Endüstriyel çelik baca tasarımında EUROCODE uygulamaları

 

1. GİRİŞ

Hızla gelişen baca sektöründe firmalar verimli, ekonomik, çevreci sistemler üretmek için kıyasıya mücadele etmektedirler. Bu süreçte yakıcı cihazlarda enerji üretmek için yanma sonucu oluşan duman gazlarını atmosfere atmak için bacalara ihtiyaç duyulmaktadır. Özelikle endüstriyel kazan uygulamalarında sistemin verimli çalışması yanında yangın ile yapı sağlamlığı ve benzeri yönlerden bacanın;

• Kesitinin belirlenmesi,
• Yüksekliğinin belirlenmesi,
• Malzemesinin seçimi,
• Konstrüksiyonu

oldukça önemlidir[1].

2. ÇELİK BACALARIN DİZAYN KRİTERLERİ

Çelik baca; yanma sonucu meydana gelen duman gazlarını atmosfere güvenli bir şekilde atan veya endüstriyel atık gazların yanması için gerekli taze havayı sağlayan yapı malzemesidir.

Endüstriyel kazanların ve tesislerin bacaları çelik, beton ve tuğladan yapılabilir. Son yıllarda özel prosesler dışında tuğla baca uygulamaları ortadan kalkmıştır. Çelik bacaların kesit ve yükseklik hesabı TS EN 13384-1 ve TS EN 13384-2 ye göre, imalat ve montajı TS EN 13084-7 ile Eurocode 3 ve Eurocode 8 standartlarına göre yapılmaktadır. Ayrıca ülkemizde endüstriyel bacalarla ilgili olarak “Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği” göz önünde bulundurulmak zorundadır.

2.1- ÇELİK BACALARIN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI

Tablo1. Çelik Bacaların avantaj ve dezavantajları[2].

Çelik bacaların avantajları	2. Çelik bacaların dezavantajları
· Baca iç yüzeyi pürüzlü olmadığı için baca sürtünme kaybı azdır.	· Dış ortam şartlarına beton ve tuğla bacalar gibi dayanıklı değildir.
· Aşınma sorunu çok düşük düzeyde olduğundan yüksek baca gazı hızlarına çıkılabilir.	· Korozyona dayanıklı değildir. Ekstra işlem gerektirir. Kumlama, boya vb.
· Küçük çaplarda imal edilebilir.
· Sızdırma ihtimali yoktur.
· Baca içi çabuk ısındığı için hızla çekiş sağlanır.

 

2.2- ÇELİK BACALARIN SINIFLANDIRMASI

Çelik Bacalar;

Tablo2. Çelik Bacaların Sınıflandırması[2].

Cidar Sayısı	• Tek Cidar Bacalar • Çift Cidar Bacalar
Kuruluş( Dikiliş) Şekline göre	• Serbest Duran Bacalar • Gerdirilmiş Bacalar • Desteklenmiş Bacalar

 

şeklinde sınıflandırılır.

2.3- ÖZELLİKLER

2.3.1- Malzeme[3,4]

Çelikler, TS EN 13084-7 standardında Çizelge 1–4’te verilen çeliklerin kullanılması kabul edilir. Bundan başka EN 13084-6, Madde 4’e uygun başka çeliklerin kullanılması da kabul edilir. Kaplama sistemleri, EN 13084-1, EN 13084-6 ve EN 1993-3-2’ye uygun olmalıdır. Bütün kaplamalar malzeme imalatçısının talimatlarına göre uygulanmalıdır. Yalıtım malzemesi, EN 13084-1, Madde 4.4’te verilen şartlara uygun olmalıdır. Giydirme kaplama malzemesi, maruz kalacağı ortama uygun olmalıdır.

2.3.2- Konstrüksiyon

Konstrüksiyon, baca bağlantılarının her bir parça ile nasıl yapılacağını belirleyen işletme şartlarıdır. Özellikle ısıl, kimyasal ve mekanik etkiler mutlaka dikkate alınmalıdır.

