Öncelikle gökdelen taşıyıcı sistemlerinden bahsetmeden önce, gökdelenlerin var olmasına olanak sağlayan o mucizevi icattan ve sahibinden bahsetmeliyiz.
Elisha Otis adında bir Amerikalı, asansörlerin halat kopması durumunda çakılmasını önleyecek bir güvenlik freni icat etmiş. Bu icadını 1853 yılında New York Dünya Fuarı’nda (günümüzdeki adıyla Expo) sunmuş. Sunum sırasında, üstünde bulunduğu platformu tutan tek ipin kesilmesini ister. İp kesildikten sonra platform sadece birkaç santimetre alçaldıktan sonra kilitlenerek durur. İzleyen kalabalık oldukça etkilenir ve Otis tarihe geçecek o meşhur sözlerini söyler: “All safe, gentlemen. All safe.” (Her şey güvenli beyler, her şey güvenli).
Böylece gökdelenlerin inşasının önündeki en büyük psikolojik ve fiziksel engel kalkmış olur. Güvenli bir şekilde kullanılabilecek bir asansör icat edilmeden gökdelenlerin inşası mantıklı değildi. İnsanlar sık sık meydana gelen asansör kazalarından korktukları için asansör kullanmak istemiyordu. Asansör yokken binaların üst katlarında bulunan daireler (merdiven çıkma zorunluluğundan dolayı) en değersiz dairelermiş. Günümüzde ise gökdelenlerin en tepesinde “Penthouse” adı verilen bu daireler açık ara en değerli mülkleri oluşturuyor.
Dünyanın ilk gökdeleni ise 1885 yılında Chicago’da inşası tamamlanan Home Insurance Building olarak kabul edilir. İlk yapıldığında on katlı olan yapıya sonradan iki kat daha eklenmiş ve toplam boyu 55 metreye ulaşmıştır. Chicago, günümüzde de geçmişte de gökdelenler ve modern yapısal tasarım konusunda hep öncü bir şehir olmuştur.
Gökdelen Taşıyıcı Sistemleri
İç Taşıyıcı Sistem Çeşitleri
Aşağıdaki bölümde göreceğiniz taşıyıcı sistem çeşitleri, yapının dış cephesinin taşıyıcı sisteme dahil olmadığı, yani yatay yüklerin yapının içindeki elemanlar tarafından karşılandığı “iç” taşıyıcı sistemleri gösteriyor.
Çerçeve Sistemler
Çerçeve sistemler, gökdelenlerin ilk yıllarında kullanılan temel 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 Chicago’daki 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 metre yüksekliğe sahip. Çerçeve sistemle (çaprazlı çelik çerçevelerle desteklenerek) tasarlanmış en ünlü binalardan biri olarak da efsanevi Empire State Building’i sayabiliriz.
Perde Duvar / Çekirdek Sistemler
Bu sistemler adından da anlaşılacağı üzere betonarme perdelerin bir araya gelmesinden (genellikle asansör ve merdiven boşluklarının etrafında) oluşuyor. Perdelerin yanal rijitliği çerçevelere nazaran çok daha yüksek olduğundan, bu sistemler ile binaları daha yükseğe taşımak mümkün olmuştur.
Çekirdek + Rijit Çerçeve Sistemler
Bu sistemler betonarme çekirdeklerin rijit dış çerçeveler ile birleşiminden meydana geliyor. Bu sistemin artısı şudur: Sadece çekirdekten veya perde duvarlardan meydana gelen yapılar alt katlarda oldukça az yanal deplasman yaparken, yukarılara doğru çıkıldıkça perdelerin (konsol kiriş gibi davrandıkları için) yaptığı deplasman oldukça artar. Üst katlarda çerçeveler, betonarme perdelerin bu aşırı deplasmanlarını (eğilme deformasyonunu) sınırlamaya yardımcı olur.
Çekirdek + Outrigger Sistemler
Yukarıda bahsettiğim gibi, sadece çekirdeklerden oluşan yapıların yanal deplasmanları belli bir yükseklikten sonra kontrol edilememeye başlar. Bu deplasmanları sınırlamak için devreye Outrigger (Dış Destek) sistemleri girer.
Outrigger denilen sistem, yapının belli katlarında dış kolonlar ile merkezdeki çekirdeği birbirine bağlar. Bu bağlantı kafes kiriş sistemleri (çelik) veya rijit perdeler (betonarme) ile sağlanır. Rüzgar veya deprem etkisiyle yapının çekirdeği yanal deplasman yapmak istediğinde, outrigger kolları bu kuvveti dış kolonlara aktarır. Rüzgarın estiği yöndeki kolonlarda çekme, diğer yöndeki kolonlarda ise basınç kuvvetleri oluşur. Bu sayede dış kolonlar da yapının yanal taşıyıcı sistemine (moment kolunu büyüterek) dahil olur.
