Ana Sayfa / ETABS & SAP2000 / Kompozit Kiriş
Kompozit Kiriş Tasarımı
Modern çok katlı çelik binaların standart elemanı: çelik profil + betonarme döşemenin kayma pimleriyle (shear stud) birleşerek tek bir yapısal elemana dönüşmesi. Bu konu, önceki karşılaştırmalı sayfalardan farklıdır — burada Türkiye'nin kendi yönetmeliği (ÇYTHYE), AISC 360'ın formüllerini doğrudan benimser.
- Ec formül hatası: Beton elastisite modülü formülünde katsayı yanlışlıkla 57 yazılmıştı (doğrusu 57000) — bu, Ec'yi 1000 kat küçük gösteriyordu (3.6 ksi yerine doğru değer 3605 ksi).
- Rp varsayılan değeri hatası: Kayma pimi grup/konum azaltma katsayısı Rp, yanlışlıkla 1.0 varsayılmıştı — dış kaynak (Eugene Fasteners) düz döşemede Rp=0.75 kullanılması gerektiğini gösteriyordu. Bu hata, hangi göçme mekanizmasının (beton ezilmesi mi, pim kopması mı) hakim olduğunu yanlış gösteriyordu.
İçindekiler
1. Teori — Kayma Pimi ve Kompozit Eğilme Dayanımı 2. ETABS'ta Kompozit Kiriş Tasarımı 3. Örnek 1 (Kolay) — Tek Kayma Pimi Kapasitesi, Mekanizma Değişimi 4. Örnek 2 (Orta) — Tam Kompozit Kiriş 5. Örnek 3 (Zor) — Kısmi Kompozit Kiriş 6. Örnek 4 (Çok Zor) — %25 Minimum Oranın Altında1. Teori — Kayma Pimi ve Kompozit Eğilme Dayanımı
Bir kompozit kirişte, çelik profil ile üstündeki betonarme döşeme, tek başlarına çalıştıklarında ayrı ayrı taşıyabildiklerinden çok daha fazla yükü birlikte taşıyabilirler — ama bu ancak ikisi arasındaki kayma kuvvetinin (arayüz kayması) kayma pimleriyle (shear stud) güvenle aktarılmasıyla mümkündür.
Kayma Pimi Kapasitesi — AISC 360-22 §I8.2a
İki farklı göçme mekanizması yarışır: beton ezilmesi (pimin çevresindeki beton kırılır) veya pim kopması (çeliğin kendisi çeker). Hangi mekanizmanın hakim olduğu, beton mukavemeti ile pim/beton geometrisine bağlıdır — düşük mukavemetli betonda beton ezilmesi, yüksek mukavemetli betonda pim kopması hakim olma eğilimindedir.
Tam/Kısmi Kompozit Eğilme Dayanımı — §I3.2a
C, betonun ezilme kapasitesi ile çeliğin akma kapasitesinin küçük olanıdır — bu, "tam kompozit" durumdaki teorik maksimum kuvvet çiftidir. N, bu kuvveti aktarmak için gereken pim sayısıdır. Eğer sağlanan pim sayısı N'den azsa, kiriş kısmi kompozit olarak çalışır — kapasitesi orantılı olarak azalır. AISC, kompozit oranın en az %25 olmasını şart koşar; bunun altında arayüz bağlantısı güvenilir tasarım için "fazla esnektir".
Türkiye Bağlamı — ÇYTHYE'nin AISC'yi Doğrudan Benimsemesi
Bu, önceki karşılaştırmalı sayfalardan (Birleşim Bölgesi, Temel, Perde, Döşeme) temel bir farktır. Orada iki farklı ülke, iki farklı formül kullanıp aynı fiziksel gerçeğe farklı yollarla ulaşıyordu. Burada ise Türkiye'nin kendi yönetmeliği, AISC'nin formüllerini doğrudan ve birebir benimsiyor — bu, uluslararası mühendislik camiasının kompozit kiriş konusunda ortak bir dil kullandığının göstergesidir.
2. ETABS'ta Kompozit Kiriş Tasarımı
Çelik profil, üstündeki döşeme tipi (kalınlık, metal deck yönü) ve kayma pimi özellikleri (çap, mukavemet, dizilim) tanımlanır.
Tasarım kodu (AISC 360-22), minimum kompozit oranı ve tercih edilen pim dizilimi ayarlanır.
Program, her kirişin yapım aşaması (kompozit olmayan, ıslak beton yükü altında) ve nihai aşama (tam kompozit) kontrollerini ayrı ayrı yapar.
3. Örnek 1 — Tek Kayma Pimi Kapasitesi, Mekanizma Değişimi
Sistem: 3/4" çaplı kayma pimi, iki farklı beton mukavemetinde.
| f'c (ksi) | Beton ezilmesi terimi | Pim kopması terimi | Qn (hakim) |
|---|---|---|---|
| 3 | 21.378 | 21.537 | 21.378 (beton ezilmesi) |
| 4 | 26.526 | 21.537 | 21.537 (pim kopması) |
4. Örnek 2 — Tam Kompozit Kiriş
Sistem: As=10.3 in², Fy=50 ksi, f'c=4 ksi, be=72", ts=5", Qn=21.5 kip/pim, 24 pim sağlanmış.
| Büyüklük | Değer |
|---|---|
| Ccf (beton ezilmesi) | 1224 kip |
| T (çelik akması) | 515 kip |
| C = min(Ccf,T) | 515 kip — çelik hakim |
| N gerekli | 23.95 → 24 pim |
| Kompozit oranı | %100.19 — tam kompozit ✓ |
5. Örnek 3 — Kısmi Kompozit Kiriş
Sistem: Daha büyük bir çelik kesit (As=23.2 in², Fy=36 ksi — A36 çelik), f'c=4 ksi, be=75", ts=6", ama yalnızca 24 pim sağlanmış (Structville'in yayınladığı örnekle benzer bir "kısmi kompozit" senaryo).
| Büyüklük | Değer |
|---|---|
| Ccf | 1530 kip |
| T | 835.2 kip — çelik hakim |
| N gerekli (tam kompozit için) | 38.78 → 39 pim |
| Kompozit oranı (24 pim ile) | %61.89 — kısmi kompozit |
| %25 minimum sağlanıyor mu? | Evet ✓ (61.89 > 25) |
6. Örnek 4 — %25 Minimum Oranın Altında
Amaç: AISC'nin %25 minimum kompozit oranı kuralının neden var olduğunu somut bir şekilde göstermek.
Sistem: As=15 in², Fy=50 ksi, f'c=4 ksi, be=60", ts=5", ama yalnızca 4 pim sağlanmış (aşırı derecede yetersiz, kasıtlı bir tasarım hatası senaryosu).
| Büyüklük | Değer |
|---|---|
| T (çelik hakim) | 750 kip |
| N gerekli | 34.82 → 35 pim |
| Kompozit oranı (4 pim ile) | %11.49 |
| %25 minimum sağlanıyor mu? | HAYIR ✗ |