Schwedler ve Lamella tipi çelik kubbelerin yapısal davranışlarının incelenmsi
Investigation of the structural behavior Schwedler and Lamella type steel domes
- Tez No: 975670
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FETHİ ERTENLİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tarih boyunca kubbeler, geniş açıklıkları geçme kapasiteleri, mimari estetikleri ve yükleri merkezi bir noktaya yönlendirme konusundaki yapısal avantajları sayesinde mimari tasarımlarda önemli bir yer edinmiştir. Modern mühendislik yaklaşımlarıyla birlikte çelik malzeme kullanılarak tasarlanan kubbeler, hafiflik ve yüksek dayanım gibi avantajlarıyla öne çıkmaktadır. Bu yüksek lisans tezinde, geometrik olarak 24 metre çapında ve 6 metre yüksekliğe sahip, farklı taşıyıcı sistem düzenlerine sahip iki çelik kubbe türü Schwedler ve Lamella kubbeleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Her bir kubbe modeli, SAP2000 sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak çubuk elemanlarla modellenmiş ve öncelikle servis yükleri altında tasarlanmıştır. Ön tasarım aşamasında, karşılaştırmaların sağlıklı bir şekilde yapılabilmesi amacıyla her iki sistemde de taşıyıcı eleman kesitleri, yaklaşık olarak aynı konstrüksiyon ağırlığı (yaklaşık 7.5 ton-f) elde edilecek biçimde seçilmiştir. Ayrıca, Lamella sistemin daha hafif çözümler sunma potansiyelini değerlendirmek amacıyla, yaklaşık 4 ton-f ağırlığında daha ekonomik bir alternatif tasarlanmış ve karşılaştırmalara dahil edilmiştir. Ön tasarım sürecinin ardından, her bir taşıyıcı sistemde yazılımın sağladığı olanaklar kullanılarak Fiber mafsal tanımlamaları yapılmış ve doğrusal olmayan statik analiz yöntemiyle göçme davranışı analiz edilmiştir. Yapısal analizlerde Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY), Türkiye Çelik Yapılar Yönetmeliği, TS EN 1991-1-3 ve TS EN 1991-1-4 standartları temel alınmış; ayrıca uluslararası kapsamda NIST GCR 17-917-46 ve ASCE 41 standartları doğrultusunda plastikleşme ve göçme kriterleri tanımlanmıştır. Analiz sürecinde yük artışıyla birlikte plastikleşme, pekleşme ve nihai göçme evreleri gözlemlenmiş; bu aşamalarda oluşan taban tepki kuvveti ve düşey deplasman değerleri detaylı olarak değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları, Schwedler tipi kubbenin 27,2 mm'lik deplasmanda 11077 kN'lik maksimum taşıma kapasitesine ulaştıktan sonra ani bir dayanım kaybı yaşadığını ortaya koymuştur. Buna karşılık, 7,5 ton-f kendi ağırlığına sahip Lamella tipi kubbe, 17099 kN maksimum taşıma kapasitesi ve 165,6 mm deplasmanla birlikte yüksek enerji yutma kapasitesi sergileyerek daha kontrollü ve sünek bir göçme davranışı göstermiştir. Benzer şekilde, 4 ton-f kendi ağırlığıyla hafif olarak tasarlanan Lamella modeli de 14775 kN yük ve 171,5 mm deplasman değerleriyle diğer Lamella kubbeye benzer biçimde sünek bir davranış ortaya koymuştur. Göçme yükünün, en kritik yükleme kombinasyonuna karşılık gelen yüke oranı olarak tanımlanan kapasite oranı açısından değerlendirildiğinde; 7,5 ton-f ağırlığındaki Lamella kubbeye ait kapasite oranı maksimum 0,33 olarak hesaplanmış, bu oran 4 ton-f Lamella kubbe için 0,41 ve Schwedler kubbe için 0,58 olarak belirlenmiştir. Bu oranlar, Lamella sistemlerinin taşıma kapasitelerini daha verimli kullandığını ve daha güvenli çalışma sınırları sunduğunu göstermektedir. Hesaplamalar, Python ile yazılan özel analiz kodları ve Excel makroları ile desteklenmiş; bu sayede verilerin düzenlenmesi, yükleme kombinasyonlarının otomasyonu ve sonuçların sınıflandırılması sistematik ve hatasız bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, Lamella kubbeler özellikle süneklik ve enerji sönümleme bakımından üstün performans göstererek, malzeme etkinliği ve göçme davranışı açısından optimize edilmiş tasarımlar sunmaktadır. Schwedler kubbesi ise daha rijit ancak sınırlı plastik şekil değiştirme kapasitesine sahip olup, Lamella türüne göre nispeten ani göçme riski taşıdığı sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Throughout history, domes have held a prominent position in architectural design owing to their capacity to span large openings, their architectural aesthetics, and their structural advantage in channeling loads toward a central point. With the advancement of modern engineering approaches, steel domes have become increasingly prominent thanks to their lightweight nature and high strength. This master's thesis presents a comparative study of two types of steel domes Schwedler