CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE CAMIN …imoistanbul.org/imoarsiv/seminer-notlari-nisan-2017/...BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASI CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE HESAP ESASLARI,

1

Mehmet Burak Yılmaz

Dr. İnş. Müh.

[email protected]

TMMOB İMO İSTANBUL ŞUBESİ 2017 YILI (ŞB-1) MESLEK İÇİ EĞİTİM SEMİNERLERİ

CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE HESAP ESASLARI

04.05.2017 Karaköy

1


UYGUN CAM SEÇİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

NELERDİR?

BİNA CEPHE CAMLARININ KIRILMAMASI İÇİN

GÖRELİ KAT ÖTELEMESİ NE OLMALIDIR?

CAMIN KIRILMA DAYANIMI KAÇ

MPa’DIR?

CAMIN KIRILMA SONRASI

PERFORMANSI ARTTIRILABİLİR Mİ?

CAM ELEMANLARIN DAYANIMINI BELİRLEMEK İÇİN BİR HESAP YÖNTEMİ

VAR MIDIR?

CAM İÇİN BİR HESAP YÖNTEMİ VARSA CAM

SİSTEMLERDE DAYANIM HESABINI KİM YAPMALI?HESAP ESASLARINI

İÇEREN ULUSLARARASI BİR ŞARTNAME

MEVCUT MUDUR?

CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE HESAP ESASLARI, Dr. İnş. Müh. M. Burak Yılmaz 2


GÖRSEL

YERDEN ONLARCA METRE YÜKSEKLİKTE CAM DÖŞEMELİ BİR KÖPRÜDE NE KADAR GÜVENDE OLABİLİRSİNİZ?


Estetik ve Konfor

Dış yansıma (şeffaflık)

İç yansıma (şeffaflık)

Günışığı

Güneş kontrolü

Işık filtresi

Termal konfor

Dayanım (iç ve dış yükler)

Durabilite

Güvenlik

Patlamaya ve kurşun etkisine karşı dayanım (özel durum)

Ses İzolasyonu

Yangın Dayanımı

ısı kaybıısı kazanımıyoğuşma

GÖRSEL

TERMAL

MEKANİK

DİĞER

Cam seçimini etkileyen faktörler

CAMIN YAPILARDA KULLANIMI


2


KAPLAMA ELEMANI

TAŞIYICI ELEMAN

Giydirme Cephe Kaplamaları

Cam Önüretimli panelMetal Diğer

• Noktasal tutuculu -metal/BA taşıyıcılı• Noktasal tutuculu -kablo taşıyıcılı

Çerçevesiz G.C.

• Çubuk (stick) sistem • Panel (unitized) sistem

Çerçeveli G.C.

• kiriş, kolon, plak (plate), levha (membrane), kabuk (shell)


CAMIN YAPILARDA KULLANIMIDOLGU ELEMANI



Çerç

eve

li G

.C.

Çubuk (stick) sistem

imalat sırasında

Çerç

eve

siz

G.C

.

Noktasal tutuculu -metal/BA taşıyıcılı

Noktasal tutuculu -kablo taşıyıcılıPanel (unitized) sistem

DOLGU ELEMANI



imalat sırasında

TAŞIYICI ELEMAN


3


imalat sırasında

TAŞIYICI ELEMAN



imalat sırasında

TAŞIYICI ELEMAN



imalat sırasında

TAŞIYICI ELEMAN



imalat sırasında

TAŞIYICI ELEMAN


4

HESAP ESASLARI

1. MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİ2. TEMEL TASARIM İLKELERİ3. İKİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASI4. BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASI


HESAP ESASLARI

Malzeme Formül Karışım Yüzdesi

Silikat SiO2 69-74%

Kireç CaO 5-14%

Soda Na2O 10-16%

Magnezyum oksit MgO 0-6%

Alüminyum oksit AL2O3 0-3%

Soda-kireç-silikat camı tipik karışımı (TS EN 572-1)

EN 572-2 Yüzdürme (float) camEN 572-3 Parlatılmış telli camEN 572-4 Çekme düz camEN 572-5 Desenli camEN 572-6 Desenli telli camEN 572-7 Telli veya telsiz kanal şekilli camEN 572-8 Piyasaya arz boyutları ve son kesim boyutlarıEN 572-9 Uygunluk değerlendirilmesi/mamul standardı

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİ*[1]