• Taşıyıcı Baca, Bağlantılar ve Açıklıklar: Atık gaz boruları ile diğer konstrüksiyon parçaların cidar kalınlıkları en az 1,5 mm olmalı ve atık gazla temas eden yüzeyler için korozyon zammı dikkate alınmalıdır. Korozyon zammı ile birlikte karbon çeliğinden yapılan taşıyıcı bacanın kalınlığı en az 5 mm olmalıdır. İşletme mukavemeti kontrolü yapılacak taşıyıcı parçaların vidalı bağlantıları, ön gerilmeli bağlantılar şeklinde gerçekleştirilmiş olmalıdır. Ankraj cıvataları için ön gerilmeli bağlantı özelliği aranmaz. Ön gerilmesiz vidalı bağlantılar ve ankraj cıvataları, somun gevşemesine karşı emniyetli olmalıdır.
• Gaz Sızdırmazlığı ve Isı Yalıtımı: Çift cidarlı bacalardaki iç boruların ve tek cidarlı bacalardaki atık gaz (taşıyıcı) borularının birleştirme yerleri gaz sızdırmaz olmalıdır. Duman gazlarının kondensi çeliğin korozyonuna neden olabilecekse, duman gazı geçen parçaların ısı yalıtımı asit çiğ noktası sıcaklığının altına düşmeyecek şekilde yapılmalıdır.

Yalıtım malzemeleri kaymamalı, düşmemeli ve üst üste binmemelidir. Isı köprüsü oluşumu engellenmelidir.

Duman gazı ile temasta olan metalin sıcaklığı tahmin edilen en yüksek duman gazı sıcaklığına göre kontrol edilmelidir. Bu kontrol için aşağıdaki dizayn parametreleri dikkate alınır:

• Tahmin edilen en yüksek dış hava sıcaklığı
• Sıfır rüzgâr hızı
• Yüksek Sıcaklıklardaki Baca Gazları ve Baca Yangını: İzolasyonsuz baca yapılması durumunda bacanın metal sıcaklığı, içinden 5 m/s ila 15 m/s geçen gazın sıcaklığının dış hava sıcaklığı ile yaklaşık ortalamasıdır. Duman gazı hızı 15 m/s üzeri olması veya izolasyonlu baca yapılması durumunda ise baca metalinin sıcaklığını bulmak için ısı transferi hesapları yapılması gerekir. Hesaplanan metal sıcaklığı, metalin sıcaklık limitlerine yakın ise oksitlenme olmaz. Bu durumda uygun metal kullanılması önemlidir [5].

Baca yangınları aşağıdaki nedenlerle oluşmaktadır:

• Yanmamış yakıtların baca ile dışarı atılması
• Kurum, sülfür ve diğer atıklar
• Temel ve Ankrajlama: Bacanın temeli ısıl ve kimyasal etkilerden korunmalıdır. Beton kaide yapımında betona zarar verici sular ve zeminler dikkate alınmalıdır. Betonla temas eden çelik parçaların yüzeyleri, arazi seviyesinden en az 30 cm yukarıda olmalıdır.
• Donanım: 6 metreden daha yüksek çelik bacalarda tırmanma merdiveni yapılmalı ve personelin düşmesine karşı emniyet tedbirleri alınmalıdır. Dış merdiven, zeminden 4 metre yükseklikte veya bina çatısından 1 metre yüksekte başlamalıdır. Merdivenlerde basamak aralığı baca çıkışına kadar aynı olmalıdır.

• Korozyon: Duman gazları içerisindeki kükürt oksitlerin kondensasyonu ile oluşan sülfirik asidin baca cidarlarına etkimesi bacalarda oluşan en genel korozyon halidir.

Sülfirik asidin yoğuşma sıcaklığı, yaklaşık 65^oC’dir. Duman gaz sıcaklığı, her şartta asit yoğuşma sıcaklığının 10^oC üzerinde olmalıdır.

Klorürler, birçok katı ve sıvı yakıtlarda bulunurlar. Serbest klorür iyonları su buharı ile temas ederse hidroklorik asit meydana gelir. Hidroklorik asidin en yüksek kondensasyon sıcaklığı 60^oC’dir. Duman gazı sıcaklığının bu sıcaklığın altına düşmesi durumunda ciddi korozyon problemleri meydana gelir [5].

