TR|EN
Güncel
E-Bülten Aboneliği
SteelPro 2023
18th New Horizons
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 79 - Kasım / Aralık 2022

Yarışma


BOSTAN 2.0 (SteelPRO 2022 Eşdeğer Ödül)

19. Çelik Yapı Tasarımı Öğrenci Yarışması’nda (SteelPRO 2022) Eşdeğer Ödüle hak kazanan Bostan 2.0 projesi oluşturduğu yeni biyosfer, dikey tarım anlayışı ve ekimde verimlilik düşüncesiyle tarım kavramına yeni bir boyut getiriyor.




PROJE EKİBİ

Dilara Atalay - MEF Üniversitesi, Mimarlık Bölümü
Enes Kaya - MEF Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü
Eren Burak Kuru - MEF Üniversitesi, Mimarlık Bölümü
Abdurrahim Üzüm - MEF Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü
 
MİMARLIK RAPORU
1800’lerden itibaren sanayi devrimiyle başlayan ilk seri üretimin yapıldığı ve makinaların kullanıldığı Antroposen Çağı, beraberinde atmosfere salınan sera gazlarını CO2, CH4 NO2 ve endüstriyel gazları (HFCs, PFCs, SF6, NF3) kesintisiz olarak artırdı.

Önümüzdeki 30 yıl içerisinde artacak üretim - tüketim zinciri ve bilinçsiz yapılaşma hem toprağı hem de havayı olumsuz etkilemeye devam edecek; dolayısıyla tarım yapmak için iklimin, suyun, ışığın ve biyosferin daha kontrollü olduğu bir ortam ihtiyacı doğacak.

Küresel su tüketiminin %70’inin tarım ve hayvancılığa harcandığı bir dünyada, sürdürülebilir bir üretim için su sirkülasyonunun sağlanması önemlidir. İyi çalışan sistemlerle sadece yatayda değil, dikeyde de tarım yapılarak verimin artırılması amaçlanmalıdır. Özellikle betonlaşmanın artması tarım ve yeşil alanlara ayrılan bölgelerin azalması, tarımın dikeyleşmesini gerekli kılmaktadır.

Tarımın Dikeyleşmesinin Gerekçeleri
  • Yeryüzündeki kara parçalarının %42’si tarım arazilerine ayrılmıştır. Bu da Güney Amerika ve Afrika kıtalarının yüzölçümüne eşittir.
  • Öte yandan sera gazı oluşumunun en büyük müsebbibi %30 ile tarım ve hayvancılıktır.
  • Gübre kullanımı son 10 yılda iki katına çıktığı için fosfor ve nitrojen toprağı zehirlemektedir.
  • Sebze ve meyvelerin çiftçiden tüketiciye ulaşana kadar kat ettiği toplam mesafe ortalama 2400 km’dir. Bu durum emisyonu %12 artırmaktadır.
  • Aquaponic tarımla arazi kullanımı %98 azaltılabilir.
Bostan 2.0:
Proje, Kuzguncuk Bostanı’nın ekme-biçme kültürüne ek olarak “Bostan 2.0” önerisi getirir. Bu da aquaponic tarım ile birleşen bir yağmur suyu toplama strüktürüdür. Yeni eklenecek dikey tarım üniteleri de bostanların kura çekiliş yöntemiyle dönemsel sahiplerini bulacağı bir sistemdir.

Kuzguncuk Bostanı’nın göbeğinde bulunan ve mevcutta atıl olan alanı strüktür aracılığıyla suyun toplandığı bir gölet haline getirmek ve eklenen aquaponic tarım üniteleriyle ekimde verimlilik amaçlanmaktadır. Gölet hem bostanın ana su deposu olacak ve aquaponic sistemi besleyecek hem de yeni bir biyosfer oluşturacak şekilde kurgulanmıştır.

Temel Tasarım İlkeleri
  • Göbekte atıl olan alanı meydan haline getirerek bir gölet ve su toplama/dağıtma alanı oluşturmak ve bu sistemi oluştururken bostan içi interaksiyonu azaltmaması için ince ve transparan malzemeler kullanmak.
  • Kurgulanan göletin aquaponic tarım ve mevcut bostanlar için su kaynağı olarak kullanılması.
  • Güneş analizi sonrasında gölge olan alanlarda ikincil su depolarını konumlandırmak; böylece suyun buharlaşmasını minimuma indirmek.
  • İnsanların bostanlara erişiminin artması ve yağmur suyu toplayan strüktürde suyun izini sürebilmeleri için ek yürüyüş patikası önerileri.