HESAP ESASLARI

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİ

Günümüzde kullanılan cam biçimlendirme yöntemlerinden float (yüzdürme) yöntemi

Karışım Eritme (havuz fırını) Yüzdürme havuzu

Erimiş kalayErimiş cam

Tavlama fırını Kesim

Nominal kalınlık: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 (25*) mmStandard plaka boyutu: 6 m x 3.21 mStandard dışı plaka 25m (Çin)


HESAP ESASLARI


GÖRSEL

FLOAT CAM ÜRETİMİ


5

HESAP ESASLARI


• boy 2 – 4 mm• gönye 2 – 4 mm• float cam kalınlığı – tabloya bakınız• delik çapı 0,5 mm• delik konumu 0,5 – 2 mm

Nominal kalınlık (mm) Tolerans (mm)

2 - 6 mm ± 0,2 mm

8 - 12 mm ± 0,3 mm

15 mm ± 0,5 mm

19 - 25 mm ± 1,0 mm

İmalat Toleransları TS EN 12150-1 *[2]


HESAP ESASLARI

Kenar Kalitesi TS EN 12150-1


KENAR KALİTESİ KENAR ŞEKLİ

İşlenmemiş, kesim: keskin kenarlı

Çapağı alınmış: keskin kenarları kırılmış ya da taşlama ile pahlanmış Kaba traşlanmış kenarlı

Düzgün traşlanmış kenarlı

Parlatılmış kenarlı

Kenar işleminin dayanıma etkisi için bkz. Maria Lindqvist PhD. 2013 [21]

*[2]


HESAP ESASLARI



KENAR KALİTESİ

İşlenmemiş, kesim: keskin kenarlı

Çapağı alınmış: keskin kenarları kırılmış ya da taşlama ile pahlanmış Kaba traşlanmış kenarlı

Düzgün traşlanmış kenarlı

Parlatılmış kenarlı


HESAP ESASLARI




6

HESAP ESASLARI

Delik delme


Fotoğraf Kaynağı: Sustainable Constructions under Natural Hazards and Catastrophic Events 520121-1-2011-1-CZ-ERA MUNDUS-EMMC


HESAP ESASLARI

Delik delme (GENEL KURALLAR)


Fotoğraf Kaynağı: Guardian GlassTime, Standards, guidelines, tips

Delik çapı cam kalınlığından büyük olmalıDelikten kenara temiz mesafe en az cam kalınlığının iki katı olmalıDelikten köşeye temiz mesafe en az cam kalınlığının altı katı olmalı


HESAP ESASLARI

Camın Dayanımının Arttırılması


Eğilme dayanımlarına göre camların sınıflandırılması:

• tavlanmış cam (annealed) fb,k=45Mpa

• yarı temper cam (half tempered, heat strengthened) fb,k=70Mpa

• tam temper cam (fully tempered, thermally toughned) fb,k=120Mpa

• kimyasal temperli cam (chemically strengthened) fb,k=150Mpa

yarı temper tam temper Kimyasal temper

çekmebasınç


HESAP ESASLARI



GÖRSELKİMYASAL TEMPERLİ CAM DENEYİ-1


7

HESAP ESASLARI



GÖRSELKİMYASAL TEMPERLİ CAM DENEYİ-2


HESAP ESASLARI

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİCamların kırılma tipleri *[3]


HESAP ESASLARI

Camda Kırılma Sebepleri


termal kırılma Sert cisim çapması yumşak cisim çapması

2 kenarı tutulu cam, düşük yük etkisi

2 kenarı tutulu cam, yüksek yük etkisi

Kenarda sert nokta Nikel sülfür kalıntıları

4 kenarı tutulu cam, düşük yük etkisi

4 kenarı tutulu cam, yüksek yük etkisi

*[3]


HESAP ESASLARI

Cam Üniteleri

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİ*[3]


8

HESAP ESASLARI

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİAra katman tipleri

Polyvinyl butyral (PVB)Ionoplast PolymersEthylene Vinyl Acetate (Cross-Linked EVA)Cast in Place (CIP) liquid resinThermoplastic polyurethane (TPU)

Thermoplastics: Relatively weak intermolecular forces hold molecules together in a thermoplastic. The material softens when exposed to heat, but returns to its original condition when cooled. Can be repeatedly softened by heating and then solidified by cooling, for improved performance. (linear and slightly branched polymers)Elastomers: Rubbery polymers that can be stretched easily to several times theirunstretched length and which rapidly return to their original dimensions. (cross-linked with low cross-link density)Termosets: Solidify or “set” irreversibly when heated and further heating cannot reshape the material. (3D networked polymers with high degree of cross-linking)

