Yüksek Binaların Gelişimi ve Tasarım İlkeleri Y.Doç.Dr. Erdal Coşkun İnşaat Yüksek Mühendisi

Transkript

1 Yüksek Binaların Gelişimi ve Tasarım İlkeleri Y.Doç.Dr. Erdal Coşkun İnşaat Yüksek Mühendisi 1

2 Yüksek Binaların Gelişimi 2

3 Giriş Birleşik Devletler de yüksek binaların diğer deyişle gökdelenlerin (Skyscraper) en düşük yüksekliği 153 m olarak kabul edilmektedir. Gökdelen kelimesi gemicilikte geminin en uzun direğine verilen isimdir. 305 m den daha yüksek binalara İngilizce de Supertall isminin verildiğini görüyoruz. Yüksek binalar genellikle büro, konut, otel, hastane amaçlı olarak kullanılmaktadır. Yüksek binaların çevre ile iletişimleri önemlidir. Yüksek binaların analiz ve tasarımında özel yöntemler kullanılması gerekmektedir. 3

4 Yüksek Binaların Yapılmalarının Nedenleri TEKNOLOJİK NEDENLER Çeliğin yapılarda taşıyıcı sistem malzemesi olarak kullanımı Yüksek dayanımlı beton teknolojisindeki ilerlemeler Asansörün ve hidroforun geliştirilmesi Havalandırma sistemlerinin geliştirilmesi Kalıp teknolojisindeki gelişimler Yatay yüklere göre analiz ve tasarım yöntemlerinin gelişimi SOSYAL NEDENLER Şehir arazilerinin değerlerinin artışı Ekonomik büyüme Büyük şirketlerin gücünü simgeleyen anıtsal yapılar yapma ihtiyacı Yüksek yapıların politik bir yatırım amacı olarak görülmesi 4

5 Yüksek Binaların Yoğun Olduğu Merkezler Kaynak : 5

6 Yüksek Binaların Kıtalara Göre Dağılımı Kıta Bina Adedi Yüzde Asya % Kuzey Amerika % Avrupa % Güney Amerika % Okyanusya % 3.06 Afrika 859 %

7 Yüksek Binaların Yapımının Yıllara Göre Dağılımı Bina Adedi Yıllar 7

8 Yüksek Binaların Yıllara Göre Gelişimi 8

9 Home Insurance Binası Yer: Chicago (ABD) Mimar: William Le Baron Jenney Tarih: Kat: 11 Council on Tall Buildings and Urban Habitat tarafından dünyanın ilk gökdeleni olarak kabul edilmiştir. Bina 1931 yılında yıkılmıştır. 9

10 Carbide and Carbon Binası Yer: Chicago (ABD) Mimar: Burnham Brothers Tarih: 1929 Kat: 37 10

11 Empire State Binası Yer : New York (ABD) Mimar: Shrave, Lamb, Harmon Tarih: 1931 Yükseklik: 381 m Kat: 102 Çelik, rijit çerçeve 1945 yılında 450 km/saat hızla B25 tipi bir bombardıman uçağı Empire State Binasının 79. katına çarpmış, ancak binada meydana gelen hafif hasar onarılarak giderilmiştir. 11

12 Prizmatik Formda Binalar New York, Seagram Binası New York, Birleşmiş Milletler Binası Chicago, IBM Binası II. Dünya Savaşı Sonrası Mimar Mies Van Der Rohe Konsepti 12

13 Pirelli Binası Yer: Milano, İtalya Mimar: Gio Ponti ve Pier Luigi Nervi Tarih: 1958 Yükseklik: 127 m Kat: 32 Betonarme taşıyıcı sistem Prizmatik formdan sapmalar görülmektedir. 13

14 Transamerica Pramidi Yer: San Francisco, (ABD) Mimar:William L. Pereira Assoc. Tarih: 1972 Yükseklik: 260 m Kat: 48 Betonarme taşıyıcı sistem Binanın kanatları 29.kattan sonra başlamaktadır daki 7.1 büyüklüğündeki Bay Area depreminde en üst kat yaklaşık 30 cm deplasman yapmıştır. 14

15 Citicorp Binası Yer : New York Mimar: Edward Larrabee Barnes Associates Tarih: 1977 Yükseklik: 279 m Kat: 59 Betonarme 15