MÜHENDİSLİK RAPORU
1.Yük Analizi
Yapıda göz önüne alınan yükler şu şekilde sıralanmıştır:
  • Taşıyıcı sistemin ağırlığı
  • Rüzgâr yükü
  • Kar yükü
  • Deprem yükü
  • Su yükü (Taşıyıcı sistem üzerinden toplanan sudan dolayı oluşacak yük).

Taşıyıcı sistemde stabil olmayan bir bağlantı olmadığı sürece yapılarda taşıyıcı sistemin ağırlığından dolayı büyük bir deformasyon beklenmemektir. Bununla birlikte taşıyıcı sistemdeki elemanların çoğunluğu çekme kuvvetlerine maruz bırakılarak, taşıyıcı sistemi hafif tasarlama yoluna gidilmiştir. Bu amaçla taşıyıcı sistem olarak tensegrity taşıma prensibi kullanılmıştır. Bu prensip sayesinde, çelik kablolar ile birlikte taşıyıcı elemanların bir kısmının bağlantısı yerden kesilmiştir. Böylelikle zemin kotunda insan sirkülasyonu rahatlatılmıştır.

Yapıda aquaponic tarım havuzu çevresi haricinde herhangi bir kaplama olmadığı ve bununla birlikte yapının yüksekliğinin 4.0 metreyi geçmemesinden dolayı yapıya yatay rüzgâr yükü etki etmeyecektir. Yapının üzerindeki kaplamalardan dolayı rüzgâr kuvvetinin düşey yükün tersi yönde etkisi beklenmektedir. Rüzgâr yükü TS-498 tablo 5’e göre 0.5 kN/m2 alındığında yapıda oluşan çekme kuvvetleri taşıyıcı sistemde akma mukavemetini geçmeyecektir. Bununla birlikte gelecekte iklim değişikliğinden dolayı oluşabilecek tayfun ve hortum gibi doğal afetlerden kaynaklanan rüzgâr yükleri altında yapıdaki taşıyıcı elemanlarda sünek bir davranış göstermek şartı ile çekme akması görülmesi mümkündür. Bu nedenle sünek olmayan (kaynak yırtılması, ankraj sıyrılması vb.) hasarlardan kaçınılarak bir tasarım yoluna gidilmiştir. Tayfun ve hortum yükleri oluşan hızlara göre 0.5 kN/m2 büyütme katsayıları ile yapılmıştır. Bu büyütme katsayıları ile oluşan alansal yükler 1.0-1.5 kN/m2 değerleri arasındadır.

Taşıyıcı sistemin üzerinde büyük bir çatı olmadığından yapının üzerinde büyük bir kar yükü beklenmemektir. Kar yükü genellikle yapıda taşıyıcı elemanları eksenel basınç kuvvetine maruz bırakmaktadır. Eksenel basınç kuvveti çelik elemanlar üzerinde büyük bir problem teşkil etmektedir. Bunun nedeni çeliğin narinliğinden dolayı burkularak hasar almasıdır. Taşıyıcı sistem tasarlanırken çelik kablolar kullanılmış, sistemdeki elemanlar çeliğin güçlü yönü olan çekme kuvvetlerine maruz bırakarak tasarım yoluna gidilmiştir. İklim değişikliğinden dolayı taşıyıcı sistemin üzerinde toplanabilecek kar yüksekliğine bağlı olarak kar yükü için normal dağılım yapılmıştır.

Deprem yükleri hesaplanırken yapının bulunduğu konumuna (Kuzguncuk) ve zeminin kayma dalga hızına göre Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY-2018) 2. bölümüne bağlı olarak tasarım spektrumu elde edilmiştir.

Taşıyıcı sistemin üzerinden yağmur suyu toplanmaktadır. Bundan dolayı taşıyıcı sistem üzerinde kar yükü gibi bir yük oluşturmaktadır. Taşıyıcı sistemin üzerindeki hazne her zaman dolu olmayacaktır. Ancak taşıyıcı sistem güvenliği için bu hazne her zaman dolu olacak şekilde bir yükleme yapılmıştır.

