TR|EN
Güncel
E-Bülten Aboneliği
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 79 - Kasım / Aralık 2022

Yarışma


re | CAPT (SteelPRO 2022 Mansiyon Ödülü)

19. Çelik Yapı Tasarımı Öğrenci Yarışması’nda (SteelPRO 2022) Mansiyon Ödülü’ne hak kazanan re | CAPT projesi, çeliğin yeniden kullanımı ve atmosferde yer alan karbon emisyon gazlarını yakalama adına getirdiği çözümlerle dikkat çekiyor.

PROJE EKİBİ
Yahya Kemal Erdem - Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi, Mimarlık Bölümü
Uğur Çelik - Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi, Mimarlık Bölümü
Muhammet Şahin - Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü

Danışman
Dr. Öğr. Üyesi Semih Serkan Ustaoğlu - Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi, Mimarlık Bölümü

MİMARLIK RAPORU

Küresel iklim değişikliğinin temeli insan etkinlikleridir. Endüstri devrimi ile birlikte artış gösteren sera gazlarının atmosfer tabakasında oluşturdukları değişim sonucunda yerküreye gelen zararlı ışınların engellenememesi ve yeryüzünde oluşan sıcak hava etkisinin uzaklaşamaması sera etkisine neden olmaktadır.

Sera etkisinin en önemli nedeni olarak atmosferdeki karbondioksit artışı olduğu bilimsel çalışmalarla desteklenmiştir. Küresel iklim sorunun minimize edilmesi ve ekosistemdeki bozulma sürecinin durdurulması için atmosferde bulunan karbondioksit miktarı acilen azaltılmalı ve yönetilmelidir. Dünya ekolojisinin, endüstri devrimi öncesindeki durumuna dönüşü mümkün olmasa da iyileşmesi ve etkilerin en düşük düzeylere indirgenmesi önemlidir.

Atmosferdeki karbondioksit miktarının azaltılması için fosil yakıt tüketiminin ve üretim süreçlerinde oluşan karbondioksitin azaltılması, ormanlık alanların genişletilmesi ve karbondioksitin atmosferden toplanılarak yararlı bir amaçla yeniden kullanımı geliştirilmelidir.

re | CAPT’in temel amacı atmosferde yer alan karbon emisyon gazlarını yakalamak, ayrıştırmak ve gerekli olan nitelikli bir üretimde yeniden kullanmaktır. Bu amaçla tasarımda detaylı bir biçimde geliştirilmiş olan re | CAPT ile öncelikli olarak bir yapı ürünü olan çeliğin yaşam döngüsünde karbon ayak izini azaltmak hedeflenmektedir. Tasarımda modüler çelik sistem ile entegre edilmiş olan karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) sistemi ile birlikte çelik üretiminde ortaya çıkan ve atmosferde bulunan karbondioksitin, atmosfer gazları içerisinden ayrıştırılarak fabrika ortamına aktarılması ile karbon ve oksijen elementleri ayrıştırılması düşünülmüştür.

Bu ayrıştırma sonucunda elde edilen karbon elementinin çelik üretimine dâhil edilerek kullanılması hedeflenmektedir. Söz konusu süreçler sonunda bütünleşik sistem ile çelik karbon ayak izinin sıfıra indirgenmesi sağlanırken çelik üretiminden de hammadde girdisi elde edilmektedir. Bu çelik üretimi ile bütünleştirilmiş sistem için Karabük’teki Kardemir Demir – Çelik Fabrikası alan olarak seçilmiştir. Gelecek süreçlerde tasarlanan re | Capt CO2 Pavillion’u aracılığı ile yakalanan karbondioksitin (CO2) doğrudan seralarda yararlı bir biçimde kullanımı ve önemli kamusal alanlarda kullanılan karbondioksitten doğrudan ayrıştırma ile oksijen elde edilmesi yoluyla atmosferde ve kentsel alanlarda karbondioksit miktarının azaltılması düşünülmüştür.

