TR|EN
Actual Content
Newsletter
Casp 2022
EUROCORR
Çelik Yapılar Extra
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 54 - Şubat 2018

Proje




ANITSAL ÇELİK AT FİGÜRÜ - AŞKABAT OLİMPİYAT STADYUMU



Günümüzde tasarlanan büyük yapıların işlevselliğin yanında bulundukları bölgeyi temsil eden ikonik bir sembol olabilmeleri konusunda da büyük bir gayretle çalışmalar yapılmaktadır.
 Proje Yeri: Aşkabat - Türkmenistan
Mal Sahibi: Türkmenistan Hükümeti

Mimari Tasarım ve Ana Yüklenici: Polimeks

Mühendislik Tasarımı: Arup Mühendislik ve Müşavirlik Ltd. Şti

İmalat ve Montaj: Temsan Yapı ve Makine Endüstri A.Ş.

Yapım Yılı: 2017

Yazı: Dr. Cem Haydaroğlu, İnş. Müh. Engin Türkkan, Dr. Timurhan Timur, İnş. Yük. Müh. Tulga Yaran, İnş.Yük. Müh. Deniz Yılmazgil ARUP

 

Günümüzde tasarlanan büyük yapıların (stadyum, havalimanı, yüksek katlı bina vb.) işlevselliğin yanında bulundukları bölgeyi temsil eden ikonik bir sembol olabilmeleri konusunda da büyük bir gayretle çalışmalar yapılmaktadır. Bu tarz anıtsal yapılardan biri de Türkmenistan’ın başkenti Aşkabat’ta inşa edilmiş olan olimpiyat stadyumudur.

Olimpiyat stadyumu 45.000 seyirci kapasiteli olup 100.000m2 kapalı alana sahiptir. Stadyumun kuzey-güney blokları 2 katlı, doğu-batı blokları ise 5 katlı betonarme bir çanaktan oluşan ana taşıyıcı etrafında yükselen on altı adet merdiven kulesi yer almaktadır. Merdiven kuleleri mimari açıdan önemli olduğu kadar at figürünün de ana taşıyıcısı olarak görev yapmaktadır.

Betonarme kısım her birinin arasında hareket derzi bulunan sekiz ana bloktan oluşmakta ve betonarme merdiven kulelerinin desteklediği çelik çatı planda 30.000m2 alanı kaplamaktadır. Çatı plandaki oval şeklinden dolayı değişken boylardaki çelik konsol uzunluklarına sahip olup en kısa ve en uzun konsol boyları sırasıyla yaklaşık 40m ve 60m’dir. 40m’lik konsol uzunluğuna sahip bloklarından birinde konsol çatı üzerine çatı arka kotundan kulak kaplaması bitiş noktasına kadar 48.38m yüksekliğinde bir at figürü oturmakta olup zeminden kulak üstüne olan yükseklik 75.87m’dir. Bu at figürünün olimpiyat köyünün simgesi olması ve açık havada hemen hemen tüm Aşkabat’tan görülebilen anıtsal bir yapı olması öngörülmüştür. Bu figürde atın başının üstünde olimpiyat meşalesi yer almakta olup açılışlardaki görkemli törenlerde oldukça önemli rol oynamaktadır.

 

Stadyumun Çelik Çatısının Yapısal Sistemi

 

Çatının ana taşıyıcı sistemi merdiven kulelerine bağlı konsol çelik ana makaslardan ve bu makaslar arasındaki ikincil makaslardan oluşmaktadır. Ana konsollar dikdörtgen şeklinde değişken geometriye sahip üç boyutlu makaslardan oluşmaktadır. Ana makasların derinlikleri 7 ile 8 m arasında, ara makasların ise 2.5 – 3m arasında değişmektedir.

