Yapısal mühendislik, yüksek gökdelenler inşa etmekten tüm nehirleri geçen köprüler inşa etmeye kadar birçok yönden dünyamı değiştirdi.
Basit kiriş kolonu, bu binaların çoğunun en önemli parçalarından biridir.
Yapının bu kısmı hem eksenel yüke hem de yanal kuvvetlerden veya aynı anda boyuna yükün eksantrikliğinden kaynaklanan eğilme momentlerine maruz kalır.
Bugünün mühendislik harikalarının çoğu, kirişli kolonlar olmadan mümkün olmazdı.
Bu yazıda kiriş sütunlarına bakıp ne olduklarından, nasıl çalıştıklarından ve neden önemli olduklarından bahsedeceğim.
Bu gönderi, ister yeni bir mühendislik öğrencisi olun, ister yeni bir şeyler öğrenmek isteyen deneyimli bir mühendis olun, herkes içindir.
Öyleyse başlayalım ve kiriş kolonlarının ne olduğunu ve ne işe yaradığını öğrenelim.
giriiş
Resmi tanımlama:
Yapısal bir eleman aynı anda eksenel yüke ve yanal kuvvetler veya uzunlamasına yükün eksantrikliği tarafından üretilen eğilme momentlerine tabi tutulur.
Kiriş kolonu, binaları, köprüleri ve diğer yapıları desteklemek için kullanılan mühendisliğin önemli bir parçasıdır.
Bu yazıda, mühendislikte ve bina projelerinde kiriş kolonlarının kullanıldığı farklı yollara bakacağız.
Kolon kirişi nedir?
Bir kiriş kolonu, uzun ekseni üzerindeki yüklere dayanacak şekilde yapılmış yapısal bir elemandır.
Sıkıştırma elemanı olarak adlandırılabilir, yani sıkıştırıldığında ağırlığın çoğu üzerine biner.
Bir kiriş kolonu, kirişlerin, duvarların, levhaların ve diğer yapıların ağırlığını taşıyabilir.
Kiriş Kolon Çeşitleri
Mühendislikte kullanılan birçok farklı türde kiriş kolonu vardır.
Haddelenmiş çelik kiriş kolonları, çelik konstrüksiyonda kullanılan yaygın bir kolon türüdür.
Çelik levhaların birbirine bastırıldığında yükleri tutabilecek bir şekle haddelenmesiyle yapılır.
- Betonarme Kirişli Kolon: Bu tip kiriş kolonu betondan imal edilmiş ve çelik çubuklarla güçlendirilmiştir.
Betonarme ile inşa etmek için kullanılır ve ağır şeyleri taşımak için harika bir yoldur.
- Ahşap kiriş kolonu: Bu tip kiriş kolonu ahşaptan yapılmıştır ve genellikle konut inşaatlarında kullanılmaktadır.
- Kompozit kiriş kolon: Bu tip kiriş kolon, daha güçlü ve daha dayanıklı bir yapı oluşturmak için çelik ve beton gibi iki veya daha fazla malzemenin birleştirilmesiyle yapılır.
Kiriş sütunu size her şeyi verirken neden daha azıyla yetinesiniz ki?
Hala anlamak zor mu? Biraz bakış açısını değiştirelim:
Her seferinde yalnızca bir şey yapabilen sıkıcı, düz kirişlerden bıktınız mı? Kiriş kolonundan başka yere bakmayın! Her şeyi yapan bir üye kullanabilecekken neden basit, tek boyutlu bir kiriş kullanasınız ki?
Evet, kiriş kolonu, hem eksenel yükleri hem de eğilme momentlerini kolayca kaldırabildiği için yapı mühendisliğinin en başarılısıdır.
Öyleyse, hepsine sahip olabilecekken neden sadece bir tür yük seçesiniz? Çok yönlü kiriş kolonu ile uzunlamasına yükün tuhaflığını kucaklayabilir ve hayatınıza biraz yanal kuvvet katabilirsiniz.
Tamam, bu sadece bir TV reklamı gibi görünmek için yapılmış bir şakaydı.
Şimdi açıklamaya geri dönelim.
Kiriş-Kolonlarda Kullanılan Malzemeler
Kiriş kolonları, diğer şeylerin yanı sıra taş, ahşap, beton veya çelikten yapılabilir.
Bununla birlikte, modern inşaatta, güçlü ve sert oldukları için H-şekilli çelik kolonlar sıklıkla kullanılmaktadır.
