Blog

Yapısal tasarım (Statik Hesap ve Proje), inşaat mühendisliğinin hayli ilerlemiş bir uzmanlık alanıdır. Bir yapının güvenli ve ekonomik olarak dayanımını garanti eden yöntemler ve araçlar dizisidir. Statik hesap ve proje yapan mühendisler, yapıyı etkileyen iç ve dış güçleri belirlemek amacıyla yapısal bir analiz yapar ve akabinde, zorunlulukları karşılayacak şekilde uygun malzeme ve güçlendirmelerle yapıyı tasarlar.

Profesyonel disiplinler olarak, mimarlık ile statik hesap ve proje yapan mühendisler(yapısal mühendisler), arasında güçlü bir ilişki mevcuttur. Normal olarak mimarların görevi  bir projenin görsel ve fonksiyonel olarak etkileyici özelliklerini tasarlamakken, statik hesap ve proje yapan mühendisler, tasarımlarında güç, dayanıklılık ve güvenliğe odaklanmaktadır.

Yapısal Tasarımın (Statik Hesap ve Proje),  Temel İlkeleri

Statik hesap ve proje yapan mühendisler, yapıların kullanımları süresince karşı karşıya kalacakları yüklere ve kuvvetlere dayanacak şekilde inşa edilmesini garanti etmek amacıyla yapısal tasarımın temel ilkeleri ile fizik ve malzeme biliminin sağlam arka planı ile birleştirir.

İnşaat projeleri için yapı tasarımı yapan inşaat mühendislerinin çok iyi sorun çözüyor olması gerekir. Yapısal mühendislerin projenin yapısal tasarım safhasında verdikleri kararlar, projenin maliyeti ve süresinden, yapının nihai güvenliğine ve uygulanabilirliğine kadar her şeyi etkiler.

1- Uygun Malzeme Seçimi

Uygun yapı malzemelerinin seçimi statik projelendirmenin en önemli sorumluluklarından biridir. Bir yapının iç ve dış güçlere dayanma ve kendi denge ve kararlılığını koruma  yeteneği, inşa edildiği malzemenin özelliklerine dayanır. Statik hesap ve proje yapan mühendisler malzemelerini inşaat uygulamalarındaki performanslarını tahmine yarayan bir dizi ölçülü özelliğe dayanarak seçer.

• Güç (Strength), bir malzemenin uygulanan gerilim ve yüke ne kadar iyi dayandığının ölçüsü
• Tokluk(Toughness), bir malzemenin çatlaması/parçalanması seviyesindeki enerji miktarı ölçüsü
• Gevreklik(Brittle), Tokluğun zıddı olan kırılganlık
• Esneklik (Elasticity), bir malzemenin ne kadar esneyerek kendi haline dönebileceğine ilişkin bir ölçü
• Plastisite (Yoğrulabilirlik/Plasticity) bir malzemenin kalıcı şekil değiştirme kapasitesini ölçer. Kalıcı şekil değiştirme (Plastic deformation) bir malzemenin normal şekline dönmesi için kapasitesinin ötesinde gerildiğinde olur. Cam gibi kırılabilen diğer malzemelerden daha tok olan metaller çatladıkça kalıcı şekil değiştirirler.

2- Yapısal Analiz Takibi

Statik hesap ve proje yapan mühendisler (yapısal mühendisler), öncelikle tasarladıkları yapıların güvenlik ve kararlılığıyla ilgilenirler. Yapısal analiz, statik hesap ve proje yapan mühendislerin bir yapının normal faaliyetleri sırasında maruz kalacakları farklı türlerdeki kuvvetlere dayanmasını garanti etmek amacıyla kullandıkları temel araçtır.

Yüksek bir yapının üzerine inşa edilmiş heliport tasarlayan bir inşaat mühendisi, platformun binlerce kilo ağırlığının altında çökmeyeceğini garanti etmelidir. Helikopter yükünün mevcut binaya kendi zati ağırlığının yanında heliportun dinamik etkilerini baz alarak dayanım kontrollerini yapmış olmalıdır. Demiryolu tasarlayan bir yapısal mühendis ise rayların 30 tonluk bir vagon üzerinden geçtiğinde zarar görmeyecek bir malzeme kullanmak zorundadır.