Duman gazlarından kaynaklanan korozyona karşı alınacak tedbirler:

• Yalıtım, kaplama veya dış örtü ile korozyona karşı koruma
• Saç kalınlığına korozyon zammı ilave edilerek emniyetli boyutlandırma
• Uygun paslanmaz çelik seçimi

3- EUROKODLAR

3.1- Eurokodların amacı

1975 yılında Avrupa Topluluğu Komisyonu, ticaretin önündeki teknik engelleri ortadan kaldırmak ve üye devletler arasında teknik şartnamelerin uyumlaştırılması amacıyla inşaat alanında bir eylem programına karar vermiştir.

Komisyon on beş yıl boyunca, 1990’larda ilk nesil Avrupa kodlarının ortaya çıkmasını sağlayan Eurokod programını geliştirilmiş ve yürütmüştür.

Komisyon daha sonra Eurokodların hazırlanması ve yayınlanmasını Avrupa Standardizasyon Komitesi’ne (CEN) devretmeye karar vermiş ve böylece Eurokodlara gelecekte Avrupa Standardı (EN) statüsü kazandırmıştır[6].

3.2- Eurokodların Uygulama Alanları

Eurokodları, yapısal tasarımın Avrupa Birliği (AB) içinde nasıl yürütülmesi gerektiğini belirten on Avrupa standardıdır (EN uyumlu teknik kurallar). Her biri bir dizi parçadan oluşan on eurokodu geliştirilmiş ve yayınlanmıştır[7]:

• EN 1990 Eurocode: Yapısal Tasarımın Temelleri (yapıların güvenliği, kullanılabilirliği ve dayanıklılığı için ilke ve gereklilikleri belirler, tasarım ve doğrulama temellerini açıklar ve yapısal güvenilirliğin ilgili yönleri için kılavuzlar verir.)
• EN 1991 Eurocode 1: Yapılar üzerindeki etkiler (yapılar üzerindeki yoğunluklar ve çevresel etkiler)
• EN 1992 Eurocode 2: Beton yapıların tasarımı (beton, betonarme ve ön gerilimli betonun tasarımına ilişkin teknik kuralları belirtir)
• EN 1993 Eurocode 3: Çelik yapıların tasarımı
• EN 1994 Eurocode 4: Kompozit çelik ve beton yapıların tasarımı
• EN 1995 Eurocode 5: Ahşap yapıların tasarımı
• EN 1996 Eurocode 6: Duvar yapılarının (harç üniteleri) tasarımı
• EN 1997 Eurocode 7: Jeoteknik tasarım (toprak malzemelerinin mühendislik davranışı)
• EN 1998 Eurocode 8: Depreme dayanıklı yapıların tasarımı (sismik etki ve yapı kuralları)
• EN 1999 Eurocode 9: Alüminyum yapıların tasarımı

 

 

 

 

 

Şekil 1. Eurokodlar arasındaki bağlantılar[8]

3.3- Endüstriyel Çelik Baca Tasarımında Kullanılan Eurocode Uygulamaları

Endüstriyel çelik baca tasarımında, EN 1990 Eurocode 0, EN 1991 Eurocode 1, EN 1993-3-2 Eurocode 3 ve EN 1998 Eurocode 8 Avrupa standartları kullanılmaktadır. EN 1990 standardı, Yapısal Tasarımın Temelleri (EN 1990), yapısal tasarım süreci için temel prensipleri ve gereklilikleri belirler. Yapının yaşam döngüsü boyunca yapısal güvenliği, hizmet verebilirliği ve dayanıklılığı sağlamak için tasarım eylemlerini, yük kombinasyonlarını ve güvenlik faktörlerini tanımlar. EN 1991 standardı, yapıların hizmet ömürleri boyunca maruz kalabilecekleri eylem ve yüklerin belirlenmesi konusunda rehberlik sağlar. Ölü yükler, uygulanan yükler, rüzgar yükleri, kar yükleri, termal eylemler ve deprem yükleri gibi çeşitli yük durumlarını kapsar. EN 1993 standardı, çelik kirişler, kolonlar, bağlantılar ve destek sistemleri dahil olmak üzere çelik yapıların tasarımına odaklanıştır. EN 1998 standardı, sismik analiz, tasarım kuvvetleri ve sismik dayanıklı yapı için detaylandırma gereklilikleri dahil olmak üzere deprem etkilerine dayanıklı yapılar tasarlamak için yönergeler sağlar. Sismik tehlike değerlendirmesi, yapısal tepki analizi ve farklı sismik bölgeler için tasarım hususlarını kapsar [9].