H-biçimli kolonun daha uzun flanş kenarları orta ağ parçasından daha kalındır, bu da sıkıştırma kuvvetlerine daha iyi direnç göstermesini sağlar.
Modern binalar da genellikle betonarme kiriş ve kolon sistemleri tarafından tutulur.
Tanım ve farklılıklar
Kiriş ve Kolon Tanımı
Kiriş, eğilerek yüklere dayanacak şekilde yapılmış bir yapı parçasıdır.
Genellikle düzdür ve uçlarından veya uzunluğu boyunca tutulur.
Çoğu kat, çatı ve köprü kirişler tarafından tutulur.
Öte yandan, kolon, bir binanın çoğunlukla basınç yüklerine dayanacak şekilde yapılmış dikey bir parçasıdır.
Genellikle bir binayı veya başka bir yapıyı tutmak ve ağırlığı temele taşımak için kullanılır.
Kiriş ve Kolon Arasındaki Farklar
Kirişler ve kolonlar arasında birkaç temel fark vardır.
- Yük taşıma kapasitesi: Kirişler çoğunlukla eğilmiş yükleri taşımak için yapılırken, kolonlar çoğunlukla sıkıştırılmış yükleri taşımak için yapılır.
Bu nedenle, kirişler büküldüğünde daha güçlü ve sıkıştırıldığında daha zayıf olma eğilimindeyken, kolonlar sıkıştırıldığında daha güçlü ve büküldüğünde daha zayıf olma eğilimindedir.
- Yönlendirme: Kirişler genellikle yanda, sütunlar ise genellikle üsttedir.
- Destek koşulları: Kirişler genellikle uçlarından veya uzunlukları boyunca desteklenirken, kolonlar genellikle tabanlarından ve üstlerinden desteklenir.
- Kesit şekli: Kirişler genellikle kare, dairesel veya I şeklindeyken kolonlar genellikle kare, dairesel veya dikdörtgen şeklindedir.
Temel Kavramlar ve Farklılıklar
Bir kiriş kolonu, hem eksenel hem de eğilme yüklerini kaldıracak şekilde yapılmış bir bina parçasıdır.
Ağır yüklerin yapıdan temele taşınması gerektiğinde kullanılır.
Kiriş kolonu alt yapıdan üst yapıya gider.
Ağırlığın binanın tepesinden temele taşınmasının önemli bir parçasıdır.
Kiriş Kolonları, Kirişler ve Kolonlar Arasındaki Farklar
Kiriş kolonları, kirişler ve kolonlar arasındaki en önemli farklar şunlardır:
- Yük taşıma kapasitesi: Hem eksenel hem de eğilme yüklerini taşımak için bir kiriş kolon yapılırken, bir kiriş çoğunlukla eğilme yüklerini taşımak için yapılır ve bir kolon çoğunlukla eksenel yükleri taşımak için yapılır.
Bir kolon, dikey bir sıkıştırma elemanı iken, bir kiriş yatay bir sıkıştırma elemanıdır.
Bir kiriş sütunu, temeli yatay veya dikey olabilen üst katmana bağlar.
Enine kesit şekli açısından, bir kolon genellikle kare, dairesel veya dikdörtgen iken, bir kiriş genellikle kare, dairesel veya I-şekillidir.
Bir kiriş kolonunun enine kesiti herhangi bir şekilde olabilir, ancak genellikle kare ve yuvarlak şekillerin bir karışımıdır.
- Kullanım: Kirişler çoğunlukla zeminleri, çatıları ve köprüleri desteklemek için kullanılırken, kolonlar çoğunlukla bir binanın veya diğer yapıların ağırlığını desteklemek için kullanılır.
Hem eksenel hem de eğilme yüklerini temele aktarması gereken yapılarda kiriş kolonlar kullanılmaktadır.
Kiriş-kolon bağlantısı
Kiriş-kolon bağlantıları, kirişleri ve kolonları bir yapı içinde bir arada tutar.
Bu yazıda, farklı tipteki kiriş-kolon bağlantılarına ve bunların bir binayı güvenli ve sağlam tutmaya nasıl yardımcı olduğuna bakacağız.
Kiriş-Kolon Bağlantı Tipleri
Bağlantının ne kadar rijit olduğuna bağlı olarak, iki ana tip kiriş-kolon bağlantısı vardır: esnek bağlantılar ve rijit bağlantılar.
