Öncelikle gökdelenlerden bahsetmeden gökdelenlerin var olmasına olanak sağlayan icattan ve sahibinden bahsetmeliyiz. Elisha Otis adında bir Amerikalı asansörlerin halat kopması durumunda çakılmasını önleyecek bir icat yapmiş. Bu icadını da 1853 yılında New York Dünya Fuar’ında (günümüzdeki adı Expo) sunmuş. Sunum sırasında üstünde bulunduğu platformu tutan tek ipin kesilmesini ister ve ip kesildikten sonra platform sadece birkaç cm alçaldıktan sonra durur. İzleyen kalabalık oldukça etkilenir ve Otis de tarihe geçecek sözlerini “All safe, gentlemen. All safe.” söyler. Böylece gökdelenlerin inşasının önünde bir engel kalmamış olur. Güvenli bir şekilde kullanılabilecek bir asansör icat edilmeden gökdelenlerin inşaası mantıklı değildi. İnsanlar sık sık meydana gelen asansör kazalarından korktukları için asansör kullanmak istemiyormuş. Asansör yokken de binaların üst katlarında bulunan daireleri insanlar tutmak istemediğinden dolayı bu daireler en değersiz dairelermiş. Günümüzde ise gökdelenlerin en tepesinde “Penthouse” adı verilen daireler açık ara en değerli daireleri oluşturuyor.
Dünyanın ilk gökdeleni ise 1885 yılında Chicago’da inşası tamamlanan Home Insurance Building olmuş. İlk yapıldığında on katlı olan yapıya sonradan iki kat daha eklenmiş. Böylece yapının toplam boyu 55 metre olmuş. Chicago günümüzde de geçmişte de gökdelenler konusunda hep önemli bir şehir oldu.
Yukarıdaki resimden taşıyıcı sistem çeşitlerini görebilirsiniz. Bu taşıyıcı sistemler yapının dış cephesinin tasıyıcı sisteme dahil olmadığı sistemleri gösteriyor, yani “iç” taşıyıcı sistem çeşitleri.
Çerçeve Sistemler
Çerçeve sistemler gökdelenlerin ilk yıllarında kullanılan taşıyıcı sistem tipiydi. Çerçeve sistem bildiğiniz gibi kolon ve kirişin “rijit” bir şekilde bağlanması ile meydana geliyor.
Sadece “rijit” çerçeveler ile tasarlanmış bir yapı olarak 860 & 880 Lake Shore Apartments’ı örnek verebilirim. Dünyaca ünlü Alman mimar Mies van der Rohe tarafından tasarlanan yapı 1951 yılında inşa edildi ve toplam 82 m yüksekliğe sahip.
Çerçeve sistemle tasarlanmış en ünlü bina olarak Empire State Building’i söyleyebilirim. Empire State’in taşıyıcı sistemi normal çerçeveler ve “desteklenmiş” çerçevelerden (braced frame) oluşuyor.
Perde Duvar/Çekirdek Sistemler
Bu sistemler sizin de bildiğiniz gibi betonarme perdelerin bir araya gelmesinden oluşuyor. Perdelerin yanal rijitliği çerçeveye nazaran daha yüksek olduğundan bu sistemler ile daha yükseğe çıkmak mümkün.
Çekirdek + Rijit Çerçeve Sistemler
Bu sistemler betonarme çekirdeklerin rijit çerçeveler ile birleşiminden meydana geliyor. Bu sistemin artısı ise sadece çekirdekten veya perde duvarlardan meydana gelen yapılar alt katlarda oldukça az yanal deplasman yaparken yukarılara doğru çıkıldıkça perdelerin yaptığı deplasman oldukça artıyor. Bu nedenle de üst katlarda çerçeveler betonarme perdelerin deplasmanlarını sınırlamaya yardımcı oluyor.
Çekirdek + Outrigger
Yukarıda bahsettiğim gibi sadece çekirdeklerden oluşan yapıların yanal deplasmanları üst katlarda artık kontrol edilememeye başlıyor. Bu nedenle de başka sistemler ile bu deplasmanları sınırlamamız gerekiyor. Bu sistemlerden birisi de Outrigger. Outrigger denilen sistem belli katlarda dış kolonlar ile yapının çekirdeğini birbirine bağlar. Bu bağlantı ya kafes kiriş sistemleri ile ya da perdeler ile sağlanır. Yapının çekirdeği yanal deplasman yapacağı zaman dış kolonlarda da yükler meydana gelir. Yanal deplasman yapacağı yöndekinde basınç diğer yöndeki kolonda ise çekme kuvvetleri oluşur. Bu sayede de dış kolonlar da yapının yanal taşıyıcı sistemine dahil olur. Aşağıdaki resimden outrigger’ın çalışma prensibini görebilirsiniz.
