YÜKSEK YAPILAR MİM 242 TAŞIYICI SİSTEMLER VE TEKNOLOJİLERİ I MİMARLIK FAKÜLTESİ MİMARLIK BÖLÜMÜ BA H A R YA R I Y I L I

Transkript

1 MİMARLIK FAKÜLTESİ MİMARLIK BÖLÜMÜ MİM 242 TAŞIYICI SİSTEMLER VE TEKNOLOJİLERİ I BA H A R YA R I Y I L I YÜKSEK YAPILAR Dr. Öğr. Üyesi Cahide AYDIN İPEKÇİ Arş. Gör. Nurşah SERTER

2 YÜKSEK YAPI NEDİR? YÜKSEK YAPI TANIMI

3 YÜKSEK YAPI TANIMI Ülkelerin geçerli yönetmeliklerine göre yüksek yapı için, kat sayısı ya da yapının toplam yüksekliğine göre farklı tanımlar mevcuttur. Yapı mühendisliği açısından bir tanımlamada; Almanca Wolken kratzer, İngilizce Skyscraper, Fransızca Gratteciel olarak bilinen gökdelen genel anlamda çevresindeki yapılara göre önemli ölçüde yüksek olan yapılardır. Ancak bu tanımlamanın daha nesnel olması için bu yüksekliğin en az ne olması gerektiği üzerinde durulması gerekir. Örneğin; Almanya da bu yüksekliğin alt sınırı 22 metre olarak saptanmıştır. (Tapan, 1989) İzmir Büyükşehir Belediyesi Yüksek Yapılar Yönetmeliği nde yüksek yapı; Son kat tavan döşeme kotu metreyi ve/veya bodrum kat dâhil olmak üzere toplam kat adedi 13'ü aşan (13. kat hariç) yapılar yüksek yapı olarak kabul edilir şeklinde tanımlanmıştır. (İzmir Büyükşehir Belediyesi Yüksek Yapılar Yönetmeliği, 1996)

4 YÜKSEK YAPI TANIMI İstanbul İmar Yönetmeliği nde yüksek yapı; Genel olarak yakın ve uzak çevresini, fiziksel çevre, siluet, kent dokusu ve her türlü kentsel alt yapı yönünden etkileyen bir yapı türüdür. Binanın herhangi bir cephesinden görünen en düşük kottaki bina yüksekliği en az metre olan yapılardır şeklinde ifade edilmiştir. (İstanbul Büyükşehir Belediyesi İmar Yönetmeliği, 2007). İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği nde yüksek yapı tanımı, bodrum katları hariç olmak üzere, en düşük yer seviyesinden itibaren yüksekliği enaz60metre olan binalardır şeklinde yapılmıştır. (İstanbul Yüksek Binalar Deprem Yönetmeliği, 2008)

5 YÜKSEK YAPI TANIMI Yüksek Binalar ve Kentsel Yerleşimler Konseyinin-CTBUH* yayınladığı Yüksek Binaların Ölçüm ve Tanımlamasına İlişkin Değerlendirme Kriterleri başlıklı çalışmada, yüksek yapı kavramının net bir tanımının olmadığı, en doğru tanım için 3 kriterin baz alınması gerektiği aktarılmıştır. Bu kriterler: Bağlama Göre Yükseklik Orana Göre Yükseklik Teknolojiye Göre Yükseklik *CTBUH (Yüksek Binalar ve Kentsel Yerleşimler Konseyi ), 1969 yılında ABD de kurulan, yüksek binalar ve sürdürülebilir kentsel mekânlarla ilgili araştırmalar yaparak, uzmanlara sektördeki gelişmeleri takip edebilecekleri bilgilendirme platformu görevi üstlenen konseyin adıdır.

6 YÜKSEK YAPI TANIMI Bağlama Göre Yükseklik Yüksek yapı tanımı sadece yapının niceliksel yüksekliğine göre değil, aynı zamanda binanın içinde bulunduğu çevresel dokudaki algısı ile de yakından ilişkilidir. Örneğin; 14 katlı bir bina, Chicago ya da Hong Kong gibi şehirlerde yüksek yapı sayılmazken, Avrupa da az katlı binaların yoğunlukta olduğu bir dokuda yüksek yapı kabul edilir.

7 YÜKSEK YAPI TANIMI Orana Göre Yükseklik Yüksek yapı tanımında diğer bir kriter de yapının kendi içindeki oranıdır. Dünyanın pek çok yerinde çok yüksek sayılmayacak, ancak narin görünümü sayesinde yüksek algısı uyandıran yapılar mevcuttur.