*[4]


HESAP ESASLARI

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİAra katman tipleri

Polyvinyl butyral (PVB)

*[4]


HESAP ESASLARI

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİIsı Cam *[4]


HESAP ESASLARI

1-MALZEME VE ÜRÜN ÖZELLİKLERİIsı Cam

iletimtaşınım

ışıma*[4]


9

HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİ

*[1,5]

Dayanım


HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİDayanım

Camın teorik çekme gerilmesi 5000~8000MPa arasındadır. Ancak yüzey kusurları sebebiyle gerçek dayanımı çok daha düşüktür. Cam sünek bir malzeme olmadığı için yüzeyindeki üretim ve işlenme sebebiyle mevcut çatlaklardaki büyük gerilme yığılmaları tekrar dağılıma uğrayamaz. Bu sebeple tavlanmış camın eğilme dayanımı 30~80MPa arasındadır

*[4]


HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİDayanım *[4]


HESAP ESASLARI



10

HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİDayanım

Cam dayanımı birçok etkene bağlıdır:

• yüzey durumu (çatlakların boyutları)

• imalat yüzeyi (alt, üst): erimiş kalay ve hava tarafındaki yüzeyler üretildiğinde farklı dayanım gösterir ancak zamanla bu fark azalır.

• yüzey alanı

• yükleme süresi

• çevresel koşullar

*[4,6,7]


HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİEN1288Dayanım Testleri

Dört nokta eğilmesi deneyi

Çift halka deneyi

*[8]


HESAP ESASLARI


*[5]

Tasarımda Dikkate Alınan Dayanım

,

,

R k

R d mod n

m A

ff k

k

prEN13474


11

HESAP ESASLARI


*[9]

prEN16612



HESAP ESASLARI


*[10]



HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİAra katmanlı camlar – lamine camlar

*[11]

Lamine camlarda ara katman olarak en çok kullanılan PVB viskoelastik bir malzemedir. Kayma modülü sıcaklık ve yükün etkime süresine göre farklılık gösterir. Kayma modülü ne kadar yüksekse iki camım kompozit çalışma etkisi o kadar artar.


HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİAra katmanlı camlar – lamine camlar

*[10]


12

HESAP ESASLARI


*[12]

Yükler

Cephe sistemlerinin direnç göstermesi gereken yükler aşağıda özetlenmiştir (EN 13830):

• zati yükler (EN 1991-1-1)

• hareketli yükler (EN 1991-1-1)

• kar yükleri, (EN 1991-1-3)

• rüzgar yükleri (EN 1991-1-4)

• deprem yükleri (EN 1998-1, TDY Denk 2.21)

• çarpma yükleri (EN 12600)

• bina hareketleri ve ısıl yükler

• diğer yükler (patlama, termal gerilmeler)


Mimari camların yeterli bir deprem performansı göstermesini hedeflemenin iki önemli sebebi:

• İnsanların düşen camlardan dolayı yaralanmasını veya can kayıplarını önlemek

• Binanın servis dışı kalmasından ve tamirattan dolayı oluşacak maliyeti düşürmek

*[13]

HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİYükler

DEPREM YÜKLERİ


*[14]

• 0.01 cm/s statik yük altında yük-deplasman ilişkisi

HESAP ESASLARI


DEPREM YÜKLERİ


Çerçeveli cam giydirme cephelerde, cam düzlemine dik (rüzgar yükü gibi) deprem yüklerinin yanı sıra -kat ötelenmesinden kaynaklanan- cam düzlemi içinde etkiler de oluşur.

• Cephelerde düzlem içi ve düzlem dışı deprem yükleri

*[15] Denklem 2.21

HESAP ESASLARI


DEPREM YÜKLERİ


13

ASCE7-05’e göre[16]

HESAP ESASLARI


DEPREM YÜKLERİ

CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE HESAP ESASLARI, Dr. İnş. Müh. M. Burak Yılmaz 49 *[17]

• Cephelerde düzlem içi deplasman şartları:

HESAP ESASLARI


DEPREM YÜKLERİ


(AAMA 501.6-09 )[18]