Eurokod standartlarının tasarım projelerine dahil edilmesi, aşağıdaki avantajları sağlar[7]:

• Uyumlaştırma: Eurokodlar, Avrupa Birliği içerisinde uyumlaştırma ve standardizasyonu teşvik ederek, üye devletler arasında tasarım uygulamalarında tutarlılık ve birlikte çalışabilirliği kolaylaştırır.
• Uyarlanabilirlik: Eurokodlar farklı coğrafi bölgelere, çevre koşullarına ve inşaat uygulamalarına uyarlanabilir olduğundan, çeşitli tasarım senaryolarına uygundur.
• Yenilik: Eurokodlar, yapı mühendisliğindeki en son araştırma bulgularını, teknolojik gelişmeleri ve en iyi uygulamaları bir araya getirerek tasarım metodolojilerinde yeniliği ve sürekli iyileştirmeyi teşvik eder.

Ancak mühendisler Eurokodlarla çalışırken aşağıdaki zorluklarla da karşılaşabilirler[7]:

• Karmaşıklık: Eurocode standartları karmaşık ve hacimli olabilir, tam olarak anlaşılması ve uygulanması için önemli miktarda zaman ve çaba yatırımı gerektirebilir.
• Geçiş Zorlukları: Ulusal tasarım kodlarından Eurokodlara geçiş, bilindik tasarım metodolojilerine ve uygulamalarına alışkın uygulayıcılar için zorluklar yaratabilir.
• Yorumlama: Eurokodlar belirsiz bir dil içerebilir veya mühendislik yargısına dayalı yorumlama gerektirebilir; bu da tasarım uygulamalarında tutarsızlıklara veya yanlış yorumlamalara yol açabilir.

Mühendisler, bu zorlukların üstesinden gelerek ve Eurocode standartlarının avantajlarından yararlanarak, inşaat mühendisliği yapılarının güvenli, güvenilir ve uygun maliyetli tasarımını sağlayabilir, inşa edilmiş çevrenin genel dayanıklılığına ve sürdürülebilirliğine katkıda bulunabilirler.

4- EUROKODLARLA ENDÜSTRİYEL BACA UYGULANMASI

4.1. Uygulanan Yükler

4.1.1- Daimî yükler

• Öz ağırlık: Bacadaki yapı elemanlarının öz ağırlıkları, teknik resimleri yardımıyla özgül ağırlıkları da dikkate alınarak hesaplanmalıdır.

 

 

Burada;  G:  Bacanın her bir modül ağırlığı, r:   Bacanın dış yarıçapı, t_i: her bir modülün kalınlığı, l_i:  her bir modülün uzunluğu ifade etmektedir.

• Ön gerilme kuvveti: Gerdirilmiş bacalarda ön görülme kuvveti, rüzgârsız, buzsuz ve ± 10 ^oC’den farklı ise bu fark ön gerilme kuvvetinin ayarlanmasında dikkate alınmalıdır.

4.1.2- Değişken yükler

• Rüzgâr yükü: Rüzgar yükleri için EN 1991 Bölüm 1-4’te açıklanan metodoloji kullanılmıştır[10]. Aşağıda, EN 1991 Bölüm 1-4 tarafından önerilen eşdeğer statik yöntemin varsayımları açıklanmaktadır. Başlangıçta, temel rüzgar hızı Vb Eşitlik (2) kullanılarak hesaplanır.