16 CitiCorp Binası CitiCorp Binası 16

17 Sears Towers Yer: Chicago (ABD) Mimar:Skidmore,Owings& Merrill LLP Tarih: 1974 Yükseklik: 442 m Kat: 108 Çelik, tüp demeti 1996 ylında Petronas kuleleri inşaa edilene dek dünyanın en yüksek yapısı idi. 17

18 Hongkong Bankası Yer: Hongkong, Çin Mimar: Norman Foster&Assoc. Yükseklik : 180 m Kat : 45 Periyot : 4.4 sn Kullanılan Çelik : ton 18

19 Taipei 101 Yer: Taipei, Taiwan Mimar: C.Y.Lee&Assoc. Tarih: Yükseklik: 509 m Kat: 100 Kompozit sistem Dünyanın en yüksek binasıdır. 19

20 Petronas Kuleleri Yer: Malezya Mimar: César Pelli Tarih: Yükseklik: 452 m Kat: 88m 20

21 Jin Mao Binası Yer: Sanghai Mimar: Skidmore, Owings & Merrill Yükseklik: 421 m Kat : 88 Periyod: 5.7 sn Betonarme 21

22 Hancock ve Onterie Binaları Çelik, 344 m, 100 katlı, Chicago Betonarme,174 m, 58 katlı, New York 22

23 30 St Mary Axe, Londra-İngiltere 180 m, 41 kat,

24 İstanbul Diamond 24

25 Dünyanın En Yüksekleri No Bina Şehir Ülke Yükseklik (m) Kat Adedi 1 Taipei 101 Taipei Tayvan Petronas Tower 1 Kuala Lumpur Malezya Petronas Tower 2 Kuala Lumpur Malezya Sears Tower Chicago ABD Jin Mao Tower Shanghai Çin Citic Plaza Guangzhou Çin Shun Hing Square Shenzhen Çin Empire State Building New York ABD Central Plaza Hong Kong Çin Bank Of China Hong Kong Çin The Center Hong Kong Çin Aon Center Chicago ABD John Hancock Center Chicago ABD Burj al Arab Hotel Dubai BAE

26 Dört Büyüklerin Karşılaştırılması 26

27 Japonya 27

28 SKY CITY 1000 (Japonya-Yapılmadı) 28

29 BURJ DUBAI

30 BURJ DUBAI 30

31 Toronto-Kanada da bulunan CN Tower dünyanın en yüksek betonarme yapısıdır. Yüksekliği : 600 m 31

32 Fantaziler.. 32

33 Yüksek Binaların Tasarım İlkeleri 33

34 Yüksek Binalara Etkiyen Yükler Düşey Yükler -Sabit Yükler -Hareketli Yükler Yatay Yükler -Rüzgar Yükleri -Deprem Yükleri Özel Yükleme Halleri -Patlama Yükleri -Çarpma Yükleri Yüksek binalarda Yangın önemli bir sorundur. Binanın ağırlığı ve maliyeti artan yüksekliğe etkiyen yatay yüklerden dolayı lineer olmayan bir şekilde artar. Optimum malzeme ve taşıyıcı sistem seçimi ile ağırlık ve maliyet azaltılabilir. Rüzgar Yükleri: Çelik binalarda 150 m Betonarme binalarda 250 m den sonra birinci dereceden etkilidir. 34

35 Rüzgar Yükleri Rüzgar 35

36 Deprem Yükleri Deprem Talebi Bölge Bina Hasar Şiddet Süre Yön Yerel Zemin Koşulları Bölgenin Sismisitesi Topografya Malzeme Birleşimler Bina Geometrisi Harmoni İnsan Kaybı Ekonomik Kayıplar 36

37 V W Yapı yükseldikçe Periyot artar 37

38 Yüksek Binaların Taşıyıcı Sistem Malzemesi Kompozit %33 Çelik %42 Betonarme %25 Betonarme %25 Mevcut 200 Yüksek Bina Değerleri Esas Alınarak Kompozit %33 Çelik %42 *Yüksek Performanslı Beton *Yüksek Performanslı Çelik *Kompozit Malzeme 38

39 Yüksek Binaların Taşıyıcı Sistemleri Moment Taşıyan Çerçeve Çaprazlı Çerçeve, Perde Çekirdek Tüp Sistemler -Çerçeveli Tüp -Çapraz Bağlar + Tüp -Demet Tüpler Hibrid Sistemler 39