Kardemir Demir – Çelik Fabrikasında tasarlanan re | Capt CO2 Pavillion’u, karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) sisteminin yanında, farkındalık oluşturma ve bilgilendirme konusunda kalıcı ve geçici sergilere ev sahipliği yapacak mekân örüntüsüne de sahiptir. re | Capt CO2 Pavillion’u kalıcı ve geçici sergisinin yanı sıra çevresel önemli etkileri olan Kardemir Demir – Çelik Fabrikasını üst kotlardan görme ve izleme olanağı sunan kulesi ile bir canlı sergi olanağı da sunmaktadır. re | Capt CO2 Pavillion’u, oluşan zararlı gazların emisyonunu azaltmayı hedefleyen yaklaşımı ile Kardemir Demir – Çelik Fabrikasının küresel olarak çelik karbon ayak izini azaltan önemli bir örnek olması hedeflenmiştir.

Tasarımda çelik modüler sistem ile kurulum ve söküm yalınlığı hedeflenmiş, mekânsal kurgusunda da değişebilir dönüşebilir ve birçok etkinliğin gerçekleştirilebileceği bir sistem oluşturulmuştur. Çeliğin bu bağlamda olanaklarından yararlanılmıştır. Çelik taşıyıcı sistemin sökülebilir ve taşınabilir bir biçimde kurgulanmış olması, karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) sistemi entegrasyonuna ek olarak yeniden kullanılabilirlik ve geri dönüştürülebilirlik bağlamında da sürdürülebilir tasarım açısından önem arz etmektedir.

Karbon ayak izinin azaltılması için ormanlık alanların genişletilmesi bir zorunluluktur. Ancak teknolojik çağın yol açtığı olumsuz küresel etkilerin azaltılması için yine teknolojik sistemlerin olumlu amaçlarla kullanılarak yönlendirildiği teknolojik ağaç sistemi (karbon yakalama, kullanma ve depolama -CCUS- sistemi) ile süreçler desteklenmeli geliştirilmeli ve yaygınlaştırılmalıdır.

İklim Değişikliği Manifestosu

İklim değişikliği ya da küresel ısınma, atmosfere salınan sera gazlarının neden olduğu sera etkisi ve karbondioksit gibi ısıyı tutan gazların atmosferde birikimi ile oluşmaktadır. İklim değişikliği dünya üzerinde yıl boyunca kara, deniz ve havada ölçülen ortalama sıcaklıklarının artışı vb. gibi olumsuz etkilere neden olmaktadır. 20. yüzyılda tüm bilim alanları ve özellikle iklim bilimciler (klimatolog) küresel ısınma konusunda hemfikirdirler. Küresel ısınma, fosil yakıt tüketimi özellikle endüstriyel etkinliklerin sonucunda atmosferdeki sera gazları miktarının ve yoğunluğunun artışının neden olduğu zararın atmosfer tabakasını olumsuz yönde etkilemesi ile oluşmaktadır. Bu durumun sonucu olarak yeryüzü tabakasında kuraklık, çölleşme, yağışlardaki dengesizlik ve sapmalar, su baskınları, tayfun, fırtına, hortum vb. meteorolojik olaylarda artışlar hissedilir derecede görülmektedir.

Yaşam alanlarında ve hava tabakasında oluşan bu olumsuz durum endüstri devrimi ile birlikte insanların tüketim alışkanlıklarında yaşanan değişimlerden kaynaklanmaktadır. Yaşanan devrim sonucunda oluşan iklim krizi, kontrolsüz nüfus artışı, sanayileşme, küresel enerji ihtiyacında artış artan kentleşme gereksinimi, yeşil alanların azalması ve sera gazlarının kontrolsüz doğaya salınması gibi sebepler sonucunda meydana gelmektedir.

Endüstri devrimi çevresel kirlenme, orman alanlarının azaltılması gibi olumsuzluklar çevre sorunlarının artmasına da neden olmuştur. İnsanlar tarafından atmosfere salınan CO2 ve diğer sera etkisine neden olan gazlar, atmosferin kimyasal yapısını 100-150 yıl öncesine göre fark edilir oranda değişikliğe uğratmıştır. Yeryüzüne ulaşan kısa dalga boylu güneş ışınları geriye dönerken atmosferdeki su buharı ve diğer gazlar tarafından tutularak uzun dalga boylu ısı ışınları şeklinde yeryüzüne geri yansıtılmaktadır. Bu durum güneş ışınlarıyla ısınan ve içindeki ısıyı dışarıya bırakmayan seraları andırdığından sera etkisi olarak adlandırılmaktadır (Mol ve Doğruyol, 2012: 343).