 

 

v_b, temel rüzgar hızı, c_dir, yön faktörü, (önerilen değer 1.0), c_season , mevsim faktörü (önerilen değer 1.0), v_b,0, Ulusal Ek’te verilen temel rüzgar hızının temel değeridir.(kabul değeri 30m/s.) Daha sonra, arazi üzerindeki bir z yüksekliğindeki ortalama rüzgar hızı v_m(z) Eşitlik (3)’de hesaplanır. Ortalama rüzgar hızı arazi pürüzlülüğüne, orografiye ve temel rüzgar hızına vb. bağlıdır. Eşitlik (3)’e göre, c_r(z) Eşitlik (4)’te hesaplanan pürüzlülük faktörüdür, c₀, 1.0 olarak alınan orografi faktörüdür (EN 1991 Bölüm 1-4), vb ise yukarıda hesaplanan temel rüzgar hızıdır. Arazi kategorisinin ikinci kategori olduğu varsayılmıştır (Arazi kategorisi 2, EN 1991 Bölüm 1-4) (Tablo 4-1).

 

 

kr :  Pürüzlülük uzunluğu z0‘a bağlı arazi faktörü. z :  Deniz seviyesinden yükseklik (m) z0 : pürüzlülük uzunluğudur (Tablo 4-1) c0 : Önerilen değer 1.0
		(5)

z_0,II 0,05 m’ye eşittir (Tablo 4-1).

Tablo 4.1 – Arazi kategorileri ve arazi parametreleri[10].					z0			zmin
EN 1991‐1‐4						m.			m.
0	Açık denize maruz kalan deniz veya kıyı bölgesi			0,003			1
I	İhmal edilebilir bitki örtüsüne sahip ve engelsiz göller veya düz ve yatay alanlar			0,01			1
II	Düşük bitki örtüsüne sahip alan (ağaçlar, binalar) en az 20 engel yüksekliğinde mesafeler ile			0,05			2
III	Düzenli bitki veya bina örtüsü olan veya izole edilmiş alan maksimum 20 engel yüksekliğine sahip engeller (örn. köyler, banliyö arazisi, kalıcı orman gibi)			0,3			5
IV	Yüzeyin en az %15’i binalarla kaplı alan ve ortalama yüksekliği 15 m’den yüksek.			1,0			10

 

ΕΝ1991-4, bacanın dış kısımlarındaki rüzgar basıncının tahsisi yerine toplam rüzgar kuvvetinin (metre başına kuvvet) hesaplanmasına izin vermektedir. Toplam rüzgar kuvveti aşağıdaki formülden elde edilir:

 

Formülde, cscd, yapısal faktördür. Tavsiye edilen değer 1,1’dir (EN 1993 Bölüm 1-4, Ek D). c_f, baca için kuvvet katsayısı, q_p ise hesaplanan tepe hız basıncıdır.

A_ref, bacanınının referans alanıdır. Çelik silindirlerle ilgili olarak, A_ref bacanın dış çapına d=dtot eşittir (Şekil 2). dtot değeri (nihai dış yalıtım dahil değerdir.)

 

 

 

Şekil 2- A_ref için kullanılacak Bacanın Çap değeri[11].

c_f,0, hesaplanan serbest uç akışı olmayan kuvvet katsayısı, ψ_λ, son-etki faktörüdür.

 

 

k, eşdeğer yüzey pürüzlülüğü (Tablo 4-2). b, baca çapı çapıdır. Re, Reynolds sayısıdır.

Tablo4-2: Eşdeğer yüzey pürüzlülüğü k [11].

Yüzey tipi	Eşdeğer pürüzlülük k(mm)	Yüzey tipi	Eşdeğer pürüzlülük k(mm)
Cam	0,0015	Pürüzsüz beton	0,2
Parlak metal	0,002	Rendelenmiş ahşap	0,5
İnce boya	0,006	Kaba beton	1,0
Sprey Boya	0,02	Kaba testere talaşı	2,0
Brigth çeliği	0,05	Pas	2,0
Dökme demir	0,2	Örme tuğla	3,0
Galvanizli çelik	0,2

 

 

 

b, baca çapıdır. v(z_e) z_e yüksekliğindeki tepe rüzgar hızıdır. v, havanın kinematik viskozitesidir (v=15.10^-6 m²/s)

 

 

q_p, hesaplanan tepe hız basıncıdır. ρ rakıma, sıcaklığa ve barometrik basınca bağlı olan hava yoğunluğudur. Tavsiye edilen değer 1,25 kg/m³‘tür.

