Approaches for design of lightweight steel structures, current controlling conditions, and the issues recommended to be emphasized in a prospective lightweight steel building code

Abstract

Because of the absence of a comprehensive code for cold-formed steel constructions in Turkey sections, capacity, design, production and assembly of cold-formed lightweight steel buildings cannot be fully controlled. Especially during periods of high market demand, economic structures which are considered as standard in accordance with the market conditions are produced and built. Even though current design and manufacturing assumptions might differ for each company the design and manufacturing are done by experience-based assumptions. For the projects for which strict controls are requested, and which are mostly supported by the state, all examining of cold-formed lightweight steel buildings is done with various national and international regulations. In the scope of this article a brief introduction of lightweight steel structures, current usage patterns and common design and manufacturing details in Turkey are presented and an example of in-situ lightweight steel structure is designed. Design assumptions and element properties are investigated according to two widely-used international codes, and additionally including the current Turkish regulations, the controls are performed, and the model and analysis of the structure are achieved by using SAP2000. As a result of the study, a general way of overall inspection and control of cold formed lightweight structures has been tried to be reached according to national and international regulations.

Keywords

• Lightweight steel
• Analysis
• Design
• Code

Hafif çelik yapı tasarımında yaklaşımlar, mevcut kontrol şartları ve olası bir hafif çelik yapı yönetmeliğinde vurgulanması önerilen konular

Öz

Türkiye’de hafif çelik yapılarla ilgili kapsamlı bir yönetmelik olmamasından dolayı, inşa edilen soğuk büküm hafif çelik yapılarda genel kabullerin haricinde kesit, kapasite, tasarım, üretim ve montaj kontrolleri tam olarak yapılamamaktadır. Pazar talebinin özellikle fazla olduğu dönemlerde standart olarak kabul edilen, piyasa şartlarına uygun ekonomik yapılar üretilip, inşa edilmektedir. Mevcut tasarım ve üretim kabulleri her firma için farklılık gösterse de deneyime dayalı kabuller ile tasarım, üretim ve montaj yapılmaktadır. Kesinlikle kontrol talep edilen büyük ölçekli ve çoğunlukla devlet destekli projelerde ise üretim yapan çoğu firma farklı yurtiçi ve yurtdışı yönetmeliklerinden yararlanarak soğuk büküm hafif çelik yapıları incelemektedirler. Bu makale kapsamında hafif çelik yapılarla ilgi kısa bir tanıtım, günümüzdeki kullanım şekilleri, Türkiye’de genel olarak kullanılan tasarım ve üretim şekilleri hakkında bilgi verilmiş ve örnek bir hafif çelik yerinde kaplama yapının tasarımı yapılmıştır. Tasarımda kullanılan kabuller ve eleman özellikleri dünyada kullanılan iki genel yönetmeliğe göre incelenmiş ve kontrolleri yapılarak Türkiye’deki mevcut yönetmeliklerden de yararlanılarak SAP 2000’de oluşturulan model ile yapının analizi yapılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, soğuk büküm profillerden oluşan bir hafif çelik yapının tasarım ve kontrolü için genel bir yol oluşturulmaya çalışılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Hafif çelik
• Analiz
• Tasarım
• Yönetmelik

Kaynakça

1. Güneş SA. Hafif Çelik Yapıların Farklı Yönetmeliklere Göre İncelenmesi, Mevcut Kontrol Şartları ve Oluşturulabilecek Hafif Çelik Yapı Yönetmeliğinde Vurgulanması Önerilen Konular. Yüksek Lisans Tezi, Maltepe Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2016.
2. Jackson AA. The Development of Steel Framed Buildings in Britain1880-1905, Construction History. UK, Leeds,1998.
3. AISI S100. “North American Specification for the Design of Cold Formed Steel Structural Members”. 2007 Edition, USA, AISI, 2007.
4. Boissonnade N. Greiner R, Jaspart JP, Lindner J. EN 1993-1-1. “Eurocode 3: Design of Steel Structures Part1-1: General Rules for Buildings”. EU, ECCS, 2005.
5. European Committee for Standardization, EN 1993-1-3. “Eurocode 3: Design of Steel Structures Part1-3: General Rules, Supplementary Rules for Cold Formed Members and Sheetings”. EU, CEN, 2006.
6. European Committee for Standardization, EN 1993-1-5. “Eurocode 3: Design of Steel Structures Part1-5: General Rules, Plates Structural Elements”. EU, CEN, 2006
7. SAP2000. “Structural Analysis Program-İntegrated Finite Element Analysis and Design of Structures. Analysis Reference”. Berkeley, California, 2012.
8. Türk Standardları Enstitüsü. ”Çelik Yaplar-Hafif-Soğukta Şekil Verilmiş Profillerle Oluşturulan-Hesap Kuralları”. Ankara, Türkiye, 11372, 1994.

9. Türk Standardları Enstitüsü. “Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları”. Ankara, Türkiye, 648, 1980.
10. Türk Standardları Enstitüsü. “Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri”. Ankara, Türkiye, 498, 1997.
11. Türk Standardları Enstitüsü. “Konutlar ve Kamu Binalarında Kullanım ve Yerleşim Yükleri”. Ankara, Türkiye, 6793, 1989.
12. Türk Standardları Enstitüsü. “Depreme Dayanıklı Yapıların Projelendirilmesi Tedbirleri”. Ankara, Türkiye, TSE ENV, 1998.
13. DBYBHY-2007. “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik”. Ankara, Türkiye, 2007.
14. Errera SJ, Popowich DW, Winter G. "Bolted and welded stainless steel connections". Journal of the Structural Division, ASCE Proceedings, 100(6), 1279-1296, 1974.
15. Rang TN, Galambos TV, Yu WW. "Load and Resistance Factor Design of Cold-Formed Steel: Statistical Analysis of Mechanical Properties and Thickness of Materials Combined with Calibrations of the AISI Design Provisions on Unstiffened Compression Elements and Connections". University of Missouri-Rolla, Second Progress Report, January, USA, 1979.
16. Yu WW. Cold-Formed Steel Design. New York, USA, Wiley-Interscience, 1985.
17. Zeynalian M, Shelley A, Ronagh HR. “An experimental study into the capacity of cold-formed steel truss connections”. Journal of Constructional Steel Research, 127, 176-186, 2016.
18. Wang B, Gibert BP, Guan H, Teh LH. “Shape optimisation of manufacturable and usable cold-formed steel singly-symmetric and open columns”. Thin-Walled Structures, 109, 271-284, 2016.
19. Yu C, Yu GW. “Experimental investigation of cold-formed steel framed shear wall using corrugated steel sheathing with circular holes”. Journal of Structural Engineering, 142(12), 04016126-1-9, 2016.
20. Chung KF. “Structural performance of cold-formed steel structures with bolted connections”. Advances in Structural Engineering, 8(3), 231-245, 2005.
21. Kim TS, Kuwamura H. “Finite element modeling of bolted connections in thin-walled stainless steel plates under static shear”. Thin-Walled Structures, 45(4), 407-421, 2007.
22. Resmi Gazete. “Çelik Yapıların Tasarımı Hesap ve Yapım Esaslarına Dair.