TR|EN
Actual Content
Newsletter
Casp 2022
EUROCORR
Çelik Yapılar Extra
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 37 - Eylül 2013

Proje




KONYA BİLİM MERKEZİ




Projenin Adı: Konya Bilim Merkezi

Mal Sahibi: Konya Büyükşehir Belediyesi

Mimari Tasarım: A Proje / Konya

Statik Tasarım: Endeco Müh. Prj. Müş. Ltd. Şti. / Utku C. Özyurt –Icosa Systems ®

Ana Müteahhit: Komyapı-Atlas Adi Ortaklığı

Çelik Yapı İmalatçısı: Modül Çelik

Proje Müşaviri: Tümaş A.Ş.

Proje Yeri ve Yılı: Konya / 2013


Mimari İstekler

Konya Bilim Merkezi; Konya- Ankara yolu üzeri organize sanayi bölgesinde 99.347 m2’lik bir arazi üzerinde inşa edilmiştir. Toplam 26.248 m2 kapalı alana sahip olan Bilim Merkezinin yapımı Konya Büyükşehir Belediyesi tarafından; sergilerin ve eğitim programlarının temeli de TÜBİTAK tarafından gerçekleştirilmiştir. Bilim Merkezi sahip olduğu donanımlarıyla bilimsel çalışmaların, belgesellerin, geleceğin bilim insanlarının fikri gelişimini artıracak merkez olarak tasarlanmıştır.

Bilim Merkezi’nde en büyük alanı açık - kapalı sergi alanları oluşturmaktadır. Planetaryum ve gözlem evleri gibi özelliklerini bünyesinde barındırması sebebiyle Türkiye’de bir ilktir. Ayrıca beton, çelik ve cam malzemelerin bir arada kullanılmasıyla da yapım tekniği bakımından tamamen farklı bir niteliğe sahiptir. Bilim Merkezi’nde 110 m çapında, beton ve çelik kolonlar olmaksızın farklı bir inşa sistemi uygulanarak ana bina çatısı oluşturulmuştur, böylece hem kullanılan alanın niteliği artırılmış hem de Bilim Merkezi’nin içeriğine estetik katılmıştır. İnşatta 2.500 ton civarında çelik kullanılırken; 10.000 m2 çatı kaplama, 25.000 m2 granit kaplama bulunmaktadır. Bilim Merkezi bodrum, zemin, 2 normal kat ve çatı katından oluşan ana binası 110 m çap ve yaklaşık 30 m yüksekliğe sahip olup jeodezik formda çözülmüştür. Planetaryum yapısı, 24 m çap ve yaklaşık 12 m yüksekliğinde, jeodezik formda çözülmüş bir çelik kubbeye sahiptir. 800 m2’lik giriş, ayrı bilet gişeleri, sergi hollerinden oluşan 150 kişilik kapasiteye sahip planetaryum; Türkiye’nin halka açık ilk sabit gezegen evidir. Ana binanın dış cephe kaplaması tamperli cam üstüne Selçuklu motifi kumlama desen çalışması şeklinde tasarlanmıştır. Ana binadan gözlem evlerine geçiş 2 adet köprü ile sağlanmaktadır. Gözlem evi kulesinin dış cephesinde kompozit panel kaplama uygulanmıştır. Merkezin bodrum katında 4.058 m2’lik kapalı otopark, sergi salonları, atölyeler, teknik servis odaları yemekhane vs. birimleri yer almaktadır. Zemin katı tamamen sergi salonlarına ve fuayeye ayrılmıştır. Birinci katında yemek salonları, Konya tarihi alanı, özel ilgi atölyeleri, kütüphane ve sağlık birimleri bulunmaktadır. İkinci katında idari birim, toplantı ve dinlenme salonları ile bilgi işlem birimleri vardır. Çatı katı ise mekanik dairenin olduğu kattır. Bilim Merkezi’nin sıradışı mimarisi; 5.061 m2’lik mini Konya alanı, gözlem kuleleri ve ana binanın alan içerisindeki yerleşimi, yeşil alanları, açık otoparkı, rekreasyon alanları, yürüyüş yolları, peyzajı ve bulunduğu mevki ile birleşince tam bir görsel şölen ortaya çıkmaktadır. Konya Bilim Merkezi bünyesinde barındırdığı bu nitelikleri ile Konya’nın yeni cazibe merkezi olacaktır kanısındayız.