- Esnek Bağlantı: Basit bağlantı veya pinli bağlantı olarak da adlandırılan esnek bağlantıda, bağlı parçalar arasında moment aktarımı yoktur.
Eksenel veya kesme kuvvetlerini hareket ettirir, ancak momentleri değil.
Esnek bağlantılar genellikle kirişler ve kolonlar arasındaki bağlantıların küçük bükülmeler veya dönüşlerle uğraşmak zorunda olduğu yapılarda kullanılır.
- Rijit Bağlantı: Moment dirençli veya sabit bağlantı olarak da adlandırılan rijit bağlantı, bağlı parçalar arasında hem kesme hem de moment aktarır.
Bir kiriş ve bir kolon arasındaki bağlantının büyük burulmaları veya burulma kuvvetlerini karşılaması gerektiğinde rijit bağlantılar kullanılır.
Özel Bağlantılar
Eğik derzler, eksantrik kirişlerin kolonlara ve kolon gövdelerine birleşimler için basit bağlantılar kullanılabilir.
Bu bağlantılar özel olarak kabul edilir.
Kiriş bölümlerini küçülterek, basit bağlantılar birbirine bağlanmaya karşı daha fazla dirence sahip olabilir.
Bu, kiriş ağında delikler açılarak veya kiriş flanşlarının bir kısmı (küçültülmüş ağ bölümü) kesilerek yapılabilir.
Kiriş-Kolon Bağlantı Tasarımını Etkileyen Faktörler
Kullanılan kiriş-kolon bağlantısının türü, yapının taşıyabileceği ağırlık miktarı, yapısal tasarım gereklilikleri ve malzemelerin özellikleri gibi birçok şeye bağlıdır.
Kiriş-kolon bağlantılarının nasıl yapıldığını etkileyen şeylerden bazıları şunlardır:
- Yük Kapasitesi: Kiriş-kolon bağlantısının, üzerine etki etmesi muhtemel kuvvet ve momentlere karşı dayanacak yeterli yük kapasitesi olmalıdır.
- Yapısal Tasarım Gereksinimleri: Kiriş-kolon birleşim tasarımı, yapısal tasarım için yapı yönetmeliği ve proje şartnamelerine uygun olmalıdır.
- Malzeme Özellikleri: Tasarım, kiriş-kolon bağlantısında kullanılan malzemelerin mukavemet ve rijitliklerini dikkate almalıdır.
Maksimum moment ve tasarım
Yapısal tasarımda, bir yapının eğilme momentlerine direnme yeteneği, yapının kararlı kalmasını sağlamanın önemli bir parçasıdır.
Maksimum Moment
Bir kirişin ne kadar bükülebileceğini bulmak için eğilme momenti denklemleri ve formülleri kullanılır.
Maksimum moment, bir yapının belirli bir yük durumu altında sahip olabileceği en yüksek momenttir.
Tasarım için en önemli durumun her zaman maksimum an olmayabileceğini unutmamak önemlidir.
Eğilme ve eksenel ya da burulma kuvvetlerinin nasıl etkileşime girdiğine bağlı olarak, daha düşük bir moment değerine sahip farklı bir yük durumu, tasarım için en önemli durum olarak bildirilebilir.
Tasarım Anları
Tasarım anları ve maksimum anlar aynı şey değildir.
Tasarım momentleri, kod gereklilikleri ve güvenlik faktörlerine bakılarak, maksimum momentler ise bir analizin sonuçlarına bakılarak belirlenir.
Tasarım anları, kodun söylediğine göre malzemenin özellikleri, güvenlik faktörleri ve yük kombinasyonları gibi şeyleri hesaba katar.
Tasarım anları, yapının üzerine binen yükleri kaldırabileceğinden ve güvenlik için yeterli alana sahip olduğundan emin olmak için çok önemlidir.
Tasarım anını anlamak için aşağıdakileri göz önünde bulundurun:
- Malzeme Özellikleri: Tasarım momenti hesaplanırken kirişin akma dayanımı ve elastisite modülü dikkate alınır.
- Yük Kombinasyonları: Tasarım momenti, bina yönetmeliğinin farklı yük kombinasyonları listesi kullanılarak hesaplanır.
- Güvenlik Faktörleri: Tasarım momenti, yapının beklenen maksimum yüklerin üzerindeki ve ötesindeki yükleri kaldırabilmesini sağlamak için güvenlik faktörlerini içerir.
