İTÜ Mühendisliğe Hazırlık Kulübü 2017 Design Together Yarışması Bilim Merkezi ve Müzesi

İTÜ Mühendisliğe Hazırlık Kulübü 2017 Design Together Yarışması Bilim Merkezi ve Müzesi

İÇİNDEKİLER Mimari Tasarım Yapısal Tasarım Mekanik Tasarım İş Planlaması Çalışma Koordinasyonu Sürdürülebilirlik Stratejisi Çalışmaları ve Enerji Analizleri Kullanılan Yönetmelik ve Standartlar Referanslar

Proje Alanının Koordinatları (41.106523, 29.021146) & Arazinin Çevresindeki Yapılar İle İlişkisi

Projenin ana yapısı on üç adet altıgen planın bir araya gelmesiyle kurgulanan müze ve bilim merkezi altıgen planlı modüler strüktürlerden oluşmuştur. Altıgenlerin farklı yüksekliklerde kademelendirilmesi ile kütleye hareketlilik sağlanmıştır.

Bilim adamları ve matematikçiler yaptıkları araştırmalar sonucu en verimli şeklin altıgenlerin birleşmesiyle oluştuğunu ispatlamışlardır. Maksimum kullanımı esas alan bu hesaplamalarda kusursuz altıgenlerle petek şekli oluşturulur. Bu matematik düzeni diğer geometrik şekiller ile mümkün olmamaktadır. Daire, beşgen ve sekizgen gibi şekillerde birleşimler sonrasında boşluklar veya kullanılmayan alanlar oluşması muhtemeldir. Kare ve üçgende ise, aynı hacmi doldurmak için gereken duvar çevresi daha fazla olacağından en az malzeme ile bir alanı en iyi şekilde bölmek için altıgen en ideal olan şekil tipidir. Bu veriler ışığında projeyi oluşturan birimlerin altıgen olması kararı alınmıştır. Bu karar doğrultusunda birimlerin işlevlerine göre konumlandırılmasında, yapılan enerji (güneş,gölge,rüzgar ) analizlerindeki fiziksel veriler esas alınmıştır.

Plan Düzleminde Alınan Kararlar 6-Geçici Sergiler 2-Ana Sergi Salonu 10- HVAC Merkezine İniş 5 - Kafe/Mutfak 9 - Lab. 4 - Fuaye 8 - Atölye 3- Konferans Salonu 1-Giriş 7 - İdare

Peyzajda yer alan su öğesi, yeşil alan, otopark gibi birimler ile yapı arasındaki ilişkiler planlanırken sirkülasyonun akıcı olmasına özen gösterilmiştir. Ayrıca arazinin kuzeyinde var olan mevcut yeşil dokuya zarar verilmemeye Çalışılarak, mimari tasarım şekillendirilmeye çalışılmıştır. Otoparkın yerinin değiştirilip kuzeyde yeniden planlanmasının amacı ise Gün ışığından maksimum düzeyde yararlanılması istenildiğinden dolayıdır.

Giriş

B B Kesiti A A Kesiti

C C Kesiti D D Kesiti

Yapısal Tasarım Kararları Yapı, altıgenlerden oluşan bir geometrik tasarıma sahiptir. Farklı bir tasarıma sahip olmasının yanı sıra estetik bir tasarım sağlandı. Yapının taşıyıcı sistemi, üzerine etkiyen yükleri ve kendi ağırlığını güvenli bir şekilde zemine aktarabilmektedir. Bu ağır görevi nedeniyle, yapının iskeleti olarak da düşünülebilecek olan taşıyıcı sistemin seçimi ve tasarımı son derece önemli olmaktadır. Betonarme elemanlarla oluşturulan yapıda uygulama kolaylığı ve mimari tasarıma katkı sağlaması amacıyla dairesel kolonlar tercih edilmiştir. Statik tasarım da, betonarme binanın en temel ilkelerinden; Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı yeterli dayanım, yeterli rijitlik ve yeterli süneklilik koşullarına uyularak sağlanmıştır. Bunlara ilave olarak, betonarme yapıların davranışlarıyla ilgili olarak kullanılan yeterli stabilite, yeterli sönüm ve yeterli adaptasyon ilkeleri de dikkate alınmıştır. Yapının oturma alanının büyük olmasından dolayı; deprem esnasında yeterli deplasman ve oturmaların sağlanabilmesi için yapı arasına dilatasyon derzi bırakılarak 2 ayrı kısımda (A ve B blok ) statik çözümlemesi yapılmıştır. I.Yapı Blok bilgileri

