Bina Adedi

(1)

Yüksek Binaların Gelişimi ve Tasarım İlkeleri

Y.Doç.Dr. Erdal Coşkun İnşaat Yüksek Mühendisi

Y.Doç.Dr. Erdal Coşkun

İnşaat Yüksek Mühendisi

(2)

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

2

Yüksek Binaların Gelişimi

(3)

Giriş

• Birleşik Devletler’de yüksek binaların diğer deyişle gökdelenlerin (Skyscraper) en düşük yüksekliği 153 m olarak kabul edilmektedir.

• Gökdelen kelimesi gemicilikte geminin en uzun direğine verilen isimdir.

• 305 m ‘den daha yüksek binalara İngilizce’de

“Supertall” isminin verildiğini görüyoruz.

• Yüksek binalar genellikle büro, konut, otel, hastane amaçlı olarak kullanılmaktadır.

• Yüksek binaların çevre ile iletişimleri önemlidir.

(4)

4

Yüksek Binaların Yapılmalarının Nedenleri

TEKNOLOJİK NEDENLER

• Çeliğin yapılarda taşıyıcı sistem malzemesi olarak kullanımı

• Yüksek dayanımlı beton teknolojisindeki ilerlemeler

• Asansörün ve hidroforun geliştirilmesi

• Havalandırma sistemlerinin geliştirilmesi

• Kalıp teknolojisindeki gelişimler

• Yatay yüklere göre analiz ve tasarım yöntemlerinin gelişimi

SOSYAL NEDENLER

• Şehir arazilerinin değerlerinin artışı

• Ekonomik büyüme

• Büyük şirketlerin gücünü simgeleyen anıtsal yapılar yapma ihtiyacı

• Yüksek yapıların politik bir

yatırım amacı olarak görülmesi

(5)

Yüksek Binaların Yoğun Olduğu

Merkezler

(6)

6

Yüksek Binaların Kıtalara Göre Dağılımı

Kıta Bina Adedi Yüzde

Asya 24.302 24.302 % 33.16 % 33.16 Kuzey Amerika 22.863 22.863 % 31.20 % 31.20 Avrupa 13.114 13.114 % 17.89 % 17.89 Güney Amerika 9.903 9.903 % 13.51 % 13.51 Okyanusya 2.244 2.244 % 3.06 % 3.06

Afrika 859 859 % 1.17 % 1.17

(7)

Yüksek Binaların Yapımının Yıllara Göre Dağılımı

Bina Adedi

(8)

8

Yüksek Binaların Yıllara Göre Gelişimi

(9)

Home Insurance Binası

Yer: Chicago (ABD)

Mimar: William Le Baron Jenney

Tarih: 1883-1885 Kat: 11

“Council on Tall Buildings and

Urban Habitat” tarafından

dünyanın ilk gökdeleni olarak

kabul edilmiştir.

(10)

10

Carbide and Carbon Binası

Yer: Chicago (ABD)

Mimar: Burnham Brothers Tarih: 1929

Kat: 37

(11)

Empire State Binası

Yer : New York (ABD)

Mimar: Shrave, Lamb, Harmon Tarih: 1931

Yükseklik: 381 m Kat: 102

Çelik, rijit çerçeve

1945 yılında 450 km/saat hızla B25 tipi

bir bombardıman uçağı Empire State

Binasının 79. katına çarpmış, ancak

binada meydana gelen hafif hasar

(12)

12

Prizmatik Formda Binalar

Chicago, IBM Binası New York, Birleşmiş Milletler Binası

New York, Seagram Binası

II. Dünya Savaşı Sonrası Mimar Mies Van Der Rohe

Konsepti

(13)

Pirelli Binası

Yer: Milano, İtalya

Mimar: Gio Ponti ve Pier Luigi Nervi

Tarih: 1958

Yükseklik: 127 m Kat: 32

Betonarme taşıyıcı

sistem

(14)

14

Transamerica Pramidi

Yer: San Francisco, (ABD) Mimar:William L. Pereira Assoc.

Tarih: 1972

Yükseklik: 260 m Kat: 48

Betonarme taşıyıcı sistem

Binanın kanatları 29.kattan sonra başlamaktadır.

1986 daki 7.1 büyüklüğündeki Bay

Area depreminde en üst kat yaklaşık

30 cm deplasman yapmıştır.