Kiriş Kolonları Tasarlamak
Kiriş kolonları, hem uzunlukları boyunca sıkıştırılmış hem de genişlikleri boyunca bükülen yapısal elemanlardır.
Binalarda, ağırlığı yukarıdaki kirişten temele taşımak için kullanılırlar.
Bir kiriş kolonu tasarlamak için, üzerinde ne kadar ağırlık olduğunu ve ne kadar büyük olduğunu bulmanız gerekir.
Bunu Autodesk Inventor'ın Kiriş/Kolon Hesaplayıcısı gibi bir yazılımla veya inşaat mühendisliği ders kitaplarından veya CivilJungle.com ya da Civiconcepts.com gibi web sitelerinden elde edilen formülleri kullanarak yapabilirsiniz.
Kiriş kolonu üzerindeki yüklerin hesaplanması
Bir kiriş-kolon yapısı oluşturmanın ilk adımı, kirişe ve kolona ne kadar ağırlık verildiğini bulmaktır.
Çoğu zaman yükler kolonlara uçlarından bindirilir ve bu da eksenel basma gerilmelerine neden olur.
Bazen, eksenel kuvvetler, enine kuvvetler ve eğilme momentlerinin tümü bir kolon (örn. Kiriş kolonları) üzerinde etkili olabilir.
Gerçek yük dağılımını kirişin uzunluğuna bölerek, düzgün dağılmış yükü metre başına kilonewton cinsinden bulabilirsiniz.
Kiriş ve kolon boyutunun hesaplanması
Kiriş kolonunda ne kadar ağırlık olduğunu bulduktan sonra, her birinin ağırlığına bağlı olarak kiriş ve kolonun ne kadar büyük olması gerektiğini bulmanız gerekir.
Örneğin, 230 mm x 450 mm'lik bir kiriş için, döşeme kalınlığı hariç beton hacmi 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3 ve ağırlığı 0,138 x 2400 = 333 kg olacaktır.
Aynı şekilde, uzunluğu genellikle en küçük kesit genişliğinin üç katı olan bir kolonun toplam ağırlığı, tüm parçalarının ağırlıkları toplanarak bulunabilir.
Kiriş-Kolon Bağlantısı
Kiriş-kolon bağlantısı, bir binada bir kiriş ve bir kolonun bir araya geldiği yerdir.
Derz ve derze bitişik olan kiriş, kolon ve döşeme parçalarından oluşur.
Bağlantının ne kadar rijit olduğuna bağlı olarak, farklı tipte kiriş-kolon bağlantıları vardır.
Basit veya pimli bağlantı olarak da adlandırılan esnek bir bağlantı, kesme veya eksenel kuvveti aktarır ancak momentleri aktarmaz.
Moment dirençli bağlantı veya sabit bağlantı olarak da adlandırılan rijit bir bağlantı, bağlı parçalar arasında hem kesmeyi hem de momenti hareket ettirir.
Eğik derzler, eksantrik kirişlerin kolonlara ve kolon gövdelerine birleşimler için basit bağlantılar kullanılabilir.
Maksimum Eğilme Momenti
Bir kiriş kolonuna bir dış kuvvet uygulandığında, bükülmesine ve sonunda kırılmasına neden olduğunda, bu, bükülme momentinin en yüksek olduğu zamandır.
Sürekli bir kirişi tutmak için pimli destekler kullanıldığında, ara desteklerde asılma momentleri ve açıklıklarda sarkma momentleri meydana gelir.
Ara desteklere çok yakın kontrafleksiyon noktalarıdır.
Maksimum moment noktasının, daha büyük birincil momentin uygulandığı yer olması mümkündür.
Tasarım Momentleri ve Maksimum Momentler
Tasarım momentleri, kod gereklilikleri ve güvenlik faktörlerine bakılarak, maksimum momentler ise bir analizin sonuçlarına bakılarak belirlenir.
Momentler tasarlanırken malzemenin özellikleri, güvenlik faktörleri ve yük kombinasyonları gibi pek çok şey dikkate alınır.
Maksimum momentler, güvenlik veya kod gerekliliklerini değil, yalnızca bir yapıya uygulanan yükleri dikkate alır.
Narinlik Oranı
İnşaat mühendisliğinde narinlik oranı, bir kolonun uzunluğu ile en küçük yan boyutu arasındaki orandır.
Bunu anlamak için kolonun etkin uzunluğunu dönme yarıçapına bölün.