and Lamella both geometrically designed with a 24-meter diameter and 6-meter height but employing different structural systems. Each dome model was created using the SAP2000 finite element software with truss elements and was initially designed under service load conditions. In order to enable a fair comparison during the preliminary design stage, the cross-sections of the load-bearing members were selected to yield approximately the same structural weight (around 7.5 ton-force) for both systems. Additionally, to explore the potential of the Lamella system for lighter solutions, a more economical alternative design with a total weight of approximately 4 ton-force was also developed and included in the comparison. Following the preliminary design phase, fiber hinge definitions were applied to both structural systems using the software's nonlinear modeling capabilities, and collapse behavior was analyzed through nonlinear static (pushover) analysis. The structural analyses were conducted in accordance with the Turkish Building Earthquake Code (TBDY), the Turkish Steel Structures Regulation, TS EN 1991-1-3, and TS EN 1991-1-4 standards. Furthermore, international standards such as NIST GCR 17-917-46 and ASCE 41 were used to define plastic deformation and collapse criteria. Throughout the analysis process, the stages of yielding, strain hardening, and final collapse were observed with increasing load. The base reaction forces and vertical displacements at each of these stages were evaluated in detail. The analysis results indicated that the Schwedler dome experienced a sudden loss of strength after reaching its maximum load-bearing capacity of 11,077 kN at a displacement of 27.2 mm. In contrast, the Lamella dome with a self-weight of 7.5 ton-f demonstrated a more stable and ductile collapse behavior, attaining a peak load of 17,099 kN and a displacement of 165.6 mm, along with significant energy dissipation capacity. Similarly, the lightweight Lamella model, designed with a self-weight of 4 ton-f, exhibited a ductile response comparable to the heavier Lamella dome, reaching a load of 14,775 kN and a displacement of 171.5 mm. In terms of capacity ratio—defined as the ratio of collapse load to the load induced by the most critical design combination—the 7.5 ton-f Lamella dome yielded a maximum value of 0.33, while the 4 ton-f Lamella and the Schwedler domes exhibited higher values of 0.41 and 0.58, respectively. These values indicate that the Lamella systems utilize their load-carrying capacity more efficiently and provide safer working margins. All calculations were supported by custom analysis scripts written in Python and Excel macros, which allowed for systematic and error-free organization of data, automation of load combinations, and classification of results. In conclusion, Lamella domes demonstrated superior performance in terms of ductility and energy dissipation, offering optimized designs in terms of material efficiency and collapse behavior. The Schwedler dome, on the other hand, was found to be stiffer but exhibited limited plastic deformation capacity, resulting in a relatively higher risk of sudden collapse compared to the Lamella system.
Benzer Tezler
- Tek tabakalı kubbelerin taşıyıcı sistemlerinin yönetmelikler açısından değerlendirilmesi
Structural evaluations of single-layer reticulated shells based on specifications
TAYFUN KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ZEHRA CANAN GİRGİN
- Schwedler Flütü'nün yapısal ve teknik özellikleri çerçevesinde reınecke'nin Op. 283 Re Majör Flüt Konçertosu'nun farklı edisyonları
Different editions of reinecke's Op. 283 d Major Flute Concerto in the framework of structural and technical features of Schwedler Flute
ÖNCÜ UÇAR
- Farklı açıklıklara sahip dolu gövdeli kubbe kafes sistemler ile dairesel boşluklu kubbe kafes sistemlerin tasarım ve maliyet karşılaştırılması
Comparison of designs and economies in different spans between domes with i section systems and dome with castlated i beam systems
ABDULLAH ADNANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriAkdeniz Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAT ERDAL
- Tek katmanlı uzay kafes kubbelerde çapraz eleman kullanımının tasarıma etkisinin belirlenmesi
Effect of using bracing members on design of single layered ribbed dome
MUSTAFA ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiAkdeniz Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İZZET UFUK ÇAĞDAŞ