Tepe hız basıncı,

 

Iv(z), türbülans yoğunluğudur. ρ rakıma, sıcaklığa ve barometrik basınca bağlı olan hava yoğunluğudur. vm(z), arazinin üzerindeki bir z yüksekliğindeki ortalama rüzgar hızıdır.

Aşağıda, türbülans yoğunluğu tanımlanmıştır:

 

 

Bu veriler, tablo halinde işlenerek bacanın z yüksekliğinde farklı değerleri için yüzeye etkiyen rüzgar kuvveti dağılımı hesaplanır ve değerler tabandan bacanın z yüksekliğine kadar belirli metrelerle arttırılarak (örneğin, her bir flanşlı baca modülü bağlantı mesafesi) yapılmaktadır. Aşağıda tabloda bir rüzgar kuvvet dağılımının hesaplanmış örneği görülmektedir.

 

 

 

Tablo 4-3: Rüzgar kuvveti dağılımı (Örnek)

• Personel ve kar yükü: Sahanlıklar için kar yükü dâhil edilerek eşit ölçüde dağıtılmış 2 kN/m²’lik personel yükü kabul edilmelidir. Merdiven korkuluklarının boyutlandırılması için yatay olarak içeriye veya dışarıya etki eden ve doğrudan korkuluk kirişine uygulanan 0,5 kN/m²’lik bir yük kabul edilmelidir.
• Buz yükü
• Isıl yük: Duman gazı taşıyan ısıya karşı yalıtılmış boru ile taşıyıcı borunun duvar sıcaklıkları hesaplanmalıdır.

4.1.3- Özel yükler

• Deprem yükü[12,13]

 

  Yatay elastik tepki spektrumu

1.Sismik etkinin yatay bileşenleri için elastik tepki spektrumu Se(T) aşağıdaki ifadelerle tanımlanır.

 

 

 

 

 

Burada:

S_e(T) elastik tepki spektrumudur;

T, doğrusal tek serbestlik dereceli bir sistemin titreşim periyodu,

ag, A tipi zemin üzerindeki tasarım zemin ivmesidir (ag =g_I ag_R);

T_B, sabit spektral ivme dalının periyodunun alt sınırıdır;

T_C, sabit spektral ivme dalının periyodunun üst sınırıdır;

T_D, spektrumun sabit yer değiştirme tepki aralığının başlangıcını tanımlayan değerdir;

S toprak faktörü,

η, %5 viskoz sönümleme için η= 1 referans değerine sahip sönümleme düzeltme faktörü

 

Burada M deprem büyüklüğü ve R deprem dalgasının kaynağı ile baca arasındaki yatay mesafe uzaklığıdır. Bu ifade 4 < M < 7,3 ve 3 km < R < 200 km için geçerlidir.

 

 

 

 

Şekil 3 –Tepe yer ivmesinin uzaklığa bağlı olarak zayıflama ilişkisi[6].

 

 

 

 

Şekil 4 – 2018 Sismik tehlike haritasından 475 yıllık tasarım spektrumu[14]

 

 

 

 

 

Şekil 5 – Yatay elastik tepki spektrumunun şekli[15].

Elastik tepki spektrumunun şeklini tanımlayan T_B, T_C ve T_D periyotlarının ve zemin faktörü S’nin değerleri zemin türüne bağlıdır.

Not 1: Bir ülkede kullanılacak her zemin tipi ve spektrum tipi (şekli) için TB, TC, TD ve S’ye atfedilecek değerler Ulusal Ek’inde bulunabilir. Önerilen seçim iki tip spektrumun kullanılmasıdır: Tip 1 ve Tip 2. Olasılıksal tehlike değerlendirmesi amacıyla saha için tanımlanan sismik tehlikeye en çok katkıda bulunan depremlerin yüzey dalgası büyüklüğü Ms, 5,5’ten büyük değilse, Tip 2 spektrumunun benimsenmesi önerilir. Beş zemin tipi A, B, C, D ve E için, Tip 1 Spektrum için S, TB, TC ve TD parametrelerinin önerilen değerleri Tablo 4.4’de ve Tip 2 Spektrum için Tablo 4.5’te verilmiştir. Şekil 4 ve Şekil 5 sırasıyla önerilen Tip 1 ve Tip 2 spektrumlarının şekilleri, %5 sönümleme için ag ile normalize edilmiştir.         