Narinlik oranı, bir kolonun bükülmeden önce ne kadar ağırlık taşıyabileceğini bulmak için kullanılır.
Narinlik oranı 12'den küçük veya eşit ise kolonlar kısa kabul edilir.
12'den fazla ise sütunlar uzun veya ince kabul edilir.
Kısa sütunlar uzunlukları ve genişlikleri tarafından kontrol edilirken, uzun, ince sütunlar uzunluk ve genişlik oranları tarafından kontrol edilir.
Kiriş/Kolon Birleşimleri
İpucu: Gerekirse altyazı düğmesini açın. Konuşulan dile aşina değilseniz, ayarlar düğmesinde "otomatik çeviri"yi seçin. En sevdiğiniz dil çeviri için uygun hale gelmeden önce videonun diline tıklamanız gerekebilir.
Kiriş kolonu kullanımları
Köprüler:
Kiriş kolonları, rüzgar ve depremlerin neden olduğu yan kuvvetlerin yanı sıra araç ağırlığından kaynaklanan eğilme momentlerini kaldırabildikleri için genellikle köprü yapımında kullanılır.
Ayrıca farklı açıklıklara ve yüklere uyacak şekilde üretilebilirler, bu da onları hem kısa açıklıklı hem de uzun açıklıklı köprüler için iyi bir seçim haline getirir.
Büyük, yüksek binalar:
Kiriş kolonları, ağır ağırlıkları taşıyabilmeleri ve rüzgar ve deprem kuvvetlerine dayanabilmeleri nedeniyle genellikle yüksek binalarda kullanılır.
Farklı uzunluk ve çaplarda yapılabildikleri için yüksek binalar için de harikadırlar.
Bu, ağırlığın daha eşit dağılmasına yardımcı olur ve binayı bir bütün olarak daha sağlam hale getirir.
Endüstriyel yapılar:
Ağır ekipman ve makineleri taşıyabildikleri için, kiriş kolonları genellikle fabrika ve depo gibi endüstriyel binalarda kullanılır.
Bu tür binalarda, kiriş kolonları genellikle çatı makaslarını desteklemek ve ağırlığı çatıdan temele taşımak için kullanılır.
Konut yapıları:
Kiriş kolonlar ayrıca konut yapılarında özellikle bodrum katlarının duvar ve temellerinde kullanılmaktadır.
Açık kat planlarında üst katların sabit kalmasına yardımcı olmak için destek kolonları olarak da kullanılabilirler.
Altyapı projeleri:
Kiriş kolonlar tünel, baraj, istinat duvarı gibi altyapı projelerinde sıklıkla kullanılmaktadır.
Tünellerde kiriş kolonları çatıyı ve duvarları tutar.
Barajlarda, suyun ağırlığının yapı boyunca eşit olarak dağılmasına yardımcı olurlar.
İstinat duvarlarında zemin basıncı ve sudan kaynaklanan yan kuvvetleri durdurmak için kiriş kolonlar kullanılabilir.
Çözüm
Kiriş kolonlara bakışımızı tamamlarken, bu yapı parçalarının mühendislik dünyasında çok önemli olduğu açıktır.
Binalarımızın temellerinden şehirlerimizi birbirine bağlayan yollara kadar, kiriş kolonlar her gün kullandığımız birçok yapıya ihtiyaç duydukları desteği ve sağlamlığı sağlıyor.
Ancak kiriş sütunları da ilgi çekicidir çünkü bize biçim ve işlevin birlikte nasıl çalıştığına dair benzersiz bir bakış sunarlar.
Bir kiriş kolonunun nasıl yapıldığı ve yerine yerleştirildiği, bir binanın bir bütün olarak nasıl göründüğü ve nasıl hissettirdiği üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir.
Bu nedenle kiriş kolonları sadece faydalı araçlar olarak değil, aynı zamanda bir sanat ve bilim olarak mühendisliğin önemli bir parçası olarak düşünebiliriz.
Bir dahaki sefere bir gökdelenin yanından geçtiğinizde veya bir köprüden geçtiğinizde, her şeyi mümkün kılmaya yardımcı olan basit kiriş sütununu takdir etmek için bir dakikanızı ayırın.
Bağlantılar ve referanslar
Çelik Kolonların veya Basınç Elemanlarının Tasarımına Giriş
Çelik ile Detay Bina
Betonun Yapısal Kullanımı
Paylaş…