Ana çelik makasların betonarme merdiven kovası perdeleriyle birleştiği noktalar özel olarak detaylandırılmıştır. Beton dökümü sırasında perdeler içine özel olarak boyutlandırılmış olan çelik profiller bırakılmış ve makaslar bu profillere cıvatalı olarak bağlanmıştır. Çelik makaslar üzerindeki tüm birleşimlerde rüzgârdan dolayı oluşabilecek yorulma etkilerini azaltmak amacıyla cıvatalar sadece kesmeye çalıştırılacak şekilde birleşim tasarımları tamamlanmıştır. Ayrıca ana makasların dikdörtgen şeklinde olması bakım için kullanılacak kedi yollarının oluşturulmasında oldukça kolaylık sağlamıştır. Ana makasların hepsinin ortasında makasın perdeyle birleştiği noktadan uç noktasına giden kedi yolları mevcuttur. Ayrıca, yağmur sularının en dış çevrede toplanması planlanmış ve buna göre tüm makaslar dışa doğru eğimli olacak şekilde yerleştirilmiştir. Çatının kaplaması çelik taşıyıcılar arasına gerilmiş olan membrandan oluşmaktadır. İkincil ara makaslar arasında membrana şekil verecek olan ve boru profillerden teşkil edilen kemer şeklinde boru taşıyıcılar mevcuttur. Membran sistemin taşıyıcı özellik kazanabilmesi için çift eğrilik gerekli olup eğriliklerin sağlanmasında bu kemerlerin önemi büyüktür.

Betonarme taşıyıcı sistem sekiz ana blok halinde teşkil edilmiş ve bu bloklar arasında

hareket derzleri oluşturulmuştur. Hareket derzlerinin bilindiği üzere sadece betonarme bloklar arasında verilmesi yeterli olmayıp çatıda da derzlerin teşkil edilmesi önem arz etmektedir. Bloktan bloğa geçerken çatıda çift çelik makas yan yana kullanılarak oluşturulacak derzlerde mimari görünüşün oldukça kötü ve çelik malzeme sarfiyatının da fazla olmasına neden olacaktır. Bu konu üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda çelik çatının derz bölgelerinde ana makaslar arasında kalan bölgedeki taşıyıcı elemanlar gerber kirişi olacak şekilde tasarlanmıştır. Gerber kirişlerinin her iki ucunun da moment aktarmayacak şekilde mafsallı olmasının yanında bir ucu sabit mesnet gibi hareketlere karşı tutuluyken diğer ucunda kiriş ekseni doğrultusunda yeterince hareket toleransı verilerek kayıcılık oluşturulmuştur. Burada ana sistemden bir miktar konsol çıkılmakta ve ara taşıyıcılar bu konsollar üzerine gerber kirişi mesnet şartlarını sağlayacak şekilde oturmaktadır. Bu sayede blokların çatıları arasında hareket derzi oluşturulmuş olup bir bloktan diğerine deprem etkisi aktarılmayacaktır.

 

At Figürünün Mimari Tasarımı

 

En güzel at yarışmalarında dünya çapında birçok kez ödül almış Ahâl Teke cinsi safkan Türkmen atının olimpiyat köyünün simgesi olması kararı alınmıştır. Mimari konsept esas alınarak heykeltıraşlar küçük boyutlarda bir at heykeli üzerinde çalışmışlar ve bir heykel çalışması yapmışlardır. Polimeks bünyesinde 3D Max programı kullanılarak çok sayıda alternatif üzerinde detaylı olarak çalışılarak atı en güzel şekilde, bir siluet olarak yansıtacak 3 boyutlu tasarım modeli oluşturulmuştur. Son durumun daha iyi anlaşılabilmesi için at figürünün ve altındaki kısmi çatı bölgesinin üç boyutlu yazıcı yardımıyla maketi yapılmış ve mimari açıdan detaylı olarak incelenmiştir. At figürü 40m boyundaki konsollar üzerine oturan yaklaşık 48.38m yüksekliğinde çelik bir yapıdır. Planda arka ve ön genişlikleri sırasıyla 40m ve 25m olup yaklaşık 1200m2’lik bir alan üzerine oturmaktadır.

