Tonoz Tipi Çelik Izgara Kabuk Sistemlerde Modüler Değişimlerin Yapı Davranışına Etkisi

Abstract

Günümüzde kent nüfusları gitgide artış göstermektedir. Kent nüfuslarının artmasıyla beraber yüksek insan kullanım kapasitesine sahip geniş ve ferah kapalı mekânlar oluşturulma ihtiyacı doğmuştur. Bu ihtiyaç doğrultusunda geniş açıklıkları kolaylıkla geçebilecek yeni taşıyıcı sistemler arayışına gidilmiştir. Yakın zamanda keşfedilen modern taşıyıcı sistemlerin başında ızgara kabuk (Gridshell) taşıyıcı sistemler gelmektedir. Izgara kabuk taşıyıcı sistemler ile geniş açıklıklar ekonomik olarak geçilebilmektedir. Bu çalışmada tonoz tipi çelik ızgara kabuk sistemler sayısal olarak incelenmiştir. Oluşturulan sayısal modellerde tonoz tipi çelik ızgara kabuk sistemler sabit basıklık oranı için dörtgen, üçgen ve altıgen modül geometrileri dikkate alınmıştır. Çalışma kapsamında tonoz tipi çelik ızgara kabuk sistemleri, 3 farklı modül geometrisi için analiz edilmiştir. Analizlerde değişken açıklıklar için en uygun modül geometrisi, en uygun modül geometrisine ait en uygun modül boyu ve taşıyıcı sistemin m2 düşen taşıyıcı sistem ağırlığı belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre tüm açıklıklarda dörtgen modül geometrisine sahip modellerde en az m2’ye düşen taşıyıcı sistem ağırlığına ulaşılmıştır. Açıklık artıkça altıgen modül geometrisinin dörtgen modül geometrisine alternatif olabileceği görülmüştür. Çalışma da ayrıca analiz edilen sistemler simetrik kar, asimetrik kar ve rüzgâr yükleme durumları altında analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen düşey ve yatay yer değiştirmeler karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda altıgen modül geometrisi diğer 2 modül geometrisine göre yer değiştirmelere en dirençli modül geometrisi olduğu tespit edilmiştir. Yer değiştirme karşılaştırmaları incelendiğinde; tonoz tipi çelik ızgara kabuk sistemlerde asimetrik yükleme durumunda sistemlerin yer değiştirmelerinde olumsuz ölçüde artış meydana geldiği belirlenmiştir. Bu kapsamda elde edilen sonuçlar tonoz tipi çelik ızgara kabuklar sistemlerde farklı modül geometrileri için tasarımcılara bir perspektif sunacaktır.

Keywords

• Izgara kabuk
• tonoz
• Modül geometrisi
• Modül boyu
• Konstrüksiyon ağırlığı

Effect of Modular Changes on Structural Behavior in Vault Type Steel Gridshell Systems

Abstract

Today, population in urban areas is increasing gradually. With the increase in the urban population, the need to create large and spacious indoor spaces with high capacity for human usage has arisen. Along with this need, a search was made for new carrier systems that could easily cross wide spans in order to create spaces high volume spaces. Gridshell carrier systems are the leading modern carrier systems that have been discovered recently. In this study, vault type steel gridshell systems were numerically investigated. In the numerical models created, rectangular, triangular, and hexagonal module geometries were taken into account for the fixed flatness ratio of the vault type steel grid shell systems. Within the scope of the study, vault type steel grid shell systems were analysed for 3 different module geometries. In the analysis, the most suitable module geometry for variable spans, the most suitable module size of the most suitable module geometry and the carrier system weight per m2 of the carrier system were determined. According to the results obtained, the weight of the carrier system, which decreased to at least m2, was reached in the models with rectangular module geometry in all spans. It has been seen that the hexagonal module geometry can be an alternative to the rectangular module geometry as the span increases. In the study, the analysed systems were under symmetric snow, asymmetric snow, and wind loading conditions and the vertical and horizontal displacements span were compared. As a result of the analysis, it was determined that the hexagonal module geometry was the most resistant to displacements compared to the other 2 module geometries. When the displacement comparisons are examined; In the case of asymmetrical load in vault type steel grid shell systems, it was determined that the displacements of the systems increased negatively. The results obtained in this study will provide a perspective to the designers for different module geometries in vault type steel grid shell systems.

Keywords

• Gridshell
• Vault
• Module Geometries
• Module length
• Constructions weight

References

1. Özüer, Ç. (2020). Modern Yapı Kabuklarının Geometrik Tasarımı ve Uygulanması. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
2. Türkçü, H. Ç. (2003). Çağdaş Taşıyıcı Sistemler. Birsen yayınları, İstanbul, 347.
3. Vardar Öz, Ö. M. (2012). Tek Tabakalı Uzay Kafes Sistemlerin Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
4. Barnes, M. & Dickson, M. (2000). Widespan Roof Structures. Thomas Telford, London, 328s.
5. Chılton, J. (2000). Space Grid Structures. Architectural Press, Oxford, 180s.
6. Seele, 2021. https://seele.com/facades/steel-glass-design, (8.11.2021)
7. EtnaYapı. (2018). http://www.etnayapi.com, (20.12.2021)
8. Naicu, D. (2012). Geometry and Performance of Timber Gridshells. Master’s thesis, The University of Bath, Department of Architecture and Civil Engineering, Bath.

