YüksekYüksek BinalarBinalarıınn GeliGelişşimiimi veve TasarTasarıımm İİlkelerilkeleri

Y.Doç.Dr.Y.Doç.Dr. ErdalErdal CoCoşşkunkun İİnnşşaataat YüksekYüksek MühendisiMühendisi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 1 İnşaat Mühendisliği Bölümü YüksekYüksek BinalarınBinaların GeliGelişşimiimi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 2 İnşaat Mühendisliği Bölümü Giriş

•Birleşik Devletler’de yüksek binaların diğer deyişle gökdelenlerin () 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. • Yüksek binaların analiz ve tasarımında özel yöntemler kullanılması gerekmektedir.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 3 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Yapılmalarının Nedenleri

TEKNOLOJİK NEDENLER SOSYAL NEDENLER

•Çeliğin yapılarda taşıyıcı • Şehir arazilerinin değerlerinin sistem malzemesi olarak artışı kullanımı • Yüksek dayanımlı beton • Ekonomik büyüme teknolojisindeki ilerlemeler • Büyük şirketlerin gücünü • Asansörün ve hidroforun simgeleyen anıtsal yapılar geliştirilmesi yapma ihtiyacı • Havalandırma sistemlerinin • Yüksek yapıların politik bir geliştirilmesi yatırım amacı olarak görülmesi •Kalıp teknolojisindeki gelişimler • Yatay yüklere göre analiz ve tasarım yöntemlerinin gelişimi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 4 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Yoğun Olduğu Merkezler

Kaynak : www.emporis.com

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 5 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Kıtalara Göre Dağılımı

Kıta Bina Adedi Yüzde

Asya 24.302 % 33.16

Kuzey Amerika 22.863 % 31.20

Avrupa 13.114 % 17.89

Güney Amerika 9.903 % 13.51

Okyanusya 2.244 % 3.06

Afrika 859 % 1.17

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 6 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Yapımının Yıllara Göre Dağılımı Bina Adedi

Yıllar 5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 7 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Yıllara Göre Gelişimi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 8 İnşaat Mühendisliği Bölümü Home Insurance Binası Yer: (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. Bina 1931 yılında yıkılmıştır.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 9 İnşaat Mühendisliği Bölümü Carbide and Carbon Binası

Yer: Chicago (ABD) Mimar: Burnham Brothers Tarih: 1929 Kat: 37

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 10 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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 onarılarak giderilmiştir. http://www.esbnyc.com

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 11 İnşaat Mühendisliği Bölümü Prizmatik Formda Binalar

New York, Seagram Binası New York, Birleşmiş Milletler Binası Chicago, IBM Binası II. Dünya Savaşı Sonrası Mimar Mies Van Der Rohe Konsepti 5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 12 İnşaat Mühendisliği Bölümü Pirelli Binası

Yer: Milano, İtalya Mimar: Gio Ponti ve Pier Luigi Nervi Tarih: 1958 Yükseklik: 127 m Kat: 32 Betonarme taşıyıcı sistem

Prizmatik formdan sapmalar görülmektedir.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 13 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 14 İnşaat Mühendisliği Bölümü Citicorp Binası Yer : New York Mimar: Edward Larrabee Barnes Associates Tarih: 1977 Yükseklik: 279 m Kat: 59 Betonarme

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 15 İnşaat Mühendisliği Bölümü CitiCorp Binası CitiCorp Binası

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 16 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 17 İnşaat Mühendisliği Bölümü Hongkong Bankası

Yer: Hongkong, Çin Mimar: Norman Foster&Assoc. Yükseklik : 180 m Kat : 45 Periyot : 4.4 sn Kullanılan Çelik : 30 000 ton

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 18 İnşaat Mühendisliği Bölümü

Yer: Taipei, Taiwan Mimar: C.Y.Lee&Assoc. Tarih: Yükseklik: 509 m Kat: 100 Kompozit sistem Dünyanın en yüksek binasıdır.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 19 İnşaat Mühendisliği Bölümü Petronas Kuleleri

Yer: Malezya Mimar: César Pelli Tarih: 1995-1998 Yükseklik: 452 m Kat: 88m

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 20 İnşaat Mühendisliği Bölümü Jin Mao Binası