A Blok; 3.5 m yüksekliğinde 200 m² lik altıgen bir bodruma ve 5 m, 7m, 9m yüksekliklerinde değişen 2000 m² lik altıgen şekillerden oluşan zemin kata sahiptir. Kot farklılıklarından dolayı kolonlarda meydana gelen narinlik etkisi sürekli kolon tasarımı ile ortadan kaldırılmıştır. Bodrum katta zemin itkisini karşılamak amaçlı 35 cm genişliğinde perde duvar kullanılmıştır. B Blokta 4 m yüksekliğinde 600 m² lik altıgenden oluşan zemin kat bulunmaktadır. Blokta bulunan bir altıgenin konferans salonu olarak kullanılacak olmasından dolayı -1.5 m alt kotu bulunmaktadır. Kot farkı olan alanların temel tasarımı ayrı ayrı yapılmıştır. 1-1 Kesiti Yapılan analiz sonucunda taşıyıcı kolonlar 80 cm çapında dairesel, kirişler 40x70 cm ebatlarında dikdörtgen olarak; TS 500 ve yapının 2. derece deprem bölgesinde olması DBYBHY ile TS 498 yönetmelikleri dikkate alınarak kullanılabilirlik sınır durumu ve izin verilen sehim değerleri kontrol edilerek seçilmiştir. Plak seçiminde açıklıkların büyük olması, mimari kısıtlamalar ve uygulama kolaylığı da göz önüne alınarak açıklıklar arasına kirişler konularak çözümlenmiştir. Bu durumda yapılan analizler sonucu 20 cm plak kalınlığı uygun görülmüştür.

İnşa edilecek yapının zemin sınıfı Z3 olarak alınmıştır. Z3 zemin sınıfı orta-sıkı kumun bileşenleridir. Zemin yatak katsayısı 3000 t/m3, zemin emniyet gerilmesi 30 t/m2 dir. Zemin sınıfının Z3 olmasından dolayı Spektrum Karakteristik Periyotlar Ta=0.15 sn ve Tb=0.6 sn olarak bulunmuştur.tdy-2007 'nin zemin gruplandırma ve sınıflandırmasındaki amacı gözönünde bulundurularak da mevcut zeminin deprem büyütme katsayısı belirlenmiştir. Temel, zemin özellikleri ve yapı alanı dikkate alınarak radye temel ile çözümlenmiştir. Analiz sonucunda 70 cm kalınlığında kirişsiz radye temel uygulanmıştır. II.Autodesk 360 Statik Model

Yapısal Analiz ve Yapılara Etkiyen Karakteristik Yükler Yapı analizi REVİT STRUCTURAL, SAP2000 ve STA4CAD programlarında yönetmeliklerin öngördüğü kurallar çerçevesinde gerçekleştirildi. III.Yükler altında yapı

Analiz sonuçlarında ; -Kalıcı (Ölü, Sabit) Yükler: Döşeme ağırlığı Kiriş ağırlığı Duvar ağırlığı Kolon ağırlığı, -Hareketli Yükler: Yapı tek katlı olduğundan dolayı 2 KN/m 2, -Kar Yükü: TS498 Ek-1'e göre İstanbul'un konumu göz önünde bulundurularak K=0.82 KN/m 2, -İlave Yükler: Kaplama ağırlıkları, -Rüzgar Yükü: İstanbul'un konumu göz önünde bulundurularak TS-498 Yönetmeliğine uygun R=0.82KN/m 2, -Deprem Yükü: DBYBHY-2007 ye göre; Deprem Bölge Katsayısı (Ao)=0.3g, Zemin Sınıfı Z3, Deprem Yapı Davranış Katsayısı (R)=7, Deprem Yapı Önem Katsayısı (I)=1,2, alınmıştır. Analizler sonucunda Estetik, Ekonomik ve Emniyetli bir yapı tasarlanmıştır. Malzeme, tüm betonarme elemanlarda; beton sınıfı olarak C30, donatı olarak TS708-2010 yönetmeliğine göre S420 nervürlü betonarme çeliği seçilmiştir.