8 YÜKSEK YAPI TANIMI Teknolojiye Göre Yükseklik Yüksek yapı, yapımında ileri düzeyde düşey ulaşım teknolojilerinden, yatay rijitleştirme sistemleri ve strüktürel çaprazlamalardan, hızlı yapım yöntemlerinden yararlanılan yapı türüdür.

9 YÜKSEK YAPI TANIMI Yükseklik sınırının 828 metrelere ulaştığı ve 1000 metre yükseklikteki bir yapının inşaat aşamasında olduğu günümüzde, yüksek yapı tanımına ek olarak süper yüksek yapı ve mega yüksek yapı tanımları doğmuştur.

10 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ Mısırlıların kralları Keops için tamamını taştan yaptıkları piramit, yüksek yapıların ilkidir. Daha sonra Yemen de kesme taştan mesken olarak yapılmış kule evler görülmektedir. Bu mesken kulelerin temelleri moloz taşlardan yapılıp, üst katları moloz ve çamurdan 60 cm kalınlığında bloklar ile inşa edilmiştir. Gotik Mimari'de tuğlalarla yapılan ilk yapı, Ulm Katedrali'dir. Dünyanın en yüksek katedrali unvanını günümüzde de halen koruyan Ulm Katedrali ile yapı yüksekliği ilk olarak 162 m'yi geçmiştir.

11 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ Japonya ve Çin gibi ülkelerde yüksek yapıların gelişiminde pagodalar* önemli bir rol oynamaktadır. Nara'da, M.S 680 yılında yapılmış olan 34 m. Yüksekliğindeki Yakushii Pagodası bölgesel yüksek yapı örneğidir. *Pagodalar, çok katlı kule şeklinde inşa edilmekte olup, ibadet alanının içinde veya ondan bağımsız olarak yapılan mabetlerdir.

12 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ Yüksek yapı (gökdelenler) tarihi için başta Chicago ve New York şehirleri olmak üzere ABD ye bakmak gerekmektedir. Çeliğin endüstriyel bir şekilde üretilmesi, Cam ve betonarmenin gelişmesi, Kent merkezlerinde toprağın az ve pahalı olması, İnsanların yüksek yapı yapma tutkusu, Mühendislik alanındaki gelişmelerle birleşince başta Chicago olmak üzere ABD de yüksek yapı (gökdelenler) yarışı başlamıştır. Yüksek yapıların gelişimini 5 dönem olarak sınıflandırmak mümkündür:

13 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ 1. Yüksek Yapı Çağı: Taşıyıcı sistemlerin geliştiği, asansör ve çelik çerçevenin kullanılmaya başlandığı dönemdir. Bu dönem, 1885 yılında yapımı tamamlanan, Chicago daki 10 katlı çelik çerçeveli Home Insurance Binası ile başlar. Taşıyıcı sistemlerin gelişimi, Asansör ve çelik çerçevenin keşfi Home Insurance Binası, Chicago, 1885

14 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ 2. Yüksek Yapı Çağı Geleneksel yapılar ve tarihi öğelerin estetikle buluştuğu, özellikle Gotik ve Art Deco stilinin kullanıldığı bu dönemin ilk örnekleri New York ta görülmeye başlar. Gotik ve Art Deco stili Geleneksel yapı- tarihi öğelerin sentezi. a b c d a. Metropolitan Life Insurance Binası b.woolworth Binası c.chrysler Binası d. Empire State Binası

15 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ 3. Yüksek Yapı Çağı Tarihi öğeler Teknolojik gelişmeler Mies van der Rohe, Walter Gropius, Le Corbusier Modernizm Dönemi IBM Binası (1969) Illinois Center (1967)

16 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ 4. Yüksek Yapı Çağı 1970 lerden başlayarak 2000 lere dek uzanan dönemdir li yıllarda Fazlur Rahman Khan tarafından tübüler sistem kavramının geliştirilmesi, yüksek yapılarda yeni bir dönemin başlangıcı olmuştur. Sık aralıklı kolonlar ve yüksek parapet kirişlerinden oluşan tübüler sistemlerle daha önceki örneklerden farklı olarak, çok daha az strüktürel malzeme ile çok yüksek binalar yapılabilmiştir Yeni taşıyıcı sistem tasarımları (tübüler sistemler) Yeni cephe sistemleri - Daha ince, şeffaf, ısısal performansı tasarlanabilen cam cephe sistemleri geliştirilmiştir.