Yer: Sanghai Mimar: Skidmore, Owings & Merrill Yükseklik: 421 m Kat : 88 Periyod: 5.7 sn Betonarme

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 21 İnşaat Mühendisliği Bölümü Hancock ve Onterie Binaları Çelik, 344 m, 100 katlı, Chicago Betonarme,174 m, 58 katlı, New York

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 22 İnşaat Mühendisliği Bölümü 30 St Mary Axe, Londra-İngiltere

180 m, 41 kat, 2003

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 23 İnşaat Mühendisliği Bölümü İstanbul Diamond

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 24 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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 Shanghai Çin 421 88 6 Citic Plaza Guangzhou Çin 391 80 7 Shenzhen Çin 384 69 8 New York ABD 381 102 9 Central Plaza Hong Kong Çin 374 78 10 Bank Of China Hong Kong Çin 369 70 11 Hong Kong Çin 350 79 12 Center Chicago ABD 346 80 13 Chicago ABD 344 100 14 Hotel Dubai BAE 321 60

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 25 İnşaat Mühendisliği Bölümü Dört Büyüklerin Karşılaştırılması

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 26 İnşaat Mühendisliği Bölümü Japonya

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 27 İnşaat Mühendisliği Bölümü SKY CITY 1000 (Japonya-Yapılmadı)

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 28 İnşaat Mühendisliği Bölümü BURJ DUBAI -2008

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 29 İnşaat Mühendisliği Bölümü BURJ DUBAI

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 30 İnşaat Mühendisliği Bölümü Toronto-Kanada ‘da bulunan CN Tower dünyanın en yüksek betonarme yapısıdır. Yüksekliği : 600 m

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 31 İnşaat Mühendisliği Bölümü Fantaziler..

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 32 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Tasarım İlkeleri

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 33 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binalara Etkiyen Yükler

•Düşey Yükler •Binanın ağırlığı ve maliyeti -Sabit Yükler artan yüksekliğe etkiyen yatay -Hareketli Yükler yüklerden dolayı lineer • Yatay Yükler olmayan bir şekilde artar. -Rüzgar Yükleri • Optimum malzeme ve taşıyıcı -Deprem Yükleri sistem seçimi ile ağırlık ve • Özel Yükleme Halleri maliyet azaltılabilir. -Patlama Yükleri • Rüzgar Yükleri: -Çarpma Yükleri Çelik binalarda 150 m Betonarme binalarda 250 m Yüksek binalarda Yangın den sonra birinci dereceden önemli bir sorundur. etkilidir.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 34 İnşaat Mühendisliği Bölümü Rüzgar Yükleri

Rüzgar

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 35 İnşaat Mühendisliği Bölümü Deprem Yükleri

Deprem Talebi Bölge Bina Hasar

Malzeme Şiddet Yerel Zemin Koşulları Birleşimler İnsan Kaybı Süre Bölgenin Sismisitesi Bina Geometrisi Ekonomik Kayıplar Yön Topografya Harmoni

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 36 İnşaat Mühendisliği Bölümü W V

Yapı yükseldikçe Periyot artar

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 37 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Taşıyıcı Sistem Malzemesi

Kompoz it %33 Çelik %42 Betonarme % 25

Mevcut 200 Yüksek Bina Değerleri Esas Alınarak Betonarme %25 Kompoz it %33

Çelik %42 *Yüksek Performanslı Beton *Yüksek Performanslı Çelik *Kompozit Malzeme

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 38 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Taşıyıcı Sistemleri

• Moment Taşıyan Çerçeve •Çaprazlı Çerçeve, Perde •Çekirdek • Tüp Sistemler -Çerçeveli Tüp -Çapraz Bağlar + Tüp -Demet Tüpler • Hibrid Sistemler

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 39 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Taşıyıcı Sisteminin Sınıflandırılması (Drosdov-Lishak 1978)

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 40 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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. • 30 kattan sonra etkin değildir.

