çatı planları, iskele sistemi ile bunların kesitleri ve detaylarını içeren planlama ve hesap işlemlerine statik hesaplama denir.

Statik Yükler ve Etkileri

Statik planlama, çelik yapıların durağan durumda maruz kalacakları yükleri ve bu yükler altında davranışlarını analiz etme sürecidir. Yapının taşıyacağı sabit ve değişken yükler tespit edili Yapının taşıyıcı elemanlarındaki kesme ve moment kuvvetleri hesaplanır. Çelik elemanların boyutları ve kesit tipleri belirlenir. Yapının dayanıklılığı kontrol edilir ve gerektiğinde güçlendirme yapılır.

Temel Hesaplama Parametreleri ve Değişkenleri

Binanın yapılacağı arsanın deprem karakteristiğine bakılır. Zemin raporlarına bakılır. Taşıyıcı sistem tespit edilir. Kullanılan beton, çimento ve demirlerin kaliteleri saptanır. Bina statik analizi ve araştırma ölçümleri yapıldıktan sonra üç boyutlu analiz modellemesi yapılır. Sanal olarak teste tabi tutulur ve deprem karşısındaki dayanıklılığı hesaplanır. Binanın zayıflıkları belirlenir ve düzeltilebilmesi için hangi yöntemlerin kullanılacağı belirlenir.

Kullanılan Temel Yöntemler

Binaların güvenli olup olmadığını anlayabilmek için günümüzde statik analiz ön plana çıkar. Fiziksel bir analiz olması ile beraber binanın her kısmını kapsar. Böylece dışarıdan gelen etkiler ya da binanın sağlamlığı noktasında matematiksel bir veri toplamış olur.

Analitik Yöntemler

Çelik yapıların statik hesaplamasında çeşitli analitik yöntemler vardır. Bunlar aşağıdaki gibidir:

1. Denge Denklemi: Bu denklem ile kuvvetler ve momentler dengelenir.
2. Momentlerin Hesaplanması: Mühendislerin sıkça kullandığı bu hesaplama özelliikle yapısal analizlerde kullanılır. Momentlerin analitik olarak hesaplanması için kullanılır.
3. Kuvvetlerin Hesaplanması: Mühendislik ve mekanik analizlerde kullanılır. Gerilme ve deformasyon tespitleri için tercih edilir.
4. Moment ve Kuvvet Denge Denklemi: Birden fazla bileşenin dengesini sağlamak için tercih edilir. Moment ve kuvvet denge denklemi analiz edilir.
5. Enerji Metodu: Gerilim ve deformasyon analizi için kullanılır. Kinetik enerji ve diğer enerji potansiyellerini analizde tercih edilir.

Sayısal Yöntemler

Çelik yapıların statik hesaplaması yapılırken analitik yöntemlerin yanı sıra sayısal yöntemler de kullanılır. Bu yöntemler şu şekildedir:

1. Sonlu Elemanlar Yöntemi (Finite Element Method – FEM): Mekanik mühendislik, yapı mühendisliği ve diğer mühendisliklerde sıkça kullanılır. Bu yöntemle gerilim, deformasyon ve sıcaklık gibi etkenler hesaplanır.
2. Sonlu Farklar Yöntemi (Finite Difference Method – FDM): Isı ve elektrik alanlarının analizi için kullanılan bir sayısal yöntemdir.
3. Sonlu Hacimler Yöntemi (Finite Volume Method – FVM): Isı akışı ve ısı alanının analizi ile iligli yapılan bir hesaplamadır.
4. Sonlu Zamanlar Yöntemi (Finite Time Method – FTM): Dinamik etkiyi ve oluşabilecek sorunları öngörmek için kullanılan bir yöntemdir.

Yazılım ve Araçların Kullanımı

Statik hesabı daha hızlı ve kolay yapmak için pek çok yazılım aracı bulunur. Bu araçlar çelik yapının statik hesaplamasının daha profesyonel ve doğru bir şekilde yapılması için tercih edilir.

Endüstriyel Yazılım Çözümleri

SAP2000, etkinliği ve 3D nesne tabanlı modelleme özellikleri nedeniyle dünya çapında 160’dan fazla ülkede kullanılmaktadır. Ulaştırma tesislerinden kamuya yapılan işlere kadar, genel kullanımlar için yapıların statik analizi için yaygın olarak kullanılmaktadır. 