HESAP ESASLARI


DEPREM YÜKLERİ


HESAP ESASLARI

2-TEMEL TASARIM İLKELERİYükler %2.50 drift

GÖRSEL

DEPREM DENEYİ-1

DEPREM YÜKLERİ


14

HESAP ESASLARI


GÖRSEL

DEPREM DENEYİ-2

DEPREM YÜKLERİ


HESAP ESASLARI


DEPREM YÜKLERİ

GÖRSEL

DEPREM DENEYİ-3


(TS EN 12600’e göre)

[19]

HESAP ESASLARI


ÇARPMA YÜKLERİ


(TS EN 356’ya göre)

[20]

HESAP ESASLARI


DARBE YÜKLERİ


15

HESAP ESASLARI


*[12]

Performans Kriterleri

EN 13830


HESAP ESASLARI

3-İKİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASI

Isı Camlar[4,5]


HESAP ESASLARI

3-İKİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIIsı Camlar

[5]


HESAP ESASLARI


PROBLEM GEOMETRİ A(mm) B(mm) Açı(o)

Dış cam

(mm)

Hava

boşluğu

(mm)

İç cam

(mm)

Yük

(kN/m2)

Gerilme

hesabı için

yük çarpanı

Sehim

(mm)

Gerilme

(Mpa)

Sehim

(mm)

Gerilme

(Mpa)

Sehim

fark

Gerilme

fark

B-1 DİKDÖRTGEN 2000 1000 90 6 - - 0.5 1.5 3.72 11.88 3.81 12.56 -0.02 -0.06

B-2 DİKDÖRTGEN 2000 1000 90 6 - - 1 1.5 7.31 21.29 7.61 25.12 -0.04 -0.18

B-3 DİKDÖRTGEN 2000 1000 90 6 - - 2 1.5 12.53 34.28 15.32 50.23 -0.22 -0.47

W-GLASS LİNEER


16

HESAP ESASLARI


PROBLEM GEOMETRİ A(mm) B(mm) Açı(o)

Dış cam

(mm)

Hava

boşluğu

(mm)

İç cam

(mm)

Yük

(kN/m2)

Gerilme

hesabı için

yük çarpanı

Sehim

(mm)

Gerilme

(Mpa)

Sehim

(mm)

Gerilme

(Mpa)

Sehim

fark

Gerilme

fark

B-1 DİKDÖRTGEN 2000 1000 90 6 16 6 0.5 1.5 1.93 6.31 1.95 6.43 -0.01 -0.02

B-2 DİKDÖRTGEN 2000 1000 90 6 16 6 1 1.5 3.81 12.14 3.9 12.27 -0.02 -0.01

B-3 DİKDÖRTGEN 2000 1000 90 6 16 6 2 1.5 7.27 21.67 7.79 25.7 -0.07 -0.19

W-GLASS LİNEAR


HESAP ESASLARI

3-İKİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIIsı Camlar [4,5]


HESAP ESASLARI

3-İKİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIIsı Camlar - Örnek


HESAP ESASLARI



17

HESAP ESASLARI


DL:Dead Load SL:Snow Load ALS:Altitude Summer ALW:Altitude Winter CLS:Climate Summer CLW:Climate Winter WLP:Wind Load Pressure WLS:Wind Load SunctionSLS:Servicebility Limit State ULS:Ultimate Limit State

prEN 13474


HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIKİRİŞLER [4]


HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIKİRİŞLER [4]


18

HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIHİBRİT KİRİŞLER [4]


HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIHİBRİT KİRİŞLER

L aϕ = 9000 mm frodaj 40 Mpa

h= 400 mm Gk 1.6 Mpa

b= 30 mm bk= 30 mm

bsteel 30 mm tk= 10 mm

hsteel= 50 mm KK= 4.8 Mpa

hcam= 280 mm Ea= 200000 MPa

Iy,eff= 625000 19208000 17628244.1 Eg= 70000 MPa

flanges web flanges k= 8

Iy,eff= 37461244 γ= 0.116071

Iy,glass= 160000000

% 0.23413278 WL 0.8 kN/m2

b 4.5 m

MRd,eff= 30.5806074 ΔMAX 46.91

MRd,glass= 32

L aϕ = 9000 mm frodaj 40 Mpa

h= 400 mm Gk 1.6 Mpa

b= 30 mm bk= 30 mm

bsteel 80 mm tk= 10 mm

hsteel= 20 mm KK= 4.8 Mpa

hcam= 340 mm Ea= 200000 MPa

Iy,eff= 106666.667 34391000 34877391.1 Eg= 70000 MPa

flanges web flanges k= 3

Iy,eff= 69375058 γ= 0.247147

Iy,glass= 160000000

% 0.43359411 WL 0.8 kN/m2

b 4.5 m

MRd,eff= 46.6386943 ΔMAX 25.33

MRd,glass= 32

Hibrit kirişlerde çelik başlıkların gövdeden geniş olması durumu eğilme kapasitesi ve rijitliği arttırmaktadır.