Hesap ve Tasarım İlkeleri

Çelik yapı mühendisliği alanında, Konya Bilim Merkezi Projesi bünyesinde en önemli kısmı Ana Bina çatısı oluşturmaktadır. Bu sebeple, bu yazıda Bilim Merkezi’nin Ana Bina çatısı betimlenmiştir. Benzer prensipler Planetaryum kabuk çatısında da uygulanmıştır. Betonarme yapı ortak bir radye temele sahip olmakla beraber, çeşitli derzlerle ayrılmış 7 bölüme sahiptir. Çelik çatı ise tüm betonarme sistemi bir şemsiye gibi örten ve farklı hareketlerden etkilenmemesi amacı ile betonarme yapıya mümkün olduğunca temas etmeyen/destek almayan bir çelik konstrüksüyon ile ayakta tutulmuştur. Yapısal hesaplar Staad.pro programı kullanılarak hazırlanmıştır. Bilhassa kabuk yapı çözümünde hassas burkulma analizleri gerçekleştirilmiştir.

Kabuk yapıların olmazsa olmaz şartı eğilme sürekliliğinin kabukta sağlanmasıdır. Bu prensip Icosa Systems ® bağlantı detayları ile sağlanmıştır. Tasarımda gerek profil seçimleri gerek profillerin yerleşimlerinin seçiminde mimarinin vermeye çalıştığı temanın bozulmaması hedeflenmiştir. Hem yapısal gereksinimler, hem mimari gereksinimler bir araya getirilerek tasarım şekillendirilmiştir. Çelik yapı yekpare derzsiz olmasından dolayı ısısal genleşme etkileri tasarımda dikkate alınmıştır.

Bilhassa çelik yapının montaj gereklilikleri betonarme yapı kısımlarının tasarımını da etkileyen faktörler olmuştur.


Taşıyıcı Sistem ve Çözüm Prensipleri

Ana Bina da çelik kubbe yapı zemin kata kadar yükselen yapı çevresinde dolaşan betonarme perde üzerine oturtulmuştur.

Çelik çatı yapısal sistemi:

Çatı konstrüksüyonunda 5 ana bölüm bulunmaktadır. Bunlar;

1. Düz Eğimli Yüzey,

2. Düşeyde eliptik, yatayda küresel kabuk yüzey,

3. 1 ve 2 maddelerindeki bölümler arasında geçişi sağlayan ana makas,

4. Düz eğimli yüzeyin yatay ve düşey yüklerini transfer edecek, küresel kabuğu mesnetleyecek basıç halkası

5. Yapının giriş bölümü kısmını kaplayan küçük küresel kabuk.

Düz Eğimli Yüzey; Yüzey yaklaşık 30 derece yatayla açı yapmaktadır. Büyük küreyi +30.500 kotlarında kesip ön küçük küre merkezinde yaklaşık 6mt yükseklikte bitiş gerçekleştiren yatayda 30-35 mt radyal ışınsal kirişlere sahip olan bir yüzeydir. Yüzey üzeri cam kaplama uygulanacağı için kurulan konstrüksüyon yapı içinden de bakıldığında genel mimariyi bozmayacak şekilde radyal yönde ışınsal kirişler ve kirişlerin dengesini sağlayıp burkulmalarını engelleyecek tanjant yönlü basınç elemanları ve bunların aralarına kurulmuş olan çapraz sistemi ile kirişler desteklenmiştir. Işınsal kirişler üzerlerindeki yükü eğilme ile taşırken ana makasa da basınç alarak yardımcı olmaktadır. Yatayla açı ile yerleşmeleri sebebiyle torsiyona maruz kalacak olmaları sebebi ile de yapma kutu kesit tercih edilmiştir. Işınsal kirişler yüklerini alt uçlarındaki basınç halkasına aktarırlar. Bu ışınsal kirişler bağlandıkları elemanları burkmamak amacı ile üst ve alt uçlarında mafsal bağlantılı olarak kabul edilmişler ve bu doğrultuda özel bir detay ile projelendirilmişlerdir.