RISA-3D, binalar, vinç sistemleri, arenalar, endüstriyel yapılar, köprüler vb. gibi genel yapılar için bir başka 3D analiz ve tasarım yazılımıdır. Özel kullanım için RISA-3D, RISAFloor, RISAConnection ve RISAFoundation gibi diğer RISA ürünleriyle entegre edilebilir.

Tower, statik ve dinamik yapısal analiz, beton, çelik ve ahşap tasarımı için bir yazılımdır. Düzlemsel ve uzay yapılarındaki etkilerin evrensel analizi için uzmanlaşmıştır. Otomatikleştirilmiş, entegre, her şey dahil ve sezgisel güçlü araçlar sağlayarak bu program, mühendislerin tasarım hızını ve kalitesini artırmasını sağlar. 

Yazılım Seçimi Kriterleri ve Karşılaştırmaları

Çelik yapıların inşası için yazılım seçerken çelik yapılar için uygun olmasına dikkat edilmelidir. Statik hesaplamayı doğru analiz edebilen, birden fazla değişkeni hesaplayabilen ve hızlı bir yazılım tercih edilmelidir. Bunun yanı sıra kolay kullanımı olan, sade bir arayüze sahip olması da önemlidir. Ulusal ve uluslararası ölçüm tekniklerine uygun şekilde hesaplayan yazılımlar tercih edilmelidir.

Yenilikçi Hesaplama Yaklaşımları

Statik hesaplamayı kolaylaştırmak için pek çok yazılım ve uygulama geliştirildi. Klasik yöntemleri geride bırakan pek çok yazılım sistemiyle çelik yapıların statik hesaplaması daha pratik hale geldi. Yapay zekayla ve çeşitli son model teknolojik sistemlerle statik hesaplamayı yapmak oldukça kolay olmaktadır.

Sonlu Elemanlar Metodu (FEM)

Sonlu elemanlar metodu (FEM) statik hesaplamanın sayısal analiz yöntemlerinden birisidir. Genel olarak bir yapının modellenmesine, eleman sayısı az olan, geometrik detayların basitleştirildiği, fiziksel özelliklerin mümkün olduğunca doğru; ancak ayrıntısız bir biçimde gösterildiği kaba bir model ile başlanır. Bu model çalıştırılarak alınan sonuçlar, yapının genel davranışı hakkında bilgi verdiği gibi, ufak el hesapları ile karşılaştırılarak doğru bir yaklaşım içerisinde olunup olunmadığı ile ilgili de fikir verir.
Bu aşamadan sonra, yapının daha özel olarak incelenerek ya da daha kritik olarak görülen kısımları, boyutu küçük ve sayısı fazla olan elemanlar ile geometrik detaylara yer verilerek daha gerçeğe yakın bir biçimde modellenebilir.

Dinamik Hesaplama ve Modelleme

Taşıyıcı sistemlerin deprem, rüzgar gibi etkiler altında dinamik analizinde serbest titreşim analizi önemli bir yer tutmaktadır. Dinamik yükler altında taşıyıcı sistemlerin serbest titreşim analizi sürekli veya ayrık kütleli hesap modelleri kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Sürekli kütleli hesap modelinde eğilme tesirlerinin yanı sıra, kesme tesirleri ve yüksek mertebeden kesme tesirleri dinamik analize dahil edilebilmektedir. Dinamik hesap modellerinde doğrusal ve doğrusal olmayan davranış ile diğer etkileri hesaplamalarda dikkate alınabilmektedir. Taşıyıcı sistemlerin ayrık kütleli olarak modellenmesi
halinde matris yöntemler de kullanılmaktadır. Ayrık hesap modelinde matris kullanılarak taşıyıcı sistemlerin mesnetleri, zemin koşullarına bağlı olarak, yarı-rijit davrandığı kabul edilmesi halinde, sürekli veya ayrık kütleli hesap modellerinde mesnetler, zemini temsil eden doğrusal veya doğrusal davranmayan çökme, dönme yayaları ile modellenebilmektedir.

Her türlü çelik konstrüksiyon talebinizi yüksek kaliteli malzeme seçimi, profesyonel işçilik ve doğru mühendislik ile AS-GER olarak karşılamaktayız. Ücretsiz keşif, fiyat ve daha fazla ayrıntı için bizimle iletişime geçebilirsiniz.