IV.S110 Kolonu Kuşatılma Kontrolü V.S109 Kolonu Kesme Dayanımı Kontrolü VI. K109 Kirişi Sehim ve Çatlak Kontrolü

VII. X Yönünde Kesme Kuvveti Detay Görünümü VIII. Y Yönünde Oluşan Moment Diyagramları

Mekanik projelendirme yapılırken sürdürülebilirlik stratejileri ön planda tutulmuş ve disiplinler arası kontroller BIM programları sayesinde kolaylıkla sağlanmıtır. Yönetmeliklerde yer alan kurallar temel ilkelerin oluşturulmasında ve başlangıç kararlarının alınmasında önemli rol oynamıştır.mekanik projelendirmeyi aşağıda başlıklar halinde inceleyebiliriz. -Havalandırma Tesisatı -Temiz Su Tesisatı -Yağmur Suyu Toplama ve Arıtma Tesisatı -Toprak Altı Enerjisi Kullanımı (Isı Pompası Tesisatı) -Yangın Tesisatı Havalandırma Tesisatı :Ana sergi alanında asma tavan kullanılmadığından dolayı oval tip kanal kullanarak estetik bozulmamıştır. Klima santralinde İMEKSAN marka tercih edilmiştir. IKS modeli ısıtma-havalandırma ve klima santrallerinde hava emiş veya karışım hücresi, filtre, ısıtma ve soğutma serpantinleri, nemlendirici ve vantilatörleri değişik kombinasyonlarda yerleştirerek yapılmış santraller tercih edilmiştir. Isı geri kazanımlı ünite tasrımları tercih edilmiş bu sayede sadece havalandırma tesisatı kullanarak ısıtma-soğutma ve iklimlendirme tesisatlarına gerek kalmamıştır. Hesaplar yapıldıktan sonra gücüne göre klima santrali seçilmiştir.

Su Tesisatı: Hvac merkezinde bulunan depo sayesinde suların kesilmesi durumunda hazırda kullanılmak üzere su bulunmaktadır. Yağmur tesisatındaki suları da peyzaj altına yerleştirilen depolarda toplanmaktadır. Süs havuzunu doldurmak için ve çevre sulamasında kullanarak sudan tasarruf edilmektedir. Toprak Altı Enerjisi Kullanımı (Isı Pompası Tesisatı): Toprak altı enerjisi için yerin 2750 mm altına su boruları döşenmiştir. Çünkü toprağın 2-3 metre altında her zaman hava sıcaklığı sabit olup 15 derecedir. Bu kullanılarak binada kullanılacak suyun bu sayede ısıtılması planlanmış ve gerekli ısı enerjisini mümkün olduğu kadar azaltarak yapının dışa bağımlılığının azaltılması planlanmıştır. Yangın Tesisatı : İncelenen yönetmelikler ışığında ıslak boru sprinkler sistemi kullanılmıştır. Ana sergi alanında asma tavan kullanılmadığından dolayı yukarı yönlü sprikler kullanılmıştır. Bu sayede su daha çok alana etki etmektedir.

Toprak Kaynaklı Isı Pompası Belirli bir alanda 2-3m derinliğinde hafriyat alınarak borular yatay olarak serilir ve üzeri toprakla kapatılır. Toprağın 2-3 m altındaki sıcaklık değerleri yıl boyu belli değerler arasındadır ve çok küçük değişimler geçirmektedir. Bu değer aşağıdaki grafikten de görülebileceği gibi 7-12 C arasında değişmektedir. -10 C +34 C Toprağın bu özelliği ısı pompasını toprak hattı ile entegre ederek kışın ısı çekilebilecek bir ısı kaynağı yazın ise ısının atılabileceği kaynak olarak kullanılabilmesini sağlar.

Güneş Takip Sistemli Paneller (Solar Tracker-Güneş İzleyici) Solar panellerde güneş takip (solar tracker - güneş izleyici) sistemleri verimliliği %40'a kadar artırabilmeyi sağlamıştır. Güneş enerji panelleri güneş ışınlarını dik bir açı ile alabilmeleri için hareketli olarak tasarlanmıştır ve güneşin hareketi boyunca takip etmektedir. Bu sistemlerin kullanılmasındaki amaç çevredeki kirlenme ve küresel ısınma gibi sorunların önüne geçip yenilenebilir enerji kaynaklarıyla ihtiyacın giderilmesini sağlamaktır. Yağmur Suyu Toplama ve Arıtma Yağmur suyunun başta çatılar olmak üzere, otopark gibi açık alanlar, yollar ve bina/duvar çevresindeki drenaj borularından toplanabiliceği planlanmıştır. Yağmur suyu toplama tesisatı; toplama yüzeyi, yatay ve dikey oluklar, filtreler, pompa, yağmur suyu deposu ve dağıtıcı sistemlerden oluşmaktadır.