Buttressed Core
Bu sistemde ise yapının çekirdeği üç farklı yönde perde duvarlar ile destekleniyor. Oldukça efektif bir taşıyıcı sistem olduğu söylenebilir. Jeddah Tower ve Burj Khalifa’da kullanılan taşıyıcı sistemdir. Bu yazılarımdaki taşıyıcı sistem hakkındaki kısmı buraya alıntılıyorum:
“Yukarıdaki resime bakarsanız ortadaki altıgen (veya üçgen) kısım core yani yapının çekirdeğini oluşturuyor, o çekirdekten çıkan üç tane oldukça uzun T şeklindeki perdeler de bu çekirdeği destekleyen duvarlar. Yani taşıyıcı sistemin adı buradan geliyor. Ortadaki altıgen çekirdek özellikle burulmaya (torsion) karşı oldukça etkili. Yanal kuvvet etkisi altında da çekirdeğe bağlanan üç tane T şeklindeki duvar da gelen yanal kuvvetin açısına bağlı olarak belli miktarda bu yanal kuvvetlere karşı koyuyor. Bu T şeklindeki duvarların yerleşim şekilleri sonucu gelen yanal kuvvetlere çoğunlukla üçü + çekirdek birlikte karşı koymaya çalışıyor. Normal dörtgen bir yapının taşıyıcı sistemini düşündüğünüzde perdeler genelde birbirine doksan derece ile bağlanır. Bunun sonucu olarak da birine dik etkiyen bir yanal kuvvet diğerinin zayıf yönünden etkir. Perdeler ise kesitlerinin zayıf yönünde neredeyse göz önüne almayı gerektirmeyecek bir rijitlik sağlarlar. Sonuç olarak da dediğim yükleme durumunda sadece tek yöndeki perdeler çalışır. Buttressed core sisteminde ise bir perdenin (T şeklindeki duvarlardan birinin) zayıf yönünden etkiyen bir yanal kuvvet gelse dahi diğer iki perde + çekirdek + çalışmadığını kabul ettiğimiz perdenin ucundaki T’yi oluşturan duvar (T şeklinin ucundaki duvar) birlikte karşı koyar. Yani geometrisi sayesinde oldukça efektif bir taşıyıcı sistem tasarlandığı söylenebilir.”
Yukarıdaki resimde yer alan sistemler ise yapıların dış cephelerinin taşıyıcı sisteme dahil olduğu sistemleri gösteriyor.
Framed Tube Sistemler
Bu sistemde yapının yanal taşıyıcı sistemini dış cephesi oluşturuyor. Betonarme veya çelik çerçevelerden oluşuyor bu dış cepheler. Taşıyıcı sistemin dış cephede bulunması hem yapının içinin mimari açıdan özgür olmasını sağlıyor hem de yanal kuvvetlere karşı daha fazla rijitlik sağlıyor. Tube sistemleri bir kutu kesit gibi düşünürsek bu şekli sayesinde daha yüksek burulma rijitliğine sahipler yukarida bahsettiğim diğer yapılara nazaran. Ayrıca taşıyıcı sistemin yapının dış cephesinde bulunması aynı çelik profillerdeki gibi faydalı yüksekliğin daha iyi kullanılmasına yarıyor. Bu sayede de bu tarz sistemler yanal kuvvetlere karsı daha efektif çözümler olabiliyor.
Bu taşıyıcı sistemlerde Shear Lag adı verilen bir problem ortaya çıkıyor. Bu problem dış cephesinde framed tube kullanan her tube sistem için geçerli. Shear lag ise dış cephedeki kolonlara gelmesi gereken gerilmeler düzgün bir dağılım sergilemesi gerekirken, köşedeki kolonların daha fazla strese maruz kalması olarak açıklanabilir. Aşağıdaki resime bakarsanız çok daha iyi anlarsınız.
Tube in Tube
Bu sistem de içerideki çekirdek ile dış cephedeki taşıyıcı sistemin döşemeler aracılığı ile birlikte çalıştırılması fikrinden geliyor. Çalışma mantığı için yukarıda Tube ve çekirdek sistemler için yazdıklarımdan farklı şeyler söylenemez.
Braced Tube
Yukarıda bahsettiğim shear lag sorununu çözmek için geliştirilmiş bir sistem denebilir. Shear lag oluşumunu düşürmek için kolonlar arası mesafe artırılıyor ama bunun neden olacağı rijitlik kaybını da diagonal elemanlar ile gideriyorlar. Yapıya etkiyen yanal kuvvetler diagonal elemanlarda normal kuvvet oluşturuyor. Diagonal elemanlar da bu kuvvetleri zemine aktarıyor. Örnek yapı olarak da John Hancock Center’ı gösterebilirim.
Bundled Tube
Bu sistemi de birden fazla Tube sistemin bir araya gelmesi olarak düşünebilirsiniz. Yine shear lag sorununu çözmek için bir tasarım denebilir. Yarattığı sorun ise yapının içinde mimari açıdan o kadar da boş alan kalmıyor. Bu yapıya örnek olarak Sears/Willis Tower’ı söyleyebilirim.
Super Frame
Bu taşıyıcı sistem ise devasa kolonlardan ve bu kolonları birbirine bağlayan rijit kirişlerden oluşuyor en basit tabiriyle. Yani devasa çerçeve olarak da görebilirsiniz bu taşıyıcı sistemleri. Bu taşıyıcı sistem tipine de örnek olarak Frankfurt’taki Commerzbank Tower’ı verebilirim.
Yazıyı bitirmeden de Fazlur Khan adındaki mimar/mühendisten bahsetmek istiyorum. Kendisi 60’larda SOM’da (Skidmore, Owings & Merrill) çalışan bir mimar ve inşaat mühendisi. Yukarıda saydığım outrigger, framed tube, braced tube, tube in tube ve bundled tube sistemlerinin mucidi.
Hatırlatma: Yazılan makalelerden haberdar olmak istiyorsanız, sosyal medya hesaplarımızı takip edebilirsiniz.
