Gökdelenlerin Tasarımını Etkileyen Faktörler

Gökdelenlerin tasarımı aslında sıradan binaların tasarımından çok da farklı değil. Ancak sıradan binaların tasarımında rol oynamayan veya göz ardı edilmesi çok da sorun yaratmayan birkaç tema gökdelen tasarımında ciddi şekilde rol oynuyor. Bu yazıda size bu temalardan bahsedicem ve mühendislerin bu sorunları genelde nasıl çözdüklerini anlatıcam.

Rüzgar

Rüzgar sıradan yapıların tasarımında yük olarak göz önüne alınsa dahi gökdelenlerin tasarımında oynadığı rol kadar önemli bir yeri yok. Bunun nedenlerinden birisi rüzgar hızının yükseldikçe artması diyebiliriz. Diğer bir neden olarak da yapıların boyu arttıkça yanal deplasmanları kontrol etmenin çok daha zor ve maliyetli olması. Buna literatürde “premium for height” deniyor. Yani daha yükseğe çıkmak için vermeniz gereken ekstra miktar.

Son olarak da diğer birkaç yazımda daha bahsettiğim bir sorun olan vortex shedding. Vortex shedding de esen rüzgarın yapının arka sağ ve sol köşelerinde dönüşümlü olarak girdap oluşturmasına deniyor. Bu oluşan dönüşümlü girdaplar yapının üzerinde emme (suction) kuvvetleri oluşturuyor. Bu oluşan kuvvetler tek başlarına o kadar da büyük kuvvetler değiller. Ancak belli bir süre boyunca organize bir şekilde bu kuvvetler yapıyı salınım yapmaya zorladıkça, yapının yaptığı salınımlar da artmaya başlıyor. Yapının doğal frekansı ile de oluşan bu girdapların dogal frekansı çakıştığı takdirde yapı için ciddi bir sorun oluşturuyor. Bunun önüne geçmek için yapının yanal rijitliğini artırabiliriz en basit yöntem olarak. Ancak yukarıda bahsettiğim gibi gökdelenlerde yanal rijitliği artırmak artık çok maliyetli olmaya başlıyor. Bu bakımdan da gökdelen tasarlanırken mutlaka rüzgar mühendisliği de işin içine giriyor.

Kanada’da RWDI adında bir mühendislik şirketi var. Bu şirket rüzgar mühendisliğinde uzman bir şirket ve rüzgar tüneli testleri yapıyorlar. Bildiğiniz birçok gökdelenin rüzgar mühendisliği testlerini büyük ihtimal bu şirket yapmıştır. Bu rüzgar testinde gökdelenlerin ölçekli maketlerini ve çevresinin maketlerini yapının inşa edileceği yerin rüzgar şartlarında test ediyorlar. Tabi ki bu testler öncesi bilgisayar programlarında simülasyonlar yapılarak yapının şekli optimize edilmeye çalışılıyor. Ama bu simülasyonlara güvenmeyip birkaç defa rüzgar tüneli testi yapiliyor. Vortex shedding’i önlemenin en etkili yollarından birisi ise rüzgarın organize olmasını engellemek. Bunu da yapının belli yerlerini farklı yüksekliklerde daraltarak başarabiliyor mühendisler. Bu dediğim strateji Burj Khalifa ve Cidde Kule’sinde uygulandı. Bir başka yöntem de yapıda rüzgarın geçmesini sağlayacak boşluklar bırakmak. 432 Park Avenue hakkındaki yazımda bundan bahsetmiştim. O yapıda belli katlarda boşluklar bırakarak bu dediğim stratejiyi uyguladı tasarımcıları.

Deprem

Deprem gökdelenlerin tasarımında ciddi bir rol oynamıyor. Gökdelenin boyu ne kadar uzarsa da depremden ziyade rüzgarın yanal kuvvet olarak etkisi çok daha fazla oluyor. Zaten çok daha büyük olan rüzgar kuvvetlerine dayanan yapı deprem kuvvetlerine de karşı koyabiliyor rahatlıkla. Deprem için yapılan en önemli mühendislik sahaya özel deprem tehlikesi analizi yaptırmak oluyor. Buna da İngilizce’de Site Specific Seismic Hazard Analysis deniyor. Bu analizde o saha ve yapı için tehlike oluşturabılecek faylar belirlenip onlara göre ivmeler, spektrumlar vs belirleniyor. Yapılacak yapının deprem tasarımı da hem yerel kodların hem de bu analizin sonuçlarının verileriyle yapılıyor. Örnek olarak Cidde Kulesi tasarlanırken İran’daki ve Türkiye’deki depremler de göz önüne alınmış.

Sünme ve Rötre

Betonarme elemanlar bulunduran gökdelenlerin tasarımında bu elemanların sünme ve rötre davranışı da analiz edilir. Belli elemanlarda gerilme yoğunluğu oluşmasını istemez mühendisler. Bu yüzden de tasarım yaparken kuvvetlerin elemanlara homojen dağılması için uğraşırlar. Zaten gökdelenlerin taşıyıcı sistemlerini incelediğiniz zaman bu sistemlerin oldukça sistematik ve kolay anlaşılır olduğunu görürsünüz. Özellikle Türkiye’de yapılan standart projelere baktığınız zaman ise neyin ne oldugu belli değildir coğu zaman. Ciddi projelerde mühendisler nasıl olsa program hesaplar diye saçma tasarımlar yapmazlar. Yük dağılımının belli olduğu tasarımlar yaparlar. Bu dediklerim olmaz ve belli elemanlarda gerilme konsantrasyonu olursa, bu elemanlarda (sünme) kısalmalar daha fazla olur ve yapısal elemanlarda farklı kısalmalar meydana gelir. Bunun sonucu da 2. mertebe etkileri ciddi boyutlara ulaşabilir. Bunun önüne geçmek için sünme etkilerini de dikkatli bir şekilde göz önüne alır mühendisler.

İnşaat Aşamaları

Yüz katlı bir gökdelen tasarlanacaksa mühendis programda yüz katlı bir yapı tasarlayıp sadece bunu analiz etmez. Ne kadar detaylı yapmak istediğine bağli olarak örneğin sadece ilk on katın bulunduğu modeli yaratır ve bunu analiz eder. Sonra bu modeli yaptığı deplasmanlar, gerilmeler vs ile kaydedip üzerine yeni bir on kat daha tasarlar. Mühendis yirmi katlı modeli tekrar analiz eder ve bu süreç bütün yapı için tekrarlanır. Bu katları tabi ki tek tek de yapabilir. Bu analize da Time Step Analysis deniyor.

Sormak istediğiniz sorular varsa bunları yorumlarda sorabilirsiniz.

Hatırlatma: Yazılan makalelerden haberdar olmak istiyorsanız, sosyal medya hesaplarımızı takip edebilirsiniz.