İnşaat mühendisleri, yapısal bir analiz yaparken kuvvetlerin üç özelliğini inceler:

Büyüklük (Magnitude): Yapıya uygulanan kuvvetin büyüklüğü

Yön (Kuvvetin yönü) : Güçlü bir rüzgâr binanın yan tarafına etki ederken, ağır kar yükü yerçekimi yönünde aşağı doğru etki eder. Farklı kuvvet türlerini etkilerini etkisiz hale getirmek için farklı malzeme ve dayanıklılık sistemler gerekmektedir.

Konum (Position): Kuvvetin üzerinde etki ettiği konum. Yapısal mühendisler, tahmin edilen kuvvetlerin sadece binanın tamamına değil her bir bölgesine etkilerini değerlendirmelidir.

3-Yapısal Elemanlar Sabit Kalmalıdır

Yapıların kararlılıklarını koruyabilmeleri bakımından, yapısal elemanların sabit kalmaları önemli bir yapısal prensiptir.  Birinci adım, geoteknik mühendisliği yoluyla zemindeki toprağın inşaat için sağlam bir temel oluşturduğunu garanti etmektir. Sağlam bir temel, yapının kendisinin hareket ettirilemez olduğunun ve dış kuvvetlere direneceğinin garanti edilmesine yardım eder.

Bir yapının sabit kalabilmesi için, üzerine etkiyen kuvvetlerin toplamının daima sıfır olması gerekir. Bununla birlikte, inşaat mühendisleri bilirler ki dış kuvvetle faaliyeti süresinde yapıya uygulanacağını bilirler. Bunlara, bina kullanıcıları ve mobilyalar gibi canlı yükler ile rüzgâr, kar ve deprem gibi çevresel yükler dâhildir.

Her durumda, etkili yapısal tasarım (Statik Hesap ve Proje), inşat mühendislerinin binanın dış güçlerin etkisini  sönümleyebilmesi ve kendi dengesini koruyabilmesini sağlamasını gerektirir. Eğilmeyen ağaç dallarının rüzgârda kırılması gibi, dış kuvvetleri sönümleyemeyen bir yapı hasar ve kararsızlığa açık olacaktır.

Sonuç Olarak…

Çok yüksek bir yapı tasarlanmak istendiğinde, hangi malzemelerin kullanılacağından, yapının hangi risklerle karşı karşıya kalacağına kadar birçok unsurun bir arada düşünülmesi gerekir. Cephe genişliği ve yüksekliği ile güçlü rüzgârlara maruz kalması, depremlerde devrilme riski bulunacaktır.

Tasarımda, beton ya da çelik inşaatın öngörülmesi halinde, her iki malzemenin de özelliklerinin analiz edilmesi ve binanın güvenliğini nasıl etkileyeceklerini görmek için gerekecektir. Çelik inşaatın özelliklerine bakıldığında, çeliğin daha esnek olduğu fark edilecektir. Çelik, kırılma aşamasına gelene kadar % 15 gerilebilir; oysa olukça gevrek bir malzeme olarak beton çok az plastisite gösterir ve esnek gerilim eşiği aşılır aşılmaz kırılır. Bu durumda, gerilim altında kırılmayan malzeme daha iyi bir seçenek olarak değerlendirileceğinden, inşaat malzemesi olarak çelik seçilecektir.

Yapısal tasarım(Statik Hesap ve Proje), inşaat projelerinde emniyet ve ekonomi alanında önemli bir rol oynar. Bu önemli görev statik hesap ve proje yapan mühendisler tarafından yapılır. Yapının güvenliği, kararlılığı ve performansını sağlamak, yapı üzerine etkiyen güçleri değerlendirmek ve bu güçlere etkili bir biçimde dayanacak malzeme seçmek amacıyla yapısal analizi kullanırlar.

Statik hesap ve proje yapan mühendisler, bilgi ile fizik ilkelerinin ve malzeme biliminin başarılı bir biçimde uygulayarak binalar, kuleler, tüneller, köprüler ve diğer yapı türleri tasarlar.