(15)

Citicorp Binası

Yer : New York

Mimar: Edward Larrabee Barnes Associates

Tarih: 1977

Yükseklik: 279 m Kat: 59

Betonarme

(16)

16

CitiCorp Binası CitiCorp Binası

(17)

Sears Towers

Yer: Chicago (ABD)

Mimar:Skidmore,Owings&

Merrill LLP Tarih: 1974

Yükseklik: 442 m Kat: 108

Çelik, tüp demeti

1996 ylında Petronas kuleleri inşaa

edilene dek dünyanın en yüksek yapısı

idi.

(18)

18

Hongkong Bankası

Yer: Hongkong, Çin

Mimar: Norman Foster&Assoc.

Yükseklik : 180 m Kat : 45

Periyot : 4.4 sn

Kullanılan Çelik : 30 000 ton

(19)

Taipei 101

Yer: Taipei, Taiwan

Mimar: C.Y.Lee&Assoc.

Tarih:

Yükseklik: 509 m Kat: 100

Kompozit sistem

Dünyanın en yüksek binasıdır.

(20)

20

Petronas Kuleleri

Yer: Malezya

Mimar: César Pelli

Tarih: 1995-1998

Yükseklik: 452 m

Kat: 88m

(21)

Jin Mao Binası

Yer: Sanghai

Mimar: Skidmore, Owings &

Merrill

Yükseklik: 421 m Kat : 88

Periyod: 5.7 sn

Betonarme

(22)

22

Hancock ve Onterie Binaları

Betonarme,174 m, 58 katlı, New York Çelik, 344 m, 100 katlı, Chicago

(23)

30 St Mary Axe, Londra-İngiltere

(24)

24

İstanbul Diamond

(25)

Dünyanın En Yüksekleri

No Bina Şehir Ülke Yükseklik (m) Kat Adedi

1 Taipei 101 Taipei Tayvan 509 101

2 Petronas Tower 1 Kuala Lumpur Malezya 452 88

3 Petronas Tower 2 Kuala Lumpur Malezya 452 88

4 Sears Tower Chicago ABD 442 110

5 Jin Mao Tower Shanghai Çin 421 88

6 Citic Plaza Guangzhou Çin 391 80

7 Shun Hing Square Shenzhen Çin 384 69

8 Empire State Building New York ABD 381 102

9 Central Plaza Hong Kong Çin 374 78

10 Bank Of China Hong Kong Çin 369 70

11 The Center Hong Kong Çin 350 79

12 Aon Center Chicago ABD 346 80

(26)

26

Dört Büyüklerin Karşılaştırılması

(27)

Japonya

(28)

28

SKY CITY 1000 (Japonya-Yapılmadı)

(29)

BURJ DUBAI -2008

(30)

30

BURJ DUBAI

(31)

Toronto-Kanada ‘da bulunan CN Tower dünyanın en yüksek betonarme yapısıdır.

Yüksekliği : 600 m

(32)

32

Fantaziler..

(33)

Yüksek Binaların

Tasarım İlkeleri

(34)

34

Yüksek Binalara Etkiyen Yükler

• Düşey Yükler -Sabit Yükler -Hareketli Yükler

• Yatay Yükler -Rüzgar Yükleri -Deprem Yükleri

• Özel Yükleme Halleri -Patlama Yükleri

-Çarpma Yükleri

Yüksek binalarda Yangın önemli bir sorundur.

• Binanın ağırlığı ve maliyeti artan yüksekliğe etkiyen yatay yüklerden dolayı lineer olmayan bir şekilde artar.

• Optimum malzeme ve taşıyıcı sistem seçimi ile ağırlık ve maliyet azaltılabilir.

• Rüzgar Yükleri:

Çelik binalarda 150 m

Betonarme binalarda 250 m

den sonra birinci dereceden

etkilidir.

(35)

Rüzgar Yükleri

Rüzgar

(36)

36

Deprem Yükleri

Şiddet Süre

Yön

Yerel Zemin Koşulları Bölgenin Sismisitesi

Topografya

Malzeme Birleşimler Bina Geometrisi

Harmoni

İnsan Kaybı Ekonomik Kayıplar

Deprem Talebi Bölge Bina Hasar

(37)

W

V

(38)

38

Yüksek Binaların Taşıyıcı Sistem Malzemesi

Kompozit

%33

Çelik %42 Betonarme

%25

Kompozit %33 Çelik %42 Betonarme %25

*Yüksek Performanslı Beton

*Yüksek Performanslı Çelik

*Kompozit Malzeme

Mevcut 200 Yüksek Bina Değerleri Esas Alınarak

(39)

Yüksek Binaların Taşıyıcı Sistemleri

• Moment Taşıyan Çerçeve

• Çaprazlı Çerçeve, Perde

• Çekirdek

• Tüp Sistemler -Çerçeveli Tüp

-Çapraz Bağlar + Tüp -Demet Tüpler

• Hibrid Sistemler

(40)

40

Yüksek Binaların Taşıyıcı Sisteminin Sınıflandırılması

(Drosdov-Lishak 1978)

(41)

Çerçeve Sistemler

• Yatay yer değiştirmelere düğüm noktalarının

dönmesi ile karşı koyar.

