Cidde Kulesi'nin Yapısal Tasarımı

Bu yazıda Cidde Kulesi’nin yapısal tasarımı hakkında konuşacağız.

Hâlihazırda dünyanın en uzun gökdeleni Burj Khalifa (828 m) olsa da, tamamlandığında Jeddah Tower (1000+ m) bu unvanı eline geçirecek. Geçmişte yaşanan idari sorunlar ve ardından gelen pandemi yüzünden durmak zorunda kalan inşaat, uzun yıllar atıl kalsa da yakın zamanda projeyi tamamlamak üzere yeniden hareketlenmeye başladı. Şu ana kadar yapının sadece üçte birlik kısmı inşa edilebilmiş durumda ve bitiş tarihi için hâlâ net bir öngörüde bulunmak zor.

Mimarlar, Mühendisler ve “Tanıdık” Bir Tasarım

Yapının mimarı Adrian Smith. Kendisi aynı zamanda şu an dünyanın en yüksek binası olan Burj Khalifa’nın da mimarıdır. Adrian Smith, Burj Khalifa’yı tasarlarken SOM (Skidmore, Owings and Merrill) adındaki ünlü mimarlık ve mühendislik bürosunda partnerdi; 2006 yılında ise kendi bürosunu kurdu. Burj Khalifa’nın yapısal tasarımını ise yine SOM partnerlerinden olan Bill Baker üstlenmişti. Jeddah Tower’ın yapısal tasarımı ise Thornton Tomasetti tarafından yapıldı.

Bunlardan niye mi bahsediyorum? Birazdan her iki yapının da yapısal tasarımının neredeyse birebir aynı olduğunu görünce anlayacaksınız.

Jeddah Tower’ın taşıyıcı sistemine baktığınız zaman, Burj Khalifa’nın taşıyıcı sistemiyle aynı olduğunu düşünebilirsiniz. Görünüşe göre Jeddah Tower’ın mühendisleri, Bill Baker’ın başarılı tasarımını kısaca kopyalamışlar. SOM adındaki büroyu bilmiyorsanız, gökdelenlerin tarihinin yazıldığı büro denebilir. Gökdelenlerde kullanılan birçok modern taşıyıcı sistemin mucidi o büroda çalıştı. Özellikle Fazlur Rahman Khan, bu konuda en ön plana çıkan mühendistir.

(Not: Telif hakları nedeniyle Burj Khalifa ve Jeddah Tower’ın taşıyıcı sistem kesitlerini doğrudan ekleyemiyorum, ancak arama motorlarından iki yapının planlarını yan yana getirip inceleyebilirsiniz.)

Burj Khalifa’nın Taşıyıcı Sistemi

Cidde Kulesi’nin Taşıyıcı Sistemi

Taşıyıcı Sistem: Buttressed Core (Desteklenmiş Çekirdek)

Jeddah Tower’ın taşıyıcı sistemini anlatacak olursam; üçgen şeklinde bir çekirdek ve onun üç tarafına bağlanan perdelerden oluşuyor. Bu taşıyıcı sistemin mucidi Bill Baker, bu tasarımı “buttressed core”, yani Türkçe çevirisiyle “desteklenmiş çekirdek” olarak isimlendiriyor. Çalışma mantığını kısaca diğer yazımdan alıntılıyorum, çünkü burada da işleyiş birebir aynı:

“Ortadaki altıgen (veya üçgen) kısım core yani yapının çekirdeğini oluşturuyor. O çekirdekten çıkan oldukça uzun üç tane T şeklindeki perde de bu çekirdeği destekleyen duvarlardır. Taşıyıcı sistemin adı da buradan geliyor. Ortadaki çekirdek, özellikle burulmaya (torsion) karşı oldukça etkilidir.

Yanal kuvvet etkisi altında çekirdeğe bağlanan bu üç T şeklindeki duvar, gelen yanal kuvvetin açısına bağlı olarak bu kuvvetlere karşı koyar. T şeklindeki duvarların yerleşim geometrisi sayesinde, gelen yanal kuvvetlere çoğunlukla üç perde + çekirdek hep birlikte karşı koymaya çalışır. 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 kadar düşük bir rijitlik sağlarlar. Sonuç olarak bahsettiğim 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 hep birlikte kuvveti göğüsler. Yani geometrisi sayesinde oldukça efektif bir taşıyıcı sistem tasarlandığı söylenebilir.”

Fotoğraf Linki

Rüzgar Mühendisliği ve Şaşırtmalı İncelme

Yine Burj Khalifa’da olduğu gibi, rüzgara karşı aerodinamik bir tasarım için yapı yükseldikçe inceliyor. Ancak Jeddah Tower’da Burj Khalifa’daki tasarım optimize edilmiş diyebiliriz. Burj Khalifa’da bu incelme (daralma) belli katlarda aniden (basamaklı) olurken, Jeddah Tower’da ise incelme sürekli ve eğimli bir şekilde gerçekleşiyor.

Bu kesintisiz aerodinamik form sayesinde Jeddah Tower’da outrigger (dış destek) ihtiyacı duyulmamış. Zaten Burj Khalifa ile aralarındaki yapısal tasarım anlamında tek farkın outrigger bulunmaması olduğu söylenebilir.

Yapının yükselirken incelmesi her kanatta aynı oranda ayarlanmamış. Bu yüzden de yapının üç kanadı farklı yüksekliklerde bitiyor. Bu asimetrik tasarım sayesinde rüzgarı “şaşırtabilmişler” ve rüzgar tüneli testlerinde oldukça iyi sonuçlar almışlar. Rüzgarı şaşırtmanın neden önemli olduğunu yine Burj Khalifa hakkındaki yazımda anlatmıştım. Bilmeyenler için buraya da alıntı yapayım:

“Bu şaşırtmalı daralma sayesinde yapının etrafından esen rüzgar “şaşırtılarak” vortex shedding denen soruna yol açması engelleniyor. Vortex shedding, esen rüzgarın yapının arka sağ ve sol köşelerinde dönüşümlü olarak girdap oluşturmasına deniyor. Bu oluşan dönüşümlü girdaplar yüzünden yapı rüzgarın estiği yöne dik yönde salınımlar yapmaya başlıyor. Yapı yükseldikçe formu değişen kısımlar, rüzgarı şaşırtarak bu ritmik etkinin meydana gelmesini engelliyor."

"Vanity Height” (Gösteriş Yüksekliği) Yanılgısı

Son olarak yapının yüksekliği hakkında biraz bilgi vereyim. Yapının 1000 metreden biraz daha uzun olması planlanıyor, ancak kullanılabilir en son katı 630. metrede olacakmış. Bu da bize tepede yaklaşık 370 metrelik bir “kullanılamaz yükseklik” bırakıyor.

CTBUH (Council on Tall Buildings and Urban Habitat) adında uluslararası bir organizasyon var. Bu organizasyonun literatüre kazandırdığı bir terim olan “Vanity Height”, yani Türkçesiyle “Gösteriş Yüksekliği” tam olarak bu 370 metreyi ifade ediyor.

Jeddah Tower bu konuda da dünyanın en yükseği (en çok boşluğa sahip olanı) olacak. Burj Khalifa’da bu gösteriş yüksekliği 244 metreydi, son kullanılabilir katı ise 585. metredeydi. Jeddah Tower kullanılabilir yükseklik olarak diğerlerinden o kadar da devasa bir fark yaratmıyor gibi gözükse de, insanlar sürekli toplam yüksekliğe önem verdiğinden prestij uğruna bu tarz alanlara “boş yere” milyonlarca dolar harcanıyor.