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 41 İnşaat Mühendisliği Bölümü Farklı planlarda taşıyıcı sistem düzenlemesi Kolon düzenlenmesi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 42 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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 - Kompozit

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 43 İnşaat Mühendisliği Bölümü Kompozit Döşemeler

Tesisat borusu Tesisat borusu Kompozit olmayan kirişler Kompozit tali kiriş

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 44 İnşaat Mühendisliği Bölümü Kompozit Döşemeler

Petek (Castella) kompozit döşeme Basit kompozit döşeme

Kesme bağlantıları Kompozit döşeme

Tesisat geçişleri

Rijitleştirici Tesisat geçişleri

Öngermeli kompozit döşeme Guseli kompozit döşeme

Ankraj Germe halatı Çelik kiriş

Tesisat geçişleri

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 45 İnşaat Mühendisliği Bölümü Çekirdek duvarı

Çelik çerçeve Kompozit döşeme

Döşeme Planı

Kompozit döşeme Çekirdek perde

Basit birleşim

Dış çelik kolon Guse

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 46 İnşaat Mühendisliği Bölümü Çapraz Bağlar

Çelik çapraz bağlar

Betonarme perde

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 47 İnşaat Mühendisliği Bölümü 5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 48 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yatay Yükler Altında Çerçeve Çapraz Bağlar Etkileşimi

Çerçeve Çapraz Bağlar Çerçeve –Çapraz Bağlar Etkileşimi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 49 İnşaat Mühendisliği Bölümü Moment taşıyan çerçeve +çapraz bağlı sistem

Çerçeve Sistem sistemi ğ Katlar mayan çerçeve + çapraz ba + çapraz çerçeve mayan ı ş Moment ta

Yatay Deplasman

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 50 İnşaat Mühendisliği Bölümü Çaprazlı ve Kuşaklı Sistemler Katlar

1-Kuşaklanmış halde yatay deplasman 2-Kuşaklanmamış halde yatay deplasman

Yatay Deplasman

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 51 İnşaat Mühendisliği Bölümü Çekirdekli Sistemler Çerçeve Sistemler

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 52 İnşaat Mühendisliği Bölümü Perde Perde ve çekirdek Perde ve rijit çerçeve

Perdeli Sistemler

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 53 İnşaat Mühendisliği Bölümü Tüp Sistemler 5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 54 İnşaat Mühendisliği Bölümü Merkezi Çekirdekli Tüp Sears Binası-tüp demeti Sık Kolonlar

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 55 İnşaat Mühendisliği Bölümü D-D Kesiti

C-C Kesiti

B-B Kesiti

Ön Yapım Çevre Kolon-Kiriş Sistemi

A-A Kesiti Sears Binası Demet Tüp Sistemi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 56 İnşaat Mühendisliği Bölümü Sears Binası Ön Yapım Çevre Kolon-Kiriş Sistemi

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 57 İnşaat Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri

Diyagonal çapraz viskoz ya da Chevron çapraz Chevron çapraz viskoelastik sönümleyici viskoz sönümleyici viskoelastik sönümleyici

Pall sürtünmeli sarkaç Sıvı kolon sönümleyici Sıvı kolon sönümleyici

Yay Sönümleyici Actuator

Kütle sönümleyici Aktif kütle sönümleyici Hibrid kütle sönümleyici 5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 58 İnşaat Mühendisliği Bölümü Çapraz Elemanlar

Pall Sönümleyicisi

Sürtünmeli izolatörler

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 59 İnşaat Mühendisliği Bölümü Taipei 101 deki sarkaç

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 60 İnşaat Mühendisliği Bölümü Japonya’da bir yüksek binada sismik izolatör kullanılması

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 61 İnşaat Mühendisliği Bölümü Yüksek Binaların Maliyet Yüzdeleri

Temeller % 5 ~ %10

Taşıyıcı İskelet Sistem %10 ~ % 20

Döşeme Sistemi % 5 ~ % 10

Kaplama- Finishes % 15 ~ % 40 Tesisat % 15 ~ % 40

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 62 İnşaat Mühendisliği Bölümü 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

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 63 İnşaat Mühendisliği Bölümü htpp:/www.iku.edu.trhtpp:/www.iku.edu.tr [email protected]@iku.edu.tr

5/8/2006 TC İstanbul Kültür Üniversitesi 64 İnşaat Mühendisliği Bölümü