 

At Figürünün Yapısal Modellenmesi ve Tasarımı

 

At figürünün yapısal modelleme süreci alışılagelmiş süreçten oldukça farklı ilerlemiştir. Yapısal modelleme sürecinde Polimeks ve kendi bünyemizdeki mimari grubumuzla çok yakın iş birliği içerisinde çalışılmıştır. Mimari çalışmalar sonucunda at figürüne 3D Max programında sadece yüzeylerden oluşan üç boyutlu geometri olarak ulaşılmıştır. Yüzeylerden oluşan geometri Rhino programına aktarılmış ve figürün yüzey kaplamalarının da taşıyıcıları dikkate alınarak yapısal taşıyıcı elemanlar çubuk olarak üç boyutlu yüzey üzerine çizilmiştir. Modeldeki yüzeysel elemanlar silindiğinde taşıyıcı sistemi oluşturan bir çizim oraya çıkmaktadır. Bu çizimin yapısal analizde kullanılan SAP2000 programı içine aktarılmasıyla da yapısal model ortaya çıkmıştır. Sonraki adımda at figürü ve ayrıca modellenmiş olan betonarme stadyum bloğu modelleri birleştirilerek modeldeki son halleri oluşturulmuş ve yapısal-sismik analiz sürecine geçilmiştir.

Türkmenistan’ın Aşkabat şehri sismik olarak oldukça aktif bir bölgede yer almakta olup sismik tasarımda Türkmen Yönetmeliği esas alınarak deprem yükleri hesaplanmıştır.

Yapısal sistem oldukça büyük açıklıklar ve konsollar içerdiğinden düşey deprem etkileri de büyük bir dikkatle ele alınmıştır. Ayrıca, inşaat sürecinde çatı konsolları yerleştirildikten ve çatı sistemi tamamlandıktan sonra at figürü çatı üzerine yerleştirildiğinden kademeli inşa analizleri de detaylı olarak yapılarak taşıyıcı sistem incelenmiştir.

Ön çalışmalar sonunda ortaya çıkan yapısal model sadece at figürünün dış yüzünde bulunan yapısal elemanlardan oluşan bir taşıyıcı sistemden oluşmaktadır.

Bu taşıyıcı sistem içine mimariye uygun olarak ara katlar, konsollar, asansör ve merdivenlerin taşıyıcı sistemleri eklenmiştir. Çelik elemanların tasarımında etkili burkulma boyları yöntemi esas alınarak tasarım yapılmıştır.

Düşey elemanların hepsi atın geometrik formuna bağlı olarak eğrisel şekilde olduğundan bu elemanların burkulma boylarının belirlenmesi oldukça zordur. At figürünün ilk bakışta karmaşık gözüken taşıyıcı sistemi incelendiğinde oldukça sade olduğu görülmüştür. Bu yapısal sistemin oluşturulmasında kapasite/ağırlık oranı yüksek olan ve her yönde kesit özellikleri aynı olan boru profillerin kullanılması tercih edilmiştir. Taşıyıcı sistem üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda at figürünün dört köşesinde atın formuna uygun ve her biri çatı konsolları üzerinden yükselen üç boyutlu makas sistemi oluşturulmuş ve sonrasında bu makaslar da birbirlerine yatay elemanlarla bağlanarak at figürünün yüzeyleri oluşturulmuştur. Böylece burkulma boyları belirli sade bir taşıyıcı sistem oluşturulmuştur.