Paris Anlaşması, uzun vadeli sıcaklık hedefi doğrultusunda küresel ortalama sıcaklık artışını en fazla 2°C olarak kabul etmektedir. Ancak belirlenen bu hedefe erişilebilmesi için dejenerasyonun sona erdirilerek rejeneratif dönemin başlatılması gerekmektedir. Bu nedenle sera etkisinin temel nedeni olan karbon emisyonunu azaltmak bir gereklilikten öte zorunluluktur. Çevremize kalıcı zararlar vermeden bu sorunlara karşı acilen önlem alınması gerekmektedir. Bu sorunların azaltılması için orman alanlarının artırılması ve aynı zamanda tasarımda çelik sistemle bütünleştirilmiş olan karbon yakalama, kullanma ve depolama (CCUS) sistemleri sayesinde kullanılabilir CO2 miktarı olumsuz etkilere yol açmadan yeniden üretime dâhil edilmelidir.

MÜHENDİSLİK RAPORU

Çelik, faydaları çokça fazla olan bir yapı malzemesi olup yüksek dayanımından ve yüksek derecedeki sünekliğinden dolayı yapılarda birçok farklı şekilde kullanılmaktadır. Çeliğin tek başına kullanılmasının artması yapı disiplinlerinden olan mimariyi ve mühendisliği önemli ölçülerde geliştirmekte, çokça farklı yönden tasarımları basitleştirmekte ve görsel açıdan geliştirmektedir.

Bir başka yönden bakılınca çeşitli çevre koşullarına karşı da dayanımı çokça yüksek olan çelik malzemesi, bu özellikleri sayesinde yapının dayanımını artırmakta ve ömrünü de uzatmaktadır. Çeliğin, birleşim detayları ile birlikte taşınılabilir bir malzeme oluşu, yapının sökülerek başka bir konumda yeniden birleştirilebilir oluşu ve inşa süresinin betonarme yapılara göre kısa olması afet yapıları tasarımında uzun dönemde pozitif etkiler yaratmaktadır.

Bu rapor, SteelPRO 2022 Çelik Yapı Tasarımı Öğrenci Yarışması için tasarlanmış olan re | CAPT projesi için hazırlanmıştır. Mimari projesi hazırlanmış olan projenin, statik olarak da uygulanabilirliği yarışma şartnamesinde belirtilen koşullar ve yönetmelikler çerçevesinde belirlenmiştir. Hesap detayları Mühendislik Hesap Raporu Eki’nde verilmiştir. Yapının tasarımı yapılırken Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 (TBDY 2018) ve Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik (2018) kullanılmış olup rüzgâr ve kar yükleri, boyutlandırmada alınacak yüklerin hesap değerleri için TS-EN-1991 ve TS-498 standartlarından faydalanılmıştır. Hesaplamalar AutoCAD 2018, SAP2000 V.20 ve Microsoft Excel yazılımları kullanılarak detaylandırılmış ve sonuçlandırılmıştır.

Hesabı ve tasarımı yapılan yapı, iki normal kattan oluşmaktadır. Kat yükseklikleri bütün katlarda 3,50 metre, zemin üstünde bina toplam yüksekliği ise 28 metredir. Katlar geçici barınma yapısı olarak kullanılacak olup, göç durumlarında kurulumu ve sökümü vinç yardımıyla portatif olabilecek şekilde tasarlanmıştır. Binanın aks sistemi X-X ve YY doğrultusundaki uzunluğu eksenden eksene 25 metredir.

Deprem hesaplarında konum olarak Karabük il merkezi göz önüne alınmıştır (Enlem 41,189° Boylam 32,631°). DD-2 Deprem Yer Hareketi Düzeyi’nde, Yatay Elastik Spektrum’un elde edilmesi için gerekli olan, kısa periyot harita spektral ivme katsayısı Ss ve 1 saniye periyot için harita spektral ivme katsayısı S1 değerlerine https://tdth.afad.gov.tr adresli internet sitesinden erişilmiştir.