9. Akyürek, M. E. (2020). Hiperbolik Paraboloitlerin Yapı Endüstrisindeki Yeri. Yüksek Lisans Tezi, Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
10. Koç, S. (2020). Ahşap Izgara Kabuk Strüktürlerin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
11. Demirbaş, B. (2019). Büyük Açıklı Yapıların Tarihsel Gelişim Süreci ve Ahşap Kabuk Sistemlerin Yapısal Özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
12. Kara, T. (2019). Tek Tabakalı Kubbelerin Taşıyıcı Sistemlerinin Yönetmelikler Açısından Değerlendirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
13. Orbay, A., & Savaşır, K. (2014). Tonoz Biçimli Çift Katlı Uzay Kafes Sistemlerin Çeşitli Kriterler Açısından Etkinliğinin Karşılaştırılmasına Yönelik Bir Araştırma. DEÜ Fen ve Mühendislik Dergisi, 6(1), 39-49.
14. Schlaich Bergermann, (2021). https://www.sbp.de/projekt, (20.12.2021).
15. Tensaform, (2021). http://www.tensaform.com/tr/projeler/tamamlanmis-projelerimiz/, (14.12.2021).
16. Abedi, K.,Fard., & M., Samavati, O. (2015). Stability Analysis of Lattice Single-Layer Barrel Vault Considering the Effects of Purlins. IASS Amsterdam Symposium: Future Visions. 2015, Amsterdam.
17. Kaveh, A., & Mirzaei, B. (2014). Shape Size Optimization of Single-layer Barrel Vaults Using İmproved. International Journal of Civil Engineering, 12(4), 447-465.
18. Sheidaii, M. R., & Babaei, M., & Bayrami, S. (2013). Collapse Behavior of Single-Layer Space Barrel Vaults under Non-Uniform. International Journal of Steel Structures, 13(4), 723-730.
19. Khalili, R., & Poursha, M. (2018). Investigation of Single-Layer Barrel Vault Under the Horizontal Earthquake. 11th International Congress on Civil Engineering, 8-10 Mayıs, Tahran.
20. Khalili, R., & Poursha, M., & Abedi, K. (2020). Behavior factor and displacement amplification factor for the seismic. Journal of Constructional Steel Research, 169, 105987.
21. Makowski, Z. S. (2006). Analysıs, Desıgn and Constructıon of Braced Barrel Vaults. Taylor & Francis, Guildford UK, 477s.
22. Makowski, Z. S. (1972). Space Structures. International Association for Bridge and Structural Engineering. Zurich.
23. El-Sheikh, A. (2001). Performance of Single-layer Barrel Vaults with Different Configuratıons. International Journal of Space Structures, 16(2), 111-123.
24. El-Sheikh, A. (2002). Effect of Geometric Imperfections on Single-Layer Barrel Vaults. International Journal of Space Structures, 17(4), 271-283.
25. El-Sheikh, A. (2001). Configurations of Single-layer Barrel Vaults. Advances in Structural Engineering, 4(2), 53-64.
26. Seifi., & H.,Javana A. R., & Xu, S., & Zhao, Y., & Xie, Y. M. (2018). Design Optimization and Additive Manufacturing Of Nodes İn Gridshell. Engineering Structures, 160, 161-170.
27. Cai, J., & Yixiang, X., & Wang, F., & Feng, J., & Zhang, J., (2011). A Computatıonal Study of The Static and Dynamıc Response Of A Hybrıd Barrel Vault Structure. Advance Steel Constructıon, 8(4), 317-330.
28. Pathak, M., & K. Shah, B. J. (2010). Buckling Strength of Single-Layer Steel Braced. Nırma Unıversıty Journal Of Engıneerıng And Technology, 1(1).
29. Sun, G., & Wu, M., & Chen, Z., & Xue, S. (2019). Numerical and Experimental Investigation of the Mechanical Behavior of Cable-Supported Barrel Vault Structures with Varying Temperature. Advances in Civil Engineering, Vol 2019, 572196.
30. Talatahari, S., & Jahani, Y. (2015). Hybrid Charged System Search - Particle Swarm Optimization for Design Of Single-layer Barrel Vault Structure. Asian Journal of Civil Engineering, 16(4), 515-533.
31. EN 1991 1-4, (2005). Euro code 1 Actions on structures - Part 1-4 General actions Wind actions, European Committee for Standardization, Brussels.