17 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ John Hancock Center Binası Chicago, 1969,kafes tüp taşıyıcı sistem

18 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ Willis Tower 1974, demet tüp taşıyıcı sistemli

19 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ World Trade Center Binası New York, 1973, çerçeveli tüp taşıyıcı sistem

20 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ Bu dönemin öncü örneklerinden; 1986 yılında, Hong Kong da Norman Foster ın tasarladığı, farklı bir taşıyıcı sistem tasarımının yanı sıra, cam ve alüminyum yenilikçi kullanımının vurgulandığı Hong Kong and Shanghai Bank Binası yapılmıştır Hong Kong and Shanghai Bank Headquarters (1986)

21 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ 1990 lı yılara gelindiğinde taşıyıcı sistemlerdeki gelişmelerle birlikte; düşey ve yatay yüklerin daha çok eksenel kuvvetlerle aktarıldığı; eğilmeye daha az çalışan, böylece ekonomik kesit tasarımına imkân veren; ortada çekirdek ve dışta çelik çaprazlı taşıyıcı cephe sistemli tasarımların yaygın olarak kullanılmaya başlandığı görülmektedir. Bu dönemin öncü binaları: a b c d a.bank of China (1988, Çin) b.central Plaza (1992, Hong Kong) c.citic Plaza (1996, Çin) d.petronas Towers (1998, Malezya)

22 5. Son Dönem Yüksek Yapı Çağı YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ 2000 li yıllarda yüksek yapı kavramı işyeri, finans merkezinin yanında konut işlevinde de anılır olmuştur. Bu dönemde inşaat ve malzeme teknolojisindeki gelişmeler, yükseklik sınırlarını zorlayan, sıra dışı biçimli, ikonik binaların yapılabilmesine olanak vermiştir yılında tamamlanan İngiltere deki Swiss Re Binası, 2004 yılında tamamlanan Tayvan daki Taipei 101 Binası, 2005 yılında tamamlanan İsveç teki Turning Torso Binası, 2009 yılında tamamlanan Çin deki CCTV Binası 2000 li yılların öncü yapıları arasındadır. a b c. d. a. Swiss Re (2003, İngiltere) b. Taipei 101 (2004, Tayvan) c. Turning Torso (2005, İsveç) d. CCTV Binası (2009, Çin)

23 Burj Khalifa (Dubai, 2010) Birleşik Arap Emirliği Kingdom Tower (Jeddah-Suudi Arabistan) Yapım aşamasında YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ

24 YÜKSEK YAPILARIN TARİHÇESİ Son yıllarda yüksek yapı alanındaki gelişmeler yakından izlenildiğinde, 19. yüzyıl sonlarında ve 20. yüzyılda yüksek yapıların gelişiminde öncü görevi üstlenen Amerika nın yerini, 2000 li yıllara gelindiğinde büyük ölçüde Çin, Japonya, Kore, BAE gibi Asya ülkelerine bıraktığı görülmektedir lerde Dünyadaki yüksek yapıların %49 u Kuzey Amerika da yer alırken, 2000 lerde yüksek yapıların %32 sinin Asya ülkelerinde, %24 ünün Kuzey Amerika ülkelerinde yapıldığı tespit edilmiştir. BÖLGE ÜLKELER ORAN YAPILAR (sayı) (%) (sayı) Kuzey Amerika ,701 Avrupa 35 21,3 742 Asya 35 20,2 702 Güney Amerika 13 5,2 181 Avustralya Orta Doğu Afrika Orta Amerika TOPLAM 165 3, yılı verilerine göre Dünya nın en yüksek 100 yapısının kıtalara göre dağılımı

25 YÜKSEK YAPILARDA UYGULANAN STRÜKTÜREL SİSTEMLER

26 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 1. RİJİT ÇERÇEVELER Rijit çerçeveler, yatay (kiriş) ve düşey (kolon) yapı elemanlarının eğilme dayanımına bağlı olarak yatay yüklere dayanım gösteren, belli bir ızgara biçiminde, birbirine rijit olarak bağlanmasıyla oluşmaktadır. Rijit çerçeveler normal şartlarda 30 kata kadar ekonomik olmaktadır. Deprem bölgelerinde ise bu yükseklik 20 kata kadar inmektedir, çünkü bu yüksekliği geçen binalarda kiriş ve kolon boyutları ekonomiklik sınırını aşmaktadır Rijit çerçeve: itme ve deformasyonlar (Taranath, 2010)