Solar Panellere Sahip Çiçek Formlu Aydınlatmalar Ağaçlardan esinlenerek tasarlanan solar aydınlatmaların yaprakları % 21 verimle çalışan güneş panellerinden oluşuyor. Geceleri aydınlatma işlevini yerine getiren Solar Çiçekler, gündüz olduğunda kavurucu güneşten biraz olsun kaçıp gölgesinde otururken Wi-Fi bağlantısı kurabileceğiniz ve telefonunuzu şarj edebileceğiniz bir dinlenme alanı haline geliyor. Solar Modüller Işık Kaynağı Kablolar Akümülatör

Fotovoltaik Modüller Cephede Yer Alan Panel Sistemleri Güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Bu projede yüzeyleri dikdörtgen şeklinde biçimlendirilmiş olan güneş hücrelerinin kalınlıkları 0,1-0,4 mm arasındadır. Güneş enerjisi, güneş hücresinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 30 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Bu proje kapsamında yüksek verimle çalışan paneller tercih edilmiştir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş hücresi birbirine paralel bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş hücresi modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan MEGA Watt'lara kadar sistem oluşturulur.

Çalışma Koordinasyonu 3 Boyutlu olarak çalışmaya imkan sağlayan BIM programları sayesinde farklı disiplinler arası koordinasyon hızlı ve başarılı bir şekilde sağlanmış olunup alınacak kararların hızlı ve doğru bir biçimde alınmasına, oluşan problemlerin-çakışmaların öngörülüp projelendirmenin başarılı bir şekilde oluşmasına olanak sağlamıştır.

Güneş-Gölge Analizleri

Yapılan bu gün ışığı analizinde mekanlar içerisindeki ışık yayılımları görülmektedir. Planlandığı üzere atölye ve labaratuvarlar, idari kısım, kafe ve fuayenin konumlandığı yerlerde güneş ışığı içeri alınırken depo ve konferans salonunun ışık almaması sağlanmıştır. Ana sergi alanında ise ortada kalan alanın aydınlık açıklığı sayesinde ışıkla vurgulanması sağlanırken sergi alanlarına geçildikçe ışık miktarı azalmaktadır. Bu şekilde ışığın kullanılması analizler ile planlanmıştır.

Kafe, fuaye gibi alanlarda ise gün ışığından maksimum derecede yararlanılması amaçlanmıştır. Konferans salonu gibi mekanlarda ışığın kontrol edilebilmesi için yapay aydınlatma tercih edilmiştir.

Çatıda solar panel koyulacak olan yerlere bu analiz doğrultusunda karar verilmiştir. Sağ üst köşede görüldüğü gibi kırmızı noktayla işaretli alanlara gölgede kaldıkları için panel yerleştirilmemiş, yerleştirilen alanlarda maksimum verim alınması planlanmıştır.

Kullanılan Yönetmelikler & Standartlar TS-500 Betonarme Yapıların Tasarım ve Kuralları (ŞUBAT 2000) TS-498 Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri (Kasım 1997) Yangın Yönetmeliği DBHBHY-2007 Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Esaslar TS ENV 12097 - Binalar İçin Havalandırma - Kanallar - Kanal Yapım Kuralları

Referanslar RevitCity BimObject- Autodesk Seek Bim 360 Insight 360 Green Building Studio Doğangün, A. (2013). Betonarme Yapıların Hesap ve Tasarımı. İstanbul: Birsen Yayınevi. CELEP, Z. (2005). Betonarme Yapılar. İstanbul: İTÜ.

Referanslar Akademik Personel İnşaat Mühensisliği Bölümü Doç.Dr. Şenol Gürsoy Doç. Dr. İlker Kalkan Akademik Personel Mimarlık Bölümü Yrd.Doç.Dr.Yüksel TURCAN Arş. Gör. Bilgehan İYİCAN Özmen, G. (2015). ÖRNEKLERLE SAP2000-V17. İstanbul: Birsen Yayınevi. Torkan, R., & Amasra, S. (2014). STA4CAD Çok Katlı Betonarme Yapıların Analizi ve Tasarımı. İstanbul: Birsen Yayınevi.

Mimari Proje Tasarım Ekibi Saime Reyhan Kayacı Aynur Teke

Statik Proje Tasarım Ekibi Şeyda Yılmaz Büşra Karahüseyin Ulaş Koç

Mekanik Proje Tasarımı Burak Akkaya