1 st International Conference on Engineering Technology and Applied Sciences Afyon Kocatepe University, Turkey 21-22 April 2016 Sinüsoidal Gövde Açıklıklı Çelik Kirişlerin Optimum Boyutlandırılması Ferhat Erdal 1,* - Osman Tunca 2 - Serkan Taş 3 - Serdar Çarbaş 4 Öz: Gövde açıklıklı çelik kirişler ikinci dünya savaşından bu yana gelişmiş ülkelerin yapı endüstrisinde yaygın olarak çok farklı projelerde kullanılmış bir yapı elemanı türüdür. Gövde açıklıklı kirişler, büyük açıklıkların kapatılmasında çatı kirişleri olarak da kullanılmaları görselliklerinin yanı sıra ağırlık ve maliyet tassarrufu sağlamaları sebebi ile ergonomik sonuçlar vermektedir. Gövde açıklıklı kirişler; kesim ve kaynaklama işleminden sonra kirişlerin gövdesinde oluşan sinüs eğrisi şeklindeki boşluklardan rahatlıkla mekanik, elektrik ve su tesisatları geçirilebildiğinden dolayı kat yüksekliklerinin arttırılmasına gerek yoktur. Bu çalışmanın amacı; sinüsoidal gövde açıklıklı çelik kirişlerin uygulanan yük kombinasyonu altında denemeye dayalı araştırma yöntemlerinden biri olan harmoni arama tekniği kullanılarak optimum boyutlandırılmasıdır. Sözü geçen kirişlerin uygulanan yük altında boyutlandırılmasında orjinal I-kesitli profil optimum boyutlandırma probleminde tasarım değişkenleri ve tasarım sınırlayıcıları dikkate alınarak boyutlandırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Sinüsoidal Gövde Açıklıklı Kirişler, Stokastik Arama Teknikleri, Harmoni Arama, Partikül Küme, Minimum Ağırlık, Optimum Yapı Boyutlandırılması 1 GİRİŞ Optimizasyon ülkemizdeki mühendislik uygulamalarında hemen hemen hiç kullanılmamaktadır. Halbuki, stokastik yöntemler [1-2] kullanılarak yapılan yapı optimizasyonu ile, elemanları hazır profil listelerinden seçilen çelik yapıların en düşük ağırlıkla tasarlanması ve düşük maliyetle inşa edilmesi mümkündür. Önerilen projede, sinüs eğrisi şeklinde boşluklu çelik kirişlerin yapı optimizasyonu yöntemleri ile en ekonomik olarak tasarlanabilmeleri, bu kirişlerin yük taşıma kapasitelerinin hesaplanması ve bunun sonucu olarak da ülkemizdeki mühendislik uygulamalarındaki kullanımlarının yaygınlaştırılması amaçlanmaktadır. Bu kapsamda, sinüs eğrisi şeklinde boşluklara sahip gövde açıklıklı çelik kirişlerin optimum boyutlandırma problemleri formüle edilerek elde edilen ayrık değişkenli optimizasyon probleminin çözümü, geliştirilmiş olan harmoni arama (HA) ve parçacık sürü (PK) meta bulgusal optimizasyon teknikleri kullanılarak elde edilmiştir [3-4]. Bu kirişlerin optimum tasarımları kapsamında, NPI profil kesitleri, kiriş geometrisi ve boşluklar arası mesafe ile ilgili detaylar tasarım değişkenleri olarak alınmıştır. Bu sistemlerin tasarım kriterleri için BS (British Standart) şartnamesinde öngörülen hükümler esas alınacaktır [5]. Gövde açıklıklı kirişler; çelik I-kesit profilin gövdesi boyunca geometrisine bağlı olarak yarım daire [6], zigzag [7] veya sinüs eğrisi şeklinde CNC (Bilgisayar Nümerik Kontrolu) yöntemi ile kesilip elde edilen parçaların kaydırılarak kaynakla yeniden birleştirilmesi sonucunda oluşurlar. Şekil 1’de gösterilen bu işlemler sonucunda kirişin boyu, kesit katsayısı ve atalet momenti artarken kirişin ağırlığı ilk duruma oranla azalır. Gövde yüksekliği arttırılmış kirişler değişken geometrileri ve kesit küçültülmesi sayesinde etkin ve ekonomik çözüm sağladıklarından dolayı bu kirişler ofis binaları, alışveriş merkezleri, otoparklar ve spor salonları gibi ara kolonların istenmediği büyük açıklıklı yapılarda etkileyici mimari görünümleri ile tercih edilmektedirler. Gövde derinliği arttırılmış kirişler, geniş alanların kapatılmasında çatı kirişleri olarak da kullanılmaları, görselliklerinin yanı sıra ağırlık ve maliyet tasarrufu sağlamaları sebebi ile mükemmel sonuçlar vermektedir. Şekil 1. Dairesel, altıgen ve sinüs eğrisi şeklinde gövde yüksekliği arttırılmış çelik kirişler Boyutlandırma parametreleri olan boşluk boyutları, boşluklar arası mesafe ve boşluk sayısı, uygulanan yük kombinasyonlarına göre hesaplanan bu kirişler; seçilen çelik I-kesit profilin ilk haline oranla yaklaşık olarak 40- 60% daha derindirler ve 40-60% daha fazla dayanıklılık gösterirler. Yapılarda kat yükseklik sınırlayıcıları önemli sorunlardan birini oluşturmaktadır. Kesim ve yeniden kaynaklanma sonrası daha yüksek ve daha hafif olan gövde yüksekliği arttırılmış kirişlerin gövde bölgesinde oluşan boşluklardan elektrik, su ve mekanik tesisat boruları rahatça geçebilmesi şekil 2’de gösterildiği gibi yapıların kat yüksekliğinde kazanca olanak tanır. 1627