2. Yapısal Analiz
Çelik kablolar kolonlara her iki taraftan mafsallı bağlanırken yapıda sadece kolonların temel bağlantısı moment aktaracak şekilde bağlanmıştır. Deprem yükleri yapıya atanırken taşıyıcı sistem davranış katsayısı (R) TBDY-2018 tablo 4.1, C.16 da önerilen katsayıya göre 4 alınmıştır. Taşıyıcı sistemin düzensizliğinden ve kablo türü taşıyıcı elemanların çok olmasından (yüksek mod etkisinden) dolayı eşdeğer deprem yükü analizi yerine mod birleştirme yöntemi kullanılmıştır.

Matematik modelde herhangi bir plak ve kiriş eleman olmadığı için kar, rüzgâr ve su yükü alansal yükten çizgisel yüke çevrilerek eğik olan kolonlara çizgisel yükleme yapılmıştır. Yük kombinasyonları doğrusal olarak toplanmıştır ve bu kombinasyonların zarfı alınarak maksimum iç kuvvetler elde edilmiştir. Yük kombinasyonları Türkiye Çelik Yapılar Yönetmeliği-2016 bölüm 5.3.1’den alınmıştır.

3.Taşıyıcı Eleman Kesiti ve Bağlantı Hesabı
Taşıyıcı sistemdeki kolonlar boru profil olarak öngörülmüştür. Bunun başlıca nedeni taşıyıcı sistem için herhangi bir çerçeve olmadığından ve boru profilin her yönden temel ile arasında moment aktarabilmesinden dolayıdır. Taşıyıcı sistemdeki kolonların ölçüleri, S235 çelik sınıfı olan 70 mm çapında ve 6 mm et kalınlığında profil olarak belirlenmiştir.

Malzeme olarak S235 seçilmesinin nedeni taşıyıcı sistemdeki yüklerin az olmasından kaynaklanmaktadır. Çelik profillerde mukavemet arttıkça şekil değiştirme kapasitesi azalmaktadır. Taşıyıcı sistemin elemanlarının deprem kuvvetleri altında şekil değiştirme kapasitesini yüksek tutularak sünek bir tasarım yoluna gidilmiştir.

Kaynak Hesabı

Çelik kablolar kolona mafsallı olarak kancalara bağlanacaktır. Bağlanan kolonun ortası boş olduğu için onun üstüne kapak olacak şekilde dairesel plaka kaynaklanacaktır. Buradaki kaynak tasarımı için en önemli parametre ise kaynak dayanımının eksenel çekme dayanımından büyük olmasıdır. Çünkü, elemandaki çekme hasarı kaynak hasarına göre daha sünek bir davranış gösterir. Buradaki temel amaç yapının deprem kuvvetleri altında sünek bir hasar oluşturarak deprem kuvvetlerinden oluşan enerjinin yutulmasıdır. Dairesel plaka ile profil küt kaynaklanacaktır. Bununla birlikte kaynak uzunluğu profilin çevresi kadardır. Burada bulunacak olan değer ise kaynak kalınlığıdır.

JÜRİ DEĞERLENDİRMESİ
Ana fikir kuvvetli ve olumlu bulunmuştur. Alanın bir bölümünü dikey tarıma açarak Bostan’ın metropolde kullanılması çevre sakinlerine karşı tarımsal üretim olanaklarına dikkat çekmesi açısından değerli bulunmuştur.

Kentin içerisinde herhangi bir yerde kentsel tarım önermiyor olması ve oldukça tartışmalı, dokunulmaz bir yer olmasına rağmen Kuzguncuk Bostanı’nın seçilmesinin yanı sıra iklim değişikliğinden dolayı işlevini koruma amacı olumlu karşılanmıştır.

Yer seçiminin konuyla ilişkili olması da olumlu bulunmuştur. Manifestosunun iyi yazılmış olduğuna dikkat çekilmiştir. Taşıyıcı sistem raporunun yeterli olduğu görülmüştür. Yapının sayısal modelinin oluşturulduğu, sayısal eleman hesaplarının yapılmış olduğu, kullanılan taşıyıcı sistemin oldukça basit olduğu ve yüklerle ilgili bilgilerin raporda verildiği kaydedilmiştir. Bostan 2.0 projesi oy çokluğu ile Eşdeğer Ödül grubunda yer almıştır.

 
Çelik Yapılar - Sayı: 79 - Kasım / Aralık 2022

Kendimizi Sınayalım

KENDİMİZİ SINAYALIM SORU 79



© 2014 - Türk Yapısal Çelik Derneği