Kar yükü hesabı TS EN 1991-1-3 yönetmeliğine göre yapılmıştır. Zemin yüzeyindeki kar ağırlığını (Sk), TS EN 1991-1-3 Ek MA Çizelge MA.1’e göre Sk= 0,75 kN/m2 olarak belirlenmiştir. Belirlenen kar yükünün ne çok fazla ne de az olması istenmiştir.

İnşanın yapılacağı arazi kategorisi TS EN 1991-1-4 Çizelge (4.1)’e göre III. kategori olarak seçilmiş olup arazi parametreleri aşağıdaki gibi belirlenmiştir.

Rüzgâr hızı 28 m/s olarak tablodan okundu ve emme 0,5 kN/mm2 olarak alındı. Duvarın olup olmamasına göre rüzgâr yükü dağıtıldı ve programa etkiletildi. Mimari tasarımda modüllerin birleşiminden oluşan yapının hesabında, modül birleşimleri incelenerek, en elverişsiz sonuçları vereceği düşünülen modül birleşimi seçilmiş ve matematik modeli SAP2000 üzerinden ön hesap boyutlandırmalarıyla modellenmiştir.

Yapı tasarımında yüklenen yüklerde, yapının kendi ağırlığı SAP2000 programı tarafından hesaplanmıştır. Sabit yükler altında, duvar, sıva, döşeme betonu, beton sacı vb. gibi elemanlardan gelen yükler ve hareketli yük için kullanım amacına göre TS498 standardından elde edilen yük SAP2000 programında ilgili yerlere yüklenmiştir.

Yük kombinasyonları için, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik (2018) göz önüne alınarak yüklemeler gerçekleştirilmiş ve elde edilen en elverişsiz kesitlerin saptanması doğrultusunda bu kesitlere etkiyen yüklerin, kesitler tarafından emniyetli olarak aktarılması durumu göz önünde bulundurulmuştur.

Yapı süneklik düzeyi ve şekil değiştirilebilme kapasitesi yüksektir. Deprem yüklerinin hesaplanmasında, bina önem katsayısı, deprem yükü azaltma katsayısı vb. parametrelerin belirlenmesinde TBDY 2018 yararlanılmıştır. Yapının performans hedefi KH (Kontrollü Hasar) ve tasarım yaklaşımı DGT (Dayanıma göre tasarım) olarak belirlenmiştir.
Çeşitli yük kombinasyonları, deprem için Response Spectrum’u rüzgâr ve kar yükleri, yayılı yük olarak tanımladıktan ve profil tipleri belirlenip SAP2000’e atandıktan sonra, program çalıştırılarak otomatik olarak her eleman üzerindeki yükler ve deplasmanlar hesaplamıştır. İlk analizin sağladığı verilerin sonucunda, kolon kesitleri HE200B, ana kirişler, IPE160 olarak belirlenmiş ve daha sonra yine SAP2000 programında “Steel Design” kısmında TS648’e en benzer kod olan AISC-ASD89’a göre dizayn yapılmıştır. Analizden sonra yapının hepsinin güvende olduğu görülmüş olup, elemanlardaki streslere bakıldığında düşük stres değerleriyle karşılaşılmıştır. Analiz sonuçları yorumlandığında model statik olarak stabildir ve göçme riski gözlemlenmemektedir.

Tüm elemanlara gelen yüklemeler kesit kapasitelerinin altındadır ve ortalama olarak 0,3 bandındadır. Yalnızca iki kirişte kesit kapasitesine yaklaşma gözlemlenmiştir bu elemanda kesit artırımı yoluna gidilebilir. Analiz sonucunda hiçbir elemanda taşıma gücü aşılmış durumda değildir ve herhangi bir göçme durumu oluşmamaktadır.

 
Çelik Yapılar - Sayı: 79 - Kasım / Aralık 2022

Kendimizi Sınayalım

KENDİMİZİ SINAYALIM SORU 79



© 2014 - Türk Yapısal Çelik Derneği