Çapraz lamine ahşap panel yapı sistemleri ve birleşim özelliklerinin deneysel incelenmesi
Cross laminated timber (CLT) panel structural systems and experimental investigation of connections
Yazar: AYGÜL CEYLAN
Danışman: PROF. DR. ZEHRA CANAN GİRGİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Sismik açıdan aktif bir bölgede yer alan Türkiye'de; sünek, hafif, sürdürülebilir, insan sağlığı ve konfor gereksinimlerine uygun yapı sistemlerine gereksinim vardır. Bu özelliklere uygun, yatay/düşey yüklere karşı rijitlik sağlayan, yenilikçi çapraz lamine ahşap (CLT) paneller; 1990'larda Avrupa'da geliştirilmiş, 2010 yılı ile üretimi yaygınlaşmıştır. Deprem etkin bölgelerde kullanımı üzerine yoğunlaşan araştırmalarda; özellikle, enerji yutabilen metal birleşimlerin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Ülkemizde ise, CLT panellerin döşeme/duvar uygulamaları henüz, az sayıda az katlı yapı uygulaması ile sınırlıdır. Bu çalışmada, kapsamlı bir literatür araştırmasının ardından, Türkiye'de üretilen metal birleşim parçaları kullanılarak; yapıya etkiyen kuvvetler altında enerji yutabilen CLT panel birleşimlerinin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Tez; Türkiye'de, CLT panel duvar-döşeme birleşim davranışını inceleyen ilk deneysel araştırmaları içermektedir.
Araştırma kapsamında öncelikle; birleşimi sağlayan vida ve çivilerin çekme direnci (çivi/vida tutma dayanımı/sıyrılma/direnci), 50mmx50mmx100mm'lik 200 adet CLT örnek ile incelenmiştir. Bu kapsamda, el ve tabanca ile uygulanan halkalı/burgulu çiviler ve ahşap vidasının çekme deneyleri gerçekleştirilmiş, çekme dirençleri literatürdeki bağıntılar ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, uluslararası literatür açısından özgünlük taşıyan; fosfat ve reçine kaplamalı halkalı çivilerin sıyrılma davranışı, çakılma biçimi ve CLT örneğin lif yapısının çekme direncine etkisi ile çekme enerjileri irdelenmiştir. Yük/enerji-yerdeğiştirme, birim uzunluğa ilişkin çekme dayanımı-çekme enerjisi bağıntıları üretilmiştir. En yüksek çekme direnci; yerli üretim fosfat kaplamalı çivilerde elde edilmiş olup, CLT duvar-döşeme birleşim deneylerinde bu çiviler kullanılmıştır.
Birleşim deneyleri, küçük ölçekli ve düşük maliyetli olup, birleşim davranışının belirlenmesinde öncü niteliktedir. Çivi/vida deneyleri sonrası; gerçek boyutlu beş CLT duvar-döşeme birleşimi örneği, monotonik deprem yüklerini temsilen çekme kuvveti altında incelenmiştir. Literatürün değerlendirilmesi ile metal birleşimlerin seçiminde, ülkemizde uygulanabiliyor olması esas alınmıştır. Deneylerin sonucunda; kullanılan yerli üretim güçlendirilmiş köşebent ve levha gibi metal parçalar ile enerji yutabilen CLT panel birleşimlerinin elde edilebileceği görülmüştür.
Tezin Birinci Bölümünde; amaç, önem, kapsam ve hipotez aktarılmıştır. İkinci Bölümde, CLT panel üretimi ve özellikleri; Üçüncü Bölümde, yapı sistemi elemanları ve yapı kabuğu özellikleri incelenmiştir. Dördüncü Bölümde, yapı sistemi birleşimleri ile yapı davranışı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Beşinci Bölüm, deneysel çalışmalara ayrılmıştır. Altıncı Bölümde, sonuçlar ve öneriler sunulmuştur.
Bu çalışmanın; ülkemizde CLT panel yapı sistemi üzerine kuramsal ve deneysel bilgi eksikliğinin giderilmesine katkı sağlayarak, depreme dayanıklı ahşap çok katlı yapı tasarımı ve uygulamalarına öncülük edebileceği varsayılmaktadır.

Abstract:
Turkey is located in a seismically active region; there is a need for ductile, lightweight, sustainable structural systems that comply with human health and comfort necessities. Innovative cross laminated timber (CLT) panels meet these features as well as rigidity requirements against horizontal/vertical loads. It was developed in Europe in the 1990s and became widespread after 2010. Intensive research studies are carried out about its utilization in earthquake-prone areas; especially to develop metal components for energy dissipating connections. In Turkey, wall/floor applications of CLT panels are still limited with a small number of low-rise building applications. In this study; following a comprehensive literature search, metal components produced in Turkey were focused to enhance seismic performance and producing energy dissipating connections for CLT panel combinations under lateral forces. This Thesis includes the first experiments examining the behavior of wall-to-floor connections with CLT panels.
First, the withdrawal strength tests of the four types of nails and wood screw (self tapping screw) were executed on 200 CLT specimens of 50mmx50mmx100mm. Withdrawal tests of nails with annular/helical shanks and wood screw applied via manual/gun drive were executed, and withdrawal strengths were compared with the relationships in the literature. Herein, the withdrawal strength of phosphate and resin threated annular ring nails, the grain density of CLT, the effect of drive style, and the withdrawal energy were investigated the first time in the international literature. Load/energy-displacement, withdrawal strength-withdrawal energy relationships per length were produced. The highest withdrawal strengths were attained in domestic phosphate-coated annular ring nails, and these nails were used in CLT wall-to-floor connections tests.
After nail/screw withdrawal tests; pioneering small-scale low-cost connection experiments were organized through five full-size CLT wall-to-floor tests. Metal combinations were based on its application in Turkey. It was concluded CLT panel connections can dissipate energy with domestic angle brackets and plates.
In the First Chapter of this Thesis; aim, importance, scope, and hypothesis are introduced. In the Second Chapter, CLT panel production and properties; in the Third Chapter, members of structural system and properties of building envelope are examined. In the Fourth Chapter, structural system combinations and their effects on building behavior are investigated. The Fifth Chapter is devoted to experimental studies. In Chapter Six, concluding remarks are presented.
This Thesis, by contributing to eliminate the lack of theoretical and experimental knowledge on the CLT panel structural systems in Turkey, may lead to the design and applications of earthquake-resistant wooden multi-storey building.