40 Yüksek Binaların Taşıyıcı Sisteminin Sınıflandırılması (Drosdov-Lishak 1978) 40

41 Çerçeve Sistemler Yatay yer değiştirmelere düğüm noktalarının dönmesi ile karşı koyar. Kolon ve kiriş elemanlarının yüksek eğilme rijitliğine sahip olmaları gerekir. Rijit düğüm noktaları stabilite için gereklidir. 30 kattan sonra etkin değildir. 41

42 Farklı planlarda taşıyıcı sistem düzenlemesi Kolon düzenlenmesi 42

43 Döşemeler Döşemeler düşey yükleri taşıyan en önemli sistem elemanlarıdır. Döşeme sisteminin seçimi binanın davranışını ve dayanımını önemli ölçüde etkiler. Binanın kullanım amacı döşeme sisteminin seçiminde önemli rol oynar. - Büro binalarında büyük açıklıklı basit kirişlerin kullanımı yaygındır. - Otel ve konut tipi yüksek binalarda ise küçük açıklıklı sürekli kirişlerin kullanımı yaygındır. Döşeme Tipleri: - Betonarme (plak, kirişli, düz, kaset) - Öngerilmeli Beton - Kompozit 43

44 Kompozit Döşemeler Tesisat borusu Kompozit olmayan kirişler Tesisat borusu Kompozit tali kiriş 44

45 Kompozit Döşemeler Petek (Castella) kompozit döşeme Basit kompozit döşeme Kesme bağlantıları Kompozit döşeme Tesisat geçişleri Rijitleştirici Tesisat geçişleri Öngermeli kompozit döşeme Guseli kompozit döşeme Ankraj Germe halatı Çelik kiriş Tesisat geçişleri 45

46 Çekirdek duvarı Çelik çerçeve Kompozit döşeme Döşeme Planı Kompozit döşeme Çekirdek perde Basit birleşim Dış çelik kolon Guse 46

47 Çapraz Bağlar Çelik çapraz bağlar Betonarme perde 47

48 48

49 Yatay Yükler Altında Çerçeve Çapraz Bağlar Etkileşimi Çerçeve Çapraz Bağlar Çerçeve Çapraz Bağlar Etkileşimi 49

50 Moment taşıyan çerçeve +çapraz bağlı sistem Çerçeve Sistem Katlar Moment taşımayan çerçeve + çapraz bağ sistemi Yatay Deplasman 50

51 Çaprazlı ve Kuşaklı Sistemler Katlar 1-Kuşaklanmış halde yatay deplasman 2-Kuşaklanmamış halde yatay deplasman Yatay Deplasman 51

52 Çekirdekli Sistemler Çerçeve Sistemler 52

53 Perde Perde ve çekirdek Perde ve rijit çerçeve Perdeli Sistemler 53

54 Tüp Sistemler 54

55 Merkezi Çekirdekli Tüp Sık Kolonlar Sears Binası-tüp demeti 55

56 D-D Kesiti C-C Kesiti B-B Kesiti Ön Yapım Çevre Kolon-Kiriş Sistemi A-A Kesiti Sears Binası Demet Tüp Sistemi 56

57 Sears Binası Ön Yapım Çevre Kolon-Kiriş Sistemi 57

58 Kontrol Sistemleri Diyagonal çapraz viskoz ya da viskoelastik sönümleyici Chevron çapraz viskoz sönümleyici Chevron çapraz viskoelastik sönümleyici Pall sürtünmeli sarkaç Sıvı kolon sönümleyici Sıvı kolon sönümleyici Yay Sönümleyici Actuator Kütle sönümleyici Aktif kütle sönümleyici Hibrid kütle sönümleyici 58

59 Çapraz Elemanlar Pall Sönümleyicisi Sürtünmeli izolatörler 59

60 Taipei 101 deki sarkaç 60

61 Japonya da bir yüksek binada sismik izolatör kullanılması 61

62 Yüksek Binaların Maliyet Yüzdeleri Temeller % 5 ~ %10 Taşıyıcı İskelet Sistem %10 ~ % 20 Döşeme Sistemi % 5 ~ % 10 Kaplama- Finishes % 15 ~ % 40 Tesisat % 15 ~ % 40 62

63 Gelecekte Tasarımda Önemli Rol Oynayacak Başlıklar Sürdürülebilir çevrenin korunması Risk analizi ve değerlendirmesi Performans esaslı tasarım Malzeme seçimi Aktif ve pasif kontrol sistemlerinin kullanılması Tehlike anında binanın boşaltılması 63

64 htpp:/ 64