Düşeyde eliptik, yatayda küresel kabuk; Kabuğun düşey eliptik görünümü iki eksenli iki yarıçaplı yaylar vasıtası ile sağlanmıştır, bu yayların merkez etrafında dönmesi ile kabuk yüzeyi oluşturulmuş fakat oluşan kabuk yüzeyi düz eğimli yüzey ile kesilmiştir. Kabuk çatının bir kısmı bina zemin katına basarken diğer ucu ana makas tarafından desteklenmektedir. Icosa System® kabuk çatının özelliği sebebi ile her bir eleman yaklaşık 3mt boylarında düşünülmüş ve elemanlar kabuk iç yönünde oluşacak eğilmeleri de taşıyacak şekilde birbirlerine bağlanmaktadırlar. Dolayısı ile kabuk elemanları taşıyacakları eksenel yükler ve eğilme kuvvetleri doğrultusunda boyutlandırılmıştır. Kabuk elemanlarında yapılan burkulma analizleri sonuçlarına göre kabuk iç yönüne göre burkulma faktörünün kabuğa teğet yöndeki burkulma faktörüne oranı 2 yi geçmediği için çift katmanlı bir sistem tercih edilmeyip, tek katmalı jeodezik bir sistem tercih edilmiştir.

Ana Makas; büyük eliptik-küresel kabuğun kesilen uç bölümünün taşınabilmesi amacı ile kabuğa entegre yaklaşık 3 mt derinliğinde 3 başlıklı bir ana makas sistemi oluşturulmuştur. Ana makas aynı zamanda düz yüzeyden gelen ışınsal kirişlere de destek olmaktadır. Ana makas kabuğun kesilen yüzeyi boyunca devam ederek yapı zemin katına inmektedir.

Basınç Halkası; Düz yüzeyde bulunan ışınsal kirişlere mesnet olabilmek amacı ile bu yüzey ile aynı düzlemde küçük küreden alınan bir kesit üzerinde basınç halkası oluşturulmuştur. Basınç halkası yüzey yönünde kirişlerden gelen yükleri zemin kat üzerinden yükselen betonarme mahmuzlara aktarmaktadır. Düşey yönde ise giriş kısmında kullanılan kolonlar halkanın iç ucunu mesnetlemektedir. Bu basıç halkası aynı zamanda giriş bölümündeki küresel jeodezik kubbeyi de bu uçta desteklemektedir.

Küresel jeodezik kubbe, ana eliptik küre merkezinden 26m uzakta kurulmuş olan bu kubbe 27 mt çapa sahiptir. Giriş bölümünde kapı açıklığı bulunmakta olup diğer tarafta ise basınç halkasından mesnetlenmektedir. Bu kubbenin taşıyıcı sistemi de yine diğer kabuğa benzer şekilde Icosa Systems® bağlantı detayları ile tasarlanmıştır.

Yapının bu şekilde kurulmuş olması ve tamamen çaprazlanarak taşıyıcı kabuklar oluşturulması sayesinde yapıya etkiyecek yatay yükler zemine indirilebilmektedir.

Yapıda oluşabilecek ikincil kuvvetler P-delta analizleri yapılarak göz önüne alınmıştır.

Yapının bu özel yöntemlerle tasarlanabilmesi tamamen yerli Ar-Ge faaliyetleri sonucunda gerçekleşmiş olup, mimari, statik, imalat ve montaj gibi tüm hizmetler yerli firmalarımızın becerisi ve bilgi birikimi ile gerçekleşmiştir. Bu da Türkiye’de çelik yapı mühendisliğinin geldiği nokta açısından belirleyici bir kriterdir.


Kesitler ve bağlantılar, birleşim elemanları ve tipleri

Çatı yapısında genel olarak boru elemanlar kullanılmıştır. Düz yüzeyde ise ana taşıyıcı kirişler sacdan yapma kutu kesitli elemanlar olup, stabilite bağlantılarında yine boru profiller tercih edilmiştir. Kabuk elemanlarında kullanılan boru kesitler Icosa Systems ® bağlantı detayları ile birbirine bağlanmış olup oluşan eğilme ve eksenel yükler sağlık bir şekilde karşı elemanlara transfer edilmiş böylece kabuk oluşumu sağlanmıştır. Ana makasın, basınç halkasının veya düzlemsel yüzeyin kendi içindeki bağlantılarda yerine göre 8.8 veya 10.9 sınıfı yüksek mukavemetli bulonlar kullanılmıştır. şantiyede yapılabilecek kaynaklardan mümkün olduğunca kaçınılmış, tüm detaylar tek tek mühendislik hizmetinden faydalanılarak tasarlanmıştır. Çatının kabuk formu kullanılmış yüzey alanı 7768 m2 olup, ana taşıyıcı çelik 500 ton dur. Düzlemsel yüzey ise 3250 m2 alana sahipken 438ton çelik kullanılmıştır.