27 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 2. ÇAPRAZLI ÇERÇEVELER Bu sistemlerin, sahip oldukları çaprazlamalar sayesinde, rijit çerçeveli taşıyıcı sistemle yapılmış yüksek yapılara oranla kiriş boyutlarında azalmalar görülür. Daha az malzeme kullanılması ekonomik gibi görünse de, çaprazlamaların bağlantı noktalarının çözümü zor ve pahalı bir iş yüküdür. Çeşitli çaprazlama biçimleri

28 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 3. BETONARME PERDE DUVARLI ÇERÇEVELER Deprem bölgelerinde 8-10 kat yapı yüksekliğinden sonra, çerçeve sistemler yatay yüklerin taşınmasında yetersiz kalmaktadır. Bu durumda bina içinde yapılacak bölmelerden sabit olanlar, hem düşey, hem de yatay yüklere karşı koyacak şekilde düzenlenerek perde duvarlar oluşturulur.

29 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 4. YATAY KAFES KİRİŞLİ/PERDE DUVARLI STRÜKTÜRLER (outrigger sistem) Bu sistemler, çekirdek perdeli çerçeve sistemlere, yapı yüksekliği boyunca bir veya daha fazla seviyede, çevre (dış) kolonlarla çekirdeği birbirine bağlayan yatay perdelerin eklenmesiyle geliştirilmiştir. Yatay perde; yatay konumlandırılmış kafes perde (kafes kiriş) veya perde duvardan oluşur. Yeterli etkinliğin sağlanabilmesi amacıyla en az bir kat derinliğinde ve eğilme rijitliği yüksek olan yatay perdeler, normal katlarda kullanıma engel teşkil etmemek amacıyla, genellikle yapı yüksekliği boyunca bir veya daha çok seviyede yer alan mekanik katlara yerleştirilir Yatay kafes kirişli/perde duvarlı strüktür

30 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 5. TÜBÜLER SİSTEMLER Cephede sık aralıklı kolonlar ve yüksek parapet kirişlerinden oluşan tüp sistem, delikli dikdörtgen ya da benzeri bir boru şeklinde, üç boyutlu bir sistem olarak tanımlanmaktadır. Yatay yüklere karşı düşey bir konsol şeklinde davranan bu çerçeveli tüp, yüksek binalar için oldukça etkin bir sistemdir 5.1. ÇERÇEVELİ TÜP SİSTEMLER Çerçeveli tüp sistemde dış kolon aralıkları metre, bunları bağlayan cephe kirişlerinin yüksekliği de metre arasında değişiklik göstermektedir. Bu sistemde 20 kattan 50 kata kadar betonarme ve çelik yapı yapılmıştır

31 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 5.2. TÜP İÇİNDE TÜP SİSTEMLER Çekirdek duvarlarının şekillendirdiği bir iç tüp ve sık kolonlar ile cephe kirişlerinin oluşturduğu ızgaranın şekillendirdiği bir dış tüpten oluşan taşıyıcı sisteme tüp içinde tüp sistem denilmektedir West Madison Binası, Chicago

32 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 5.3.DEMET TÜP SİSTEMLER En basit şekliyle tübüler sistemler, genellikle prizmatik düşey profiller şeklinde uygulanabilmektedir. Willis Tower, Chicago

33 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 6. DİAGRİD SİSTEMLER Dia-grid, diagonal ve grid kelimelerinin kısaltılarak birleştirilmiş şeklidir yılında tamamlanan, mimari tasarımı Curtis and Davis tarafından yapılan, ABD nin Pittsburgh şehrinde bulunan IBM Binası, diagrid sistemle yapılmış ilk bina örneğidir. IBM Binası Bu yapı inşa edildiği zamanda mimar ve mühendislerin ilgisini çekmemiştir lere gelindiğinde Humana Headquarters yarışmasında, Sir Norman Foster ın öneri olarak diagrid sistemli bir gökdelen yapısı sunmuştur. Bu yarışmada Foster birinciliği kazanamasa da ilerleyen yıllarda tasarladığı Londra'daki Swiss Re (2003) ve New York taki Hearst Kulesi (2006), diagrid yapıların tüm dünyaca tanınıp bilinmesini sağlamıştır. Swiss Re, Londra ve Hearst Kulesi, New York b

34 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 2010 yılında Dubai de yapılan 24 katlı O-14 binası ise beton diagrid taşıyıcı sistem örneğidir.

