Rüzgâr yükleri genel alışkanlık olarak TS-498 standardından yararlanarak hesaplanmaktadır. Bu standartta rüzgâr yükleri basit formül ve tablolar yardımıyla belirlenmektedir. Fakat güncellenen çelik ve deprem yönetmelikleriyle birlikte, artık rüzgar yüklerinin belirlenmesi için “TS EN 1991-1-4 Yapılar Üzerindeki Etkiler - Bölüm 1-4: Genel Etkiler – Rüzgâr Etkileri” zorunlu hale gelmiştir. Bu standarta rüzgar yükleri yükseklik, arazi koşulları, yapı türleri ve geometrisi dikkate alınarak çok daha detaylı tarif edilmektedir. Bu yazımızda bu standarttan biraz bahsedip, örnek bir rüzgâr yükü hesabı paylaşılacaktır.
· Karakteristik değerler: EN 1991-1-4 kullanılarak hesaplanan rüzgâr etkileri karakteristik değerlerdir. (EN 1990 Madde 4.1.2). Bu değerler, rüzgâr hızının veya hız kaynaklı rüzgâr basıncının esas değerleri kullanılarak hesaplanır. EN 1990 Made 4.1.2 (7) P’ye göre, bu esas değerler ortalama tekerrür süresi 50 yıla eşit, yıllık aşılma olasılığı ise 0,02 olan karakteristik değerlerdir.
· Vb,0 (Rüzgâr hızının temel değeri) ≥ 28m /sn
Yılın herhangi bir bölümünden ve rüzgâr yönünden bağımsız olarak, çayır gibi az bir bitki örtüsüne ve aralarında en az engel yüksekliğinin 20 katı kadar mesafe bulunan engellere sahip açık kırsal alanda yer seviyesinden 10 metre yukarıdaki karakteristik 10 dakikalık ortalama rüzgâr hızıdır (Arazi Kategorisi II). Çelik Yapılar yönetmeliğinde bu değer için verilen alt sınır 28m/sn ‘dir.
· Vb (Esas Rüzgâr Hızı) = cdir ∙ cseason ∙Vb,0 = Vb,0 (cdir ∙cseason = 1.0)
Doğrultu katsayısı (cdir) ve mevsim katsayısı (cseason) ve Vb,0 (Rüzgâr hızının temel değeri) dikkate alınarak hesaplanan esas rüzgar hızıdır. cdir ∙ cseason = 1.0 kabul edildiğinde Vb = Vb,0 olmaktadır.
· Vm (z) (Ortalama Rüzgâr Hızı) = cr(z)·co(z)·Vb
Burada arazi engebeliği ve orografisi dikkate alınarak bir hesaplama yapılmaktadır. Önemli bir başka parametre ise yükseklik olup, ortalama hız değeri yer seviyesinden yükseklik dikkate alınarak hesaplanmaktadır.
Orografi katsayısı hesaplarda 1.0 olarak kabul edilebilir. Diğer taraftan ise rüzgârın geldiği doğrultuda arazinin karakteristiği (engebeliği, arazideki yapı ve diğer bileşenlerin durumu) ortalama hız hesabında önemli bir faktördür. Arazide rüzgâr engelleyici yapılar var ise ortalama rüzgâr hızı dolayısıyla rüzgâr basıncı değer azalacaktır. Aksi durumda örneğin açık arazilerde ise bu değer artacaktır. Aşağıdaki tabloda arazi kategorilerine ait tanım ve parametreler gösterilmiştir.
· Iv(z) (Rüzgar Türbülansı Şiddeti): Tepe hız kaynaklı rüzgar basıncı hesaplanırken dikkate alınan diğer bir faktör, rüzgar türbülansıdır.
· qp(z) (Tepe Rüzgâr Basıncı): z yükseklikteki tepe rüzgar basıncı değeridir. Bu etki, dikkate alınan yerden yükseklikteki ortalama rüzgâr hızı ve rüzgâr türbülansı etkisi dikkate alınarak hesaplanır (rüzgâr basıncı, hızın karesi ve havanın yoğunluğu ile orantılıdır). Tepe rüzgâr basıncının değeri aşağıdaki formüller ile ifade edilmektedir. Maruz kalma katsayısı, alternatif olarak, aşağıdaki diyagram yardımıyla da belirlenebilir.
Bundan sonraki aşamada ise, yapının yüzeylerine etkiyen rüzgâr basıncı hesaplanmalıdır. Tasarımda kullanılacak bu etki, tepe rüzgar basıncı değeri ve yapıya özel hesaplanan basınç ve kuvvet katsayılarına bağlı olarak belirlenir.
· we ve wi (Yapının dış ve iç yüzeylerine etkiyen rüzgar basıncı): Yapının yüzeylerine etkiyen rüzgar basıncı, tepe rüzgar basıncı ve yapının formu dikkate alınarak belirlenir. Burada önemli konu yapıya veya yapısal elemanlara etkiyen rüzgar etkilerinin belirlenmesi için dış (cpe) ve iç (cpi) basınç katsayılarının hesaplanmasıdır. Bu katsayılar Bölüm 7 de verilmiş olup, aşağıdaki yapı türleri için detaylı olarak açıklanmıştır:
o Binalar için basınç katsayıları (Bölüm 7.2)
o Sundurma çatılar (Bölüm 7.3)
o Bağlantısız (müstakil) duvarlar, parapetler, çitler ve direkli işaret levhaları (Bölüm 7.4)
o Sürtünme katsayıları (Bölüm 7.5)
o Dikdörtgen kesitli yapı elemanları (Bölüm 7.6)
o Keskin kenarlı kesitleri olan yapı elemanları (Bölüm 7.7)
o Düzgün çokgen kesitli yapı elemanları (Bölüm 7.8)
o Dairesel kesitli silindirler (Bölüm 7.9)
o Küreler (Bölüm 7.10)
o Kafes yapılar ve iş iskeleleri (Bölüm 7.11)
o Bayraklar (Bölüm 7.12)
Örnek olması açısından Bölüm 7.2 bina türü yapılarda basınç katsayılarının nasıl tarif edildiği aşağıdaki resimlerde gösterilmiştir.
Aşağıdaki hesap tablosunda ise örnek bir hesaplama paylaşılmıştır.
Mertebe Mühendislik