At figürü ve stadyum çatısı gibi farklı geometriye sahip yapılara etkiyecek olan rüzgâr yüklerinin yönetmeliklerde verilen ampirik formüller tahmin edilebilmesi gerçek dışı olduğundan stadyumun çevresindeki yapılarla beraber ölçekli bir modeli oluşturulmuş ve farklı doğrultular için rüzgâr tüneli testi gerçekleştirilmiştir. Testler bir Kanada firması olan RWDI tarafından yapılmıştır. Testlerden farklı rüzgâr doğrultuları için çatı ve at figürü üzerindeki rüzgâr emme ve basınç değerleri elde edilmiştir. Rüzgâr tüneli testlerinden elde edilen emme yükünün 0.16~2.48 kPa aralığında, basınç yükünün ise 0.11~2.83 kPa aralığında değiştiği görülmüştür. Ölçekli model üzerinde oldukça fazla okuma alındığından testlerden elde edilen datalarında tamamının yapıya birebir etki ettirilmesi uygulama açısından pek mümkün değildir. Verilerin değerlendirilerek optimum şekilde yapıya etki ettirilmesinin en uygun çözüm olduğu düşünülmüştür. Bunun için at figürü alt kısmından en üst noktasına kadar dört eşit yüksekliğe bölünerek şerit şeklinde rüzgâr yükü bölgeleri oluşturulmuştur. Atın her bir yüzeyi için bu bölgelere denk gelen rüzgâr yükleri emme ve basınç olarak ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Bu şeritler içindeki en büyük emme ve basınç değerleri at figürünün ilgili şeritlerindeki yüzeylerine uygulanmıştır. Tasarımın tamamı AISC-LRFD yönetmeliğine göre yapılmıştır. Uygulanan yükler tasarım kombinasyonları içinde yük katsayılarıyla arttırılarak tasarımda kullanılmıştır. Cephe kaplaması olarak 3mm kalınlığında beyaz renkli alüminyum levhalar kullanılmıştır. Ana taşıyıcı sistem etrafında panelleri de taşıyacak ikincil çelik kuşak sistemi uygulanmış ve tamamı çelik konsol makaslar tarafından taşınan toplam 375 tonluk at figürü imal edilmiştir. Atın dört ana yüzeyi hafif eğriliklere sahip olup kaplama açısından oldukça uygundur. Ancak atın arka kısmındaki etek ve baş bölgeleri eğriliklerin aşırı olmasından dolayı kaplama uygulanması bakımından zor bölgeler oluşmuştur. Atın baş kısmının kaplamasının yerinde uygulamasının oldukça zor olacağından bu kısmın çelik ve kaplama montajı tamamen yerde ve kontrollü bir şekilde yapılarak bir bütün olarak boyun kısmından at gövdesiyle birleştirilmiştir. Boru kesitli elemanların tasarımlarının oldukça kolay olmasına karşılık birleşim bölgesinde yerel olarak birçok stabilite kontrolünün yapılması gerektiğinden birleşimlerinin tasarımı daha karmaşık ve detaylıdır. Birleşim hesaplarının tamamı AISC-LRFD yönetmeliğinde verilen esaslara göre yapılmıştır. At figürünün geometrisinden dolayı aynı düğüm noktasına birçok (en fazla 8) elemanın birleşmesinden dolayı oldukça karmaşık birleşimler oluşmuş ve düğüm noktası sayısı da düşünüldüğünde bu kontrollerin el hesabıyla yapılması olanaksız duruma gelmiştir. Bu kontrolleri otomatik olarak analiz programından iç kuvvetleri ve gerekli verileri alarak her düğüm noktasında her bir tasarım kombinasyonu için ayrı ayrı yapan bir program hazırlanarak kontroller tamamlanmıştır. Düğüm noktaları dışında tüm boru profiller birbirlerine alın levhalı tam ekler ile birleştirilmiştir. Farklı tüm boru profillerin kapasitelerine bağlı olarak plaka kalınlıkları ve cıvata sayıları hesaplanmıştır. Bu tip birleşimlerde eleman kapasitesinin cıvata kapasitesine bölünmesiyle elde edilen cıvata sayısı, seçilen alın levhası kalınlığına bağlı olmakla birlikte genelde yetersiz sonuçlar vermektedir. Bunun en önemli nedeni birleşimlerdeki kaldıraç etkisinin (prying action) hesaplarda göz ardı edilmesidir. Tüm alın levhalı tam ekler yönetmeliğin belirttiği yöntemlerle kaldıraç etkisi de dikkate alınarak hesaplanmıştır.

Ayrıca, ek bölgesinde boru profiller çevresinde berkitmeler kullanılarak alın levhası kalınlıklarının azaltılması ve buna göre birleşim elemanı sayısının belirlenebilmesi için her birleşimin sonlu eleman modeli hazırlanmış ve analizler yapılarak birleşim hesapları tamamlanmıştır.

 

Stadyumun Açılışı

Tasarım, imalat ve montaj süreçlerinin titizlikle tamamlanması sonucunda oluşan at figürü dünyadaki en büyük at başı heykeli olarak Guinness Rekorlar Kitabı’na girmiştir.

Olimpiyat stadyumu ilk olarak 17-27 Eylül 2017 tarihleri arasında Aşkabat Olimpiyat Köyü’nde düzenlenen 5. Asya Dövüş Sanatları Oyunları (AIMAG 2017)’nın görkemli açılışında hizmete girmiştir


Çelik Yapılar - Sayı: 54 - Şubat 2018
© 2014 - Turkish Constructional Steelwork Associaton