35 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 6. UZAY KAFES TAŞIYICI SİSTEMLER Bu sistemde binaya etkiyen yatay yükler, üç boyutlu bir çerçeve tarafından karşılanmaktadır. Bu üç boyutlu çerçeveyi oluşturan elemanlar diğer sistemlerden farklı olarak hem yatay hem de düşey yükleri karşılamaktadır. Sonuç olarak ortaya oldukça etkin ve hafif bir sistem çıkmaktadır Bank of China Binası, 1976,Hong Kong

36 YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM 6. MEGA ÇEKİRDEK MEGA KOLON SİSTEMLER Bu sistemler, bina yüksekliği boyunca devam eden, kesit alanları normalden çok büyük olan betonarme veya kompozit kolonlardan oluşan sistemlerdir. Mega kolon sistemler Mega çekirdek sistemde kat döşemesi a. Konsol döşeme b. Destekli kat döşemesi

37 Yüksek yapılarda uygulanan strüktürel sistemlerin zaman içinde değişimi YÜKSEK YAPILARDA TAŞIYICI SİSTEM

38 YÜKSEK YAPILARDA ÇEKİRDEK TASARIMI

39 YÜKSEK YAPILARDA ÇEKİRDEK TASARIMI YÜKSEK YAPIDA ÇEKİRDEK NEDİR? Yapılarda, ısıtma, soğutma, havalandırma gibi mekanik sistemlerle, merdiven, asansör gibi düşey ulaşım elemanları, ve ıslak hacimleri içeren birimlere çekirdek denilir. Yüksek yapılar, konumlandığı alandan optimum fayda sağlamayı amaçlayan yapılardır. Arazi fiyatlarının yüksek oluşu, zeminde en az alanı kaplayarak düşeyde yerleşimi zorunlu kılmıştır. Burada optimum finansal kazancı elde etmeyi amaçlayan yatırımcılar, yapının net kullanım alanı olarak tanımlanan kiralanabilir/ satılabilir alanların maksimum düzeyde olmasını hedefler. Bunun için de yüksek yapı kat alanının yaklaşık üçte birini oluşturan servis çekirdeğinin minimumda tutulması ekonomikliğin sağlanması açısından çok önemlidir.

40 YÜKSEK YAPILARDA ÇEKİRDEK TASARIMI ASANSÖRLER Asansörler servis çekirdeklerinin boyutlarını sirkülasyon sisteminin kurulmasını büyük ölçüde etkileyen çekirdek elemanlarıdır. Binalarda kat adedi arttıkça asansör sayıları ve buna bağlı olarak da çekirdeğin kapladığı alan artar. Bunu önlemek için transfer katları oluşturularak, asansörler düşeyde düzenlenir

41 YÜKSEK YAPILARDA ÇEKİRDEK TASARIMI Asansör sistemlerinde çift kabin (double-deck) olarak bilinen iki katlı kabin sisteminin kullanılması da oldukça yaygındır. Bu uygulama, kat planlarında kullanım alanından tasarruf sağlamaktadır.

42 YÜKSEK YAPILARDA ÇEKİRDEK TASARIMI ÇEKİRDEKLERİN BİNADAKİ KONUMLARI Yüksek yapıların çekirdek yerleşimi Ken Yeang tarafından 4 gruba ayrılmıştır. Bunlar: Merkezi Servis Çekirdeği Çoklu Servis Çekirdeği Uç Servis Çekirdeği Atriyum İçerisine Konumlandırılmış Servis Çekirdeği

43 YÜKSEK YAPILARDA ÇEKİRDEK TASARIMI Servis çekirdeğinin çeperlere yerleştirilmesi, özellikle sıcak ve nemli bölgelerde tampon bölge oluşturarak yapının ısıtma ve soğutma giderlerini azaltarak enerji korunumu sağlamaktadır. Sıcak iklimlerde doğu ve batı cephelerine yerleştirilen çekirdekler, soğutma giderlerinden büyük oranda tasarruf sağlamaktadır. Orta ve soğuk iklim bölgelerinde de kuzeydoğu ve kuzeybatı yönlerine yerleştirilen cephe çekirdekleri binayı soğuk kış rüzgârlarından koruyarak ısıtma giderlerini azaltmaktadır.

44 Öğrenci çalışmaları YÜKSEK YAPILAR