HESAP ESASLARI



19

HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASITASARIM VERİLERİ [22]


HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



20

HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



21

HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



22

HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIÇÖZÜMLÜ PROBLEMLER – CAM KORKULUK


HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



23

HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIÇÖZÜMLÜ PROBLEMLER – CAM DÖŞEME


HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



24

HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI

4-BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASIÇÖZÜMLÜ PROBLEMLER – CAM KİRİŞ


25

HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



HESAP ESASLARI



TEŞEKKÜRLER

• Sunuma yorum ve katkıları için CWG Danışmanlık’tan Sn. Salih Sekban’a teşekkürlerimizi sunuyoruz.

• Isıcamlar için paylaştıkları yazılım doğrulama örnek çözümleri sebebiyle MACROSTATIC’e teşekkür ederiz.


26

Kaynaklar[1] TS EN 572-1 Cam yapılarda kullanılan temel soda kireç silikat cam ürünler kısım

1: Tarifler ve genel fiziksel ve mekanik özellikler

[2] TS EN 12150-1 Cam- Yapılarda kullanılan- Termal olarak temperlenmiş, soda kireç silikat emniyet camı- Bölüm 1: Tarifler- Açıklamalar

[3] Haldimann, M., Luible, A., Overend., Structural Use of Glass, IABSE, Switzerland ,2008

[4] COST European Erasmus Mundus Master Course Sustainable Constructions under Natural Hazards and Catastrophic Events, CTU in Prague, Ders Notları

[5] prEN 13474-1(1999)/2(2000) Design of Glass Panes

[6] Overend et al., “Diagnostic Interpretation of Glass Failure” Structural Engineering International 2/2007

[7] TS EN 1288-1:2003 Cam - Yapılarda kullanılan – Eğilme Mukavemetinin Tayini -Bölüm 1: Camla ilgili deneylerin esasları

[8] TS EN 1288-1:2003 Cam - Yapılarda kullanılan – Eğilme Mukavemetinin Tayini -Bölüm 1: Camla ilgili deneylerin esasları


Kaynaklar[9] prEN16612 Glass In Building - Determination Of The Load Resistance Of Glass Panes By Calculation And Testing;

[10] Guidance for European Structural Design of Glass Components, 2014, JRC

[11] Zemanova A. Et al., “Simple Numerical Model of Laminated Glass Beams” Acta Polytechnica Vol. 48 No. 6/2008

[12] TS EN 13830:2005 Giydirme Cepheler-Mamul Standardı

[13] Memari, Ali, et al., “Seismic Behavior of Cırtain Walls Containing Insulating Glass Units” Journal of Architectural Engineering, ASCE

[14] Memari, Ali, et al., “Static Finite Element Analysis of Architectural Glass Curtian Walls Under in-plane Loads and and Corresponding Full-Scale Test.” Structural Engineering and Mechnahics, 25(4), 365-382

[15] DBYBHY 2007

[16] ASCE7-05 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE STANDARD

[17] Architectural Glass to Resist Seismic and Extreme Climatic Events. Woodhead Publishing in Materials, UK, 2009


Kaynaklar[18] AAMA 501.6-09 “Recommended Dynamic Test Method for Determining the

Seismic Drift Causing Glass Fallout from a Wall System” American Architectural Manufacturers Association

[19] TS EN 12600:2004 Cam - Yapılarda kullanılan – Sarkaç deneyi – Düz cam için çarpma deneyi ve sınıflandırma

[20] TS EN 356 Emniyet camları-Yapılarda kullanılan-Deneme ve sınıflandırma

[21] Maria Lindqvist PhD. 2013. «Structural Glass Strength Prediction Based on Edge Flaw Characterization» ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE

[22] Structural Use of Glass in Buildings (2nd Edition)


Documents

CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE CAMIN …imoistanbul.org/imoarsiv/seminer-notlari-nisan-2017/...BİRİNCİL CAM ELEMANLARIN BOYUTLANDIRILMASI CAMIN YAPILARDA KULLANIMI VE HESAP ESASLARI,