Buttressed Core (Destekli Çekirdek)
Bu sistemde yapının altıgen (veya üçgen) çekirdeği, üç farklı yöne uzanan devasa perde duvarlar ile destekleniyor. Dünyanın en yüksek binaları olan Jeddah Tower ve Burj Khalifa’da kullanılan, aerodinamik ve statik açıdan oldukça efektif bir taşıyıcı sistemdir.
Ortadaki çekirdek özellikle burulmaya (torsion) karşı muazzam bir direnç sağlar. Çekirdekten çıkan üç adet Y veya T şeklindeki perde kanatları, rüzgar hangi yönden eserse essin (birbirlerine destek olarak) yapıyı ayakta tutar. Normal dörtgen bir yapıda rüzgar perdenin zayıf (ince) yönünden eserse o perde pek çalışmaz. Ancak Buttressed Core sisteminde geometrik yerleşim sayesinde tüm perdeler birbirine kenetlenerek ortak bir rijitlik sunar.
Dış (Tüp) Taşıyıcı Sistem Çeşitleri
Bu sistemler ise yapının dış cephesinin (kabuğunun) taşıyıcı sisteme aktif olarak dahil olduğu, yapısal tasarımda devrim yaratan sistemlerdir.
Framed Tube (Çerçeveli Tüp) Sistemler
Bu sistemde yapının yanal taşıyıcı sistemini doğrudan dış cephesi oluşturur. Dış cephe, birbirine çok yakın yerleştirilmiş kolonlar ve derin kirişlerden (betonarme veya çelik) oluşur. Taşıyıcı sistemin dış cephede bulunması hem yapının içinin mimari açıdan kolonsuz ve özgür olmasını sağlar hem de yanal kuvvetlere karşı devasa bir burulma rijitliği sunar. Tüp sistemleri toprağa saplanmış devasa bir kutu/boru kesit gibi düşünebilirsiniz.
Shear Lag Sorunu: Bu taşıyıcı sistemlerde Shear Lag adı verilen aerodinamik ve statik bir problem ortaya çıkar. Normal bir kutu kesitte rüzgar yükü altında gerilmelerin homojen dağılması beklenirken, Framed Tube sistemlerinde döşemelerin esnekliği yüzünden köşelerdeki kolonlar olması gerekenden çok daha fazla strese maruz kalırken, ortadaki kolonlar tam kapasiteyle çalışamaz.
Tube in Tube (İç İçe Tüp)
Bu sistem, içerideki rijit çekirdek (iç tüp) ile dış cephedeki çerçeveli taşıyıcı sistemin (dış tüp) döşemeler aracılığı ile birlikte çalıştırılması fikrine dayanır.
Braced Tube (Çaprazlı Tüp)
Yukarıda bahsettiğim Shear Lag sorununu çözmek için geliştirilmiş bir sistemdir. Dış cephedeki kolonlar arası mesafe artırılarak (pencereler büyütülerek) mimari ferahlık sağlanır. Bunun yaratacağı rijitlik kaybı ise dış cepheyi saran devasa diyagonal (çapraz) çelik elemanlar ile giderilir. Bu diyagonaller, yanal kuvvetleri eksenel çekme ve basınç kuvvetleri olarak doğrudan zemine aktarır. En ikonik örneği Chicago’daki John Hancock Center’dır.
Bundled Tube
Bu sistemi, birden fazla bağımsız tüp sistemin (örneğin 9 adet farklı yükseklikteki karenin) bir araya gelerek tek bir devasa kütle oluşturması olarak düşünebilirsiniz. Yine Shear Lag sorununu çözmek ve rüzgarı kırmak için harika bir tasarımdır. Tek dezavantajı, yapının içinde çok fazla iç kolon barındırmasıdır. En meşhur örneği Chicago’daki Sears (Willis) Tower’dır.
Super Frame (Süper Çerçeve)
Bu taşıyıcı sistem, köşelerde yer alan devasa mega-kolonlardan ve bu kolonları belirli katlarda birbirine bağlayan devasa mega-kirişlerden (veya makaslardan) oluşur. En basit tabiriyle dış cepheyi saran devasa bir çerçevedir. Bu taşıyıcı sistem tipine de örnek olarak Frankfurt’taki Commerzbank Tower’ı verebiliriz.
Bir Mühendislik Dehası: Fazlur Rahman Khan
Yazıyı bitirmeden önce, yapı mühendisliğinin seyrini değiştiren bir dehadan bahsetmek istiyorum: Fazlur Rahman Khan. 1960’larda ünlü mimarlık/mühendislik firması SOM’da (Skidmore, Owings & Merrill) çalışan bir inşaat mühendisiydi.
Yukarıda saydığım modern gökdelenlerin temelini oluşturan Framed Tube, Braced Tube, Tube in Tube ve Bundled Tube sistemlerinin mucidi bizzat kendisidir. Eğer bugün şehirlerimizin silüetlerini süsleyen o devasa ince gökdelenler inşa edilebiliyorsa, bunu Fazlur Khan’ın taşıyıcı sistemlerde yaptığı “Tüp Devrimi”ne borçluyuz.
Yorumlar yükleniyor...