Alınan Değerler, Kullanılan Yükler

Çatı tasarımında kaplamaya ilişkin zati yüklerin yanı sıra, Amerikan şartnamelerinin ön gördüğü minimum çatı hareketli yükü, TS498 ve ASCE 7-05 in bir arada kullanılmasıyla tespit edilmiş rüzgar yükleri ve bu yüklerin yapı yüzeyindeki dağılımı tasarımda göz önüne alınan yükler olmuştur. Ayrıca yine kar yüklerinde de baz kar yükü için TS498 kullanılırken, bu kar yükünün çatı üzerindeki dağılımı ve karın dengesiz dağılımı, çatı üzerinde lokal bölgelerde birikmesi konularında ASCE 7-05 şartnamesinin gerekleri uygulanmıştır. Kar yükünün dengesiz dağılımı durumunda kimi yerlerde 3,30 kN/m2 ye kadar ulaşan kar yükü tasarımda göz önüne alınmıştır. Yapısal çeliğin +/-30 Co ısı farklılığına maruz kalabileceği öngörülerek bu etkiler de tasarımda dikkat edilen hususlar olmuştur. Deprem şartnamemizin öngördüğü deprem kuvvetleri de yapı üzerinde göz önüne alınmıştır.


Uygulanan Standart ve Yönetmelikler

Tasarımda şu standart ve yönetmeliklere dikkat edilmiştir:

TS498, ASCE 7-05 (Minimum Desing Loads For Buildings and Other Structures),AISC-ASD (SPpesifications For Structural Steel Buildings), DBYBHY.


Malzeme Seçimi

Bilhassa kabuk bölümlerde S355JR sınıfı yapısal çelik malzemeden imal edilmiş boru profiller kullanılmıştır. Diğer bölgelerde ise standart S235JR sınıfı yapısal çelik malzeme tercih edilmiştir.


Korumalar

İşin teknik spesifikasyonları doğrultusunda yangına karşı koruyucu boya uygulaması yapılmıştır.


Çelik İmalatı ve montajının özellikleri, zorlukları, detayları

Çatının küresel değil de kesitte eliptik planda küresel bir yerleşime sahip olması sebebi ile kabuğu oluşturan tüm elemanlar milimetrik de olsa farklılıklar içermektedir. Ayrıca yine küresel geometriye sahip olmadığı için kabuk sistemi oluşturan elemanlar kendi içlerinde düzlemsel olmayıp 3 boyutlu imalatlara sahip olmak durumundaydı. Bunlarda imalatı zorlaştırmakta, yapılan imalatın markalamasını önemli kılmaktaydı. Ayrıca, ana makas ve büyük kabuğun birleşim detayları imalatta ve montajda hassasiyet gerektiren bölgeler olmuştur.

Montajda öncelikle ana makas montaj ayakları üzerinde boylu boyunca yerleştirilmiş, daha sonra büyük kabuk elemanları yerden başlanılarak sıra ile konularak bağlantılar yapılmıştır. Bir yandan da yapının giriş kısmında basınç halkası montajı yapılmış ve küçük kubbenin kabuk elemanları sıra ile örülerek monte edilmiştir. Sistem kapandıktan sonra eğimli düz yüzeyin ışınsal kirişlerinin montajı yapılmıştır. Bu montaj esnasında mobil vincin üzerinde hareket ettiği döşemede mühendislik hesapları doğrultusunda lokal desteklemeler emniyet amacıyla yapılmıştır.

Yapının büyük bir alanı desteksiz geçiyor olması bazı yapısal elemanların 35mt boylara sahip olması montajın oldukça hassas yapılmasını gerektirmiştir.



© 2014 - Turkish Constructional Steelwork Associaton