Tablo 4.4 – Önerilen Tip 1 elastik tepki spektrumlarını tanımlayan parametrelerin değerleri[15]

Zemin tipi	S	T B	T C	T D
A	1,0	0,15	0,4	2,0
B	1,2	0,15	0,5	2,0
C	1,15	0,20	0,6	2,0
D	1,35	0,20	0,8	2,0
E	1,4	0,15	0,15	2,0

 

Tablo 4.5 – Önerilen Tip 2 elastik tepki spektrumlarını tanımlayan parametrelerin değerleri [15]

Zemin tipi	S	T B	T C	T D
A	1,0	0,05	0,25	1,2
B	1,35	0,05	0,25	1,2
C	1,5	0,10	0,25	1,2
D	1,8	0,10	0,30	1,2
E	1,6	0,05	0,25	1,2

 

 

Şekil 6 – A ila E zemin tipleri için önerilen Tip 1 elastik tepki spektrumları (%5 sönümleme) [15]

 

Şekil 7 – A ila E zemin tipleri için önerilen Tip 2 elastik tepki spektrumları (%5 sönümleme) [15]

 

Elastik yer değiştirme tepki spektrumu, S_De(T), elastik ivme tepki spektrumu, S_e (T)’nin aşağıdaki ifade kullanılarak doğrudan dönüştürülmesiyle elde edilecektir:

 

(18)

 

Bu ifade (4-17) normalde 4,0 s’yi aşmayan titreşim periyotları için uygulanmalıdır.

 

 

Dikey elastik tepki spektrumu

 

Sismik etkinin düşey bileşeni, (4.1)-(4.18) ifadeleri kullanılarak türetilen elastik tepki spektrumu Sve(T) ile aşağıdaki ifadelerle tanımlanır.

 

	(19)
	(20)
	(21)
	(22)

 

Tablo 4.6 – Dikey elastik tepki spektrumlarını tanımlayan parametrelerin önerilen değerleri [15]

Spektrum	avg/ag	T B	T C	T D
Tip 1	0,90	0,05	0,15	1,0
Tip 2	0,45	0,05	0,15	1,0

 

 

Tasarım elastik tepki spektrumu

 

 

Sismik etkinin yatay bileşenleri için tasarım spektrumu, Sd(T), aşağıdaki ifadelerle tanımlanacaktır:

 

	(23)
	(24)
	(25)
	(26)

 

S_d(T)         Tasarım spektrumu,

Τ               doğrusal tek serbestlik dereceli bir sistemin titreşim periyodu (sn),

a_g              A tipi zeminde tasarım yer ivmesi Α (a_g= g_I .a_gR),

Τ_B             sabit spektral ivme dalının periyodunun alt sınırı,

Τ_C             sabit spektral ivme dalının periyodunun üst sınırı,

Τ_D             spektrumun sabit yer değiştirme tepki aralığının başlangıcını tanımlayan değeri,

 

S              Toprak faktörü,

η               %5 viskoz sönümleme için η= 1 referans değerine sahip sönümleme düzeltme faktörü,

q               davranış faktörü. ( q=2,5 Çelik bacalar),

β               yatay tasarım spektrumu için alt sınır faktörüdür (β=0,2).

 

Sismik kuvvetler:

 

Sismik etkilerin belirlenmesine yönelik analiz, temel kütleleri de dahil olmak üzere yapının ayrıklaştırıldığı n adet yumru kütleye Fi, i=1,2,…n yatay kuvvetlerinin uygulanmasıyla gerçekleştirilir. Bu kuvvetlerin toplamı taban payına eşittir ve eşit olarak alınır:

 

(27)

 

 

• Düzensiz yükler (Darbe sonucu veya işletme şartlarının bozulması gibi)
• Yerel konum ve işletme şartlarından kaynaklanan yükler

 

4.2- Kesme Büyüklüklerinin Tayini: Kesme büyüklükleri, yukarıda tanımlanan yükler esas alınarak aşağıda belirtilen iki kombinasyon için tayin edilir:

• Ana kombinasyon (Daimî ve değişken yükler)
• Özel kombinasyon (Daimî, değişken ve bir özel yük)

5- Mukavemet hesapları

Lx-x Lmax x x

b Lx-x

 

Şekil 8– Endüstriyel bacada mukavemet analizi

Mukavemet kontrolü açısından en büyük eğilme x-x kesitinde meydana gelir. Bu nedenle;

• Bacanın x-x kesitindeki oluşan eğilme gerilmesi

 

	(28)
	(29)

: x-x kesitindeki maksimum eğilme momenti

: x-x kesitindeki mukavemet momenti

:  x-x kesitindeki atalet momenti

: x-x kesitindeki atalet yarıçapı

F  :  x-x kesit alanı

			(30)
	: baca yüzeyine gelen çarpma basıncı (kg/m2) g  :  Havanın özgül ağırlığı (kg/m3)		(31)
		(32)
		(33)
		(34)
		(35)

 

• Bacanın x-x kesitindeki ağırlık kuvvetinden kaynaklanan bası gerilmesi

 

(36)

 

(37)

 

r : Baca malzemesi yoğunluğu ( kg/m³ )

Yer çekim ivmesi

(38)

• Bacanın x-x kesitindeki oluşan toplam gerilme

(39)

 

(40)

 

Yapılan hesaplar sonunda  olması durumunda tasarım sonlandırılır.

6- SONUÇ

Rüzgar ve deprem kaynaklı titreşimler Eurokodlarda özel olarak ifade edilmektedirler. Bu çalışmada endüstriyel bacalarla ilgili olan Eurokodlar irdelenmiş ve projelendirme aşamasındaki detaylar üzerinde durulmuştur. Özellikle de deprem yükleri olabildiğince detaylandırılmaya çalışmıştır.

KAYNAKLAR

• RICCIARDELLI F., “On the amount of tuned mass to beadded for reduction of the shedding-induced response of chimneys”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol.89(14-15), pp.1539-1551. 2001.
• AKGÜN. M., “Endüstriyel Bacalarda Titreşim Kontrolü”, 15. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi // 26-29 Nisan 2023 / İzmir
• DEN HARTOG,1985, “Mechanical Vibrations”, Dover Publications: New York. ASHRAE Fundamentals
• VICKERY B.J..,”Simplified approaches to the evaluation of the across-wind response of chimneys”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol14, Issue1-3, pp.153-166. Dec1998.
• SOLARI, G. – The role of analytical methods for evaluating the wind-induced response of structures, Journal of Wind Engineering in Industrial Aerodynamics, 90, 1453-1477, 2002.
• C. CARVALHO., “Overview of Eurocode 8. Performance requirements, ground conditions and seismic action.” Workshop, “EC8: Seismic Design of Buildings”, Lisbon, November 2011
• https://eurocodedesign.org/comparing-eurocode-with-international-design-codes/
• GULVANESSIAN., “EN1990 Eurocode—Basis of structural design”, Proceedings of ICE

Civil Engineering 144  November 2001 Pages 8–13   Paper 12624

• https://eurocodedesign.org/eurocode-essentials-key-concepts-and-requirements/
• EN 1991-1-4 Eurocode 3: Wind loads
• NIKOLOUDI, “Design of Steel Industrial Chimneys Against Buckling”, Diploma Thesis, Institute of Steel Structures, National Technical University of Athens, Greece, 2015
• 2005. European Standard EN 1998-1: 2005 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 1: General rules, Seismic action and rules for buildings. European Committee for Standardization, Brussels, Belgium.
• CEN 2005. European Standard EN 1998-3: 2005 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 3: Assessment and retrofitting of buildings. European Committee for Standardization, Brussels, Belgium.
• SUCUOĞLU, “New Improvements in the 2018 Turkish Seismic Code”, International Workshop on Advanced Materials and Innovative Systems in Structural Engineering: Seismic Practices, November 2018
• https://help.geostru.eu/spw/en/eurocodice_8.htm

 

 

Muammer AKGÜN

Makine Yüksek Mühendisi