• Kolon ve kiriş

elemanlarının yüksek eğilme rijitliğine sahip olmaları gerekir.

• Rijit düğüm noktaları

stabilite için gereklidir.

(42)

42 Farklı planlarda taşıyıcı sistem düzenlemesi Kolon düzenlenmesi

(43)

Döşemeler

• Döşemeler düşey yükleri taşıyan en önemli sistem elemanlarıdır.

• Döşeme sisteminin seçimi binanın davranışını ve dayanımını önemli ölçüde etkiler.

• Binanın kullanım amacı döşeme sisteminin seçiminde önemli rol oynar.

- Büro binalarında büyük açıklıklı basit kirişlerin kullanımı yaygındır.

- Otel ve konut tipi yüksek binalarda ise küçük açıklıklı sürekli kirişlerin kullanımı yaygındır.

• Döşeme Tipleri:

- Betonarme (plak, kirişli, düz, kaset)

- Öngerilmeli Beton

(44)

44

Kompozit Döşemeler

Tesisat borusu Kompozit tali kiriş Kompozit olmayan kirişler

Tesisat borusu

(45)

Kompozit Döşemeler

Kesme bağlantıları Kompozit döşeme

Tesisat geçişleri

Rijitleştirici Tesisat geçişleri

Basit kompozit döşeme Petek (Castella) kompozit döşeme

Öngermeli kompozit döşeme Guseli kompozit döşeme

(46)

46 Döşeme Planı

Çelik çerçeve Kompozit döşeme

Çekirdek duvarı

Kompozit döşeme

Çekirdek perde

Basit birleşim

Dış çelik kolon Guse

(47)

Çapraz Bağlar

Çelik çapraz bağlar

(48)

48

(49)

Yatay Yükler Altında Çerçeve Çapraz

Bağlar Etkileşimi

(50)

50 Moment taşıyan çerçeve +çapraz bağlı sistem

Çerçeve Sistem

Moment taşımayan çerçeve + çapraz bağsistemi

Yatay Deplasman

Katlar

(51)

Çaprazlı ve Kuşaklı Sistemler

1-Kuşaklanmış halde yatay deplasman

2-Kuşaklanmamış halde

Katlar

(52)

52

Çekirdekli Sistemler Çerçeve Sistemler

(53)

Perde ve çekirdek

Perde Perde ve rijit çerçeve

(54)

54

Tüp Sistemler

(55)

Tüp Merkezi Çekirdekli

Sık Kolonlar

Sears Binası-tüp demeti

(56)

56

Sears Binası Demet Tüp Sistemi

Ön Yapım Çevre Kolon-Kiriş Sistemi D-D Kesiti

C-C Kesiti

B-B Kesiti

A-A Kesiti

(57)

Sears Binası Ön Yapım Çevre Kolon-Kiriş Sistemi

(58)

58 Diyagonal çapraz viskoz ya da

viskoelastik sönümleyici Chevron çapraz viskoz sönümleyici

Pall sürtünmeli sarkaç Sıvı kolon sönümleyici

Kütle sönümleyici

Actuator

Aktif kütle sönümleyici Hibrid kütle sönümleyici

Yay Sönümleyici

Kontrol Sistemleri

Chevron çapraz viskoelastik sönümleyici

Sıvı kolon sönümleyici

(59)

Çapraz Elemanlar

Pall Sönümleyicisi

Sürtünmeli izolatörler

(60)

60

Taipei 101 deki

sarkaç

(61)

Japonya’da bir yüksek binada

(62)

62

Yüksek Binaların Maliyet Yüzdeleri

Temeller % 5 ~ %10

Taşıyıcı İskelet Sistem %10 ~ % 20

Döşeme Sistemi % 5 ~ % 10

Kaplama- Finishes % 15 ~ % 40

Tesisat % 15 ~ % 40

(63)

Gelecekte Tasarımda Önemli Rol Oynayacak Başlıklar

• Sürdürülebilir çevrenin korunması

• Risk analizi ve değerlendirmesi

• Performans esaslı tasarım

• Malzeme seçimi

• Aktif ve pasif kontrol sistemlerinin kullanılması

• Tehlike anında binanın boşaltılması

(64)

64